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高速列车多种群并行多智能体协同节能优化方法
| 论文题名： | 高速列车多种群并行多智能体协同节能优化方法 |
| 关键词： | 高速列车;多智能体;在线协同优化;节能运行 |
| 摘要： | 近年来，我国高速铁路取得了跨越式发展，铁路客运专线不断延伸，列车开行数量不断增加，时速350公里的中国标准动车组复兴号也顺利通车。在高速铁路快速发展的大背景下，高速列车节能运行优化问题己成为建设集约型社会必须解决的重要课题之一。目前关于列车节能优化的研究主要集中在单车方面，忽略了列车之间的相互影响，未考虑列车间的弹性调整策略，同时列车节能优化方法主要集中在代价函数模型的构建和智能算法的应用，针对于列车群的多模式并行智能协同优化算法研究相对较少。本文针对高速列车小间隔、大密度的实际运行需求，以高速列车群为整体研究对象，提出了多种群并行多智能体协同优化算法，在保证列车安全、准点的前提下实现了列车群一体化节能行车策略的在线调整。 本文主要研究内容包括: (1)针对高速列车群动态运行过程，论文深入研究了列车运行动力学理论，建立了移动闭塞下的高速列车混合动力学模型，在列车运行状态自主感知和信息共享的基础上构建多智能体信息交互模型，建立了基于弹复力的高速列车群运行状态评估模型，为后续算法研究提供了切实有效的模型支撑。 (2)针对列车群节能运行离线优化问题，基于列车区间最优节能操纵策略，论文以高速列车群运行能耗最低为研究目标，建立了列车群节能运行多目标优化模型;采用多种群并行多智能体差分进化算法和多种群并行多智能体人群搜索算法对模型进行求解，实现了列车群离线协同优化。并对两种算法的性能进行了对比分析，仿真结果表明多种群并行多智能体差分进化算法可以更有效地解决列车群运行离线优化问题。 (3)针对列车在复杂运行环境中的不确定因素造成的运行时间偏差影响，综合考虑列车之间安全追踪距离的约束条件，利用构建的基于弹复力的列车运行状态评估模型，实现了列车运行偏差实时评估。同时将评估结果作为列车群在线协同优化算法的触发条件，根据列车工况转换关系，实现了列车群剩余区间运行策略的在线规划，保障了列车运行的安全性和准点性，提高了列车群整体能源的利用效率。 最后本文通过对武广高速铁路“武汉-长沙南”区段真实线路数据进行场景构建，并对本文所提算法进行了仿真验证。结果表明，本文所提的多种群并行多智能体协同优化算法可实现列车群运行离线协同优化和在线协同调整，保障了列车群安全、准点运行，和未调整的结果相比，在线协同调整策略可以使列车群整体运行能耗节约6.43％，在线协同优化后的列车群整体时间偏差也由63s减少为4s，验证了算法的有效性。 |
| 作者： | 张瑞芬 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 王剑 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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