基于人工势场的虚拟编组自适应模型预测控制

1

作者 林俊亭 倪铭君 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第10期3273-3285,共13页

现今,列车高速度、高密度追踪控制对编队列车运行的安全性提出更高的要求。为满足人们对列车运行过程中自适应性和准确性的需求,提出一种基于人工势场的虚拟编组(VC)自适应模型预测控制(MPC)方法。将VC列车作为研究对象,采用MPC方法建... 现今,列车高速度、高密度追踪控制对编队列车运行的安全性提出更高的要求。为满足人们对列车运行过程中自适应性和准确性的需求,提出一种基于人工势场的虚拟编组(VC)自适应模型预测控制(MPC)方法。将VC列车作为研究对象,采用MPC方法建立基于列车平衡态的动力学模型,以控制精度和平稳性、安全性为优化目标,并将基于人工势场设置的防撞函数加入目标函数,从而实现编队的防撞控制;分析不同时域参数对系统控制精度和计算效率的影响作用,设计对应的适应度函数,基于遗传算法(GA)求得不同工况下的最优时域参数组合,并制定时域参数更新策略,在确保列车编组准确控制的同时提高系统的实时性;在MATLAB平台上搭建4列车追踪运行场景,仿真验证所提方法的有效性。结果表明:相较于传统的模型预测控制器,基于人工势场的模型预测控制器在间隔控制上准确度提高了94.8%,可有效避免列车间发生碰撞,保证了列车运行的安全性;另外,采用自适应控制律的控制器可根据列车运行状态对系统进行实时调整,在确保高控制精度的前提下,计算效率提高10%。研究结果验证了所提方法的可行性,提高了控制器的综合控制性能,并为进一步优化编队控制和保障列车安全运行提供参考。 展开更多

关键词 虚拟编组 模型预测控制 人工势场 遗传算法 列车追踪运行优化

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考虑牵引链温度场的货运列车动态建模及优化算法研究

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作者 陶新坤 冯晓云 +2 位作者 郭佑星 王青元 孙鹏飞 《自动化学报》 北大核心 2025年第7期1562-1584,共23页

货运列车在运行中表现出时变行为,而静态机理模型难以捕捉这些变化,导致优化结果与列车运行状态不相符.此外,不当的驾驶策略可能导致电力设备温度过高.为此,提出一种用于评估列车能耗与温度的动态建模方法,并设计一种大规模自适应多策... 货运列车在运行中表现出时变行为,而静态机理模型难以捕捉这些变化,导致优化结果与列车运行状态不相符.此外,不当的驾驶策略可能导致电力设备温度过高.为此,提出一种用于评估列车能耗与温度的动态建模方法,并设计一种大规模自适应多策略多目标竞争群优化器(LA-MOCSO).具体而言,首先,建立“列车-线路-电网”的机理模型,用于计算多列车运行过程中的功率和网压;提出一种融合机理模型、数据驱动模型和补偿模型的混合建模方法,用于捕捉列车和环境的时变特征.其次,建立电力设备的温升模型,并设计基于拉普拉斯变换的快速求解方法.然后,构建一个优化牵引供电系统能效与电力设备温度的多目标优化模型;提出一种LA-MOCSO算法,用于解决多列车长距离运行的大规模多目标优化问题.最后,实验验证了动态建模方法的有效性;通过与四种经典算法的比较,验证了所提算法的性能;结果表明多列车综合优化方法可以降低变电所18.2%的能耗,确保电力设备处于适宜的温度环境. 展开更多

关键词 动态建模 列车节能 大规模综合优化 数据驱动 列车-线路-电网-温度场

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考虑行调冲突的大型高铁站到发线运用优化研究 被引量：1

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作者 张毅 李季涛 +1 位作者 孙婉婷 周天阳 《铁道运输与经济》 北大核心 2025年第3期111-121,共11页

配备有动车所的大型高铁站同时承担行车与调车2类作业,编制到发线运用计划时充分考虑行调冲突的影响对确保行车安全、提高车站运转效率具有重要意义。为此,在分析行调作业时空冲突机理基础上,将行调冲突量化整合为列车过站费用的形式,... 配备有动车所的大型高铁站同时承担行车与调车2类作业,编制到发线运用计划时充分考虑行调冲突的影响对确保行车安全、提高车站运转效率具有重要意义。为此,在分析行调作业时空冲突机理基础上,将行调冲突量化整合为列车过站费用的形式,以列车过站费用小、到发线利用均衡性强和到发线运用计划鲁棒性优为优化目标,考虑行调冲突疏解、分段解锁条件下列车进路冲突疏解等安全约束,构建到发线运用多目标优化模型,设计改进遗传算法进行求解。以某大型高铁站为例进行验证,结果表明,模型优化方案比现行方案过站费用降低了15.0%,均衡性和鲁棒性分别提升25.2%和24.9%,相邻列车缓冲时间提高14.3%,在保证行车作业安全及到发线运用计划鲁棒性的情况下,模型可减少行车作业对调车作业的时空干扰,提高车站运转效率,为大型高铁站到发线运用计划编制提供参考。 展开更多

关键词 大型高铁站 到发线运用 行调冲突 改进遗传算法 多目标优化

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考虑调车作业约束的城市轨道交通回库列车股道运用多目标优化模型

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作者 张增超 徐鹏 +3 位作者 辛丽平 范锐 李辰 吴泽霖 《城市轨道交通研究》 北大核心 2025年第1期212-216,共5页

[目的]为改善调车作业对城市轨道交通车辆段回库列车股道运用的影响,提高城市轨道交通列车检修效率,需在考虑调车作业约束的情况下对城市轨道交通回库列车股道运用进行优化。[方法]将转场列车视为回库列车,按调车入库时间分别编入早、... [目的]为改善调车作业对城市轨道交通车辆段回库列车股道运用的影响,提高城市轨道交通列车检修效率,需在考虑调车作业约束的情况下对城市轨道交通回库列车股道运用进行优化。[方法]将转场列车视为回库列车,按调车入库时间分别编入早、晚回库计划中,以最少调车次数和最小检修走行距离为目标函数,考虑调车作业约束,基于改进灰狼算法开发了一种先对单个独立回库计划(早回库、晚回库)进行规划,再对所有回库计划通盘规划的列车股道运用多目标优化模型。以天津某地铁线路车辆段的回库列车股道运用方案为算例,验证所建立优化模型的有效性和可行性。[结果及结论]通过所提模型求解得到的列车股道运用方案的走行距离比人工方案减小65.7%(其中早回库阶段减小25%,晚回库阶段减小77.7%),且列车调车次数为0。该模型能在满足城市轨道交通回库列车洗车、检修、次日发车等调车作业约束的基础上实现回库列车股道运用的最优化编排。 展开更多

关键词 城市轨道交通 回库列车 股道运用多目标优化模型 调车作业约束

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基于再生能利用的地铁多车协同折返优化研究 被引量：1

5

作者 张煜睿 潘寒川 刘志钢 《铁道运输与经济》 北大核心 2024年第4期172-181,共10页

折返站作为影响线路发车上限的重要因素,影响着整条线路的运营效率,也是能量浪费较为严重的地方。因此,有必要在兼顾线路运营效率的前提下减少列车折返运行的能耗。为此,通过提出基于再生制动能量利用的列车折返问题对列车的节能运营进... 折返站作为影响线路发车上限的重要因素,影响着整条线路的运营效率,也是能量浪费较为严重的地方。因此,有必要在兼顾线路运营效率的前提下减少列车折返运行的能耗。为此,通过提出基于再生制动能量利用的列车折返问题对列车的节能运营进行研究。通过建立底层网络图,构建以列车折返为基础考虑再生制动能量利用的能耗优化模型。为提高模型的求解能力,引入辅助变量将其转变为线性化模型。以上海地铁某折返站作为实例对象,借助Gurobi进行求解并对能耗等数据进行分析,证实模型有效。由该模型得到的折返时刻图在保证折返能力的同时,列车能耗与原始折返方式相比降低了5.74%,为考虑再生制动能量利用的列车折返运营方式提供一定的理论支撑与依据。 展开更多

关键词 城市轨道交通 列车折返 再生制动能量利用 底层网络 优化模型

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基于遗传算法的单线列车运行调整体系 被引量：25

6

作者 章优仕 金炜东 《西南交通大学学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第2期147-152,共6页

针对单线列车运行的特点,提出了“相邻列车”的概念,根据此概念建立了单线列车运行调整模型,并推导了列车运行图偏差函数作为模型调整目标.鉴于列车运行调整问题的解空间太大,用一般的运筹学方法难以有效地求解,提出了基于遗传算法的优... 针对单线列车运行的特点,提出了“相邻列车”的概念,根据此概念建立了单线列车运行调整模型,并推导了列车运行图偏差函数作为模型调整目标.鉴于列车运行调整问题的解空间太大,用一般的运筹学方法难以有效地求解,提出了基于遗传算法的优化求解算法.该算法根据被调整列车的等级将原问题分解成若干子问题,并在对每个子问题求解的过程中,运用遗传算法在解空间中寻优.仿真结果显示了该模型和算法在应用于实际运行调整时的有效性和实时性. 展开更多

关键词 列车运行调整 遗传算法 优化 单线铁路 模型

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最大通过能力下高速铁路运行图优化研究 被引量：9

7

作者 路超 周磊山 陈然 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第11期2746-2754,共9页

为最大限度地利用多等级列车共存的高速铁路繁忙线路通过能力,同时保证运输质量,构建高速铁路网通过能力最大化条件下的列车运行图优化模型。根据列车运行过程中不得有冲突的特点将该问题抽象为时空网络中带约束的最大独立集问题。通过... 为最大限度地利用多等级列车共存的高速铁路繁忙线路通过能力,同时保证运输质量,构建高速铁路网通过能力最大化条件下的列车运行图优化模型。根据列车运行过程中不得有冲突的特点将该问题抽象为时空网络中带约束的最大独立集问题。通过D-W分解将模型进行转化及线性松弛。采用列生成算法对有大规模决策变量的松弛问题进行求解。在松弛解的基础上设计分支定界算法求得最优可行列车最大独立运行线集。研究结果表明:所建模型具有在不同参数表示的需求场景下灵活求得兼顾运能和运输质量的有效运行图的功能。通过与求解独立集问题的常用启发式算法对比,本文方法可在保持旅行时间平均1.33%波动条件下使得通过能力值目标提高2.56%、总目标值提高4.6%。 展开更多

关键词 高速铁路 能力利用 运行图 优化模型

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单线铁路列车运行调整计算机辅助决策系统研究 被引量：9

8

作者 赵强 严余松 《铁道学报》 EI CSCD 北大核心 2000年第4期1-7,共7页

列车运行调整计算机辅助决策系统 ,是铁路行车调度指挥自动化系统的关键环节。本文构造了单线铁路列车运行调整的混合 0 - 1线性优化模型 ,该模型较好地体现了列车运行计划调整、机车交路调整和车站到发线利用的协调与配合。鉴于列车运... 列车运行调整计算机辅助决策系统 ,是铁路行车调度指挥自动化系统的关键环节。本文构造了单线铁路列车运行调整的混合 0 - 1线性优化模型 ,该模型较好地体现了列车运行计划调整、机车交路调整和车站到发线利用的协调与配合。鉴于列车运行计划调整为 NPC问题 ,结合问题的实际背景 ,提出了一种有效的大系统分解算法——动态区域局部优化算法。该算法应用分枝定界法实现局部问题的优化。讨论了同向列车越行优化问题 ,并给出了同向列车越行最优性条件。对机车交路调整与车站到发线利用分别提出了复杂性为 O(n)和 O(pn) 展开更多

关键词 列车运行调整 局部优化 计算机辅助决策 单线

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周期模式下高速铁路车站到发线运用优化模型研究 被引量：9

9

作者 单奕嘉 聂磊 +2 位作者 乐逸祥 徐瑞华 王鹏玲 《铁道学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期1-13,共13页

周期化列车开行模式为铁路规律化运营提供了条件,也为旅客出行提供了高频率、规律化的服务。为适应我国周期化列车运行图的发展,车站到发线作业组织模式必须向周期化转变。本文分析高速铁路车站设备特点,用技术作业链刻画作业流程,给出... 周期化列车开行模式为铁路规律化运营提供了条件,也为旅客出行提供了高频率、规律化的服务。为适应我国周期化列车运行图的发展,车站到发线作业组织模式必须向周期化转变。本文分析高速铁路车站设备特点,用技术作业链刻画作业流程,给出到发线周期化运用方案的编制流程,提出列车接续、过表列车冲突消解和非周期化列车到发线安排3个关键技术,构建列车站内总走行时间最短、到发线运用最均衡的多目标优化模型;分析模型的最优值,基于Min-max Normalization的无量纲处理办法与线性加权法将多目标转为单目标,利用Matlab调用Cplex编程求解;以北京南站京沪高速场和济南西站为例,验证模型和算法的有效性。结果显示到发线运用指标良好并满足周期化运用要求;过表列车冲突成功消解,方案拼接后无冲突。 展开更多

关键词 高速铁路车站 到发线运用方案 周期化列车开行模式 多目标模型 优化

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区域铁路车站股道运用在线融合实时调整优化方法 被引量：4

10

作者 高全 张英贵 +1 位作者 陈治亚 陈曾儒 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期2490-2497,共8页

区域铁路网络化运营背景下相邻车站股道运用经由列车运行和到发时刻呈现强关联及时效性特征,易受突发事件影响,股道运用在线调整是列车运行调整的重要内容。基于双层规划理念,兼顾区域铁路多站股道运用在线协同编制和列车时刻表调整,构... 区域铁路网络化运营背景下相邻车站股道运用经由列车运行和到发时刻呈现强关联及时效性特征,易受突发事件影响,股道运用在线调整是列车运行调整的重要内容。基于双层规划理念,兼顾区域铁路多站股道运用在线协同编制和列车时刻表调整,构造抗二次干扰能力评估函数,统筹考虑列车最小停站时间、接发车和股道占用最小安全间隔时间、进路占用等约束,建立以时刻表波动性最小和抗二次干扰能力最大为优化目标的列车时刻表动态调整模型、以股道占用整体波动性最小和均衡性最大为优化目标的多站股道运用在线实时调整优化模型,并以车站实际到发时刻为融合因子,构建区域铁路车站股道运用在线融合调整双层规划模型;基于多站股道运用、时刻表之间的正反馈-负反馈作用机制和模拟退火思想,设计多站股道运用在线融合实时调整启发式求解算法,提出一种兼顾调整方案波动性、抗二次干扰能力和均衡性的区域铁路车站股道运用在线融合实时调整优化方法。算例分析表明:所提方法在兼顾调整方案波动性、抗二次干扰能力和均衡性的同时,能高效制订出合理的区域铁路多站股道运用在线融合调整方案,满足实时调整强时效性的要求,能够为区域铁路多站股道运用在线协同编制和列车运行实时调度管理提供决策支持。 展开更多

关键词 区域铁路车站 股道运用 在线融合实时调整 双层规划模型 启发式算法

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基于列车到发分布的高速铁路车站到发线运用优化 被引量：11

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作者 任禹谋 张琦 +3 位作者 袁志明 王涛 丁舒忻 李智 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期137-143,共7页

针对高速铁路车站到发线运用计划编制问题,提出了一种基于分时段多目标的到发线运用优化模型和改进的快速非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithmⅡ,NSGA-Ⅱ)。首先,考虑咽喉区进路与到发线的耦合关系,根据列车到... 针对高速铁路车站到发线运用计划编制问题,提出了一种基于分时段多目标的到发线运用优化模型和改进的快速非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithmⅡ,NSGA-Ⅱ)。首先,考虑咽喉区进路与到发线的耦合关系,根据列车到发分布特征对研究时段进行划分,以到发线利用均衡、计划鲁棒性强和客运服务质量为优化目标,应用整数规划方法构建到发线运用优化模型。然后,引入约束支配原则,设计了带精英策略的改进算法。最后,以京沪高铁某车站的实际运行数据为例进行仿真验证。计算结果表明,在平峰时段,到发线占用费用比原方案降低了16.98%,有效提升了客运服务质量;在高峰时段,到发线占用时间方差和总冲突系数比原方案降低了48.57%和29.81%,明显提高了车站的设备利用率和到发线运用计划的鲁棒性;与整体优化方法相比,分时段优化方法能更有针对性地降低各项优化目标的函数值。因此,充分考虑列车到发分布因素对到发线运用问题的影响,可以有效改善优化指标,为制定不同繁忙程度下的车站作业方案提供决策支持。 展开更多

关键词 铁路运输 到发线运用 改进的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ) 多目标优化 列车到发分布

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