[發(fā)明專利]一種基于基于自適應大鄰域搜索算法的城軌列車時刻表節(jié)能優(yōu)化方法

有效

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• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113065239B
• 公開（公告）日: 2023-10-27
• 發(fā)明（設計）人: 高學金;閆曉東;高慧慧;韓華云
• 申請（專利權）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q50/30;G06F111/06
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

1.一種基于自適應大鄰域搜索算法的城軌列車時刻表節(jié)能優(yōu)化方法，其特征包括“模型構建”和“算法設計”兩個階段，具體步驟如下：

A.模型構建階段：

步驟1：時刻表模型構建：構建時刻表模型的目的為計算相鄰兩輛列車的牽引制動重疊時間，使重疊時間在約束條件內達到最大，列車運行高峰期以及非高峰期，列車的發(fā)車間隔，停站時間會有顯著不同，故在建立模型時分別建立在列車運行高峰期以及非高峰期的模型；

(1.1)列車運行高峰期：列車運行高峰期，由于列車發(fā)車間隔小，相鄰列車間隔較近，通常運行在同一個區(qū)間；在階段1,列車i正在牽引加速離開第n站前往第n+1站，同一時刻，列車i+1正在制動減速停往n站；階段2，列車i正在制動減速準備停往n+1站；同一時刻，列車i+1正在牽引加速離開n站；定義F₁(T,B)為列車運行高峰期階段1的牽引制動重疊時間計算函數，計算公式為：

其中n代表第n個車站，i代表第i輛列車，表示第i輛列車在第n站的出站時刻；代表第i輛列車到達第n站的時刻；代表第i輛列車在區(qū)間(n,n+1)牽引工況結束時刻；代表第i輛列車在區(qū)間(n,n+1)制動工況開始時刻；

定義F₂(T,B)為列車運行高峰期階段2的牽引制動重疊時間計算函數，計算公式為：

經總結，列車運行高峰期的牽引制動重疊時間的可以用F_p表示：

其中N代表車站數，I代表列車數；當第n-1站與第n站位于同一個供電區(qū)間時λ(n-1,n)＝1，否則λ(n-1,n)＝0；

(1.2)列車運行非高峰期：列車運行非高峰期，發(fā)車間隔大，相鄰列車間隔較遠，通常運行于不同區(qū)間；在階段1，列車i+1正在制動減速停往n站，同一時刻，列車i在牽引加速駛離n+1站；階段2，列車i正在制動減速準備停往n+2站，同一時刻，列車i+1正在牽引加速駛離n站；定義F₃(T,B)為列車運行非高峰期階段1的牽引制動重疊時間計算函數，計算公式為：

定義F₄(T,B)為列車運行非高峰期階段2的牽引制動重疊時間計算函數，計算公式為：

經總結，列車運行非高峰期的牽引制動重疊時間的可以用F_op表示：

步驟2：模型化簡：步驟1的得到列車時刻表模型涉及的決策變量有四個分別為決策變量太多導致計算量增大，模型變復雜，故考慮將模型進行簡化；定義h為列車的發(fā)車間隔，t_(n,n+1)為列車運行在區(qū)間(n,n+1)運行時長，為列車在區(qū)間(n,n+1)處于牽引工況的時長，為列車在區(qū)間(n,n+1)處于制動工況的時長，x_n為列車在第n站的停站時間，其中i＝1,2,3,…,I，n＝1,2,3,…,N；

可以知道：將以上表達式代入公式(3)和(6)得到：

其中x＝x_n＝(x₁,x₂,x₃,...,x_N-1)

步驟3：得出目標函數：

經過上述分析，得到最終的時刻表優(yōu)化目標：

約束條件有四個，第一個為停站時間約束，其上、下限分別為l_h和u_h；第二個約束為列車在每站的駐留時間，其上、下限分別為l_n和u_n；第三個約束為正整數約束，Z代表正整數集合；第四個約束條件為總行程時間的約束，其上、下限分別為l_T和u_T，r_(n,n+1)代表列車在區(qū)間(n,n+1)的運行時間；

B.算法設計階段：

步驟4：利用自適應大鄰域搜索算法對模型進行求解，得到優(yōu)化后的時刻表。