[发明专利]一种基于基于自适应大邻域搜索算法的城轨列车时刻表节能优化方法

说明书

本发明提供了一种基于自适应大邻域搜索算法的城轨列车时刻表节能优化方法，属于地铁列车节能技术领域。包括“模型构建”和“算法设计”两个阶段。“模型构建”包括：提出了协同调度的规则，定义了高峰时段和非高峰时段的加速列车和制动列车之间的重叠时间；分别建立了高峰时段和非高峰时段的列车时刻表整数规划模型；推导得到目标函数，使重叠时间最大化。“算法设计”包括：根据所建模型及目标函数设计一种自适应大邻域搜索算法(ALNS)，并为该算法分别设计destroy和repair方法集合，用于模型的计算。本发明具有良好的优化效率，在列车运行高峰期以及非高峰期均可以提高列车再生制动能量的利用率。

技术领域

本发明涉及到地铁列车节能技术领域，为了提高再生制动能量的利用率，本文提出了一种基于自适应大邻域搜索算法的种基于自适应大邻域搜索算法的城市轨道交通列车运行调整策略，使制动列车所产生的再生制动能量可以直接用于正在加速的列车。此外，设计了一种自适应大邻域搜索算法(ALNS)来求解模型得到最优时间表。

背景技术

城市轨道交通，作为城市公共交通系统的一个重要组成部分，以其运量大、快速准时、安全高效、节能环保等优点很好地解决了城市交通增长的供需矛盾和道路拥堵问题。但在列车运营过程中会产生大量的能源消耗，如何降低列车运营能耗成为了当下研究热点。传统的轨道交通节能研究主要通过减少列车质量，降低列车运行阻力从而改变列车速度曲线来降低列车运行牵引能耗，此类方法研究已经比较成熟。近年来，如何通过优化列车运行时刻表来提高列车再生制动能量的利用率得到越来越多的关注和研究。所谓的再生制动能量就是将列车运行的动能转化成能够通过转换器和受电弓反馈到供电触网的电能。

当今，随着再生制动技术在城市轨道系统的广泛应用，急需一种既能满足节能又能较好地运用于实际运营的多列车节能时刻表。这种时刻表一般有以下几个特点：(1)节能效果好：通过建立多列车节能运行优化模型，改变列车的发车时间间隔和在每站的驻留时间尽可能提高再生制动能量的利用率；(2)保证完成运输任务：不改变列车在每个区间的运行时间，即保证列车的原定运行速度曲线，只对列车的发车时间间隔，驻留时间做一定范围的调整，保证经过优化后的列车在节能的同时能完成运输任务；(3)容易实现：只对列车时刻表进行离线优化，优化后的时刻表作为参考供列车使用，而不是直接对列车进行实时控制，同时模型应该尽量简单，决策变量应该尽量少以简化求解难度。

发明内容

为了满足上述时刻表的特点，本发明提供了一种基于自适应大邻域搜索算法的列车时刻表节能优化方法，首先，提出了协同调度的规则，定义了高峰时段和非高峰时段的加速列车和制动列车之间的重叠时间。其次，建立了列车时刻表整数规划模型，使重叠时间最大化。除此之外，为了保证列车运输任务以及简化模型，本发明将最终的决策变量简化为两个，大大降低了模型求解难度。最后本发明设计出一种自适应大邻域搜索算法来快速求解此类问题，目前国内鲜有使用该算法来解决此类问题的例子，且本文还设计了专门适用于模型的算子，大大减少了运算时间。在构建模型时需要对模型进行一些列假设：(1)制动列车产生的再生制动能量可以反馈到高架接触线，并立即被加速列车使用，能量的转化和传输损耗为一个定值。(2)城市轨道交通站间距较短，不存在3辆车同时处于同一供电分区的情况。(3)列车上行和下行的架空接触线设备是相互独立的，即上行列车的再生制动能量不能传输到下行列车。(4)除发车时间间隔外，所有开往同一方向的列车都有一个共同的时刻表，这意味着它们在每个车站停留的时间和在每个路段行驶的时间都是相同的，并且所有列车的制动时间都相同，为一个定值。

建立模型所用的一些参数及变量见表1

表1建立模型所用变量

本发明采用了如下的技术方案及实现步骤：

A.模型构建阶段：