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原文传递基于智能体和元胞自动机的列车协同控制研究

论文题名：	基于智能体和元胞自动机的列车协同控制研究
关键词：	列车协同控制;轨道交通流;元胞自动机;智能体
摘要：	进入21世纪，城市轨道交通系统的可持续发展面临交通需求不断增长的内部挑战和节能减排保护环境的外部压力。为了实现可持续发展，城市轨道交通系统需要在保证安全的前提下进一步提高线路通过能力和减少能源消耗。研究新的列车运行控制方法是进一步提高线路通过能力和减少能源消耗的重要手段。列车协同控制方法是一种通过协调系统中多个列车的运行控制过程实现优化目标的列车运行控制方法，可以解决延迟传播、节约能耗等问题，改善城市轨道交通系统性能，已成为列车运行控制领域的研究热点。　　为了研究列车协同控制问题，本文首先基于智能体和元胞自动机建模方法建立了列车运行控制模型。智能体和元胞自动机模型是典型的“自下而上”建立的模型。相比已有的“自上而下”建立的列车运行控制模型，本文提出的模型关注对列车间交互规则的描述，这为列车协同控制方法的设计、仿真和分析提供了有力的工具。随后，论文基于该模型提出了基于二次型最优控制理论的多列车协同控制方法，并得到解析解。最后，基于上述模型进行仿真，仿真结果表明提出的列车协同控制方法可以缩短列车延误时间和避免不必要的制动，解决提高线路通过能力和减少能源消耗的问题。　　论文的主要创新点有以下4个方面：　　●提出了双层框架的列车运行控制模型。上层为基于智能体的列车运行控制功能模型，下层为基于元胞自动机的列车运行追踪模型。和已有列车运行控制模型相比，该模型关注于各个控制单元的交互过程，利用智能体和元胞自动机建模方法“自下而上”建立模型的特点，既实现了列车运行控制功能，又描述了列车追踪状态的动态变化。使用基于智能体和元胞自动机的模型适应控制单元分布性和协作性的特点，便于下一步列车协同控制的研究。　　●为使模型更加贴近实际，对提出的列车运行控制模型进行扩展，提出复杂环境下的列车运行控制模型。从站台数量和无线通信延迟两个角度，提出了多站台的改进车站模型和考虑通信延迟的改进模犁。通过仿真，改进的车站模型可以模拟越行现象，进一步分析不同停站方式下列车延误时间，比较不同停站方式的优劣。考虑通信延迟的改进模型可以分析通信延迟对轨道交通流的影响。扩展后的模型为列车协同控制的研究提供了有力的工具。　　●基于解析的方法提出了一种减少跟踪列车延误时间的两列车协同方法。该方法利用建议速度来指导跟踪列车，解决了在前车出现延误的情况下跟踪列车以最短时间进站问题，改变了延迟传播的特性，减少延误时间和能量消耗。　　提出了基于二次型最优控制理论的多列车协同控制方法。该方法用于实现间隔实时调整的多列车协同控制，而且运算时间较短，满足实时性要求，实现了列车间隔趋同效果，初步解决了减少列车延误时间、提高线路通过能力的问题。
作者：	荀径
专业：	交通信息工程及控制
导师：	宁滨;李克平
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文