[發(fā)明專利]一種基于分布式的地鐵列車虛擬編隊運行控制方法

在審

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• 申請日: 2021-07-08
• 公開（公告）號: CN113552801A
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李樹凱;楊立興;張熠雯;高自友;王艷輝
• 申請（專利權(quán)）人: 北京交通大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;B61L27/00
• 代理公司: 北京衛(wèi)平智業(yè)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11392
• 代理人: 閆萍

本發(fā)明涉及一種基于分布式的地鐵列車虛擬編隊運行控制方法，包括如下步驟：S1：將地鐵列車追蹤速度運行曲線，列車限速信息，列車摩擦阻力系數(shù)等作為控制系統(tǒng)輸入；S2：在每個采樣控制周期，監(jiān)測并得到各列車的實時速度和位置信息；S3：根據(jù)各列車實時速度和位置信息，設(shè)計基于分布式的地鐵列車虛擬編隊運行控制方法，基于序列二次規(guī)劃算法計算各列車的控制輸出，并對列車進行控制；S4：重復步驟S2?S3，直到控制過程結(jié)束。本發(fā)明針對地鐵列車虛擬編隊技術(shù)采用多控制單元進行牽引和制動的特征，設(shè)計了一種地鐵列車的分布式控制方法，有效縮短列車運行間隔，提高列車運行效率，在一定程度上提高城市軌道交通運輸服務(wù)水平和靈活性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及城市軌道交通列車控制領(lǐng)域，特別是涉及一種基于分布式的地鐵列車虛擬編隊運行控制方法。

背景技術(shù)

近年來，我國城市軌道交通發(fā)展取得了重大成就，已成為城市公共交通出行的“大動脈”。為了保障城市軌道交通列車運行安全和提高運行效率，城市軌道交通列車控制方法是實現(xiàn)該目標的核心關(guān)鍵技術(shù)。列車編隊技術(shù)為高效提升運輸組織的靈活性和運營服務(wù)質(zhì)量提供了一種解決方案，同時也為多列車編隊運行控制方法的設(shè)計提供了新的技術(shù)基礎(chǔ)。

目前，我國多采用基于移動閉塞技術(shù)的列車運行方式。該方式通過車載設(shè)備和軌旁設(shè)備不間斷的雙向通信,使控制中心根據(jù)列車實時的速度和位置動態(tài)計算列車的最大制動距離，并根據(jù)列車的長度、最大制動距離及防護距離構(gòu)成一個與列車同步移動的虛擬分區(qū)，用于保證后方列車在到達前行列車最后已知位置之前就能夠完全停止。然而，該安全距離的計算存在一定的保守度，導致相鄰列車間存在較大的間隙。因此，通過縮小相鄰列車的安全距離可進一步提高列車的運行效率。

相比于常規(guī)的運輸組織模式，列車虛擬編隊技術(shù)將列車劃分為領(lǐng)導層和跟隨層。領(lǐng)導層中的列車為領(lǐng)導列車，是每個編隊內(nèi)的第一輛列車；跟隨層中的列車為跟隨列車，是每個編隊內(nèi)領(lǐng)導列車之后的列車。列車虛擬編隊技術(shù)采用新型的車-車通信技術(shù)，打破了現(xiàn)有移動閉塞基于絕對制動距離的安全防護控制方法，實現(xiàn)相對制動距離模式下列車編隊內(nèi)的安全防護，使列車編隊內(nèi)運行間隔大大減小，編隊內(nèi)各列車具有更高的自主性，能夠?qū)崿F(xiàn)分布式控制，并根據(jù)運營需求，靈活完成高效的動態(tài)編隊與解編以及平穩(wěn)協(xié)同編隊運行等多場景任務(wù)，大幅提高城市軌道交通運輸服務(wù)水平和靈活性，具有高可靠，低時延的優(yōu)勢。一方面，該技術(shù)可通過進一步縮短列車運行間隔，減少乘客等待時間，緩解高峰時段乘客擁堵現(xiàn)象；另一方面，該技術(shù)可在高峰時段大幅提升線路通過能力，并在平峰時段充分利用線路車輛資源，實現(xiàn)車流和客流間更好的匹配，使城市軌道交通系統(tǒng)列車資源得到高效利用，降低運營成本。

對于非線性目標函數(shù)以及非線性約束所構(gòu)成的一類優(yōu)化問題，可采用罰函數(shù)法、內(nèi)點法、梯度投影法、序列二次規(guī)劃法等進行求解。序列二次規(guī)劃法對于求解具有光滑目標函數(shù)和約束條件的一般約束問題非常有效。將序列二次規(guī)劃法中加入線搜索算法及BFGS算法得到改進的序列二次規(guī)劃算法大大降低了對初始點的要求并有效降低了計算復雜度。此外，將序列二次規(guī)劃法與模型預測控制相結(jié)合，可滿足列車非線性最優(yōu)控制的實時性要求。

因此，根據(jù)列車虛擬編隊技術(shù)，研究一種基于分布式的地鐵列車虛擬編隊運行控制方法是非常有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于分布式的地鐵列車虛擬編隊運行控制方法。

為達到以上目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

S1：將地鐵列車追蹤速度運行曲線，列車限速信息，列車摩擦阻力系數(shù)等作為控制系統(tǒng)輸入；

S2：在每個采樣控制周期，監(jiān)測并得到各列車的實時速度和位置信息；

S3：根據(jù)各列車實時速度和位置信息，設(shè)計基于分布式的地鐵列車虛擬編隊運行控制方法，基于序列二次規(guī)劃算法計算各列車的控制輸出，并對列車進行控制，地鐵列車虛擬編隊運行控制方法步驟包括：

S31：建立地鐵列車動態(tài)運行模型。