[发明专利]为城轨列车生成ATO速度控制命令的方法

说明书

本发明公开了一种为城轨列车生成ATO速度控制命令的方法，包括速度命令生成系统，其创新在于：所述速度命令生成系统由多目标粒子群优化模块、外部档案模块和处理模块组成；所述速度命令生成系统先对各个子线路进行处理，生成多个多模态Pareto前沿解集，然后根据多个多模态Pareto前沿解集获得多个备选方案，根据备选方案即可求解出ATO速度控制命令；本发明的有益技术效果是：提出了一种为城轨列车生成ATO速度控制命令的方法，通过该方法，能够获得符合多目标优化目的的多个备选方案，方法的搜索全面性较好，收敛性较好。

技术领域

本发明涉及一种城轨列车自动控制技术，尤其涉及一种为城轨列车生成ATO速度控制命令的方法。

背景技术

城市轨道交通列车运行过程中，能耗的主要形式为用电能耗，其中，列车牵引供电系统的能耗最大；在现有技术条件下，降低能耗的一种有效途径，就是对列车自动控制系统的控制参数进行优化，以减少列车运行过程中的能耗。

现有技术在针对前述问题进行研究时，大多将列车控制策略和列车时刻表作为两个独立的对象进行分析，而实际上这两个过程是相互关联的，并且都会对列车运行能耗产生影响，因此，在研究如何降低列车运行能耗的问题时，应将前述两个过程结合起来，综合考虑，如黄友能，宫少丰等提出的“基于粒子群算法的城轨列车节能驾驶优化模型”([J].交通运输工程学报，2016，16(2)：119-124)即是将列车的节能驾驶策略和列车时刻表同时优化，其具体手段是：第一阶段，在站间运行时间不变的情况下，采用粒子群优化算法(PSO)获得列车在站间的节能驾驶策略，得到列车运行时间和能耗的关系，第二阶段，先计算出站间最小运行时间，在全线路多站间总运行时间不变的前提下，进一步求得总预留时间，然后，再将该总预留时间分配给各个站间，对整个线路的驾驶策略进行优化，生成优化的列车时刻表以达到节能的目的；发明人对前述方案进行了深入研究后发现其还存在如下缺陷：

1)列车运行能耗问题实质上是一种多目标优化问题，即以运行时间最少和能耗最低同时作为优化目的；前述方案中，其目标函数是在运行时间不变的条件下建立起来的，从处理手段来看，其目的是为了将多目标优化问题转换为单目标优化问题，从而降低处理难度，显然，这种处理方式是不符合多目标优化问题的特点的，多目标优化问题的重要特点就是不同目标之间相互独立、相互排斥，以运行时间不变为条件来设立的目标函数显然难以真实、全面地反映出时间和能耗的关联性；

2)采用前述方案时，只能得到一个Pareto最优解，且该解的获得与转换过程中目标参数的设定有很大关系，若欲获取到更多的Pareto最优解，则需通过多次选取不同的权重组合、多次独立运行PSO来进行寻优才能得到，处理过程十分繁琐。此外，列车在站间的节能驾驶还存在多模态选择问题，若将多模态选择问题考虑进去，则将进一步增大处理的复杂性和难度。

3)前述方案需根据先验知识来选取合适的权重参数，设置不同的权重参数将会导致产生不同的Pareto最优解，这就要求操作者要对问题有着较为充足、全面的认识，而要求操作者对问题的认识达到一定的高度，这本身就是一个很难解决的问题。

4)在处理列车以运行时间和能耗为目标的实际问题时，时间和能耗有不同的物理意义且度量单位不同，目标之间不能直接进行比较或加权，虽可用无量纲化来处理目标函数，但又会增加算法的复杂性，且会引起目标空间的改变，导致无法正常利用决策信息。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种为城轨列车生成ATO速度控制命令的方法，包括ATO系统和速度命令生成系统，所述速度命令生成系统能为ATO系统生成ATO速度控制命令，所述ATO系统能根据ATO速度控制命令对列车进行控制；其特征在于：所述速度命令生成系统由多目标粒子群优化模块、外部档案模块和处理模块组成；

所述方法包括：

设某一运营线路上存在n+1个站点，位置相邻的两个站点之间的路段记为一个子线路，则该运营线路中存在n个子线路；