[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

本發明提供了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，該方法開展實際線路條件下的動態時刻表調整優化問題研究。以列車晚點時間和能耗值綜合最優為目標，構建考慮節能的運行調整優化模型，在滿足時刻表安全約束條件下，基于廣義四階段操縱策略的迭代循環優化算法，為列車所有的計算區段找到最優的目標速度組合，求解出列車的運行時間以及相應的列車節能操縱策略，即既保留一定的計算精細度，又有效提高算法的計算效率，進而在彌補延誤的同時，降低列車能耗。

技術領域

本發明涉及城市軌道交通控制領域，尤其涉及基于廣義四階段最優策略的延誤場景下節能時刻表調整優化方法。

背景技術

隨著我國城市化進程的加速，大城市客流需求急劇增長。快速發展的城市軌道交通有效地緩解了客流壓力。2021年，我國43個城市的城市軌道交通總客運量為236.02億人次，日均6480.79萬人次。其中，北京地鐵的年客運量達30.66億人次，日均840萬人次，單日最高1375.38萬人次。如此龐大的城市軌道交通系統所消耗的能量也是巨大的。2020年，北京地鐵總運行能耗超過20億 kW·h，其中牽引能耗近12億kW·h，占總運行能耗的60％。在實際運行中，設備設施故障、線路施工、異物侵限、不良天氣、臨時限速調度命令等因素都可能使列車延誤，最終無法按照既定運行計劃行車。

因此，在延誤場景下，根據列車運行狀態快速地給出可行的操縱策略來進行時刻表的調整優化，將進一步擴展節能時刻表優化方法的運用場景，助力未來軌道交通的智能化發展。

發明內容

為了實現上述目的，本發明以列車晚點時間和能耗值綜合最優為目標，構建考慮節能的運行調整優化模型，在滿足時刻表安全約束條件下，基于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，進而在彌補延誤的同時，降低列車能耗。本發明具體采用如下技術方案：

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，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。

優選的，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：