为城轨列车生成ATO速度控制命令的方法技术

本发明专利技术公开了一种为城轨列车生成ATO速度控制命令的方法，包括速度命令生成系统，其创新在于：所述速度命令生成系统由多目标粒子群优化模块、外部档案模块和处理模块组成；所述速度命令生成系统先对各个子线路进行处理，生成多个多模态Pareto前沿解集，然后根据多个多模态Pareto前沿解集获得多个备选方案，根据备选方案即可求解出ATO速度控制命令；本发明专利技术的有益技术效果是：提出了一种为城轨列车生成ATO速度控制命令的方法，通过该方法，能够获得符合多目标优化目的的多个备选方案，方法的搜索全面性较好，收敛性较好。

Method for generating ATO speed control command for urban rail train

The invention discloses a method for generating ATO city rail train speed control command, including the speed command generation system, the innovation is that: the speed command generation system by multi-objective particle swarm optimization module, external file module and processing module; the speed command generation system of sub line processing generate a plurality of multimodal Pareto front solution set, then according to the multiple modal Pareto front solution set to obtain a number of alternatives, according to the scheme can solve the ATO speed control command; the invention has the advantages that: This paper presents a method for generating ATO city rail train speed control command, by this method that can be obtained with multiple options for multi-objective optimization objective, comprehensive search method is better, better convergence.

【技术实现步骤摘要】
为城轨列车生成ATO速度控制命令的方法
本专利技术涉及一种城轨列车自动控制技术，尤其涉及一种为城轨列车生成ATO速度控制命令的方法。
技术介绍
城市轨道交通列车运行过程中，能耗的主要形式为用电能耗，其中，列车牵引供电系统的能耗最大；在现有技术条件下，降低能耗的一种有效途径，就是对列车自动控制系统的控制参数进行优化，以减少列车运行过程中的能耗。现有技术在针对前述问题进行研究时，大多将列车控制策略和列车时刻表作为两个独立的对象进行分析，而实际上这两个过程是相互关联的，并且都会对列车运行能耗产生影响，因此，在研究如何降低列车运行能耗的问题时，应将前述两个过程结合起来，综合考虑，如黄友能，宫少丰等提出的“基于粒子群算法的城轨列车节能驾驶优化模型”([J].交通运输工程学报，2016，16(2)：119-124)即是将列车的节能驾驶策略和列车时刻表同时优化，其具体手段是：第一阶段，在站间运行时间不变的情况下，采用粒子群优化算法(PSO)获得列车在站间的节能驾驶策略，得到列车运行时间和能耗的关系，第二阶段，先计算出站间最小运行时间，在全线路多站间总运行时间不变的前提下，进一步求得总预留时间，然后，再将该总预留时间分配给各个站间，对整个线路的驾驶策略进行优化，生成优化的列车时刻表以达到节能的目的；专利技术人对前述方案进行了深入研究后发现其还存在如下缺陷：1)列车运行能耗问题实质上是一种多目标优化问题，即以运行时间最少和能耗最低同时作为优化目的；前述方案中，其目标函数是在运行时间不变的条件下建立起来的，从处理手段来看，其目的是为了将多目标优化问题转换为单目标优化问题，从而降低处理难度，显然，这种处理方式是不符合多目标优化问题的特点的，多目标优化问题的重要特点就是不同目标之间相互独立、相互排斥，以运行时间不变为条件来设立的目标函数显然难以真实、全面地反映出时间和能耗的关联性；2)采用前述方案时，只能得到一个Pareto最优解，且该解的获得与转换过程中目标参数的设定有很大关系，若欲获取到更多的Pareto最优解，则需通过多次选取不同的权重组合、多次独立运行PSO来进行寻优才能得到，处理过程十分繁琐。此外，列车在站间的节能驾驶还存在多模态选择问题，若将多模态选择问题考虑进去，则将进一步增大处理的复杂性和难度。3)前述方案需根据先验知识来选取合适的权重参数，设置不同的权重参数将会导致产生不同的Pareto最优解，这就要求操作者要对问题有着较为充足、全面的认识，而要求操作者对问题的认识达到一定的高度，这本身就是一个很难解决的问题。4)在处理列车以运行时间和能耗为目标的实际问题时，时间和能耗有不同的物理意义且度量单位不同，目标之间不能直接进行比较或加权，虽可用无量纲化来处理目标函数，但又会增加算法的复杂性，且会引起目标空间的改变，导致无法正常利用决策信息。
技术实现思路
针对
技术介绍
中的问题，本专利技术提出了一种为城轨列车生成ATO速度控制命令的方法，包括ATO系统和速度命令生成系统，所述速度命令生成系统能为ATO系统生成ATO速度控制命令，所述ATO系统能根据ATO速度控制命令对列车进行控制；其特征在于：所述速度命令生成系统由多目标粒子群优化模块、外部档案模块和处理模块组成；所述方法包括：设某一运营线路上存在n+1个站点，位置相邻的两个站点之间的路段记为一个子线路，则该运营线路中存在n个子线路；(一)为每个子线路生成多个单模态Pareto前沿解集，每个单模态Pareto前沿解集包含1个或多个前沿解；对单个子线路所对应的所有前沿解进行支配关系识别：对于不存在支配关系的前沿解，则全部保留，对于存在支配关系的前沿解，只保留支配者，移除受支配者；被保留下来的前沿解即形成多模态Pareto前沿解集；多个子线路即对应多个多模态Pareto前沿解集；(二)对多个多模态Pareto前沿解集进行处理，获得多个备选方案；(三)从多个备选方案中选取一者，根据选取出的备选方案求解出ATO速度控制命令；所述步骤(一)中，按如下的方法一为单个子线路生成单个单模态Pareto前沿解集：1)设定基础数据和约束参数；所述基础数据包括：子线路参数、站点参数、列车参数、ATO系统参数；所述约束参数包括：限速参数、停车位置参数、到站时间参数、列车工况转换原则；2)按如下方式设定粒子：为列车设计控制序列；所述控制序列由多个顺次排列的控制阶段组成，每个控制阶段均对应一种列车工况，列车工况切换时控制阶段也随之切换；列车工况切换时，列车在子线路上所处的位置记为工况转换点；当控制阶段的数量及各个控制阶段的列车工况种类确定后，即形成了一种控制模态；在单种控制模态条件下，对工况转换点的位置进行调节，即可为该种控制模态生成多种控制情况，同一控制情况及其所辖的多个工况转换点记为一个粒子，多种控制情况分别对应多个粒子；3)多目标粒子群优化模块根据公式一对多个粒子进行粒子速度更新处理，得到各个粒子当前的粒子速度，然后根据当前的粒子速度，按公式二对各个粒子进行粒子位置更新处理，得到各个粒子当前的粒子位置；4)根据约束参数，判断各个粒子当前的粒子位置是否为可行解：满足约束参数条件的粒子位置记为可行解，可行解所对应的粒子记为可行粒子，将可行解送入外部档案模块，然后继续按步骤5A)对可行粒子进行处理；外部档案模块第一次收到可行解时，若可行解的数量为1，则外部档案模块直接对可行解进行保存，若可行解的数量为2个或2个以上，则外部档案模块对所有可行解进行支配关系识别：对于不存在支配关系的可行解，则全部保留，对于存在支配关系的可行解，只保留支配者，移除受支配者；保留在外部档案模块中的可行解记为前沿解；后续迭代过程中，外部档案模块对新收到的可行解和前沿解整体进行支配关系识别：对于不存在支配关系的可行解和前沿解，则全部保留，对于存在支配关系的可行解和前沿解，只保留支配者，移除受支配者；不满足约束参数条件的粒子位置记为非可行解，非可行解所对应的粒子记为非可行粒子，然后继续按步骤5B)对非可行粒子进行处理；5A)判断相应可行粒子的迭代次数是否达到设定值：若迭代次数已达到设定值，则进入步骤6)；若迭代次数未达到设定值，则按公式三对可行粒子进行粒子速度更新处理，得到可行粒子当前的粒子速度，然后根据当前的粒子速度，按公式二对可行粒子进行粒子位置更新处理，得到可行粒子当前的粒子位置，返回步骤4)；5B)判断相应非可行粒子的迭代次数是否达到设定值：若迭代次数已达到设定值，则进入步骤6)；若迭代次数未达到设定值，则按公式四对非可行粒子进行粒子速度更新处理，得到非可行粒子当前的粒子速度，然后根据当前的粒子速度，按公式二对非可行粒子进行粒子位置更新处理，得到非可行粒子当前的粒子位置，返回步骤4)；6)待所有粒子的迭代过程都结束后，保留在外部档案模块内的前沿解即形成一个单模态Pareto前沿解集，将单模态Pareto前沿解集输出至处理模块；所述步骤(一)中，按如下的方法二为单个子线路生成多个单模态Pareto前沿解集：对所述步骤2)中的控制阶段的数量及各个控制阶段的列车工况种类进行调整，即可得到多种控制模态，然后按方法一分别对每种控制模态进行处理，即可获得多个单模态Pareto前沿解集；所述步骤(二)中，处理模块按如下方法获得多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种为城轨列车生成ATO速度控制命令的方法，包括ATO系统和速度命令生成系统，所述速度命令生成系统能为ATO系统生成ATO速度控制命令，所述ATO系统能根据ATO速度控制命令对列车进行控制；其特征在于：所述速度命令生成系统由多目标粒子群优化模块、外部档案模块和处理模块组成；所述方法包括：设某一运营线路上存在n+1个站点，位置相邻的两个站点之间的路段记为一个子线路，则该运营线路中存在n个子线路；(一)为每个子线路生成多个单模态Pareto前沿解集，每个单模态Pareto前沿解集包含1个或多个前沿解；对单个子线路所对应的所有前沿解进行支配关系识别：对于不存在支配关系的前沿解，则全部保留，对于存在支配关系的前沿解，只保留支配者，移除受支配者；被保留下来的前沿解即形成多模态Pareto前沿解集；多个子线路即对应多个多模态Pareto前沿解集；(二)对多个多模态Pareto前沿解集进行处理，获得多个备选方案；(三)从多个备选方案中选取一者，根据选取出的备选方案求解出ATO速度控制命令；所述步骤(一)中，按如下的方法一为单个子线路生成单个单模态Pareto前沿解集：1)设定基础数据和约束参数；所述基础数据包括：子线路参数、站点参数、列车参数、ATO系统参数；所述约束参数包括：限速参数、停车位置参数、到站时间参数、列车工况转换原则；2)按如下方式设定粒子：为列车设计控制序列；所述控制序列由多个顺次排列的控制阶段组成，每个控制阶段均对应一种列车工况，列车工况切换时控制阶段也随之切换；列车工况切换时，列车在子线路上所处的位置记为工况转换点；当控制阶段的数量及各个控制阶段的列车工况种类确定后，即形成了一种控制模态；在单种控制模态条件下，对工况转换点的位置进行调节，即可为该种控制模态生成多种控制情况，同一控制情况及其所辖的多个工况转换点记为一个粒子，多种控制情况分别对应多个粒子；3)多目标粒子群优化模块根据公式一对多个粒子进行粒子速度更新处理，得到各个粒子当前的粒子速度，然后根据当前的粒子速度，按公式二对各个粒子进行粒子位置更新处理，得到各个粒子当前的粒子位置；4)根据约束参数，判断各个粒子当前的粒子位置是否为可行解：满足约束参数条件的粒子位置记为可行解，可行解所对应的粒子记为可行粒子，将可行解送入外部档案模块，然后继续按步骤5A)对可行粒子进行处理；外部档案模块第一次收到可行解时，若可行解的数量为1，则外部档案模块直接对可行解进行保存，若可行解的数量为2个或2个以上，则外部档案模块对所有可行解进行支配关系识别：对于不存在支配关系的可行解，则全部保留，对于存在支配关系的可行解，只保留支配者，移除受支配者；保留在外部档案模块中的可行解记为前沿解；后续迭代过程中，外部档案模块对新收到的可行解和前沿解整体进行支配关系识别：对于不存在支配关系的可行解和前沿解，则全部保留，对于存在支配关系的可行解和前沿解，只保留支配者，移除受支配者；不满足约束参数条件的粒子位置记为非可行解，非可行解所对应的粒子记为非可行粒子，然后继续按步骤5B)对非可行粒子进行处理；5A)判断相应可行粒子的迭代次数是否达到设定值：若迭代次数已达到设定值，则进入步骤6)；若迭代次数未达到设定值，则按公式三对可行粒子进行粒子速度更新处理，得到可行粒子当前的粒子速度，然后根据当前的粒子速度，按公式二对可行粒子进行粒子位置更新处理，得到可行粒子当前的粒子位置，返回步骤4)；5B)判断相应非可行粒子的迭代次数是否达到设定值：若迭代次数已达到设定值，则进入步骤6)；若迭代次数未达到设定值，则按公式四对非可行粒子进行粒子速度更新处理，得到非可行粒子当前的粒子速度，然后根据当前的粒子速度，按公式二对非可行粒子进行粒子位置更新处理，得到非可行粒子当前的粒子位置，返回步骤4)；6)待所有粒子的迭代过程都结束后，保留在外部档案模块内的前沿解即形成一个单模态Pareto前沿解集，将单模态Pareto前沿解集输出至处理模块；所述步骤(一)中，按如下的方法二为单个子线路生成多个单模态Pareto前沿解集：对所述步骤2)中的控制阶段的数量及各个控制阶段的列车工况种类进行调整，即可得到多种控制模态，然后按方法一分别对每种控制模态进行处理，即可获得多个单模态Pareto前沿解集；所述步骤(二)中，处理模块按如下方法获得多个备选方案：A)从每个多模态Pareto前沿解集中选取一个前沿解，被选出的多个前沿解即构成一个备选解；按前述的备选解构成形式，采用穷举法，获取到备选解的所有构成形式，即得到多个备选解；B)单个前沿解所对应的列车运行时间记为子线路时间，单个备选解所对应的多个子线路时间的和记为全线路时间；计算出每个备选解所对应的全线路时间，多个备选解即对应多个全线路时间；C)根据设定的运行时间区间，对多个全线路时间是否满足要求...

【技术特征摘要】
1.一种为城轨列车生成ATO速度控制命令的方法，包括ATO系统和速度命令生成系统，所述速度命令生成系统能为ATO系统生成ATO速度控制命令，所述ATO系统能根据ATO速度控制命令对列车进行控制；其特征在于：所述速度命令生成系统由多目标粒子群优化模块、外部档案模块和处理模块组成；所述方法包括：设某一运营线路上存在n+1个站点，位置相邻的两个站点之间的路段记为一个子线路，则该运营线路中存在n个子线路；(一)为每个子线路生成多个单模态Pareto前沿解集，每个单模态Pareto前沿解集包含1个或多个前沿解；对单个子线路所对应的所有前沿解进行支配关系识别：对于不存在支配关系的前沿解，则全部保留，对于存在支配关系的前沿解，只保留支配者，移除受支配者；被保留下来的前沿解即形成多模态Pareto前沿解集；多个子线路即对应多个多模态Pareto前沿解集；(二)对多个多模态Pareto前沿解集进行处理，获得多个备选方案；(三)从多个备选方案中选取一者，根据选取出的备选方案求解出ATO速度控制命令；所述步骤(一)中，按如下的方法一为单个子线路生成单个单模态Pareto前沿解集：1)设定基础数据和约束参数；所述基础数据包括：子线路参数、站点参数、列车参数、ATO系统参数；所述约束参数包括：限速参数、停车位置参数、到站时间参数、列车工况转换原则；2)按如下方式设定粒子：为列车设计控制序列；所述控制序列由多个顺次排列的控制阶段组成，每个控制阶段均对应一种列车工况，列车工况切换时控制阶段也随之切换；列车工况切换时，列车在子线路上所处的位置记为工况转换点；当控制阶段的数量及各个控制阶段的列车工况种类确定后，即形成了一种控制模态；在单种控制模态条件下，对工况转换点的位置进行调节，即可为该种控制模态生成多种控制情况，同一控制情况及其所辖的多个工况转换点记为一个粒子，多种控制情况分别对应多个粒子；3)多目标粒子群优化模块根据公式一对多个粒子进行粒子速度更新处理，得到各个粒子当前的粒子速度，然后根据当前的粒子速度，按公式二对各个粒子进行粒子位置更新处理，得到各个粒子当前的粒子位置；4)根据约束参数，判断各个粒子当前的粒子位置是否为可行解：满足约束参数条件的粒子位置记为可行解，可行解所对应的粒子记为可行粒子，将可行解送入外部档案模块，然后继续按步骤5A)对可行粒子进行处理；外部档案模块第一次收到可行解时，若可行解的数量为1，则外部档案模块直接对可行解进行保存，若可行解的数量为2个或2个以上，则外部档案模块对所有可行解进行支配关系识别：对于不存在支配关系的可行解，则全部保留，对于存在支配关系的可行解，只保留支配者，移除受支配者；保留在外部档案模块中的可行解记为前沿解；后续迭代过程中，外部档案模块对新收到的可行解和前沿解整体进行支配关系识别：对于不存在支配关系的可行解和前沿解，则全部保留，对于存在支配关系的可行解和前沿解，只保留支配者，移除受支配者；不满足约束参数条件的粒子位置记为非可行解，非可行解所对应的粒子记为非可行粒子，然后继续按步骤5B)对非可行粒子进行处理；5A)判断相应可行粒子的迭代次数是否达到设定值：若迭代次数已达到设定值，则进入步骤6)；若迭代次数未达到设定值，则按公式三对可行粒子进行粒子速度更新处理，得到可行粒子当前的粒子速度，然后根据当前的粒子速度，按公式二对可行粒子进行粒子位置更新处理，得到可行粒子当前的粒子位置，返回步骤4)；5B)判断相应非可行粒子的迭代次数是否达到设定值：若迭代次...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐凯，杨飞凤，吴磊，徐文轩，龚丽，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50