基于多目标优化的公交运行速度优化控制方法
发布时间：2021-01-16 03:56
为了在保证城市公交运行准时性的基础上提高燃油经济性,研究了基于多目标优化的公交运行区间速度控制方法。基于公交车辆运行与信号灯交叉口和公交站点之间的动态时空关系,建立了公交到站准时性区域判断模型;采用基于车辆比功率的油耗模型,建立了公交燃油经济性优化模型;利用分层序列法,设计了基于多目标优化的区间速度优化控制方法。在基于Matlab软件搭建的公交运行仿真平台开展了仿真实验,结果表明,所提出的方法在多种参数组合下不同控制场景中均可给出可靠速度建议;在所有场景中均降低了时间偏差,最大降低值为26 s,提升了公交线路服务可靠性;所提出方法平均降低燃油消耗7.32 mL,在一定程度上节约了公交运营成本,进一步证明了所提出方法的有效性和适用性。
【文章来源】：交通信息与安全. 2020,38(03)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
具体实现步骤为，公交车辆上配备的车载单元采集到的实时位置图1基于多目标优化的公交运行速度实时控制框架Fig.1Real-timetransitspeedcontrolframeworkbasedonmulti-objectiveoptimization础上再对燃油经济性求出
过调节速度准时到达站点，其到达站点Ls处时刻一定早于ts；若tc晚于准时区域的上限时间tub，则其位于晚点区域，表明车辆无法通过调节速度准时到达站点，其到达站点Ls时刻一定晚于ts。即若tc∈[tlb,tub]，车辆可准时；若tc(-￥?t)lb，车辆必早点；若tc(t)ub?+￥，车辆必晚点。需要注意的是，ts的取值可以根据公交车时刻表选取，也可以结合前车到站时间和理想车头间距选取；本文定义ts为时刻，在应用中也可定义为准时到站时间段。图2为公交车辆运行时间-距离示意图。若当前位置Lc与站点Ls之间不存在交叉口，或由最大允许行驶速度vmax及最小允许行驶速度vmin确定的准时区间上下限位于交叉口绿灯时间内，当前位置准时区域[tlb,tub]如图2(a)所示。若当前位置Lc与站点Ls之间存在交叉口，且由最小允许行驶速度vmin确定的准时区域下限位于交叉口红灯时间内，图1基于多目标优化的公交运行速度实时控制框架Fig.1Real-timetransitspeedcontrolframeworkbasedonmulti-objectiveoptimization（a）准时区域位于绿灯时间内（b）准时区域位于红灯时间内图2公交运行时间-距离示意图Fig.2Diagramofbusoperationtime-distancerelationship准时区域早点区域晚点区域绿灯时间红灯时间时间/stg?itr?itg?jtr?j距离/mvminvmaxLint(ts?Ls)准时区域早点区域晚点区域绿灯时间红灯时间tr?itg?i+1tr?jtg?j+1vminvmaxLint(ts?Ls)时间/s距离/m3
叉口及公交站点之间的距离约束，公交车辆运行速度-时间-距离关系应满足约束见式（7）~（8）。Lint-Lc=v1è÷t12+t2+t32+v0t12+v2t32（7）Ls-Lint=v3è÷t52+t6+t72+v2t52+v4t72（8）时间/s0速度/(m/s)Lint-LcLs-Lintv0v1v2v2v3v4t1t2t3t4t5t6t7图3公交车辆运行时间-速度关系示意图Fig.3Diagramofbusoperationtime-speedrelationship1.4基于多目标优化的运行速度控制策略根据准时性区域判断模型确定的公交车辆所处准时性区域，可分别选择不同公交车辆区间运行速度控制方案如下。1）若当前车辆位于准时区域内，在保证车辆准时到站的基础上，通过优化目标函数，即燃油经济性模型，得到控制变量最优值v*1和v*3。2）若当前车辆位于早点区域内，车辆应尽量采用最小允许速度运行以保证公交车辆的准时性能，最小化车辆到站时间偏差。若以最小允许速度vmin运行可在绿灯时间内通过交叉口，则v*1和v*3皆可取最小允许速度vmin，即若tg?i-n-Lint-Lcvmin?tc<tr?i-n-Lint-Lcvmin，n=1?2?3?，则v*1=v*3=vmin。若车辆以最小允许速度vmin运行在红灯时间内到达交叉口，则v*3取最小值vmin，通过优化燃油经济性目标函数确定v*1，即若tr?i-n-1-Lint-Lcvmin<tc?tg?i-n-L
本文编号：2980114
【文章来源】：交通信息与安全. 2020,38(03)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
具体实现步骤为，公交车辆上配备的车载单元采集到的实时位置图1基于多目标优化的公交运行速度实时控制框架Fig.1Real-timetransitspeedcontrolframeworkbasedonmulti-objectiveoptimization础上再对燃油经济性求出
过调节速度准时到达站点，其到达站点Ls处时刻一定早于ts；若tc晚于准时区域的上限时间tub，则其位于晚点区域，表明车辆无法通过调节速度准时到达站点，其到达站点Ls时刻一定晚于ts。即若tc∈[tlb,tub]，车辆可准时；若tc(-￥?t)lb，车辆必早点；若tc(t)ub?+￥，车辆必晚点。需要注意的是，ts的取值可以根据公交车时刻表选取，也可以结合前车到站时间和理想车头间距选取；本文定义ts为时刻，在应用中也可定义为准时到站时间段。图2为公交车辆运行时间-距离示意图。若当前位置Lc与站点Ls之间不存在交叉口，或由最大允许行驶速度vmax及最小允许行驶速度vmin确定的准时区间上下限位于交叉口绿灯时间内，当前位置准时区域[tlb,tub]如图2(a)所示。若当前位置Lc与站点Ls之间存在交叉口，且由最小允许行驶速度vmin确定的准时区域下限位于交叉口红灯时间内，图1基于多目标优化的公交运行速度实时控制框架Fig.1Real-timetransitspeedcontrolframeworkbasedonmulti-objectiveoptimization（a）准时区域位于绿灯时间内（b）准时区域位于红灯时间内图2公交运行时间-距离示意图Fig.2Diagramofbusoperationtime-distancerelationship准时区域早点区域晚点区域绿灯时间红灯时间时间/stg?itr?itg?jtr?j距离/mvminvmaxLint(ts?Ls)准时区域早点区域晚点区域绿灯时间红灯时间tr?itg?i+1tr?jtg?j+1vminvmaxLint(ts?Ls)时间/s距离/m3
叉口及公交站点之间的距离约束，公交车辆运行速度-时间-距离关系应满足约束见式（7）~（8）。Lint-Lc=v1è÷t12+t2+t32+v0t12+v2t32（7）Ls-Lint=v3è÷t52+t6+t72+v2t52+v4t72（8）时间/s0速度/(m/s)Lint-LcLs-Lintv0v1v2v2v3v4t1t2t3t4t5t6t7图3公交车辆运行时间-速度关系示意图Fig.3Diagramofbusoperationtime-speedrelationship1.4基于多目标优化的运行速度控制策略根据准时性区域判断模型确定的公交车辆所处准时性区域，可分别选择不同公交车辆区间运行速度控制方案如下。1）若当前车辆位于准时区域内，在保证车辆准时到站的基础上，通过优化目标函数，即燃油经济性模型，得到控制变量最优值v*1和v*3。2）若当前车辆位于早点区域内，车辆应尽量采用最小允许速度运行以保证公交车辆的准时性能，最小化车辆到站时间偏差。若以最小允许速度vmin运行可在绿灯时间内通过交叉口，则v*1和v*3皆可取最小允许速度vmin，即若tg?i-n-Lint-Lcvmin?tc<tr?i-n-Lint-Lcvmin，n=1?2?3?，则v*1=v*3=vmin。若车辆以最小允许速度vmin运行在红灯时间内到达交叉口，则v*3取最小值vmin，通过优化燃油经济性目标函数确定v*1，即若tr?i-n-1-Lint-Lcvmin<tc?tg?i-n-L
本文编号：2980114
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiaotonggongchenglunwen/2980114.html
