CN113212254B - 一种考虑列车靠站时间降低城市轨道交通轨道电位的方法 - Google Patents

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CN113212254B CN202110649749.9A CN202110649749A CN113212254B CN 113212254 B CN113212254 B CN 113212254B CN 202110649749 A CN202110649749 A CN 202110649749A CN 113212254 B CN113212254 B CN 113212254B
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Abstract

本发明公开了一种考虑列车靠站时间降低城市轨道交通轨道电位的方法，它包括：采集参数获得列车在任意两个相邻车站间的加速时间长度Tac,m和制动时间长度Tbr,m；确定线路中各个供电区间，在该区间内上行列车和下行列车加速时间段的交集和制动时间段的交集；所有的加速时间段的并集和制动时间段的并集中均含有列车在各个车站的靠站时间长度未知数；将所有的加速时间段的并集乘权重，和所有制动时间段的并集乘权重相加得到目标函数Tso；通过优化算法求解当目标函数Tso最小时，得到列车停靠各个车站的时间长度；按列车停靠各个车站的时间长度调整列车停靠时间实现降低城市轨道交通轨道电位。

Description

一种考虑列车靠站时间降低城市轨道交通轨道电位的方法
技术领域
本发明属于城市轨道交通领域，尤其涉及一种考虑列车靠站时间降低城市轨道交通轨道电位的方法。
技术背景
随着城市轨道交通的不断发展，城市轨道交通系统中的轨道电位过高问题也逐渐受到重视。在城市轨道交通系统中，由牵引变电所给接触网供电，位于列车顶端的受电弓从接触网上受流，作为列车行驶载体的轨道一般作为回流轨，电流从列车流入轨道，最后回流至牵引变电所整流机组的负极。由于轨道本身存在着一定的电阻，导致回流通过轨道时，会在轨道上产生轨道电位。
随着城市轨道交通运营时间的不断增加，线路的老化问题变得越来越严重。在城市轨道交通系统中，轨道随着运营时间的增加不断老化，轨道表面的腐蚀加剧，更换破损的轨道会在原先的轨道上增加焊点，这些都会导致轨道本身的纵向电阻增大，进一步导致轨道电位的升高。轨道电位的升高，会直接威胁到乘客和工作人员的人生安全。而且，由于轨道和大地之间不能完全绝缘，会导致轨道中的回流泄漏至大地，轨道电位升高到一定阈值时，导致轨道电位限制装置的动作，将轨道和地网短接，短时间内大量电流进入大地，造成较为严重的杂散电流问题，导致埋地金属的腐蚀因此有必要降低轨道电位，以确保安全运营。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种考虑列车靠站时间降低城市轨道交通轨道电位的方法，以降低城市轨道交通轨道电位，缓解轨道电位过高带来的威胁乘客和工作人员的人身安全问题和杂散电流传播问题。
本发明技术方案：
一种考虑列车靠站时间降低城市轨道交通轨道电位的方法，它包括：
步骤1、据城市轨道交通线路设计图纸采集列车在任意两个相邻车站间的运行距离长度，列车在任意两个相邻车站间的运行时间长度，通过牵引计算得到列车在任意两个相邻车站间的加速时间长度Tac,m和制动时间长度Tbr,m，m为从下行方向首发站开始行车区间的序数，m＝1,2,3,…；
步骤2、确定线路中各个供电区间，在该区间内上行列车和下行列车加速时间段的交集和制动时间段的交集；
步骤3、所有的加速时间段的交集和制动时间段的交集中均含有列车在各个车站的靠站时间长度未知数；将所有的加速时间段的交集乘权重，和所有制动时间段的交集乘权重相加得到目标函数Tso；
步骤4、通过优化算法求解当目标函数Tso最小时，得到列车停靠各个车站的时间长度；
步骤5、按列车停靠各个车站的时间长度调整列车停靠时间实现降低城市轨道交通轨道电位。
步骤1所述行车区间的确定方法为：把列车在每个车站的停车时间长度设为未知数，且确定停车时间长度的长度范围；设列车在每个车站的停车时间长度范围为tpa,n，n为从下行车始发站开始停靠的车站序数，n＝1,2,3,…；在上行列车的发车间隔和下行列车的发车间隔一致时，线路中的列车会呈周期性运行，周期的长度为上行列车的发车间隔或者下行列车的发车间隔；以某辆下行列车的从首发站的发车时间作为0时刻，得到周期内任意时刻下任意一辆列车运行在的行车区间。
停车时间长度范围的确定方法为：通过车站人流量的值和靠站时间规定范围进行确定。
步骤2所述确定线路中各个供电区间，在该区间内上行列车和下行列车加速时间段的交集和制动时间段的交集的方法包括：
步骤2.1、在线路中，当1个供电区间内只有1个行车区间时，即区间两端均为含有牵引所的车站，且区间内没有车站；通过列车在任意两个相邻车站的运行时间长度、上下行列车的发车间隔、上下行列车在该供电区间的加速时间长度和制动时间长度，判断在周期时间内该区间内的上行列车和下行列车是否会存在同时加速或者同时制动的情况，获得周期内该区间内上行列车和下行列车加速时间段的交集
Figure GDA0004097546130000031
和制动时间段的交集/>
Figure GDA0004097546130000032
即同时加速的时间长度和同时制动的时间长度；并将得到的两个交集都乘权重9。
步骤2所述确定线路中各个供电区间，在该区间内上行列车和下行列车加速时间段的交集和制动时间段的交集的方法包括：
步骤2.2、如果1个供电区间内有2个行车区间，即区间两端均为含有牵引所的车站，区间内有一个不含牵引所的车站；同样通过列车在任意两个相邻车站的运行时间长度、上下行列车的发车间隔、上下行列车在该供电区间的加速时间长度和制动时间长度，分别判断两个行车区间内的上下行列车之间是否存在同时加速和同时制动的情况，再判断两个行车区间的列车是否存在同时加速和同时制动的情况；首先得到同一个行车区间内的2个行车区间内的上行列车和下行列车加速时间段的交集
Figure GDA0004097546130000041
和制动时间段的交集/>
Figure GDA0004097546130000042
Figure GDA0004097546130000043
将得到的交集都乘权重9；再得到下行列车和在同一个供电区间不同行车区间的下行列车的加速时间段的交集/>
Figure GDA0004097546130000044
和制动时间段的交集/>
Figure GDA0004097546130000045
上行列车和不同行车区间的上行列车的加速时间段的交集/>
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和制动时间段的交集/>
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A2C2行车区间的上行列车和C2B2行车区间的下行列车的加速时间段的交集/>
Figure GDA0004097546130000048
和制动时间段的交集/>
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A2C2行车区间的下行列车和C2B2行车区间的上行列车的加速时间段的交集/>
Figure GDA00040975461300000410
和制动时间段的交集/>
Figure GDA00040975461300000411
将得到的交集都乘权重4。
步骤2所述确定线路中各个供电区间，在该区间内上行列车和下行列车加速时间段的交集和制动时间段的交集的方法包括：
步骤2.3、如果1个供电区间内有3个行车区间，即区间两端均为含有牵引所的车站，区间内有两个不含牵引所的车站；得到周期内上行列车和下行列车在这三个行车区间内的加速时间和制动时间；通过列车的在任意两个相邻车站的运行时间长度、上下行列车的发车间隔、上下行列车在该供电区间的加速时间长度和制动时间长度，分别判断三个行车区间内的上下行列车之间是否存在同时加速和同时制动的情况，再判断相邻行车区间的列车是否存在同时加速和同时制动的情况，最后判断相隔行车区间的列车是否存在同时加速和同时制动的情况；首先得到这3个行车区间同一个行车区间内的上行列车和下行列车加速时间段的交集
Figure GDA0004097546130000051
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Figure GDA0004097546130000052
将得到的交集都乘权重9；再得到A3C3区间的上行列车和C3D3区间的上行列车加速时间段的交集/>
Figure GDA0004097546130000053
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A3C3区间的上行列车和C3D3区间的下行列车加速时间段/>
Figure GDA0004097546130000055
的交集和制动时间段的交集/>
Figure GDA0004097546130000056
A3C3区间的下行列车和C3D3区间的上行列车加速时间段的交集/>
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和制动时间段的交集/>
Figure GDA0004097546130000058
A3C3区间的下行列车和C3D3区间的下行列车加速时间段的交集/>
Figure GDA0004097546130000059
和制动时间段的交集/>
Figure GDA00040975461300000510
同时对C3D3区间和D3B3区间上的列车数据做一样的处理，得到/>
Figure GDA00040975461300000511
Figure GDA00040975461300000512
将得到的交集乘权重4；最后对相隔的两个区间，即A3C3区间和D3B3区间上的数据做一样的处理，得到
Figure GDA00040975461300000513
Figure GDA00040975461300000514
将得到的交集乘权重1。
所述目标函数Tso的确定方法为：
Figure GDA00040975461300000515
Figure GDA00040975461300000516
Figure GDA0004097546130000061
Figure GDA0004097546130000062
Tso＝Tso1+Tso2+Tso3+…(4)。
所述通过优化算法求解，所述优化算法为遗传算法。
本发明有益效果：
本发明分析出在地铁线路运行中，列车处于加速或者制动状态会产生较大的电流流入或者流出轨道，导致轨道电位的升高，当同一供电区间内同时加速或制动的列车过多，会导致轨道电位过高的现象发生；因此本发明通过所有的加速时间段的交集和制动时间段的交集中均含有列车在各个车站的靠站时间长度未知数，将所有的加速时间段的交集乘权重，和所有制动时间段的交集乘权重相加得到目标函数，通过优化算法求解当目标函数Tso最小时，得到列车停靠各个车站的时间长度，按列车停靠各个车站的时间长度调整列车停靠时间，实现优化列车在各个车站的停靠时间；减少运行过程中同一供电区间内多辆列车共同加速或者共同制动的情况发生，从而缓解轨道电位过高的问题，实现降低城市轨道交通轨道电位。
本发明是通过对列车的靠站时间进行优化计算，因此几乎不需要额外成本实现在满足线路运营的条件下对列车靠站的时间进行细微的改动就可以降低轨道电位。
本发明方法只需要采集列车运营线路的站间距离、站间运行时间等基本信息，因此该方法具有普适性，可以广泛和快速地运用在各条城轨线路上。
本发明降低了城市轨道交通轨道电位，缓解轨道电位过高带来的威胁乘客和工作人员的人身安全问题和杂散电流传播问题。
附图说明：
图1为列车运行期间牵引电流变化示意图；
图2为列车位置与轨道电位关系示意图；
图3为1个供电区间内含1个行车区间示意图；
图4为1个供电区间内含2个行车区间示意图；
图5为1个供电区间内含3个行车区间示意图。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细说明。
本发明应用于城市轨道交通系统，通过改变列车靠站时间来降低城市轨道交通轨道电位。
通过图1和图2可以看出：地铁线路运行中，列车处于加速或者制动状态会产生较大的电流流入或者流出轨道，导致轨道电位的升高，当同一供电区间内同时加速或制动的列车过多，会导致轨道电位过高的现象发生。本发明针对这一现象采取了对应的解决方案。
一种考虑列车靠站时间降低城市轨道交通轨道电位的方法，具体步骤包括：
步骤A：根据城市轨道交通线路设计图纸获得列车在任意两个相邻车站间的运行距离长度，列车在任意两个相邻车站间的运行时间长度，通过牵引计算得到列车在任意两个相邻车站间的加速时间长度Tac,m和制动时间长度Tbr,m，m为从下行方向首发站开始行车区间的序数，m＝1,2,3,…。
在考虑列车在每一个车站的靠站时间进行优化时，由城市轨道交通相关规定和人流量的大小确定上行列车和下行列车的发车间隔Tde1和上下行列车发车间隔Tde2(将某辆下行列车发车后最近一辆上行列车发车时间差为上下行列车发车间隔)。
把列车在每个车站的停车时间长度设为未知数，且规定停车时间长度的长度范围。设列车在每个车站的停车时间长度范围为tpa,n，n为从下行车始发站开始停靠的车站序数，n＝1,2,3,…。设置列车的停站时间长度范围时，可以考虑车站的人流量的大小和靠站时间规定范围，在上行列车的发车间隔和下行列车的发车间隔一致时，线路中的列车会呈周期性运行，周期的长度为上行列车的发车间隔或者下行列车的发车间隔。以某辆下行列车的从首发站的发车时间作为0时刻，可以得到周期内任意时刻下任意一辆列车运行在的行车区间。
步骤B：线路中的各个供电区间中一般都有1至3个行车区间，需要将这3种情况分别处理。
B1：在线路中，当1个供电区间内只有1个行车区间时，即区间两端均为含有牵引所的车站，且区间内没有其他车站。通过列车的在任意两个相邻车站的运行时间长度、上下行列车的发车间隔、上下行列车在该供电区间的加速时间长度和制动时间长度，判断在周期时间内该区间内的上行列车和下行列车是否会存在同时加速或者同时制动的情况，获得周期内该区间内上行列车和下行列车加速时间段的交集
Figure GDA0004097546130000091
和制动时间段的交集/>
Figure GDA0004097546130000092
(即同时加速的时间长度和同时制动的时间长度)。并将得到的两个交集都乘权重9。
B2：如果1个供电区间内有2个行车区间，即区间两端均为含有牵引所的车站，区间内有一个不含牵引所的车站。同样通过列车的在任意两个相邻车站的运行时间长度、上下行列车的发车间隔、上下行列车在该供电区间的加速时间长度和制动时间长度，分别判断两个行车区间内的上下行列车之间是否存在同时加速和同时制动的情况，再判断两个行车区间的列车是否存在同时加速和同时制动的情况。首先得到同一个行车区间内的2个行车区间内的上行列车和下行列车加速时间段的交集
Figure GDA0004097546130000093
和制动时间段的交集
Figure GDA0004097546130000094
将得到的交集都乘权重9。再得到下行列车和在同一个供电区间不同行车区间的下行列车的加速时间段的交集/>
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A2C2行车区间的下行列车和C2B2行车区间的上行列车的加速时间段的交集/>
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和制动时间段的交集/>
Figure GDA00040975461300000912
将得到的交集都乘权重4。
B3：如果1个供电区间内有3个行车区间，即区间两端均为含有牵引所的车站，区间内有两个不含牵引所的车站。得到周期内上行列车和下行列车在这三个行车区间内的加速时间和制动时间。同样通过列车的在任意两个相邻车站的运行时间长度、上下行列车的发车间隔、上下行列车在该供电区间的加速时间长度和制动时间长度，分别判断三个行车区间内的上下行列车之间是否存在同时加速和同时制动的情况，再判断相邻行车区间的列车是否存在同时加速和同时制动的情况，最后判断相隔行车区间的列车是否存在同时加速和同时制动的情况。首先得到这3个行车区间同一个行车区间内的上行列车和下行列车加速时间段的交集
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将得到的交集都乘权重9。再得到A3C3区间的上行列车和C3D3区间的上行列车加速时间段的交集/>
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的交集和制动时间段的交集/>
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A3C3区间的下行列车和C3D3区间的上行列车加速时间段的交集/>
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同时对C3D3区间和D3B3区间上的列车数据做一样的处理，得到/>
Figure GDA00040975461300001011
Figure GDA00040975461300001012
将得到的交集乘权重4。最后对相隔的两个区间，即A3C3区间和D3B3区间上的数据做一样的处理，得到
Figure GDA00040975461300001013
Figure GDA00040975461300001014
将得到的交集乘权重1。
上述权重值的确定可以通过对列车在供电区间中不同位置时各个车站的轨道电位进行仿真得到。
步骤C：所有的加速时间段的交集和制动时间段的交集中均含有列车在各个车站的靠站时间长度未知数。将所有的加速时间段的交集乘权重，和所有制动时间段的交集乘权重相加得到函数Tso。
Figure GDA0004097546130000111
Figure GDA0004097546130000112
Figure GDA0004097546130000113
Tso＝Tso1+Tso2+Tso3+…(4)
运用优化算法求解当目标函数Tso最小时，tpa,n(n＝1,2,3,…)的各解即为所求的列车停靠各个车站的时间长度；按列车停靠各个车站的时间长度调整列车停靠时间实现降低城市轨道交通轨道电位。

Claims (4)

1.一种考虑列车靠站时间降低城市轨道交通轨道电位的方法，它包括：
步骤1、据城市轨道交通线路设计图纸采集列车在任意两个相邻车站间的运行距离长度，列车在任意两个相邻车站间的运行时间长度，通过牵引计算得到列车在任意两个相邻车站间的加速时间长度Tac,m和制动时间长度Tbr,m，m为从下行方向首发站开始行车区间的序数，m＝1,2,3,…；
步骤2、确定线路中各个供电区间，在该区间内上行列车和下行列车加速时间段的交集和制动时间段的交集；
步骤2所述确定线路中各个供电区间，在该区间内上行列车和下行列车加速时间段的交集和制动时间段的交集的方法包括：
步骤2.1、在线路中，当1个供电区间内只有1个行车区间时，即区间两端均为含有牵引所的车站，且区间内没有车站；通过列车在任意两个相邻车站的运行时间长度、上下行列车的发车间隔、上下行列车在该供电区间的加速时间长度和制动时间长度，判断在周期时间内该区间内的上行列车和下行列车是否会存在同时加速或者同时制动的情况，获得周期内该区间内上行列车和下行列车加速时间段的交集
Figure FDA0004097546110000011
和制动时间段的交集/>
Figure FDA0004097546110000012
即同时加速的时间长度和同时制动的时间长度；并将得到的两个交集都乘权重9；
步骤2所述确定线路中各个供电区间，在该区间内上行列车和下行列车加速时间段的交集和制动时间段的交集的方法包括：
步骤2.2、如果1个供电区间内有2个行车区间，即区间两端均为含有牵引所的车站，区间内有一个不含牵引所的车站；同样通过列车在任意两个相邻车站的运行时间长度、上下行列车的发车间隔、上下行列车在该供电区间的加速时间长度和制动时间长度，分别判断两个行车区间内的上下行列车之间是否存在同时加速和同时制动的情况，再判断两个行车区间的列车是否存在同时加速和同时制动的情况；首先得到同一个行车区间内的2个行车区间内的上行列车和下行列车加速时间段的交集
Figure FDA0004097546110000021
和制动时间段的交集
Figure FDA0004097546110000022
将得到的交集都乘权重9；再得到下行列车和在同一个供电区间不同行车区间的下行列车的加速时间段的交集/>
Figure FDA0004097546110000023
和制动时间段的交集/>
Figure FDA0004097546110000024
上行列车和不同行车区间的上行列车的加速时间段的交集/>
Figure FDA0004097546110000025
和制动时间段的交集/>
Figure FDA0004097546110000026
A2C2行车区间的上行列车和C2B2行车区间的下行列车的加速时间段的交集/>
Figure FDA0004097546110000027
和制动时间段的交集/>
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A2C2行车区间的下行列车和C2B2行车区间的上行列车的加速时间段的交集/>
Figure FDA0004097546110000029
和制动时间段的交集/>
Figure FDA00040975461100000210
将得到的交集都乘权重4；
步骤2所述确定线路中各个供电区间，在该区间内上行列车和下行列车加速时间段的交集和制动时间段的交集的方法包括：
步骤2.3、如果1个供电区间内有3个行车区间，即区间两端均为含有牵引所的车站，区间内有两个不含牵引所的车站；得到周期内上行列车和下行列车在这三个行车区间内的加速时间和制动时间；通过列车的在任意两个相邻车站的运行时间长度、上下行列车的发车间隔、上下行列车在该供电区间的加速时间长度和制动时间长度，分别判断三个行车区间内的上下行列车之间是否存在同时加速和同时制动的情况，再判断相邻行车区间的列车是否存在同时加速和同时制动的情况，最后判断相隔行车区间的列车是否存在同时加速和同时制动的情况；首先得到这3个行车区间同一个行车区间内的上行列车和下行列车加速时间段的交集
Figure FDA0004097546110000032
和制动时间段的交集/>
Figure FDA0004097546110000033
将得到的交集都乘权重9；再得到A3C3区间的上行列车和C3D3区间的上行列车加速时间段的交集/>
Figure FDA0004097546110000034
和制动时间段的交集/>
Figure FDA0004097546110000035
A3C3区间的上行列车和C3D3区间的下行列车加速时间段/>
Figure FDA0004097546110000036
的交集和制动时间段的交集/>
Figure FDA0004097546110000037
A3C3区间的下行列车和C3D3区间的上行列车加速时间段的交集/>
Figure FDA0004097546110000038
和制动时间段的交集/>
Figure FDA0004097546110000039
A3C3区间的下行列车和C3D3区间的下行列车加速时间段的交集/>
Figure FDA00040975461100000310
和制动时间段的交集/>
Figure FDA00040975461100000311
同时对C3D3区间和D3B3区间上的列车数据做一样的处理，得到/>
Figure FDA00040975461100000312
Figure FDA00040975461100000313
将得到的交集乘权重4；最后对相隔的两个区间，即A3C3区间和D3B3区间上的数据做一样的处理，得到
Figure FDA00040975461100000314
Figure FDA00040975461100000315
将得到的交集乘权重1；
步骤3、所有的加速时间段的交集和制动时间段的交集中均含有列车在各个车站的靠站时间长度未知数；将所有的加速时间段的交集乘权重，和所有制动时间段的交集乘权重相加得到目标函数Tso；
目标函数Tso的确定方法为：
Figure FDA0004097546110000031
Figure FDA0004097546110000041
Figure FDA0004097546110000042
Tso＝Tso1+Tso2+Tso3+ω(4)；
步骤4、通过优化算法求解当目标函数Tso最小时，得到列车停靠各个车站的时间长度；
步骤5、按列车停靠各个车站的时间长度调整列车停靠时间实现降低城市轨道交通轨道电位。
2.根据权利要求1所述的一种考虑列车靠站时间降低城市轨道交通轨道电位的方法，其特征在于：步骤1所述行车区间的确定方法为：把列车在每个车站的停车时间长度设为未知数，且确定停车时间长度的长度范围；设列车在每个车站的停车时间长度范围为tpa,n，n为从下行车始发站开始停靠的车站序数，n＝1,2,3,…；在上行列车的发车间隔和下行列车的发车间隔一致时，线路中的列车会呈周期性运行，周期的长度为上行列车的发车间隔或者下行列车的发车间隔；以某辆下行列车的从首发站的发车时间作为0时刻，得到周期内任意时刻下任意一辆列车运行在的行车区间。
3.根据权利要求2所述的一种考虑列车靠站时间降低城市轨道交通轨道电位的方法，其特征在于：停车时间长度范围的确定方法为：通过车站人流量的值和靠站时间规定范围进行确定。
4.根据权利要求1所述的一种考虑列车靠站时间降低城市轨道交通轨道电位的方法，其特征在于：所述通过优化算法求解，所述优化算法为遗传算法。
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