基于智能體和元胞自動(dòng)機(jī)的列車協(xié)同控制研究.pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì)，城市軌道交通系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展面臨交通需求不斷增長(zhǎng)的內(nèi)部挑戰(zhàn)和節(jié)能減排保護(hù)環(huán)境的外部壓力。為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，城市軌道交通系統(tǒng)需要在保證安全的前提下進(jìn)一步提高線路通過(guò)能力和減少能源消耗。研究新的列車運(yùn)行控制方法是進(jìn)一步提高線路通過(guò)能力和減少能源消耗的重要手段。列車協(xié)同控制方法是一種通過(guò)協(xié)調(diào)系統(tǒng)中多個(gè)列車的運(yùn)行控制過(guò)程實(shí)現(xiàn)優(yōu)化目標(biāo)的列車運(yùn)行控制方法，可以解決延遲傳播、節(jié)約能耗等問(wèn)題，改善城市軌道交通系統(tǒng)性能，已成為列車運(yùn)行控制

2、領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　為了研究列車協(xié)同控制問(wèn)題，本文首先基于智能體和元胞自動(dòng)機(jī)建模方法建立了列車運(yùn)行控制模型。智能體和元胞自動(dòng)機(jī)模型是典型的“自下而上”建立的模型。相比已有的“自上而下”建立的列車運(yùn)行控制模型，本文提出的模型關(guān)注對(duì)列車間交互規(guī)則的描述，這為列車協(xié)同控制方法的設(shè)計(jì)、仿真和分析提供了有力的工具。隨后，論文基于該模型提出了基于二次型最優(yōu)控制理論的多列車協(xié)同控制方法，并得到解析解。最后，基于上述模型進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果表明提

3、出的列車協(xié)同控制方法可以縮短列車延誤時(shí)間和避免不必要的制動(dòng)，解決提高線路通過(guò)能力和減少能源消耗的問(wèn)題。
　　論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有以下4個(gè)方面：
　　●提出了雙層框架的列車運(yùn)行控制模型。上層為基于智能體的列車運(yùn)行控制功能模型，下層為基于元胞自動(dòng)機(jī)的列車運(yùn)行追蹤模型。和已有列車運(yùn)行控制模型相比，該模型關(guān)注于各個(gè)控制單元的交互過(guò)程，利用智能體和元胞自動(dòng)機(jī)建模方法“自下而上”建立模型的特點(diǎn)，既實(shí)現(xiàn)了列車運(yùn)行控制功能，又描述了列車追蹤狀

4、態(tài)的動(dòng)態(tài)變化。使用基于智能體和元胞自動(dòng)機(jī)的模型適應(yīng)控制單元分布性和協(xié)作性的特點(diǎn)，便于下一步列車協(xié)同控制的研究。
　　●為使模型更加貼近實(shí)際，對(duì)提出的列車運(yùn)行控制模型進(jìn)行擴(kuò)展，提出復(fù)雜環(huán)境下的列車運(yùn)行控制模型。從站臺(tái)數(shù)量和無(wú)線通信延遲兩個(gè)角度，提出了多站臺(tái)的改進(jìn)車站模型和考慮通信延遲的改進(jìn)模犁。通過(guò)仿真，改進(jìn)的車站模型可以模擬越行現(xiàn)象，進(jìn)一步分析不同停站方式下列車延誤時(shí)間，比較不同停站方式的優(yōu)劣。考慮通信延遲的改進(jìn)模型可以分析通信延

5、遲對(duì)軌道交通流的影響。擴(kuò)展后的模型為列車協(xié)同控制的研究提供了有力的工具。
　　●基于解析的方法提出了一種減少跟蹤列車延誤時(shí)間的兩列車協(xié)同方法。該方法利用建議速度來(lái)指導(dǎo)跟蹤列車，解決了在前車出現(xiàn)延誤的情況下跟蹤列車以最短時(shí)間進(jìn)站問(wèn)題，改變了延遲傳播的特性，減少延誤時(shí)間和能量消耗。
　　提出了基于二次型最優(yōu)控制理論的多列車協(xié)同控制方法。該方法用于實(shí)現(xiàn)間隔實(shí)時(shí)調(diào)整的多列車協(xié)同控制，而且運(yùn)算時(shí)間較短，滿足實(shí)時(shí)性要求，實(shí)現(xiàn)了列車間隔趨