復(fù)雜地形的動車組正點、節(jié)能優(yōu)化

龍真真 劉鴻恩 王銳東

摘 ?要：實現(xiàn)鐵路的高安全性、高正點率以及節(jié)能環(huán)保是鐵路部門一直致力追求的目標(biāo)，而川藏鐵路線路地形復(fù)雜、運行環(huán)境多變，要想同時滿足安全、正點、節(jié)能的要求，是擺在科研工作者面前的重大難題。本文依據(jù)動車組在復(fù)雜環(huán)境下的外部條件特征，通過實時獲取動車組運行限速、速度、位置等數(shù)據(jù)，對動車組正點、節(jié)能進(jìn)行實時優(yōu)化。同時通過某型號高速動車組運行過程仿真實驗，驗證該優(yōu)化方法的有效性。

關(guān)鍵詞： 動車組;復(fù)雜地形;優(yōu)化控制;正點;節(jié)能

1. 引言

針對鐵路的正點、節(jié)能，國內(nèi)外都有很多研究，但大多是在單一的環(huán)境條件，以及單目標(biāo)的研究，對于像川藏鐵路這種復(fù)雜環(huán)境條件下的安全、正點、節(jié)能的在線實時研究卻很少，本文先通過對線路特征進(jìn)行分析，在其基礎(chǔ)上，再進(jìn)行安全、正點、節(jié)能的在線分析與研究，通過實時獲取列車運行速度、位置、臨時限速等信息，同時對動車組運行過程、線路特征進(jìn)行分析，完成對動車組運行安全、正點、能源消耗的指標(biāo)分析與研究，實現(xiàn)正點，節(jié)能的優(yōu)化[1]。

2.復(fù)雜地形動車組運行分析

川藏鐵路地形復(fù)雜、山多，列車穿越如同一輛巨大的過山車，而動車組的運行情況很大程度受實際運行線路的影響，因此，建立準(zhǔn)確的線路模型，是實現(xiàn)高速列車正點、節(jié)能優(yōu)化控制的基礎(chǔ)。

本文建立的線路特征模型主要考慮了川藏鐵路實際的線路特性以及牽引供電。線路特性充分考慮了川藏鐵路線路縱斷面、曲線、橋隧;牽引供電主要考慮電氣化鐵道牽引供電區(qū)之間的分相區(qū)，且惰行通過分相區(qū)的線路特征表達(dá)式如下：

5.仿真及結(jié)果分析

本文以京滬高鐵上運營的某型號動車組為參數(shù)選擇對象，基于“泰安—徐州東”的實際線路、運行數(shù)據(jù)進(jìn)行實驗。

本文選用基本特性參數(shù)一致、運營限速為 的兩列動車組動車組進(jìn)行追蹤運行優(yōu)化實驗。為了更好的展示操縱優(yōu)化的效果，設(shè)定追蹤間隔時間為 ，動車組緊急/常用制動空走時間分別為 和 ，信息獲取周期小于 。

由上圖可知，在動車組B追蹤動車組A運行過程中，當(dāng)動車組A突然減速導(dǎo)致兩車間隔距離 時，本文的優(yōu)化方法能使后面的動車組B及時進(jìn)入惰行或制動狀態(tài)，并進(jìn)行合理惰行，既保證了兩車的安全間隔距離，同時又可以降低牽引能耗。詳見上圖及其局部放大圖所示：①出站加速階段，在保證兩車安全追蹤間隔距離的前提下，本文的優(yōu)化方法能使得動車組B進(jìn)行充分的牽引加速;②勻速牽引/惰行階段，動車組B頻繁受到來自動車組A的信號影響，本文的優(yōu)化方法通過合理的惰行來代替部分不必要的制動減速，以降低運行能耗，同時保證動車組牽引/制動更加平穩(wěn)，準(zhǔn)點率更高;③在進(jìn)站停車階段，由于前行動車組已側(cè)線停車，后行動車組B不再受前行動車組A信號影響，動車組B進(jìn)行惰行降速，操縱手柄切換頻率更低，既保證了動車組平穩(wěn)停車又減少了機械制動造成的能量損耗[3]。

綜上對比、分析可知，運用本文提出的復(fù)雜地形下動車組運行正點、節(jié)能優(yōu)化方法，能夠在保證動車組運行過程安全性的同時，使其能耗、準(zhǔn)點率相對更優(yōu)。

7. 結(jié) ? ?語

本文針對復(fù)雜地形條件下動車組正點、節(jié)能運行優(yōu)化問題進(jìn)行了研究，對實際復(fù)雜地形、安全、正點、節(jié)能一一進(jìn)行了分析，并通過這些分析及相關(guān)實時數(shù)據(jù)，建立了復(fù)雜地形下的動車組正點、節(jié)能的優(yōu)化模型，同時采用仿真，驗證了優(yōu)化策略的有效性。然而，本文優(yōu)化算法的實時性有待進(jìn)一步改善，在接下來的研究中將考慮采用更高效的實時優(yōu)化算法，以進(jìn)一步提高速動車組的運行特性。

參考文獻(xiàn)

[1]龍真真，王銳東.高速列車追蹤運行安全性分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2016（12）：90-91.

[2]楊輝. 動車組追蹤運行多目標(biāo)實時優(yōu)化策略[C]. 中國自動化學(xué)會過程控制專業(yè)委員會.第25屆中國過程控制會議論文集.中國自動化學(xué)會過程控制專業(yè)委員會：中國自動化學(xué)會，2014：708-712.

[3]楊輝，劉鴻恩，李中奇. 動車組追蹤運行多目標(biāo)實時優(yōu)化策略[J]. 控制工程，2015，22（2）：257-261.

作者簡介：

龍真真，1988，女，湖南衡陽人，本科 ，講師，研究方向：鐵道信號自動控制

劉鴻恩，1987，男，江西贛州人，博士在讀，研究方向：自動控制

王銳東，1986，男，湖南衡陽人，碩士，講師，研究方向：計算機技術(shù)