[发明专利]城市轨道交通节能时刻表和运行曲线优化方法

说明书

本发明的领域涉及城市交通优化技术领域，更具体地，涉及城市轨道交通节能时刻表和运行曲线优化方法，S1：获取城轨列车、城轨线路、城轨运营时刻表的基本数据；S2：针对单列车在单个站间的运行过程，得到每个站间不同运行时间下的节能运行速度曲线；S3：针对单列车在多个站间的运行过程，获取节能区间运行时间分配方案以及对应的速度曲线；S4：计算S3中得到的每个站间速度曲线的牵引加速时长与制动减速时长；S5：针对多列车在多个站间的运行过程，获取节能的发车间隔与停站时间；S6：输出优化结果。本发明节能运行速度曲线计算时间短，误差小；降低多站间牵引能耗，提高再生制动反馈能量利用率。

技术领域

本发明的领域涉及城市交通优化技术领域，更具体地，涉及城市轨道交通节能时刻表和运行曲线优化方法。

背景技术

随着我国城市规模不断扩大，城市人口迅速增加，居民的出行需求持续增长。城市轨道交通因其快捷、准点、安全、高效等优点，成为了居民出行的首要选择。大中型城市对轨道交通的需求也愈发强烈，因此，城市轨道交通近年发展迅猛。但随着城轨运营规模的不断扩大，日益增长的运营成本给运营单位造成了一定的经济压力。其中，城轨系统耗电支出约占运营成本的40％，且城轨列车运行所需电能占总消耗电能的比重较大。因此，降低城轨列车运行能耗对降低运营成本具有显著效果。列车运行能耗主要分为两个方面：牵引能耗与再生制动反馈能量。

牵引能耗是指列车在运行过程中牵引加速所消耗的能量，主要由列车运行速度曲线决定。目前国内城轨列车所采用的运行速度曲线主要考虑安全与准点两个因素，忽略了通过优化速度曲线来降低牵引能耗的可能，所以现有的运行速度曲线尚存在较大的节能空间。已有的研究与工程实验表明通过优化城轨列车运行速度曲线可有效降低约10％的牵引能耗。同时，站间运行时间对列车运行速度曲线优化有着直接影响。但是，现有的研究大多以单列车在单个站间的运行为研究对象，并没有考虑站间运行时间调整对列车运行速度曲线以及牵引能耗的影响。因此，通过合理地调整列车站间运行时间，可进一步降低列车在多个站间的总运行能耗。

再生制动反馈能量是列车在电制动的过程中产生的能量，通过供电网传输可供其他列车的牵引消耗。如果产生的再生制动反馈能耗不能被其他列车利用，由于能量无法储存，将会被制动电阻消耗，造成能量浪费。城轨列车运行过程中，由于站间距离较短，列车启动制动频繁，且列车的牵引和制动加速度较大，再生制动反馈能量的再利用空间十分巨大。数据表明，北京城轨运营线路中可以被利用的再生制动反馈能量占牵引能耗的30％以上，但是实际运营过程中利用率并不高，大量再生制动反馈能量被浪费。通过增加不同城轨列车牵引与制动过程的重叠时间，将会有效提高再生制动反馈能量的利用率。这一点可以通过调整城轨列车出站时间与到站时间，对城轨列车运行过程按照时间轴进行平移来实现。

从上述分析不难看出，牵引能耗和再生制动反馈能量作为城轨系统列车运行能耗的主要影响因素，可以通过速度曲线、区间运行时间、出站时间和到站时间进行优化，后三个因素由运行时刻表决定。由于需要综合考虑速度曲线与时刻表相关因素，问题较为复杂，目前并没有十分完善的解决方案。

在纪云霞,基于改进遗传算法的列车速度曲线优化[J].计算机与现代化,2018(8):1-7.论文提出一种改进型遗传算法，对列车节能运行速度曲线进行计算。该论文提出的节能运行速度曲线计算方法，模型复杂，计算时间长，且仅考虑单列车在单个站间的运行过程，并没有对单列车在多个站间的运行过程进行研究。

还有比如，B.Jin,Train Timetable and Trajectory Optimization UsingImproved[C].2018 37^th Chinese Control Conf,2018:7748-7753.该论文提出列车多站间的速度曲线优化计算方法。该论文提出的列车多站间节能运行速度曲线优化计算方法计算误差较大，且没有对再生制动反馈能量利用率的提升进行研究。

发明内容