一种为城轨列车群生成自动驾驶曲线的方法技术

本发明专利技术提供了一种为城轨列车群生成自动驾驶曲线的方法，包括地面列车群集成控制系统和自动驾驶曲线生成系统，其特征在于：（一）地面列车群集成控制系统周期性地将多辆列车各自对应的基础数据和约束参数分别传输到相应的处理模块；（二）每次收到基础数据和约束参数时，处理模块就根据方法一生成相应的Pareto前沿解集；（三）然后，处理模块根据方法二生成相应的控制曲线并将控制曲线传输到地面列车群集成控制系统；多个处理模块输出的控制曲线即形成列车群的自动驾驶曲线。采用本发明专利技术所述的方法，能快速、实时地获取Pareto前沿解集，并从Pareto前沿解集得到更加优化的列车群地面列车群集成控制系统自动驾驶曲线，使列车群自动驾驶即节时又节能。

A method of generating automatic driving curves for urban rail train groups

The invention provides a method for generating an automatic driving curve for a group of urban rail trains, which comprises an integrated ground train group control system and an automatic driving curve generation system, and is characterized in that: (1) the integrated ground train group control system periodically transmits the corresponding basic data and constrained parameters of multiple trains to each other. The corresponding processing module; (2) Each time the basic data and constrained parameters are received, the processing module generates the corresponding Pareto frontier solution set according to the method; (3) Then, the processing module generates the corresponding control curve according to the method 2 and transmits the control curve to the integrated control system of ground train group; multiple processing modules The output control curve forms the automatic driving curve of train groups. By adopting the method of the invention, the Pareto frontier solution set can be obtained quickly and real-time, and the optimized automatic driving curve of the ground train group integrated control system can be obtained from the Pareto frontier solution set, so that the automatic driving of the train group can save time and energy.

【技术实现步骤摘要】
一种为城轨列车群生成自动驾驶曲线的方法
本专利技术涉及城轨列车自动控制
，特别是一种为城轨列车群生成自动驾驶曲线的方法。
技术介绍
城轨列车车载计算机系统可以根据控制命令来控制列车沿最优目标曲线运行，实现城市轨道列车自动化控制。城市轨道交通某条线路上的列车群在自动驾驶命令生成时，需要输入列车属性数据、线路数据和列车运营等数据。对上述输入数据而言，不同时段的载客量是随时变化的，同时有可能出现线路限速、坡度和列车运营时间临时调整的情况。因此，对列车群实施自动驾驶控制命令，不是一个静态问题，其性质应是一个动态、实时的问题。需要根据当前实际变化和临时情况进行调整，实时生成列车群自动驾驶曲线，用以控制某条线路的列车群沿最优目标曲线运行。在城市轨道交通某条线路上，对某一辆单向行驶的列车而言，若有n个站点，就要生成n-1条自动驾驶曲线，若有m辆列车就有m(n-1)条自动驾驶曲线。一条线路上运行的是整个列车群，对自动驾驶曲线生成的实时性、快速性都是有要求的。现有技术中，采用遗传算法、粒子集群算法等人工智能的方式来进行能耗和运行时间的多目标优化，可以获取列车自动驾驶速度曲线，但针对列车群行驶情况复杂、变化大的情况，要实时根据列车行驶线路情况获取其驾驶曲线，计算工作量将非常大，传统的智能计算方法性能差、效率低，无法满足实时性的要求。
技术实现思路
针对
技术介绍
的问题，本专利技术提供一种为城轨列车群地面列车群集成控制系统生成自动驾驶曲线的方法，以解决现有的方法不能快速、实时生成城轨列车群自动驾驶曲线的问题。为实现本专利技术的目的，本专利技术提供了一种为城轨列车群生成自动驾驶曲线的方法，包括地面列车群集成控制系统和自动驾驶曲线生成系统，所述自动驾驶曲线生成系统能为地面列车群集成控制系统生成自动驾驶曲线，地面列车群集成控制系统能将所述自动驾驶曲线传送给各列车车载计算机，以实现对列车群的控制，其创新点在于：所述自动驾驶曲线生成系统由多个处理模块组成，单个处理模块包括一个自动驾驶曲线生成模块、一个主机模块和一个辅机模块；所述方法包括：设某一运营线路上有多辆列车运行，多辆列车与所述多个处理模块一一对应；(一)地面列车群集成控制系统周期性地将多辆列车各自对应的基础数据和约束参数分别传输到相应的处理模块；(二)每次收到基础数据和约束参数时，处理模块就根据方法一生成相应的Pareto前沿解集；(三)然后，处理模块根据方法二生成相应的控制曲线并将控制曲线传输到地面列车群集成控制系统；多个处理模块输出的控制曲线即形成列车群自动驾驶曲线；所述方法一包括：当处理模块收到基础数据和约束参数后，其中的主机模块按如下方式进行操作：1)主机模块根据当前的基础数据和约束参数生成多个基础粒子，然后，主机模块采用粒子集群算法求取Pareto前沿解；2)首次得到Pareto前沿解时，主机模块将Pareto前沿解传输至辅机模块，同时，主机模块开始周期性地开启通信窗口；3)通信窗口开启时，主机模块停止运行粒子集群算法，并将当前得到的Pareto前沿解传输至辅机模块，同时，主机模块接收辅机模块输出的精英Pareto前沿解；通信窗口关闭后，主机模块对收到的精英Pareto前沿解和自身保存的Pareto前沿解进行支配关系识别，并根据支配关系识别结果，继续运行粒子集群算法求取Pareto前沿解；4)当通信窗口的开启次数达到设定值后，主机模块对当前的Pareto前沿解和精英Pareto前沿解进行支配关系识别，支配关系识别后，最终得到的所有Pareto前沿解即为Pareto前沿解集；首次收到前沿解后，辅机模块按如下方式进行操作：A)辅机模块根据Pareto前沿解生成多个精英粒子群，然后，辅机模块采用粒子集群算法求取精英Pareto前沿解；B)当通信窗口开启时，辅机模块停止运行粒子集群算法，并将当前得到的精英Pareto前沿解传输至主机模块，同时，辅机模块接收主机模块输出的Pareto前沿解；通信窗口关闭后，辅机模块根据新的Pareto前沿解重新生成多个精英粒子群，然后，辅机模块继续运行粒子集群算法求取精英Pareto前沿解；所述方法二包括：自动驾驶曲线生成模块对Pareto前沿解集中的Pareto前沿解进行模糊满意度评价，为每个Pareto前沿解生成相应的满意度值，将满意度值最高的Pareto前沿解作为控制曲线输出至地面列车群集成控制系统。进一步地，所述步骤1)中的基础粒子按如下方式设置：设所述运营线路上有多个站点，相邻两个站点之间的路段记为一个子线路；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；对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；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基础粒子，多种控制情况分别对应多个基础粒子；控制阶段的数量与工况转换点的数量之和即为基础粒子的维度；主机模块根据基础粒子生成多个基础粒子群。进一步地，所述主机模块包括一个基础粒子群优化模块和一个全局外部档案模块；主机模块按如下方式获取Pareto前沿解：(a)收到基础数据和约束参数后，基础粒子群优化模块根据基础数据和约束参数生成多个基础粒子；(b)然后，基础粒子群优化模块根据公式一对各个基础粒子进行粒子速度更新处理，得到各个基础粒子当前的粒子速度；然后根据各个基础粒子当前的粒子速度采用公式三对各个基础粒子进行粒子位置更新处理，得到各个基础粒子当前的粒子位置；(c)然后根据约束参数，判断各个基础粒子当前的粒子位置中是否有可行解：满足约束参数条件的基础粒子位置记为可行解；若无可行解，则返回步骤(b)；若有可行解，则进入步骤(d)；(d)基础粒子群优化模块将可行解送入全局外部档案模块，全局外部档案模块对可行解进行支配关系识别，保留下来的可行解即形成Pareto前沿解；(e)然后，基础粒子群优化模块根据公式二对各个基础粒子进行粒子速度更新处理，得到各个基础粒子当前的粒子速度；然后根据各个基础粒子当前的粒子速度采用公式三对各个基础粒子进行粒子位置更新处理，得到各个基础粒子当前的粒子位置；(f)根据约束参数，判断各个基础粒子当前的粒子位置中是否有可行解：若无可行解，则返回步骤(e)；若有可行解，则进入步骤(g)；(g)基础粒子群优化模块将可行解送入全局外部档案模块，全局外部档案模块将新收到的可行解和以前的Pareto前沿解一起进行支配关系识别，获取当前的Pareto前沿解；所述公式一为：其中，w为惯性权重，w为设定值；为相应基础粒子群中第d维度上第i个基础粒子第k次搜索时的粒子速度，为设定值；为相应基础粒子群中第d维度上第i个基础粒子第k+1次搜索时的粒子速度；c1和c2均是数值为正的常数，c2和c2均为设定值；和均为[0,1]区间上的随机数，和的具体数值由基础粒子群优化模块根据粒子集群算法随机生成；为相应基础粒子群中第d维度上第i个基础粒子在第k次搜索时的自身最优位置，为设定值，后续本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种为城轨列车群生成自动驾驶曲线的方法，包括地面列车群集成控制系统(1)和自动驾驶曲线生成系统，所述自动驾驶曲线生成系统能为地面列车群集成控制系统(1)生成自动驾驶曲线，地面列车群集成控制系统(1)能将所述自动驾驶曲线传送给各列车车载计算机，以实现对列车群的控制，其特征在于：所述自动驾驶曲线生成系统由多个处理模块(2)组成，单个处理模块(2)包括一个自动驾驶曲线生成模块(21)、一个主机模块和一个辅机模块；所述方法包括：设某一运营线路上有多辆列车运行，多辆列车与所述多个处理模块(2)一一对应；(一)地面列车群集成控制系统(1)周期性地将多辆列车各自对应的基础数据和约束参数分别传输到相应的处理模块(2)；(二)每次收到基础数据和约束参数时，处理模块(2)就根据方法一生成相应的Pareto前沿解集；(三)然后，处理模块(2)根据方法二生成相应的控制曲线并将控制曲线传输到地面列车群集成控制系统(1)；多个处理模块(2)输出的控制曲线即形成列车群自动驾驶曲线；所述方法一包括：当处理模块收到基础数据和约束参数后，其中的主机模块按如下方式进行操作：1)主机模块根据当前的基础数据和约束参数生成多个基础粒子，然后，主机模块采用粒子集群算法求取Pareto前沿解；2)首次得到Pareto前沿解时，主机模块将Pareto前沿解传输至辅机模块，同时，主机模块开始周期性地开启通信窗口；3)通信窗口开启时，主机模块停止运行粒子集群算法，并将当前得到的Pareto前沿解传输至辅机模块，同时，主机模块接收辅机模块输出的精英Pareto前沿解；通信窗口关闭后，主机模块对收到的精英Pareto前沿解和自身保存的Pareto前沿解进行支配关系识别，并根据支配关系识别结果，继续运行粒子集群算法求取Pareto前沿解；4)当通信窗口的开启次数达到设定值后，主机模块对当前的Pareto前沿解和精英Pareto前沿解进行支配关系识别，支配关系识别后，最终得到的所有Pareto前沿解即为Pareto前沿解集；首次收到前沿解后，辅机模块按如下方式进行操作：A)辅机模块根据Pareto前沿解生成多个精英粒子群(241)，然后，辅机模块采用粒子集群算法求取精英Pareto前沿解；B)当通信窗口开启时，辅机模块停止运行粒子集群算法，并将当前得到的精英Pareto前沿解传输至主机模块，同时，辅机模块接收主机模块输出的Pareto前沿解；通信窗口关闭后，辅机模块根据新的Pareto前沿解重新生成多个精英粒子群(241)，然后，辅机模块继续运行粒子集群算法求取精英Pareto前沿解；所述方法二包括：自动驾驶曲线生成模块(21)对Pareto前沿解集中的Pareto前沿解进行模糊满意度评价，为每个Pareto前沿解生成相应的满意度值，将满意度值最高的Pareto前沿解作为控制曲线输出至地面列车群集成控制系统(1)。...

【技术特征摘要】
1.一种为城轨列车群生成自动驾驶曲线的方法，包括地面列车群集成控制系统(1)和自动驾驶曲线生成系统，所述自动驾驶曲线生成系统能为地面列车群集成控制系统(1)生成自动驾驶曲线，地面列车群集成控制系统(1)能将所述自动驾驶曲线传送给各列车车载计算机，以实现对列车群的控制，其特征在于：所述自动驾驶曲线生成系统由多个处理模块(2)组成，单个处理模块(2)包括一个自动驾驶曲线生成模块(21)、一个主机模块和一个辅机模块；所述方法包括：设某一运营线路上有多辆列车运行，多辆列车与所述多个处理模块(2)一一对应；(一)地面列车群集成控制系统(1)周期性地将多辆列车各自对应的基础数据和约束参数分别传输到相应的处理模块(2)；(二)每次收到基础数据和约束参数时，处理模块(2)就根据方法一生成相应的Pareto前沿解集；(三)然后，处理模块(2)根据方法二生成相应的控制曲线并将控制曲线传输到地面列车群集成控制系统(1)；多个处理模块(2)输出的控制曲线即形成列车群自动驾驶曲线；所述方法一包括：当处理模块收到基础数据和约束参数后，其中的主机模块按如下方式进行操作：1)主机模块根据当前的基础数据和约束参数生成多个基础粒子，然后，主机模块采用粒子集群算法求取Pareto前沿解；2)首次得到Pareto前沿解时，主机模块将Pareto前沿解传输至辅机模块，同时，主机模块开始周期性地开启通信窗口；3)通信窗口开启时，主机模块停止运行粒子集群算法，并将当前得到的Pareto前沿解传输至辅机模块，同时，主机模块接收辅机模块输出的精英Pareto前沿解；通信窗口关闭后，主机模块对收到的精英Pareto前沿解和自身保存的Pareto前沿解进行支配关系识别，并根据支配关系识别结果，继续运行粒子集群算法求取Pareto前沿解；4)当通信窗口的开启次数达到设定值后，主机模块对当前的Pareto前沿解和精英Pareto前沿解进行支配关系识别，支配关系识别后，最终得到的所有Pareto前沿解即为Pareto前沿解集；首次收到前沿解后，辅机模块按如下方式进行操作：A)辅机模块根据Pareto前沿解生成多个精英粒子群(241)，然后，辅机模块采用粒子集群算法求取精英Pareto前沿解；B)当通信窗口开启时，辅机模块停止运行粒子集群算法，并将当前得到的精英Pareto前沿解传输至主机模块，同时，辅机模块接收主机模块输出的Pareto前沿解；通信窗口关闭后，辅机模块根据新的Pareto前沿解重新生成多个精英粒子群(241)，然后，辅机模块继续运行粒子集群算法求取精英Pareto前沿解；所述方法二包括：自动驾驶曲线生成模块(21)对Pareto前沿解集中的Pareto前沿解进行模糊满意度评价，为每个Pareto前沿解生成相应的满意度值，将满意度值最高的Pareto前沿解作为控制曲线输出至地面列车群集成控制系统(1)。2.根据权利要求1所述的为城轨列车群生成自动驾驶曲线的方法，其特征在于：所述步骤1)中的基础粒子按如下方式设置：设所述运营线路上有多个站点，相邻两个站点之间的路段记为一个子线路；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；对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；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基础粒子，多种控制情况分别对应多个基础粒子；控制阶段的数量与工况转换点的数量之和即为基础粒子的维度；主机模块根据基础粒子生成多个基础粒子群(221)。3.根据权利要求1所述的为城轨列车群生成自动驾驶曲线的方法，其特征在于：所述主机模块包括一个基础粒子群优化模块(22)和一个全局外部档案模块(23)；主机模块按如下方式获取Pareto前沿解：(a)收到基础数据和约束参数后，基础粒子群优化模块(22)根据基础数据和约束参数生成多个基础粒子；(b)然后，基础粒子群优化模块(22)根据公式一对各个基础粒子进行粒子速度更新处理，得到各个基础粒子当前的粒子速度；然...

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