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基于动态规划的城市轨道交通列车运行曲线多目标优化
| 论文题名： | 基于动态规划的城市轨道交通列车运行曲线多目标优化 |
| 关键词： | 城市轨道交通;单质点列车;运行曲线;多目标优化 |
| 摘要： | 随着我国城市化进程快速发展，交通需求量不断增加。作为一种准时速达、舒适安全的大运量交通方式，城市轨道交通可高效实现旅客的中短距离周转，其建设正进入蓬勃发展时期。由于城市轨道交通是城市公共交通的重要组成部分，故对系统中列车运行能耗、准点性及舒适度有较高要求。但在实际运营中，上述指标易受列车运行速度的影响，加之限速和线路条件变化，列车延迟和紧急制动等情况时有发生，在一定程度上影响了乘客出行时间，增加了列车的运行成本。因此，从多目标优化的角度对列车运行曲线进行设计，提高运营效率和服务质量，降低运行能耗，成为城市轨道交通领域的重要研究课题。本文基于动态规划算法，对城市轨道交通单列车运行曲线优化和多列车追踪优化问题进行了如下研究: 首先，研究基于动态规划的单列车运行曲线优化问题。根据单质点列车动力学模型和动态规划多阶段决策原理，将区间线路进行分段，推导列车运行能耗和时间表达式。以节能、准点和运行舒适度为优化目标，采用动态规划算法，求解列车最优的速度位置序列。在运行曲线优化实验中，设定单目标和多目标两种优化前提，在动态规划搜索的基础上，用遗传算法搜索加以对比。结果分析表明，在多目标条件下，采用动态规划进行搜索，可求得节能、准点，且满足乘客舒适度的列车区间运行曲线，满足节约运营成本的需求。 然后，研究基于动态规划和固定时间的多车追踪运行曲线优化问题。通过分析列车区间追踪的动态过程，建立三种列车追踪优化场景，并提出相应的运行曲线优化策略。采用基于二分法的固定时间算法，在逼近列车实际区间运行时间的前提下，求解目标函数中能耗和时间的最佳权重系数，依据优化策略，用动态规划进行运行曲线求解。仿真结果分析表明，动态规划和固定时间算法结合，能在设定的前车正常及延迟条件下，为追踪列车制定最优运行曲线，在节约能耗的基础上，大幅减小后车受前车影响发生延迟的可能性。 最后，根据单列车和多列车追踪运行曲线优化理论，开发列车运行曲线优化软件模块。采用软件三层设计模式，使用面向对象开发语言，定义列车运行曲线优化指标及各类功能、算法函数。依据某一实际线路为背景，开发设计数据库，并进行计算实验。通过结果分析，进一步验证动态规划及固定时间算法的有效性，并为列车运行曲线跟踪控制模块提供节能、准点、舒适的速度位置序列。 |
| 作者： | 张凌莺 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 宁滨 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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