【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于列車運(yùn)行節(jié)能優(yōu)化，尤其涉及一種基于分組背包的列車多區(qū)間節(jié)能運(yùn)行曲線規(guī)劃方法。
技術(shù)介紹
1、列車在站間的運(yùn)行過(guò)程包含牽引、巡航、惰行和制動(dòng)四種控制工況。列車從站臺(tái)出發(fā)到下一站停站過(guò)程中施加的控制工況及其對(duì)應(yīng)距離的有序集合被稱為列車駕駛操縱策略。每組操縱策略都對(duì)應(yīng)了確定的運(yùn)行時(shí)間、牽引能耗和再生制動(dòng)能耗。在已知再生能量利用率的情況下，對(duì)于指定的站間運(yùn)行時(shí)間，存在至少一組操縱策略，使得列車站間總能耗最少，該組操縱策略為當(dāng)前運(yùn)行時(shí)間條件下的最優(yōu)操縱策略，亦為整個(gè)可行域中的一個(gè)非支配解，即pareto解。所有最優(yōu)操縱策略構(gòu)成的集合為pareto最優(yōu)解集，其對(duì)應(yīng)的“能耗-時(shí)間”pareto前沿如圖1中紅色曲線所示。在pareto前沿上任取兩個(gè)pareto解，其對(duì)應(yīng)的列車最優(yōu)運(yùn)行軌跡如藍(lán)色曲線所示。
2、由于各站間線路條件不同，其對(duì)應(yīng)的最優(yōu)操縱pareto前沿存在差異，如圖1所示，兩站間的pareto前沿分別用紅色和藍(lán)色表示。從圖2可知，運(yùn)行時(shí)間相同條件下，給兩站間額外分配的運(yùn)行時(shí)間，其節(jié)能效果差異顯著；對(duì)于同一站間，在不同運(yùn)行時(shí)間基礎(chǔ)上增加的節(jié)能效果差異同樣顯著。列車全線運(yùn)行時(shí)間總量固定，各站間運(yùn)行時(shí)間分配策略決定了列車全線運(yùn)行的總牽引能耗。
3、現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)：
4、1)將全線視為一個(gè)大區(qū)間進(jìn)行插值計(jì)算的方法導(dǎo)致時(shí)間復(fù)雜度較高，無(wú)法滿足在線重規(guī)劃的需求；
5、2)在pareto曲線的擬合過(guò)程中，未考慮再生制動(dòng)能的影響，且可能導(dǎo)致擬合復(fù)雜度過(guò)高或結(jié)果不夠準(zhǔn)確；
6、
7、即，存在時(shí)間復(fù)雜度太高無(wú)法用于在線規(guī)劃；離散精度欠缺；時(shí)間復(fù)雜度太高的技術(shù)問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，本專利技術(shù)提供的一種基于分組背包的列車多區(qū)間節(jié)能運(yùn)行曲線規(guī)劃方法，解決了在線運(yùn)算時(shí)間復(fù)雜度高和計(jì)算精度無(wú)法保證的問(wèn)題。
2、為了達(dá)到以上目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案為：一種基于分組背包的列車多區(qū)間節(jié)能運(yùn)行曲線規(guī)劃方法，包括以下步驟：
3、s1、根據(jù)單車最節(jié)能運(yùn)行策略，生成最大能力運(yùn)行曲線，并通過(guò)離散pareto曲線，構(gòu)建離線數(shù)據(jù)庫(kù)；
4、s2、初始化并進(jìn)行參數(shù)定義；
5、s3、進(jìn)行外層循環(huán)處理，從第一個(gè)區(qū)間向最后一個(gè)區(qū)間進(jìn)行遍歷，以在給定總富裕時(shí)間和前序區(qū)間已選曲線的情況下，計(jì)算后續(xù)區(qū)間總剩余時(shí)間以用于該區(qū)間的曲線號(hào)遍歷，其中，每個(gè)區(qū)間視為一個(gè)分組，各區(qū)間分配的富裕時(shí)間視為物品；
6、s4、進(jìn)行中層循環(huán)處理，初始化曲線索引號(hào)k為0，從區(qū)間第一條曲線向最后一條曲線遍歷，以獲取在給定后續(xù)區(qū)間總富裕時(shí)間的情況下，選出該區(qū)間使得總能耗降低量最大的選擇曲線號(hào)，其中，每條曲線相對(duì)于該區(qū)間最大能力運(yùn)行的能耗降低量被視為其價(jià)值，且要求在每個(gè)區(qū)間中必須選擇一條曲線，實(shí)現(xiàn)背包的最大填充；
7、s5、進(jìn)行內(nèi)層循環(huán)處理，以倒序遍歷富裕時(shí)間，從全線總的富裕時(shí)間w遞減遍歷尋找不同總富裕時(shí)間下各區(qū)間選擇的曲線組合，其中，將尋找富裕時(shí)間問(wèn)題轉(zhuǎn)換為分組背包問(wèn)題；
8、s6、計(jì)算當(dāng)前區(qū)間選擇新的曲線號(hào)帶來(lái)的能耗減小量newenergy，響應(yīng)于能耗減小量newenergy大于最大能耗減小量dp[i][j]，則更新最大能耗減小量dp[i][j]等于能耗減小量newenergy，并記錄所選外層循環(huán)、中層循環(huán)以及內(nèi)層循環(huán)處理得到的曲線號(hào)索引，其中，dp[i][j]表示前i個(gè)區(qū)間在j富裕時(shí)間下的最大能耗減小量；
9、s7、判斷外層、中層以及內(nèi)層是否遍歷完成，若是，則進(jìn)入步驟s8，否則更新遍歷變量，并返回步驟s3；
10、s8、根據(jù)步驟s1中pareto曲線記錄的單區(qū)間曲線最大能力運(yùn)行時(shí)間和步驟s6中記錄的所選曲線號(hào)索引，獲取每個(gè)區(qū)間的運(yùn)行時(shí)間；
11、s9、根據(jù)每個(gè)區(qū)間的運(yùn)行時(shí)間，利用單區(qū)間最優(yōu)駕駛策略生成各區(qū)間最優(yōu)運(yùn)行工況，完成對(duì)列車多區(qū)間節(jié)能運(yùn)行曲線的規(guī)劃。
12、本專利技術(shù)的有益效果是：本專利技術(shù)以單車最節(jié)能駕駛策略為基礎(chǔ)，將列車在各區(qū)間的pareto曲線存儲(chǔ)為離線數(shù)據(jù)庫(kù)，并以各區(qū)間最大能力運(yùn)行曲線的能耗作為基準(zhǔn)。將超出最大能力運(yùn)行時(shí)間的富裕時(shí)間合理分配到每個(gè)區(qū)間。每個(gè)區(qū)間視為一個(gè)分組，各分配到的富裕時(shí)間視為物品，每條曲線相對(duì)于該區(qū)間最大能力運(yùn)行的能耗降低量被視為其價(jià)值。要求在每個(gè)區(qū)間中務(wù)必選擇一條曲線，實(shí)現(xiàn)背包的最大填充，最終達(dá)到節(jié)能量化的最大化目標(biāo)，即在分配完所有富裕時(shí)間的同時(shí)，顯著降低能耗，在計(jì)算出時(shí)刻表后，再根據(jù)給定運(yùn)行時(shí)間下的運(yùn)行策略計(jì)算方法反算出各區(qū)間最優(yōu)節(jié)能工況序列，從而實(shí)現(xiàn)了全線時(shí)間分配下總能耗的最小化目標(biāo)。即，本專利技術(shù)在現(xiàn)有單車單區(qū)間pareto曲線的基礎(chǔ)上，充分考慮了再生制動(dòng)能量的影響，從而實(shí)現(xiàn)了全線時(shí)間分配下總能耗的最小化目標(biāo)。
13、進(jìn)一步地，所述步驟s1包括以下步驟：
14、s101、根據(jù)單車最節(jié)能運(yùn)行策略，生成不同區(qū)間不同車重下的最大能力運(yùn)行曲線；
15、s102、根據(jù)不同區(qū)間不同車重下的最大能力運(yùn)行曲線，獲取區(qū)間i的最大運(yùn)行時(shí)間ti,max和最大能耗ei,max；
16、s103、計(jì)算在給定富裕時(shí)間下的pareto曲線，以一定步長(zhǎng)離散pareto曲線，記錄第k條曲線運(yùn)行時(shí)間ti,k和能耗ei,k；
17、s104、基于步驟s102和步驟s103的結(jié)果，構(gòu)建用于列車各區(qū)間pareto曲線的離線數(shù)據(jù)庫(kù)。
18、上述進(jìn)一步方案的有益效果是：本專利技術(shù)通過(guò)構(gòu)建一個(gè)基于最節(jié)能駕駛策略的“時(shí)間-能耗”離線數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠顯著提高在線計(jì)算的準(zhǔn)確性和效率，通過(guò)對(duì)既有數(shù)據(jù)庫(kù)的運(yùn)用，通過(guò)離線階段大量的計(jì)算，可以獲得較為準(zhǔn)確的計(jì)算效率。
19、再進(jìn)一步地，所述步驟s2具體為：
20、定義動(dòng)態(tài)規(guī)劃數(shù)組dp；
21、定義dp[i][j]的含義及其大小為(m+1)×(w+1)；其中，dp[i][j]表示前i個(gè)區(qū)間在j富裕時(shí)間下的最大能耗減小量，m表示區(qū)間數(shù)量，w表示全線總的富裕時(shí)間，即運(yùn)營(yíng)計(jì)劃時(shí)間相對(duì)于最大能力運(yùn)行時(shí)間多出的時(shí)間；
22、初始化所有元素為負(fù)無(wú)窮；
23、定義用于存儲(chǔ)在前i個(gè)區(qū)間和在j富裕時(shí)間下所選的曲線號(hào)索引組合curvechoices[i][j]；
24、設(shè)置初始狀態(tài)dp[0][0]＝0，其中，dp[0][0]＝0表示富裕時(shí)間為0時(shí)全線最大能耗減小量為0。
25、再進(jìn)一步地，所述步驟s3具體為：
26、進(jìn)行外層循環(huán)處理，初始化區(qū)間號(hào)為i＝1，從i＝1到i＝m進(jìn)行遍歷，其中，m表示區(qū)間數(shù)量；
27、根據(jù)遍歷結(jié)果，獲取在給定總富裕時(shí)間和前序區(qū)間已選曲線的情況下，通過(guò)計(jì)算后續(xù)區(qū)間總剩余時(shí)間，選出使得總能耗降低量最大的選擇曲線號(hào)，其中，每一次返回步驟s3時(shí)，令區(qū)間號(hào)i的值為i+1，響應(yīng)于區(qū)間號(hào)i大于m時(shí)，進(jìn)入步驟s8。<本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于分組背包的列車多區(qū)間節(jié)能運(yùn)行曲線規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分組背包的列車多區(qū)間節(jié)能運(yùn)行曲線規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟S1包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分組背包的列車多區(qū)間節(jié)能運(yùn)行曲線規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟S2具體為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分組背包的列車多區(qū)間節(jié)能運(yùn)行曲線規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟S3具體為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分組背包的列車多區(qū)間節(jié)能運(yùn)行曲線規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟S4具體為：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分組背包的列車多區(qū)間節(jié)能運(yùn)行曲線規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟S5具體為：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于分組背包的列車多區(qū)間節(jié)能運(yùn)行曲線規(guī)劃方法，其特征在于，所述將尋找富裕時(shí)間問(wèn)題轉(zhuǎn)換為分組背包問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式如下：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分組背包的列車多區(qū)間節(jié)能運(yùn)行曲線規(guī)劃方法，其特征在于，所述當(dāng)前區(qū)間選擇新的曲線號(hào)帶來(lái)的能耗減小量newEnergy的表達(dá)式如下
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于分組背包的列車多區(qū)間節(jié)能運(yùn)行曲線規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分組背包的列車多區(qū)間節(jié)能運(yùn)行曲線規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟s1包括以下步驟：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分組背包的列車多區(qū)間節(jié)能運(yùn)行曲線規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟s2具體為：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分組背包的列車多區(qū)間節(jié)能運(yùn)行曲線規(guī)劃方法，其特征在于，所述步驟s3具體為：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于分組背包的列車多區(qū)間節(jié)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王青元，李競(jìng)航，孫鵬飛，張偉業(yè)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西南交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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