[發(fā)明專利]一種基于基于自適應(yīng)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(shè)計）人: 高學金;閆曉東;高慧慧;韓華云
• 申請（專利權(quán)）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(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

本發(fā)明提供了一種基于自適應(yīng)大鄰域搜索算法的城軌列車時刻表節(jié)能優(yōu)化方法，屬于地鐵列車節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域。包括“模型構(gòu)建”和“算法設(shè)計”兩個階段。“模型構(gòu)建”包括：提出了協(xié)同調(diào)度的規(guī)則，定義了高峰時段和非高峰時段的加速列車和制動列車之間的重疊時間；分別建立了高峰時段和非高峰時段的列車時刻表整數(shù)規(guī)劃模型；推導(dǎo)得到目標函數(shù)，使重疊時間最大化。“算法設(shè)計”包括：根據(jù)所建模型及目標函數(shù)設(shè)計一種自適應(yīng)大鄰域搜索算法(ALNS)，并為該算法分別設(shè)計destroy和repair方法集合，用于模型的計算。本發(fā)明具有良好的優(yōu)化效率，在列車運行高峰期以及非高峰期均可以提高列車再生制動能量的利用率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到地鐵列車節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，為了提高再生制動能量的利用率，本文提出了一種基于自適應(yīng)大鄰域搜索算法的種基于自適應(yīng)大鄰域搜索算法的城市軌道交通列車運行調(diào)整策略，使制動列車所產(chǎn)生的再生制動能量可以直接用于正在加速的列車。此外，設(shè)計了一種自適應(yīng)大鄰域搜索算法(ALNS)來求解模型得到最優(yōu)時間表。

背景技術(shù)

城市軌道交通，作為城市公共交通系統(tǒng)的一個重要組成部分，以其運量大、快速準時、安全高效、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點很好地解決了城市交通增長的供需矛盾和道路擁堵問題。但在列車運營過程中會產(chǎn)生大量的能源消耗，如何降低列車運營能耗成為了當下研究熱點。傳統(tǒng)的軌道交通節(jié)能研究主要通過減少列車質(zhì)量，降低列車運行阻力從而改變列車速度曲線來降低列車運行牽引能耗，此類方法研究已經(jīng)比較成熟。近年來，如何通過優(yōu)化列車運行時刻表來提高列車再生制動能量的利用率得到越來越多的關(guān)注和研究。所謂的再生制動能量就是將列車運行的動能轉(zhuǎn)化成能夠通過轉(zhuǎn)換器和受電弓反饋到供電觸網(wǎng)的電能。

當今，隨著再生制動技術(shù)在城市軌道系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，急需一種既能滿足節(jié)能又能較好地運用于實際運營的多列車節(jié)能時刻表。這種時刻表一般有以下幾個特點：(1)節(jié)能效果好：通過建立多列車節(jié)能運行優(yōu)化模型，改變列車的發(fā)車時間間隔和在每站的駐留時間盡可能提高再生制動能量的利用率；(2)保證完成運輸任務(wù)：不改變列車在每個區(qū)間的運行時間，即保證列車的原定運行速度曲線，只對列車的發(fā)車時間間隔，駐留時間做一定范圍的調(diào)整，保證經(jīng)過優(yōu)化后的列車在節(jié)能的同時能完成運輸任務(wù)；(3)容易實現(xiàn)：只對列車時刻表進行離線優(yōu)化，優(yōu)化后的時刻表作為參考供列車使用，而不是直接對列車進行實時控制，同時模型應(yīng)該盡量簡單，決策變量應(yīng)該盡量少以簡化求解難度。

發(fā)明內(nèi)容

為了滿足上述時刻表的特點，本發(fā)明提供了一種基于自適應(yīng)大鄰域搜索算法的列車時刻表節(jié)能優(yōu)化方法，首先，提出了協(xié)同調(diào)度的規(guī)則，定義了高峰時段和非高峰時段的加速列車和制動列車之間的重疊時間。其次，建立了列車時刻表整數(shù)規(guī)劃模型，使重疊時間最大化。除此之外，為了保證列車運輸任務(wù)以及簡化模型，本發(fā)明將最終的決策變量簡化為兩個，大大降低了模型求解難度。最后本發(fā)明設(shè)計出一種自適應(yīng)大鄰域搜索算法來快速求解此類問題，目前國內(nèi)鮮有使用該算法來解決此類問題的例子，且本文還設(shè)計了專門適用于模型的算子，大大減少了運算時間。在構(gòu)建模型時需要對模型進行一些列假設(shè)：(1)制動列車產(chǎn)生的再生制動能量可以反饋到高架接觸線，并立即被加速列車使用，能量的轉(zhuǎn)化和傳輸損耗為一個定值。(2)城市軌道交通站間距較短，不存在3輛車同時處于同一供電分區(qū)的情況。(3)列車上行和下行的架空接觸線設(shè)備是相互獨立的，即上行列車的再生制動能量不能傳輸?shù)较滦辛熊嚒?4)除發(fā)車時間間隔外，所有開往同一方向的列車都有一個共同的時刻表，這意味著它們在每個車站停留的時間和在每個路段行駛的時間都是相同的，并且所有列車的制動時間都相同，為一個定值。

建立模型所用的一些參數(shù)及變量見表1

表1建立模型所用變量

本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案及實現(xiàn)步驟：

A.模型構(gòu)建階段：