[发明专利]一种基于遗传算法的城市轨道交通节能运行图设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及城市轨道交通运行调度方法，特别是一种基于遗传算法的城市轨道交通节能运行图设计方法。

背景技术

在城市轨道交通运营过程中以消耗电能为主，其耗电方式可归结为车辆运行中的牵引耗电和其它设备耗电两大类。在城市轨道交通运营过程中，一般地铁线路的能耗为几十甚至上百兆瓦级，其中有近50％来自于列车牵引能耗，不仅城市轨道交通运营成本居高不下，而且也给城市供电系统带来了沉重的负担。现有解决城市轨道交通牵引能耗的方法主要有：

一是车辆设计节能。如在列车交流牵引系统中运用调频调压控制技术，以变频调速来降低列车调速时由附加电阻消耗掉大量的电能，避免因附加电阻的发热提高隧道内的温度而要求增加通风量和制冷电能。

二是车辆运行节能。如电动客车采用微机控制自动驾驶，即在信号系统设计时，根据线路的坡道、弯道及列车载重等情况，设计自动驾驶 ATO 曲线，自动调整行驶速度，控制随行点使电动客车永远处于最佳运行状态，以便减少电耗，达到节能的目的。但该方法解决的是单辆车运行时的节能，尚不能解决多辆车同时在线的能量互馈问题。

三是线路选线与列车优化编组节能。如线路节能设计主要考虑尽可能优化曲线半径，以减少车辆行驶过程中因曲线阻力大而增加电耗；优化线路节能坡，设置合理的进出站坡度，使列车进站时上坡，将动能转化为势能，列车出站时下坡，再将势能转化为动能，这样有利于减少牵引能耗；线路纵坡设计还综合考虑泵站位置等设备布置，以达到优化、合理、经济、节约能源的目的。该方法在线路设计阶段实施，不仅实施周期长，而且造价昂贵。又如确定全线的总体运营规模、合理确定列车编组、合理设置运营交路、合理安排列车运营对数等技术措施，将有效降低人车公里能耗。该方法虽能有效降低人车公里能耗，但却不能有效降低列车牵引能耗。

四是列车系统再生制动节能。如利用车辆行车密度大、不同车辆同时处于不同牵引、制动工况的概率较高的特点，回收车辆制动能量，但该方法不能完全将制动能量吸收。针对这一不足，中国专利CN200820056656.5公开了上海工程技术大学提出的一种轨道交通车辆制动能量回收装置，属于一种储能设备节能方法。它将再生制动能量储存起来并在需要时再释放，虽然能较好利用能源，但储存电能设备的造价极其昂贵，且安全性不高，影响其实际运用。

如何克服以上各种方法解决城市轨道交通牵引能耗所存在的不足，已成为当今城市轨道交通运营领域亟待解决的一项重大难题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术所存在的不足而提供一种基于遗传算法的城市轨道交通节能运行图设计方法，它利用遗传算法计算分析现有城市轨道交通运营调度系统，有效调整运行图中列车停站时间，可明显降低列车牵引能耗，且几乎不增加任何设备成本。

根据本发明提出的一种基于遗传算法的城市轨道交通节能运行图设计方法，其特征在于包括：首先，建立可供节能运行图分析计算的数据模块；其次，分别计算该城市轨道交通系统不同客流时间段的参数；再次，计算不同时间段该城市轨道交通系统的节能运行数据；最后，利用不同时间段的节能运行数据组合绘制形成全天候的节能运行图。本发明的进一步优选方案是：上述可供节能运行图分析计算的数据模块包括：轨道线路数据模块、列车运行数据模块和调度运营数据模块。分别计算城市轨道交通系统不同客流时间段参数的步骤包括：第一步，根据调度运营数据对不同发车时间段进行运行分组；第二步，根据不同的运行分组计算不同的遗传参数,利用遗传参数计算该时间段的节能运行图。计算城市轨道交通不同时间段节能运行数据的步骤包括：第一步，编码：将列车停站时间分为短停站时间和长停站时间，以二进制代码0和1分别代表两种停站时间，对每列车在各站的停站时间进行编码；第二步，确定种群数量并随机生成相应数量的种群：根据该时间段的遗传参数设置种群数量；第三步，设置算法关系式：设置种群的适应度方程；第四步，计算种群适应度选择交配种群：根据不同种群的适应度，选择适应度大的种群作为交配种群；第五步，交配：交配种群以交配概率Pc随机地交换编码数据串结构中某个串的值而得到后代种群；第六步，突变：后代种群以变异概率Pm随机地改变编码数据串结构中某个串的值而得到优化种群；第七步，检验：检验优化种群的性能，对不达标的优化种群重返上述第四步、第五步和第六步，使其循环而达标。