节能坡与编组方案影响下的地铁列车运行能耗分析

地铁列车在运行过程中,能耗受线路条件以及运营组织方案影响较大。为了更准确地模拟线路运营条件与列车运行能耗之间的关系,在列车运行计算的基础上,分析列车在运行过程中的特点,设计牵引-惰行-制动的站间运行模式下的列车仿真模型,研究列车节能坡设计以及编组方案对列车运行能耗的影响。该模型主要由列车受力分析、站间操纵策略设计以及能耗计算3个部分组成,并在Visual studio平台上设计不同的线路条件及编组方案进行仿真实验,分析其对列车运行能耗的影响规律以及能耗的变化特点。研究发现,采取合理的节能坡设计以及编组方案有利于降低列车运行能耗。     

北京地铁亦庄线列车节能驾驶研究

降低列车牵引能耗是减少城市轨道交通系统耗能的重要途径之一,单列车的牵引能耗由列车在站间的驾驶策略决定,因此,本文以北京市地铁亦庄线为例,介绍了地铁列车的节能驾驶研究.首先调研并收集了亦庄线线路、运营、车辆、供电、能耗等数据,掌握了亦庄线整体节能背景.然后结合地铁运营的特点,给出了北京地铁亦庄线能耗评估的3个指标.并以蚁群算法为核心,开发了列车驾驶的仿真系统,该仿真系统以收集到的亦庄线实际运行数据为输入,离线优化列车自动运行(Automatic Train Operation,ATO)的推荐速度曲线和控制策略.最终将优化后的ATO控制策略在亦庄线进行夜间实验,结果显示,优化后的列车ATO控制策略可以减少单车运行能耗5.67%.     

考虑快慢车运营模式的地铁线路纵断面优化

针对地铁线路纵断面设计方案会同时影响建设期工程投资与运营期列车能耗问题,提出运营快慢车模式地铁线路的纵断面优化方法 .首先,在已知线路车站水平位置与平面设计方案的情况下,考虑地铁设计规范、施工条件与列车运行等约束,构建以建设投资与列车能耗总成本之和最小为目标的纵断面优化模型,求解线路各中间站高程与变坡点位置.其次,设计基于间接实数编码的遗传算法和变邻域搜索算法的混合策略进行求解.最后,以国内某运营快慢车的地铁线路进行分析.结果表明：本文模型优化方案相较于实际纵断面设计方案可同时降低线路建设成本和列车能耗成本,总成本节约达7.3%;当快慢车地铁线路的慢车开行数量较多时,采用高站位、陡坡的形式可大幅节约线路建设与列车能耗成本.     

列车节能运行的算法及实施技术研究

根据国内外列车节能研究的最新成果,综合利用既有的节能优化操纵方法,设计了列车节能运行的计算机算法,建立了列车节能运行的模拟系统.同时根据模拟系统的功能要求对不同目标速度及线路改造的情况进行了节能模拟,研究了不同目标速度、不同线路条件下的列车节能效果.结论指出:目标速度由60 km/h降低为50 km/h时,能耗消耗可减少14.4%;对线路进行适当改造可使能耗消耗减少9.2%,运营费支出降低8.9%.     

采用萤火虫算法的高速列车节能运行优化

智能算法可以通过优化列车运行曲线达到节能降耗的目的.将列车运行能耗作为目标函数,以限速、时间和距离为约束条件,建立优化模型.以CRH_3型动车组和武广客运专线中某段线路为基础,进行仿真实验.运用萤火虫算法,搜索能耗最低时的一组列车工况转换速度序列.仿真结果表明:列车运行能耗指标降低14.33%,且满足停车精确性与准时到站的要求.     

多维并行遗传算法在列车追踪运行节能优化中的应用

为了研究先行列车与追踪列车在移动闭塞信号系统控制下进行追踪运行时的综合节能优化控制问题,构建了以能耗与运行时间误差为目标的列车节能控制模型.该模型以列车的操纵手柄级位与列车的工况转换点(即操纵手柄级位改变时,列车的位置)为控制变量.在此基础上,提出了静态与动态速度约束条件(即线路的静态速度约束与先行列车的运行状态对其后的追踪列车所产生的动态速度约束),结合外部惩罚函数,利用多维并行遗传算法对该问题进行了求解.求解时,根据GA的进化代数动态的调整交叉与变异概率,提高粗粒度搜索与细粒度搜索的效率.同时,采用了坡道三分法和实数编码法来缩短染色体长度,提高收敛速度.最后,在移动闭塞信号系统列车运行仿真平台上验证了该优化控制算法的正确性与有效性.     

地铁线路纵断面优化系统设计与实现

针对线路纵断面设计复杂、耗时长的特点,提出一种地铁线路纵断面优化系统,在给定平面设计方案的前提下可自动高效设计高质量的线路纵断面。系统允许对线路平面方案与车辆数据进行编辑,通过构建列车运行仿真模型和线路纵断面自动优化模型,设计改进的遗传算法自动求解满足设计规范要求、工程约束的地铁线路纵断面方案,节约全生命周期的建设成本和列车能耗成本。同时,系统允许对自动求解得到的纵断面方案进行手动调整,并自动验算调整后的方案是否满足相关规范。广州地铁2号线案例表明,相较实际纵断面方案,系统优化方案在保持建设成本不变的同时节约列车运行能耗3.2%,有利于降低全生命周期成本。     

基于Pareto多目标遗传算法的单列车定时节能研究

针对地铁列车定时节能运行的复杂多目标优化问题,提出一种基于Pareto多目标遗传算法来定时优化列车的区间运行能耗。首先以列车的能耗指标和准时指标为优化目标,同时将列车运行的安全指标、精准停车指标和舒适度指标作为约束条件,然后采用基于NSGA-II的Pareto多目标遗传算法进行求解,得到一组非支配解集,再从非支配解集中选择最符合定时运行要求的运行策略。最后通过广州地铁七号线的实际测量数据进行仿真验证,结果表明,定时节能优化相比节时策略能耗节约16.54%,而运行时间只比运营计划多了0.01 s,符合定时运行的要求。该方法具有较高的可行性,可以应用于地铁列车节能。     

面向再生制动能利用的地铁列车时刻表优化模型

通过对列车时刻表进行优化,可以使再生制动能量最大程度的被牵引列车利用,进而可以减少地铁列车的牵引能耗,达到节能运行的目标.在充分考虑地铁系统首、末班车服务时刻不变和列车旅行时长限制等情况下,提出一种通过时刻表优化实现再生制动能量利用最大化的新问题,并建立了其数学模型,设计了一种基于人工蜂群的智能优化算法来求解该问题.在此基础上,基于北京地铁燕房线的实际数据进行了仿真实验.结果表明:优化后的列车时刻表能够在较少影响地铁系统服务质量的前提下,比既有列车时刻表再生制动能利用量提高132.29%.同时,通过与遗传算法进行对比,证明了基于人工蜂群的智能优化算法求解时刻表优化问题的有效性.通过对列车运行存在不同程度干扰时的再生制动能量利用情况进行仿真分析,证明了所获得的优化时刻表的鲁棒性.     

地铁列车与城际铁路列车的耦合动力响应分析

以天津市津滨轻轨下穿城际铁路工程为研究背景,基于ABAQUS显式动力分析模块建立了三维有限元与无限元相结合的模型,通过多点输入方式实现了列车荷载在空间的移动,计算了高速列车以不同速度运行、单列地铁列车运行、两列地铁列车相向运行耦合等不同工况下体系的振动响应,对比分析了不同工况下的加速度和位移响应.     

考虑辅助停车区约束的中速磁浮列车速度曲线节能优化方法

在分析中速磁浮列车动力学模型和节能运行工况转换序列的基础上,提出一种先以运行线路参数为依据划分场景,然后在特定场景中以双限速度防护曲线的临界点为依据进一步细分区间的建模思想,进而构建满足目标运行时间约束下的多区间列车速度曲线节能优化模型,并给出一种基于不同运行工况转换点的求解思路以及多区间列车节能速度曲线的Pareto优化方法。研究结果表明:与现有列车速度曲线节能优化方法对比,本文优化方法针对磁浮列车运行的适用性和优化效果更好。     

城市轨道交通节能线路仿真算法

建立了多质点牵引计算模型,开发了一套可用于不同线路条件的牵引仿真软件。通过最优控制极小值原理分析了节能运行模式,提出了采用三角函数设计节能线路纵断面的方法.在满足运营速度前提下,采用目标速度逼近算法求取撤除牵引力的时间,可最大限度降低能耗.利用该优化算法,对所设计的不同坡度、坡长节能线路进行了仿真分析,和实际线路运营能耗相比,节能效果明显.提出了通过节能坡设计和列车牵引动力配置相结合实现系统优化配置的建议.     

新型列控系统列车追踪间隔的优化及效能评估

为了解决地铁列车运力不足，缩短列车追踪间隔，提出了新型列控系统、相对移动闭塞和协同运行三者相结合的方法，构建了列车通信协同运行模型。在该模型下，精细化前后列车冲突区域，对正线和站后折返最小追踪间隔分别优化建模，提出缩短追踪间隔的行车策略。经实际线路仿真计算，相比基于通信的列车运行控制系统(communication based train control, CBTC)列车通过能力提升了32.3%，且4A编组可以满足79.9 s的行车间隔。考虑缩短行车间隔对运营效能的影响，将运营效能量化为运输率、满载率、单位能耗、等车时间，对不同行车方案进行评估。结果表明，对于单向小时断面客流量小于6.4万的线路，通过调节行车间隔，4A编组在满足满载率下，比6A、8A编组能耗更小，等车时间更短。     

基于再生制动能利用的发车间隔优化模型

本文基于单车节能操纵,以降低全线总能耗为目标,建立了发车间隔节能优化模型。该模型在现有区间运行时分的基础上,考虑单列车节能及其在不同站间的运行速度曲线,得到列车区间牵引能耗,通过重叠时间确定有效利用的再生制动能,并且将多车总能耗最低转化为求解全线能耗最低问题。以全线能耗最低为目标,采用遗传算法,寻求最优发车间隔。仿真案例验证了优化发车间隔的节能效果。     

基于速度距离网络的列车运行曲线优化

轨道交通的节能研究在环保与经济方面具有重要的意义.以最小化单列车运行过程中产生的能耗为目标,基于列车的非线性动力学模型构建离散的速度距离网络,将列车运行曲线优化问题转化为一个整数规划问题,采用拉格朗日松弛和最短路径算法优化列车运行曲线.在此基础上,提出在粗粒度网络最优解的小邻域内重构细粒度的速度距离网络的方法,可有效提高运算速度.基于北京地铁亦庄线的线路和车辆数据,设计仿真案例对上述算法进行评估,并与遗传算法、基于CPLEX的整数规划算法和混合整数规划算法的求解效果进行对比.结果表明:提出的基于速度距离网络的求解算法可生成能耗更优且误差较小的列车速度曲线,并精准满足运行时间与终点速度约束.     

地铁新环控系统可行性分析及性能优化

为降低地铁环控系统能耗,根据目前传统屏蔽门系统和安全门系统的优劣性,提出了可控风口的新环控系统．以某新建地铁为例对新系统的舒适性、通风及节能效果进行了分析论证．利用计算流体力学方法对列车进站和出站过程进行了非稳态模拟,分析了列车进站、出站过程产生的活塞风对站台站厅舒适性、通风效果的影响,并根据系统负荷及运行条件进行了节能效果分析．结果表明,新环控系统可兼顾屏蔽门和安全门系统的优点,当按照优化后的开口和控制方案运行地铁新环控系统时,站台内乘客活动区域气流速度小于5m／s,满足舒适性要求,同时可在屏蔽门系统的基础上降低能耗17．3％,节能效果显著．     

列车节能运行模型和操纵策略优化

分析了列车能量流程 ,描述了列车节能控制目标 ,并以站间运行时间和运行距离为约束条件 ,以列车运行能耗作为目标函数 ,给出了机械能模型以及具有有限手柄级位的列车离散型控制模型和无级控制连续型模型 .针对无级控制连续型模型 ,建立了哈密顿函数 ,并应用 Pontryagin算法得到了优化操纵策略和模型解     

地铁车站内流动特性的数值模拟

应用计算流体力学(CFD)方法对地铁列车的进站、出站过程进行了瞬态模拟,得到了不同工况下地铁车站内的气流场分布,分析了列车的运行对车站内流场的影响,并讨论了活塞效应在车站自然通风中的作用.模拟结果表明,列车运行形成的活塞风对车站内的气流组织影响显著,同时也起到了通风换气的作用.站端设置活塞风井能够有效加强车站的自然通风,并降低站内的气流速度.     

列车节能运行模拟系统的研究

探讨了列车牵引特性下的节能操纵问题,研究了起伏坡道条件下的节能操纵方法,开发了一套可用于不同运行条件下的列车节能运行模拟软件.系统重点探讨了定时约束条件下的列车节能操纵的计算模型,给出了求解的启发式算法及其专家控制原则,并对内燃机车进行了实例分析,初步实现了给定线路条件下的列车运行优化,效果令人满意.     

地铁列车运行诱发临近低层建筑振动响应分析

地铁曲线段轨道扭转效应加剧列车运行所诱发的环境振动响应.基于曲线段轮轨法向力与蠕滑力模型,计算得到B型车通过350 m小曲率半径线路时的动态轮轨力.以苏州轨道交通2号线某曲线区间段为例,建立隧道-土层-建筑物二维有限元模型,对地铁列车运行时紧邻地铁线路一座低层建筑的振动响应进行分析.共采取定员与超员条件下近侧列车通行、远侧列车通行以及两车会车等6种计算工况.结果表明:曲线段地铁列车运行诱发该建筑物产生垂直与水平向振动;超员会车最不利工况下,比较各楼层垂向分频振级与标准限值发现,在频率7.8 Hz各楼层分频振级均超过标准限值;该建筑物垂向振级随楼层升高基本保持不变,水平振级随楼层升高近似线性增大.