改进粒子群算法在城市轨道交通列车调整中的应用

发布时间：2020-06-21 17:00

【摘要】：随着我国经济的高速发展,城市化进程加快,城市人口激增,随之而来的是城市交通拥堵、环境污染等一系列问题,此类问题已经成为制约城市经济发展的瓶颈。城市轨道交通有运量大、运行速度快、安全舒适等特点,成为解决城市交通拥堵的有效途径。但是列车晚点现象很难避免。为了解决列车晚点的问题,采用科学有效的运行调整方法至关重要。针对城市轨道交通列车晚点的问题,采用合适的算法对列车运行进行调整从而最大限度的发挥城市交通网络的通行能力,成为当前城市轨道交通运营环节中关注的重点。首先,本文介绍了城市轨道交通ATS的系统构成,并着重对ATS系统的列车运行调整功能进行了叙述。针对城市轨道交通运营中列车晚点的情况进行了说明,包括列车晚点分类、列车晚点帽子曲线、列车运行调整方法以及列车调整的实现过程。其次,本文针对粒子群算法存在局部最优的不足,将遗传算法的交叉和变异过程引入粒子群算法对其进行改进,详细阐述了改进粒子群算法的改进方法和技术实现流程。同时,对改进后的GA-PSO算法中的惯性权重和学习因子进行自适应改进,以实现精细调整寻优和平衡局部搜索与全局探索能力,力求使改进后的GA-PSO算法在收敛速度和稳定性方面均得到提升。为建立符合城市轨道交通列车运行特点的运行调整模型,调整系统把减少列车晚点总时间作为优化目标,把列车区间运行时间、列车追踪间隔时间、站台停留时间、车站作业时间作为约束条件。调整系统采用改进的粒子群算法,即遗传算法跟粒子群算法相结合的GA-PSO算法,对算法的编码、初始种群、适应度函数等操作进行详细的设计,给出算法实现的技术过程。最后,为了验证算法的有效性和可行性,通过查询西安地铁2号线的运营数据并将其中的6辆列车的运营时刻表数据作为系统的基础数据,采用面向对象编程语言VC++开发的列车运行调整仿真系统对单车晚点和列车群晚点两种情况进行仿真。仿真结果表明,本文所提出的基于改进粒子群算法的列车运行调整方案是可行的,仿真的结果证实了该应用算法的调整系统能够减少列车晚点总时间,缩小列车实际运行图和计划运行图的偏差,验证了该算法在列车运行调整模型中具有可行性和良好的实用性。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U292.4
【图文】：

城市轨道交通,列车晚点,经济运营,列车

图 1.1 2017 年部分城市的城市轨道交通运营线路长度虽然城市轨道交通具有运行速度快、乘坐舒适、绿色环保的优点，但是城市轨道交通建设周期长、施工难度大、投资回本时间长的问题同样不可回避。据不完全统计，目前开通运营的地铁线路中能够盈利的线路寥寥无几，提高地铁运行效率迫不及待。要解决该问题就要研究编制高效的列车运行方案，尽量减少因列车晚点而造成的经济损失。列车编组方案、列车交路方案、列车停车方案这三个方面是列车开行方案的三个主要组成部分。开行方案的合理制定对地铁线路的经济运营至关重要，让地铁按照设定的计划运行时刻表运行，尽量避免列车晚点，或在造成晚点后尽快恢复正点运行，能在最大程度上保证地铁的经济运营[38]。1.2 国内外研究现状因旅客乘降造成列车发车时间延长、列车故障、线路故障，这三个方面的因素是造成列车晚点的最主要的原因。受列车晚点影响会产生一些不利因素，延误降低了旅客对线路的服务质量满意度、限制了线路的能力运用、增加了列车运营成本。提高运营效率、

曲线,列车晚点,帽子,曲线

图 2.2 列车晚点帽子曲线如上图所示，横坐标表示城市轨道交通系统中运营的各个车站。列车 1 在行政中心站发生总晚点时间为 50s，由于晚点传播，在凤城五路站总晚点时间为 30s，直到市图书馆站时晚点被消除，恢复按照计划时刻表运行；列车 2 在行政中心站总晚点时间为 40s，晚点传播使得该车在凤城五路站总晚点时间为 20s，直到市图书馆站晚点被消除，恢复正点运行。从上面的分析中可以得出，曲线的横轴跨度表示列车有晚点情况存在的车站，曲线的纵轴表示列车在达到对应车站时的总晚点时间。曲线的斜率反映了列车对晚点消除的能力，斜率越大表示列车晚点调整的效果越好，晚点恢复所需要的时间越短。2.3 列车运行调整分析2.3.1 列车运行调整方法列车运行调整可分为人工调整和自动调整。系统在人工调整模式下具有自动排列进路、自动时刻表绘制、车辆管理功能和车辆自动调度功能。该功能可以实现自动调度终端站的列车根据时刻表和调度模式从初始站发车，但运行调整仍然需要靠人工完成。自

【参考文献】