摘要
当前城市轨道交通系统能源消耗日益增长，通过优化地铁列车时刻表，可以降低列车牵引能耗、提高再生能利用率，达到降本增效的目的。城市轨道交通实际运营过程中伴随着随机因素的干扰，可能会导致列车出站晚点，偏离计划到发时刻，使节能效果受到影响。因此，如何在时刻表优化阶段充分考虑随机延误的影响，并制定有一定鲁棒性的时刻表成为一个值得探讨的问题。 本文针对城市轨道交通列车的节能时刻表优化问题展开研究。首先，针对无延误发生的运营场景，提出一种以全线列车牵引净能耗最小为目标的多列车节能时刻表优化方法。随后，针对运营环境中的停站延误现象，建立考虑停站延误时分扰动的节能时刻表随机优化模型，以多种延误场景下全线列车牵引净能耗和出站时刻偏差期望值最小为目标，在保持列车准点性的同时兼顾节能效果。本文的主要工作及结论如下: （1）多列车节能时刻表参数优化模型的构建与求解。本文提出一种城市轨道交通节能时刻表优化方法，旨在围绕再生能利用较差或牵引净能耗较大的薄弱时段和供电分区，针对性地调整发车间隔、停站时分及区间运行曲线等级，构建一个以全线列车牵引净能耗最小为目标的时刻表参数优化模型。针对此模型，采用结合定制算子组合的自适应大邻域搜索算法求解。案例分析表明，相较于原始时刻表，优化后的节能时刻表方案在确保满足相关约束条件的同时，能将全线列车牵引净能耗降低约9.2％,并将再生能利用率从30.5％提升至31.8％,具有较好的节能效果。 （2）考虑停站延误的节能时刻表优化模型的构建与求解。面对运营环境中的随机延误，本文构建了一个考虑停站时分不确定特征的城市轨道交通节能时刻表优化模型，以多种延误场景下列车牵引净能耗和发车晚点时间期望值加权和最小作为优化目标。该模型通过优化发车间隔、停站时分和区间运行曲线等级，生成一张稳定节能及最大程度减少发车延误时长的时刻表。案例分析显示，与原始时刻表相比，优化后的方案在10个延误场景下目标函数值降低了约7.2％,其中全线列车牵引净能耗期望值下降约6.1％,出站时分偏差期望值下降约11.5％。进一步地，在用以验证时刻表鲁棒性的50个延误场景下，优化后的方案优化率均保持在6％以上，验证了本模型生成的时刻表在多种停站延误场景下也能保持较好的节能性和准时性。
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