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城市轨道交通依靠其容量大、速度快、安全可靠、污染少等优点,在城市公共交通系统中扮演着不可替代的角色。截止到2015年12月底,我国内地已有累计25个城市建成并投入运营的线路达到112条,运营总里程达到3286公里。伴随着城市轨道交通的快速发展,随之而来的就是巨大的能量消耗问题。如何减少城市轨道交通的能量消耗对于维持城市轨道交通的可持续发展有重要的意义。本文在传统遗传算法的基础上,采用动态自适应的方法对交叉算子和变异算子进行调整,进一步提升了算法的搜索能力以及减少早熟现象的发生。然后以改进后的遗传算法为核心算法,从能量的消耗和供给两个角度出发,进行单车和多车节能运行问题的分析、分步与集成求解方法的研究。本论文的研究内容如下:首先,对列车的运行过程进行分析,描述列车的运动学模型;分析影响能耗的主要因素,建立牵引能耗的计算模型。其次,利用极大值原理的方法推导出列车节能控制的必要条件。结合城市轨道交通的特点,选取了 "牵引-惰行-制动"的三阶段模式进行列车节能控制,建立固定时分下以牵引能耗最小为目标的单车单区间模型,采用控制单一变量的方法,针对不同的站间距、限速类型以及坡道等线路条件进行了仿真,仿真结果表明这三个因素与能耗成比例关系。然后根据牵引能耗和时间的反比关系,求得列车在不同区间的能耗与运行时间的拟合曲线,建立固定时分下以牵引能耗之和最小为目标的单车多区间模型,对于列车在各个区间的运行时间进行了重新分配并且计算区间总能耗。进而利用第二阶段新时刻表的生成方法,对同一供电区间的线路运行时间再分配,然后利用第一阶段的优化控制方法求得列车在各个站间的牵引持续时间和制动持续时间。以高峰时间的车辆为研究对象,从再生制动能量的利用率出发,建立以牵引和制动的重叠时间最大为目标的多车多区间模型,应用遗传算法求解优化后的发车间隔和停站时间。最后选用北京地铁线路的真实数据,对上述优化算法进行仿真,仿真结果表明,单车在新时刻表下优化后总能耗在计划时刻表的优化后总能耗基础上又降低2.8%,多车在优化后的重叠时间增加了 43.1%。从而证明本论文所建立的城轨列车节能运行分步与集成系统化优化方法的有效性。