[发明专利]一种优化铁路固定闭塞分区的方法

权利要求书

1.一种优化铁路固定闭塞分区的方法，包括分区方案优化系统，其特征在于：所述分区方案优化系统由多个子模块和全局外部档案模块(1)组成；单个所述子模块由局部外部档案模块(2)、规模调整模块(3)、2个竞争小种群模块(4)和2个协作小种群模块(5)组成；单个所述竞争小种群模块(4)分别与规模调整模块(3)和局部外部档案模块(2)连接，单个协作小种群模块(5)与局部外部档案模块(2)连接，2个协作小种群模块(5)相互连接；局部外部档案模块(2)与全局外部档案模块(1)连接；所述方法包括：

(一)分区方案优化系统按方法一确定子模块的个数；

(二)分区方案优化系统内的每个子模块均生成一个最优前沿解，每个子模块将生成的最优前沿解送入全局外部档案模块(1)；单个子模块按方法二生成最优前沿解；

(三)当全局外部档案模块(1)收到所有子模块发送的最优前沿解后，全局外部档案模块(1)内的所有最优前沿解形成离散形式的Pareto前沿解；

(四)操作人员根据实际需要从分区方案优化系统所生成的Pareto前沿解中选择一个最优前沿解作为布置方案在固定闭塞区间内进行信号机布置；

所述方法一包括：

将高速铁路上A站与B站之间的区域记为一个固定闭塞区间，所述固定闭塞区间内设置有多个信号机，将所述固定闭塞区间内每相邻两个信号机之间的区域记为一个闭塞分区；

将A站与B站之间的信号机架数记为N_s，将A站的出站信号机的位置记为x₀，将B站进站信号机的位置记为

按公式一确定N_s的取值范围；

设信号机架数N_s在公式一所述范围内的取值个数为n个，则设置n个子模块，所述n个子模块与n个信号机架数N_s的取值一一对应；

所述公式一为：

其中，l_section为A站与B站之间的距离，l_circuit为轨道电路的极限长度；l_min为工程设计人员根据现场实际情况确定的闭塞分区最小长度；N_s取整数，为向上取整数，为向下取整数；

所述方法二包括：

1)在2个竞争小种群模块(4)内分别生成一个竞争小种群；

单个竞争小种群模块(4)在搜索空间内随机生成多个单体，当单个竞争小种群模块(4)内的单体数达到设定值T时，竞争小种群模块(4)停止生成新的单体，此时竞争小种群模块(4)内的全部单体形成一个竞争小种群；将竞争小种群所辖单体数记为竞争小种群的规模，将2个竞争小种群的规模分别记为δ₁、δ₂，则2个竞争小种群初始的规模δ₁＝δ₂＝T；

竞争小种群中的单体按如下方式进行编码：其中x_i表示所述固定闭塞区间内任意一个信号机的具体位置，表示所述固定闭塞区间内第N_S个信号机的位置；

2)2个竞争小种群模块(4)分别控制2个竞争小种群对所辖的单体进行优化处理获取可行解，其中一个竞争小种群模块(4)采用遗传算法进行优化处理，另一个竞争小种群模块(4)采用差分进化进行优化处理，2个竞争小种群模块(4)的优化处理并行进行；竞争小种群模块(4)每进化一代就将竞争小种群中生成的可行解送入局部外部档案模块(2)，竞争小种群模块(4)每进化y代就将竞争小种群中生成的可行解送入规模调整模块(3)，其中y为设定值；2个竞争小种群模块(4)每次同步向规模调整模块(3)发送可行解；

在保证2个竞争小种群模块(4)的总规模为2T不变的条件下，规模调整模块(3)每次收到2个竞争小种群模块(4)发送的可行解，就分别控制2个竞争小种群模块(4)对所辖的竞争小种群按如下方式调整规模：

将一个竞争小种群模块(4)所辖的竞争小种群记为第一竞争小种群，将另一个竞争小种群模块(4)所辖的竞争小种群记为第二竞争小种群；

a)根据公式七、公式八确定2个竞争小种群当次应调整的规模大小；

所述公式七为：

δ₁＝τ₁×2T

其中，τ₁为第一竞争小种群当次的贡献率，τ₁按公式九确定；

所述公式八为：

δ₂＝τ₂×2T

其中，τ₂为第二竞争小种群当次的贡献率，τ₂按公式十确定；

所述公式九为：

其中，p₁为当次从第一竞争小种群中发送到规模调整模块(3)的可行解个数，p₂为当次从第二竞争小种中发送到规模调整模块(3)的可行解个数；当τ₁0.2时，τ₁取值0.2；当τ₁0.8时，τ₁取值0.8；

所述公式十为：

其中，当τ₂0.2时，τ₂取值0.2；当τ₂0.8时，τ₂取值0.8；

b)比较单个竞争小种群当次应调整的规模与当前同一个竞争小种群的规模大小：如果竞争小种群当次应调整的规模大于当前同一个竞争小种群的规模，竞争小种群的规模需要增大，则采用随机的方式生成新的单体，直到竞争小种群的规模达到当次应调整的规模；如果竞争小种群当次应调整的规模小于当前同一个竞争小种群的规模，竞争小种群的规模需要减小，则将竞争小种群中的单体从适应度值小的向适应度值大的逐一删除，直到竞争小种群的规模达到当次应调整的规模；如果竞争小种群当次应调整的规模等于当前同一个竞争小种群的规模，则竞争小种群的规模不需要调整；

3)判断如下两个条件是否满足，当满足如下两个条件中任意一个条件或两个条件同时满足时，进入步骤4)，否则返回步骤2)；

条件一：经过3y代进化后，一个竞争小种群的规模是另一个竞争小种群的规模的4倍；

条件二：2个竞争小种群的进化代数均已达到设定值；

4)局部外部档案模块(2)对收到的可行解采用免疫克隆法进行优化处理，将得到的全部优化抗体按亲和度值从大到小排序，并选取前S个优化抗体作为优化解集，局部外部档案模块(2)将所述优化解集分别发送至2个协作小种群模块(5)，单个协作小种群模块(5)将收到的优化解集作为初始的协作小种群；所述优化解集所包含优化抗体的个数S为设定值；

5)其中一个协作小种群模块(5)控制所辖协作小种群内的单体采用遗传算法进行优化处理获取可行解，另一个协作小种群模块(5)控制所辖协作小种群内的单体采用差分进化进行优化处理获取可行解，2个协作小种群模块(5)的优化处理并行进行；

2个协作小种群模块(5)每进化一代就将协作小种群中生成的可行解送入局部外部档案模块(2)；每进化一代后，2个协作小种群模块(5)分别对各自所辖协作小种群内的单体按适应度值从大到小排序，2个协作小种群模块(5)均用各自适应度值排在前10％的单体去替换对方适应度值排在后10％的单体；

6)当2个协作小种群模块(5)的优化处理均完毕后，局部外部档案模块(2)将当前所辖的全部可行解按适应度值大小进行排序，将适应度值最大的可行解记为最优前沿解，并将最优前沿解发送至全局外部档案模块(1)；

所述步骤2)中，所述可行解为满足约束条件的单体，所述约束条件由公式二至公式五确定：

将A站与B站之间的闭塞分区个数记为N_section，N_section＝N_s+1；将闭塞分区的长度记为l_i；

所述公式二为：

l_min≤l_i≤l_circuit

所述公式三为：

所述公式四为：

其中，为列车自x_i-1处从任一较高速度等级制动到相邻较低速度等级所需制动距离的最大者；l_a为司机瞭望到信号到采取制动动作的时间内列车行驶的距离；

所述公式五为：

I_i≤H

I_i为追踪列车之间的间隔时间，H是给定的追踪列车之间的间隔时间；

所述步骤2)中，所述遗传算法和差分算法采用的适应度函数fitness由公式六确定：

所述公式六为：

其中：

其中，α和β为惩罚因子，α的取值范围为20-50，β的取值范围为0.7-0.9；k₁为常数0.001；N_beyond为公式二所定义范围外的闭塞分区的个数；max(I₁,I₂,…,I_i,…,I_k)为追踪列车之间的间隔时间的最大值。