摘要
近年来，随着城市轨道交通的快速发展，我国城市轨道交通线路运营里程和客运量迅猛增长，同时也带来了巨大的电能消耗和运营成本，具体可分为车站能耗和列车牵引能耗，其中列车牵引能耗占比约50％左右，优化潜力较大。因此，从运输组织层面出发，在考虑动态客流特性的条件下进行列车牵引能耗仿真及优化研究，具有十分重要的意义。 本文基于动态客流设计开发了城市轨道交通列车牵引运行仿真与能耗分析系统V1.0，进行牵引能耗仿真和优化研究，并对广州地铁2号线进行了仿真优化案例分析。具体研究内容如下: (1)城市轨道交通列车牵引能耗计算模型 结合列车牵引计算基本理论和数学建模思想，分析列车运行过程中的受力情况及各种力的计算方法，进行列车运行工况分析和建立基于时变客流的运动学方程，并设计一般节时策略和节能牵引策略两种列车运行策略，在此基础上，构建了列车牵引能耗计算模型。 (2)城市轨道交通牵引运行仿真与能耗分析 在列车牵引计算理论以及列车仿真牵引过程建模的基础上，设计开发了城市轨道交通列车牵引运行仿真与能耗分析系统V1.0。首先介绍需求分析、仿真环境、功能模块设计以及系统界面的设计。然后，运用该系统进行仿真案例分析，对比了一般节时策略和节能牵引策略下的仿真结果，验证了节能牵引策略的节能效果以及该仿真系统的功能和可靠性，并通过基于动态客流的城市轨道交通列车牵引能耗分析，揭示动态客流和列车牵引能耗线性拟合关系。 (3)基于动态客流的城市轨道交通节能列车编组方案优化研究 本章以反映动态客流特征的AFC数据为基础，分别对客流分布的时间特征和空间特征以及区间满载率进行分析，发现可以从城市轨道交通列车编组方案入手，在能够满足客流需求、保证列车运行安全和乘客在车舒适度的前提下，进行列车编组方案优化，同时优化列车牵引能耗。然后，通过城市轨道交通列车编组方案概述，了解列车编组分类和传统确定方法。最后，以乘客广义出行费用和列车牵引能耗为优化目标，分别建立了固定编组方案优化模型和多编组方案优化模型，并设计了线性加权和法将多目标问题转换为单目标问题。 (4)广州地铁2号线仿真优化实例研究 以广州地铁2号线为研究对象，以城市轨道交通列车牵引运行仿真与能耗分析系统V1.0和编组优化模型为基础，运用MATLAB对固定编组方案模型和多编组方案模型进行求解，验证模型的可行性和优化效果。
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