基于跟驰模型的列车运行优化控制模拟研究-物理学报.PDFVIP

物理学报 Acta Phys. Sin. Vol. 63, No. 7 (2014) 070202 基于跟驰模型的列车运行优化控制模拟研究 叶晶晶 李克平 金新民 1)(北京交通大学电气工程学院, 北京 100044) 2)(北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室, 北京 100044) 3)(北京交通大学城市轨道交通北京实验室, 北京 100044) ( 2013 年12 月6 日收到; 2013 年12 月23 日收到修改稿) 列车运行的优化控制是降低运输成本, 提高运输服务质量以及实现轨道交通可持续发展的重 要方式. 本文在传统优化速度跟驰模型的基础上, 以能量节约为目标提出了一种改进的模拟模 型, 用以模拟分析城市轨道交通系统中列车运行的优化控制. 所提出的模型是通过在经典的优 化速度跟驰模型(见 Phys. Rev. E 51 1035 Bando 等, 1995) 中引入新的目标优化速度函数来实现在 复杂限速条件下列车运行的优化控制. 数值模拟则是以北京市地铁亦庄线为例, 利用亦庄线实 测数据开展研究. 结果表明, 所提出的模型能够很好地描述复杂限速条件下列车运行的动态特 性, 模拟测量得到的结果和亦庄线的实测数据较为符合, 由此说明所提出模型的有效性. 进一步, 通过分析列车运行时空图, 列车运行的速度变化及运行时间等, 讨论了复杂环境下列车流的时空 演化特性. 关键词: 跟驰模型, 列车运行, 优化控制 PACS: 02.60.Pn, 89.40.Bb, 07.05.Tp DOI: 10.7498/aps.63.070202 好的解决. 1 引 言 实践中, 优化列车运行可以通过控制列车运 行的速度曲线来实现, 这是一种基本的方法. 其中 城市轨道交通以运量大, 速度快, 安全, 准点 关键是如何优化列车运行速度, 并且确保列车能 以及污染小等特点, 使其成为城市公共交通系统的 按时刻表运行. 理论上, 有两种方法对这类型问题 重要组成部分, 受到世界各国的高度重视和广泛关 进行求解: 一种是数学建模方法; 二是模拟仿真方 注. 发展轨道交通成为解决城市交通拥堵的主要途 法410 . 由于列车运行环境的复杂性, 实践中, 更 径之一. 列车的运行在整个城市轨道交通系统控 倾向于模拟仿真的分析方法. 模拟仿真虽然不能求 制中占据重要地位, 优化列车运行不仅可以减少能 耗, 还能增加乘客的舒适性和确保列车运行的准时 出精确的数值解, 但它不存在计算问题. 在计算机 性等等. 在过去的几十年中, 为完成这些优化目标, 的帮助下, 模拟仿真能够解决许多实际问题, 进而 大量的理论方法和技术策略被提出, 例如, 利用再 受到越来越多的重视. 1 2 跟驰模型是一种重要的交通模拟模型, 其特 生制动能量 , 使用直流电机 和使用优化控制策 略3