一种面向节能的单线铁路列车调度方法及系统与流程

本发明涉及一种面向节能的单线铁路列车调度方法及系统，属于轨道交通列车运行控制
技术领域：
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背景技术：
：随着人们环保意识的提高和铁路运营压力的增大，通过研究运用相关技术手段，降低列车能耗，已越来越受到重视。目前，国内外均有面向列车节能的技术研究，国外涉及列车节能的研究，其方向主要是优化列车操纵，即根据机车的类型、列车的载重、线路情况、运输计划要求等，选择最佳的列车运行速度，从而实现节能的目标，以对das(driveradvisorysystem)系统的研究较为广泛，技术较为成熟。国内还尚未有较为成熟的列车驾驶辅助系统。国内外针对单线铁路列车调度的研究，主要目的是解决列车冲突、提高运输效率。其中，能与控制中心进行通信的das为调度优化提供了基础条件，但通过优化调度以实现节能的研究仍然较少。列车调度是铁路运输生产组织的核心，列车的优化调度是实现列车节能环保和提高列车运行效率的重要手段。因此可以考虑根据车流去向、列车编组和空重、列车会让及运输时间要求等，形成最佳的行车调度计划，从而达到节约动力，降低能耗的目的。单线铁路因其自身特点，可以通过设定列车优先级，优化会让过程，减少重车会让轻车和列车在站停留时间，为列车区间运行速度曲线优化提供时间约束，实现列车节能运行。因列车运行受很多因素影响，发车及运行过程中存在不确定因素，不能保证列车完全按照运行图行驶，直接影响节能效果。因此，需要提供一种面向节能的单线铁路列车调度方法及系统。技术实现要素：本发明要解决的一个技术问题是提供一种面向节能的单线铁路列车调度方法，考虑列车实际运行情况，实时动态优化运行图，以提高节能效率。本发明要解决的另一个技术问题是提供一种面向节能的单线铁路列车调度系统。为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：一种面向节能的单线铁路列车调度方法，包括以下步骤：步骤s1：从列车调度系统中读取列车计划运行图，从计划运行图中提取列车到发信息，根据列车到发信息按照“先到先发”的原则重新生成可行的运行图；步骤s2：对可行运行图中所有列车会让事件按时间顺序进行基于规则的优化，得到优化列车运行图；步骤s3：根据当前列车实时运行信息，当出现列车晚点事件时，返回步骤s1，重新优化列车运行图。优选地，计划运行图包括列车车次号、始发站、途经站、终到站、始发时间、终到时间，计划运行图可以存在列车运行冲突；可行的运行图为满足区间运行时间要求且解决了会车冲突后的运行图。优选地，“先到先发”的原则为先到达目标区间两端车站的列车先进入区间，后到达的列车则等待直至该区间空闲；优选地，步骤s2包括：步骤s21：按时间搜索会让事件，对轻车会让重车事件，在满足限速及车站进路转换和发车准备的条件下，延长轻车在会让站前一区间的运行时间，缩短其在会让站停留时间，会让后的下一区间运行时间根据影响情况做相应调整。步骤s22：按时间搜索会让事件，对重车会让轻车事件，在满足限速及车站进路转换和发车准备的条件下，可以通过延长重车在会让站前一区间的运行时间和(或)减少轻车在会让站前一区间的运行时间调整为轻车会让重车的，进行调整，会让后的下一区间运行时间根据影响情况做相应调整。步骤s23：按时间搜索会让事件，对重车会让轻车事件，不可以按步骤s22调整为轻车会让重车的，在满足限速及车站进路转换和发车准备的条件下，延长重车在会让站前一区间的运行时间，缩短其在会让站停留时间，会让后的下一区间运行时间根据影响情况做相应调整。步骤s24：对客货混跑的单线铁路，以客车既定运行图为基础，对货运列车进行优化。优选地，当前列车实时运行信息为当前运行列车的车次、总重、计长、机车类型、运行方向、所处区间或车站、下一区间或车站、运行前方限速等信息。优选地，优化列车运行图生成后传送至车载终端模块，作为机车速度曲线优化的约束条件。本发明提供一种面向节能的单线铁路列车调度系统，包括调度信息获取模块、优化调度方案计算模块、车载终端模块、lkj数据接口模块、车站终端模块、通信模块。调度信息获取模块用于读取列车调度系统中的计划运行图数据，模块利用显示单元实时显示列车调度系统中的调度信息，调度信息包括：计划时刻表、列车优先级、列车临时限速、区间封锁、车站股道占用等，利用摄像头获取显示单元显示的显示信息，利用专用图像识别算法识别摄像头采集到的显示信息，将显示信息传送给优化调度方案计算模块。lkj数据接口模块用于从lkj系统中获取当前列车车次、位置、总重、计长、机车类型、运行方向以及列车运行历史数据等信息，将信息传送给优化调度方案计算模块。优化调度方案计算模块基于调度信息获取模块提供的调度信息和lkj数据接口模块提供的信息，对计划运行图进行优化，运行图优化完成后提示调度员确认，确认后将优化后的运行图发送给车载终端模块和车站终端模块。车载终端模块用于接收优化调度方案计算模块输出的优化运行图，生成节能优化速度曲线和机车操纵序列，根据机车出厂能耗特性信息，结合历史实测能耗数据，计算优化运行图对应的列车能耗，并显示给司机。车站终端模块用于接收由优化调度方案计算模块输出的优化后的运行图信息，并通过显示单元以图形方式向值班员呈现。通信模块用于在优化调度方案计算模块、车载终端模块、lkj数据接口模块、车站终端模块等各模块间的通信。本发明的有益效果如下：本发明公开的一种面向节能的单线铁路列车调度方法与系统，考虑列车实际运行情况，优化列车会让过程，减少列车在站停留时间，实时动态优化运行图，并根据运行图时间约束，生成列车速度优化曲线，提高列车节能效率。同时本发明，还可以通过设定列车的优先级来扩展应用范围。附图说明下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。图1为本发明的一种面向节能的单线铁路列车调度方法的流程图。图2为本发明的一种面向节能的单线铁路列车调度方法及系统的实施例中轻车会让重车场景优化调整示意图。图3为本发明的一种面向节能的单线铁路列车调度方法及系统的实施例中重车会让轻车场景优化调整示意图。图4为本发明的一种面向节能的单线铁路列车调度系统的示意图。图5为本发明的一种面向节能的单线铁路列车调度方法及系统的可行运行图。图6为本发明的一种面向节能的单线铁路列车调度方法及系统的优化运行图。图7为本发明实施例中调度方案优化前后运行图的对比。具体实施方式为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。实施例1：如图1、图2、图3、图4、图5、图6及图7所示，一种面向节能的单线铁路列车调度方法，包括：步骤s1：从列车调度系统中读取列车计划运行图，从计划运行图中提取列车到发信息，根据列车到发信息按照“先到先发”的原则重新生成可行的运行图。计划运行图包括列车车次号、始发站、途经站、终到站、始发时间、终到时间，计划运行图可以存在列车运行冲突。根据计划运行图，按时间顺序搜索发车事件，按照先到达目标区间两端车站的列车先进入区间，后到达的列车则等待直至该区间空闲的“先到先发”原则，解决会车冲突。考虑到列车在车站会让期间，列车进路切换需要一定的时间，所以在生成可行解时需要考虑进路切换时间约束。假设共有m个车站，上行第一个车站定义为车站1。假设在车站m列车j停车使得列车i通过，那么列车i在车站m的发车时间必须满足如下约束：其中：ts为车站进路切换时间,tp为发车准备时间(当在中间站因会车等原因停车时间较长时，发车前需履行一定的程序，停车时间较短时tp取0)。可行的运行图为满足区间运行时间要求且解决了会车冲突后的运行图。步骤s2：对可行运行图中所有列车会让事件按时间顺序进行基于规则的优化，得到优化列车运行图；步骤s21：按时间搜索会让事件，对轻车会让重车事件，在满足限速及车站进路转换和发车准备的条件下，延长轻车在会让站前一区间的运行时间，缩短其在会让站停留时间，会让后的下一区间运行时间根据影响情况做相应调整。可行调度方案的会让场景如图2所示，其中：为下行列车i(轻车)从上一会让车站(如：m+1)到第m个车站之间的运行时间，为下行列车i从第m个车站到下一个会让车站之间的运行时间，为上行列车j(重车)从第m个车站到下一会让车站之间的运行时间，为上行列车j从上一个会让车站到第m个车站之间的运行时间。定义和的调整范围分别为：和针对可行调度方案中轻车会让重车的情况，如果轻车i停车时间超过2ts+tp，这种情况下可以在列车i上一区间的区间运行时间的基础上增加t，而列车i停站时间减少δt：其中，为列车i在m站的停车时间。步骤s22：按时间搜索会让事件，对重车会让轻车事件，在满足限速及车站进路转换和发车准备的条件下，可以通过延长重车在会让站前一区间的运行时间和(或)减少轻车在会让站前一区间的运行时间调整为轻车会让重车的，进行调整，会让后的下一区间运行时间根据影响情况做相应调整。针对可行调度方案中“重车会让轻车”的情况，可根据是否可以调整为“轻车会让重车”的判断条件分为两种优化情况，当下列条件满足时，其中，为列车j在m站的停车时间，则“重车会让轻车”的情况可以调整为“轻车会让重车”，那么具体优化调整步骤如下：(1)首先将增加量δt3为：(2)的变化量为：(3)区间运行时间的变化量为：(4)区间运行时间的变化量为：δτ6＝-(δt4+2ts+tp)步骤s23：按时间搜索会让事件，对重车会让轻车事件，不可以按步骤s22调整为轻车会让重车的，在满足限速及车站进路转换和发车准备的条件下，延长重车在会让站前一区间的运行时间，缩短其在会让站停留时间，会让后的下一区间运行时间根据影响情况做相应调整。当下列条件不满足时，“重车会让轻车”的场景不可以调整为“轻车会让重车”，则只能优化重车的停站时间，那么重车的区间运行时间可以增加δt2，同时列车j的停站时间可以减少δt2，δt2应满足下式：步骤s24：对客货混跑的单线铁路，以客车既定运行图为基础，对货运列车进行优化。对有特殊运行要求的列车可以通过设定列车的优先级，使其获得优先通行权，优化列车会让过程时，优先级高的列车具有优先通行权；可以在优先级高的列车运行图基础上，对其他列车进行优化。步骤s3：根据当前列车实时运行信息，当出现列车晚点事件时，返回步骤s1，重新优化列车运行图。当前列车实时运行信息为当前运行列车的车次、总重、计长、机车类型、运行方向、所处区间或车站、下一区间或车站、运行前方限速等信息。本发明可以实时检测实际发车事件，每检测到发车事件时，可根据优化后的列车运行速度曲线预测其到达下一站的时间，当检测到有其他发车与优化后运行图不符的发车事件时，将返回s1，根据当前信息，对运行图重新进行优化，并将优化后的运行图传送至车载终端模块和车站终端模块。实施例2：如图1、图2、图3、图4、图5、图6及图7所示，一种面向节能的单线铁路列车调度系统，系统包括调度信息获取模块、优化调度方案计算模块、车载终端模块、lkj数据接口模块、车站终端模块及通信模块，优化调度方案计算模块连接调度信息获取模块、lkj数据接口模块及通信模块，通信模块连接车站终端模块及车载终端模块。调度信息获取模块用于读取列车调度系统中的计划运行图数据，模块利用显示单元实时显示列车调度系统中的调度信息，利用摄像头获取显示单元显示的显示信息，利用专用图像识别算法识别摄像头获取到的显示信息，将显示信息传送给优化调度方案计算模块，调度信息包括：计划时刻表、列车优先级、列车临时限速、区间封锁、车站股道占用等。lkj数据接口模块用于从lkj系统中获取当前列车车次、位置、总重、计长、机车类型、运行方向以及列车运行历史数据等信息，将信息传送给优化调度方案计算模块。优化调度方案计算模块基于调度信息获取模块提供的调度信息和lkj数据接口模块提供的当前列车信息，对计划运行图进行优化。优化过程为：从列车调度系统中读取列车计划运行图，从计划运行图中提取列车到发信息，根据列车到发信息按照“先到先发”的原则重新生成可行的运行图；对可行运行图中所有列车会让事件按时间顺序进行基于规则的优化，得到优化列车运行图；根据当前列车实时运行信息，当出现列车晚点事件时，返回步骤第一步，重新优化列车运行图。运行图优化完成后提示调度员确认，确认后将优化后的运行图发送给车载终端模块和车站终端模块。车载终端模块用于接收优化调度方案计算模块输出的优化运行图，生成节能优化速度曲线和机车操纵序列，根据机车出厂能耗特性信息，结合历史实测能耗数据，计算优化运行图对应的列车能耗，并显示给司机。由于在列车调度方案调整后列车在车站的停车或通过的方案会发生变化，因此在计算列车能耗时仅考虑列车区间运行能耗是不够的，还需要单独计算列车从速度0加速到站间运行平均速度所需牵引能耗。因此需要建立列车动力学模型，列车动力学模型可以表示为：其中v为列车速度(单位：米/秒)，t为时间(单位：秒)，u为列车牵引或制动力(单位：牛顿)，r(v)为列车基本阻力(单位：牛顿)，w为列车的附加阻力(单位：牛顿)，m为列车总重(单位：kg)。由于列车出站启动阶段的附加阻力主要是坡道阻力，因此定义附加阻力为坡道阻力：w＝g(x)其中g(x)为列车的坡道阻力(单位：牛顿)，x为坡度。列车牵引能耗计算公式如下：其中为上行列车和下行列车运行能耗与站间运行平均速度的关系函数，i为列车车次号，k(k＝1,2,…,k)为上行方向站间编号(龙口港至龙口西的站间编号为1)，t为运行时间(单位：秒)，计算得到的为列车牵引机械能(单位：焦耳)，那么对应的油耗可以表示为：其中η为柴油机热效率，q为柴油热值(单位：焦耳/千克)。如果列车在途中某个车站增加停车过程，那么需要计算列车启动能耗，并在总能耗中考虑该列车启动能耗。车站终端模块用于接收由优化调度方案计算模块输出的优化后的运行图信息，并通过显示单元以图形方式向值班员呈现。通信模块用于在优化调度方案计算模块、车载终端模块、lkj数据接口模块、车站终端模块等各模块间的通信。下面以某全长175公里，共计10个车站的单线铁路，作为具体实施例来对本发明作进一步说明，在给定的列车发车间隔下，以24小时内上下行各20列车，上行为重车，下行为轻车为背景，相关参数设置及获取的仿真数据如下表1、表2、表3及表4所示：表1仿真参数表参数名称参数值参数名称参数值列车自重1190t柴油热值42.6mj/kg列车载重3000t机车热效率30％基本阻力参数a0.2474列车发车间隔1h基本阻力参数b0.0364进路切换时间1min基本阻力参数c0.0008表2列车区间运行信息表3列车车站停站信息表4优化前后能耗对比指标名称指标值优化前上行列车油耗(升)992.1优化后上行列车油耗(升)862.7上行列车节能率13.05％优化前下行列车油耗(升)455.1优化后下行列车油耗(升)479.5下行列车节能率-5.36％总节能率7.26％在给定的列车发车间隔条件下，根据列车“先到先发”的原则生成可行的调度方案，如图5所示，图中既有重车会让轻车的情况，也存在轻车会让重车的情况。在可行调度方案的基础上进一步对每个会让过程进行优化，生成节能的会让方案，如图6所示，表2对优化前后列车站间运行时间进行了对比，表3对优化前后列车停站时间进行了对比，从表3可以看出，优化后的运行方案全部实现了“轻车会让重车”，图7给出了优化前后运行方案的对比。从表4可以看出，采用本发明的技术方案，轻车的能耗增加了5.36％，而重车能耗减少了13.05％，所有列车的总能耗减少7.26％。综上所述，本发明考虑列车运行中的不确定性，基于列车的实时运行信息进行单线铁路列车调度节能优化，通过优化列车会让过程，并将优化运行图中的时间约束作为列车运行速度曲线优化的约束条件，从而有效提高节能效率，同时本发明给用户提供多种参数设置功能，用户可以根据实际需求进行调整，也可通过设定列车优先级，满足多种级别列车混跑情况下的节能需求。显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。当前第1页1 2 3 

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