面向多目标的中速磁浮列车运行图优化方法研究

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中速磁浮作为一种运营时速200km/h的市域交通方式,主要服务于都市圈内部以及市郊范围通勤客流,在“十四五”规划建设阶段具有广阔的发展前景。列车运行图是沟通运输供给和运输需求的重要桥梁,为达到高效、节能的运输目标,本文将针对中速磁浮列车运行图优化问题展开研究,主要研究内容如下:(1)面向多目标的中速磁浮列车运行图优化问题分析。探讨中速磁浮内部各系统之间的耦合关系,分析客流需求特性和磁浮列车运行特性。将乘客出行时间最小和列车运行能耗最低作为运行图优化目标,进而研究两者之间的博弈关系。最后,通过分析优化目标的影响因素,梳理悬浮能耗及载客率等关键变量与优化目标之间的相关性,为模型搭建奠定基础。(2)面向多目标的中速磁浮列车运行图优化模型。根据滚动时域法将全体运营时段划分为多个“局部时间窗”。在局部时间窗内,构建时变客流和列车运行能耗变量关系的数学表达形式。以乘客出行时间(乘客等待时间和乘客旅行时间)、列车运行能耗(包括牵引能耗与悬浮能耗)的广义成本为目标函数,将列车发车时刻和区间运行时分作为决策变量,以中速磁浮特有的悬浮能耗为出发点,将载客率作为联系2个优化目标的中间变量,构建面向多目标的中速磁浮列车运行图优化模型。(3)面向多目标的中速磁浮列车运行图优化算法。在分析模型复杂度的基础上,采用带精英策略的非支配排序遗传算法对问题进行求解。算法以乘客出行时间与列车运行能耗的广义成本作为适应度函数,将表征运行图的列车发车时刻、区间运行时分等变量构建为算法的个体参数。结合模型结构和运行图优化过程设计特有的遗传算子,通过迭代优化求解模型。(4)结合算例检验面向多目标的中速磁浮列车运行图优化模型的正确性以及求解算法的有效性。首先生成初始运行图集合,经迭代运算得到优化后的Pareto前沿运行图集合。选取迭代优化后的1个运行图方案与初始运行图方案对比发现,列车总运行能耗减少1.2%;乘客总出行时间下降1.9%,平均悬浮能耗降低11.7%,验证了运行图优化模型与算法的可行性及有效性。
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