[發明專利]基于廣義四階段最優策略的延誤場景節能時刻表優化方法

在審

• 申請號: 202211428991.4
• 申請日: 2022-11-15
• 公開（公告）號: CN115848458A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 張惠茹;豆飛;魏運;寧堯;劉潔;朱鴻濤;劉旭;劉媛
• 申請（專利權）人: 北京市地鐵運營有限公司;北京市地鐵運營有限公司技術創新研究院分公司
• 主分類號: B61L27/10
• 分類號: B61L27/10;G06F30/20;B61L27/16;G06F111/06;G06F111/04
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 房婉瓊

1.一種基于廣義四階段最優策略的延誤場景節能時刻表優化方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

(1)在列車延誤場景下，以列車晚點時間和能耗值綜合最優為目標，在滿足時刻表安全約束條件下，分別構建節能時刻表運行調整優化模型和列車節能操縱策略優化模型；所述延誤場景包括初始擾動型延誤和臨時限速型延誤，初始擾動型延誤是指通過給定初始擾動，使列車產生延誤的場景；臨時限速型延誤是指因為在特定位置設置臨時限速，使得在一定時間通過該位置所有列車允許的限制速度下降、運行時分增加，進而造成列車延誤的場景；

(2)基于步驟(1)建立的節能時刻表運行調整優化模型和列車節能操縱策略優化模型，首先，輸入原始時刻表和給定的擾動信息得到調整后的時刻表，并根據調整后時刻表的到發時間計算列車在區間的運行時間；然后，結合擾動信息判斷得到的運行時間是否夠用，如果夠用，則進入步驟(3)；如果不夠用，首先重新計算列車最短運行時間，然后更新運行調整優化模型中的區間最短運行時間約束，并在此基礎上重新計算調整后的時刻表以及對應的列車區間運行時間；

(3)采用廣義四階段操縱策略的迭代循環優化算法求解出列車的運行時間以及相應的列車節能操縱策略，廣義四階段操縱策略為列車采用最大加速度加速-無制動調速-最大減速度制動的操縱策略，其中，無制動調速策略通過加速或者惰行操縱來調整列車運行速度。

2.如權利要求1所述的一種基于廣義四階段最優策略的延誤場景節能時刻表優化方法，其特征在于，所述步驟(1)包括如下步驟：

(1.1)建立節能時刻表運行調整優化模型

(1.1.1)建立目標函數：

式中，Z是線路上所有列車總的運行調整優化目標，α是全部列車在所有停車站的總到達晚點時間與全部列車在所有區間的總運行時間偏差的占比；

(1.1.2)建立基本約束：

式(2)保證列車i在區間j的運行時間以及在車站j的停站時間分別滿足區間和車站的最短作業時間要求；

式(3)保證相鄰列車在車站j接發列車滿足車站間隔時間安全約束；

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式(4)中，a_i,j,h和d_i,j,h分別是列車i進入和離開計算區段h的時刻，該約束保證列車i在相鄰計算區段到發時刻的連續性；

式(5)中，h^o和h^e分別代表區間j內第一個和最后一個計算區段，該約束確保了列車進去區間j的時刻即為進入區間j內第一個計算區段的時刻，列車離開區間j內最后一個計算區段的時刻即為離開區間j的時刻；

(1.1.3)建立因擾動產生的約束條件

設置0-1決策變量φ_i,j,h表征列車i是否在區間j運行區段h受到影響，如果被影響，則φ_i,j,h＝1，否則φ_i,j,h＝0；

定義d_i,j＝d_i,j,0，a_i,j＝a_i,j,0，φ_i,j,0表征列車i是否在車站j受到影響，則延誤場景下φ_i,j,h滿足：

當列車在車站或者計算區段的到發時刻滿足式(6)時，列車運行將受到擾動因素影響，在擾動區域內，需保證受影響列車的速度不高于給定的臨時限制速度，則：

式中，是列車i在區間j的計算區段h的第s步仿真時的速度，/是區間j的計算區段h的最大允許速度，/是延誤場景下區間j的計算區段h的臨時限制速度。

(1.2)列車節能操縱策略優化模型

(1.2.1)建立目標函數

式中：Z^energy是線路上所有列車能耗。

(1.2.2)建立基本約束

其中，u_t和u_b分別是牽引力和制動力的控制系數，以調節列車實際輸出的牽引力和制動力大小，F_r包括列車受到的基本阻力和因坡道、隧道和曲線線路條件引起的附加阻力值；

約束(10)是列車的速度約束，其表示列車i在區間j的第一個計算區段h^o的速度為0m/s，在最后一個計算區段h^e的速度也為0m/s；以及在區間j內，前一計算區段h的駛出速度等于后一計算區段h+1的駛入速度；以及約束了列車的速度始終滿足限制速度要求；

約束(11)是列車的距離約束，計算區段h的距離由加速、勻速、惰行以及制動距離組成，區間距離由其包含的計算區段組成；

式(12)為列車在區間運行時間，其中v(s)代表列車實時仿真的速度。

3.如權利要求1所述的一種基于廣義四階段最優策略的延誤場景節能時刻表優化方法，其特征在于，所述步驟(3)包括如下步驟：

(3.1)四階段物理量計算過程

1)最大加速度加速曲線計算

初始狀態v₀＝0m/s，列車加速直到目標勻速速度v^obj，得到加速階段列車的t^f,s^f和E^f；

2)勻速曲線計算

初始狀態v₀＝v^objm/s，本階段列車以目標速度勻速運行，其中距離無法直接計算，由總距離s與其他兩個階段推出，得到勻速階段列車的t^y,s^y和E^y；

3)惰行曲線計算

初始狀態v₀＝v^objm/s，惰行直到v_x＝v^db，得到惰行階段的t^d,s^d和E^d，其中：

4)最大減速度制動曲線計算

初始狀態v₀＝v^dbm/s，制動直到v_x＝0，得到制動階段的t^b,s^b和E^b。

列車i在區間j運行的總時間及能耗為：

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