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基于大數據的地鐵列車能耗仿真和節(jié)能操縱論文
0 引言
近年來，我國城市軌道交通步入快速發(fā)展階段，成為了公共設施中最大的能量消耗系統(tǒng)之一，給城市的供電系統(tǒng)帶來極大的負載壓力。在地鐵列車運行的基礎設施(包括線路環(huán)境、線路站間距、線路坡道彎道、牽引供電系統(tǒng)等硬件設施)建成且列車運行圖等運營管理確定的情況下，利用計算機仿真技術可優(yōu)化列車操縱方法，即在滿足列車安全、準點和舒適性要求的同時，通過合理運用節(jié)能運行原理并優(yōu)化列車的操縱模型，可達到列車節(jié)能操縱的目的。與此同時，如何準確測量計算列車單位能耗的問題，也越來越受到各車輛運營公司的關注。
計算單位能耗時，需要有高精度的列車質量(包括列車自重和載荷)數據。由于列車質量、行駛距離和存儲計算能耗的實際測量值存在著絕對誤差，若以此進行單位能耗的計算，必然會存在著較大的誤差。若仿真的運行曲線能與實際的運行曲線基本一致，那么在相同列車運行速度下，仿真計算結果更貼近真實值。本文提出了一種基于大數據分析下的列車單位能耗仿真計算方法，并基于某一條實際線路對提出的方法進行解算驗證，將仿真計算結果與實測的數據進行對比，計算出該線路上列車的單位能耗。同時，依據線路的實際情況，在符合列車運營情況的條件下，提出了該線路節(jié)能操縱的方法，并對采用節(jié)能操縱后的仿真結果進行分析比較。
1 地鐵列車大數據特性
地鐵列車中的大數據是海量數據中具有挖掘和分析價值的有效數據信息的集合，包含了針對數據的處理行為，且各數據之間存在一定的關聯(lián)，需要應用特定的數據管理和分析技術對其進行處理。
雖然地鐵列車中的網絡系統(tǒng)數據記錄模塊記錄了列車每天運行過程中各節(jié)車輛的電壓、電流、速度及力矩等所有與耗電量和列車運行相關的變量數據，但由于列車在運行過程中的工況復雜多變，若要整理出一條完整的列車運行曲線，需要在列車多天運行的海量數據中，對線路上的每一個數據點進行詳細的分析與整理。
2 地鐵列車能耗的仿真計算
2.1 城軌地鐵列車能耗模型的建立
2.1.1 單質點和多質點地鐵列車運動學模型
首先，建立描述列車隨時間運動變化規(guī)律的方法。根據標準TB/T 1407-1998《列車牽引計算規(guī)程》，視列車為一個整體;在列車運動學模型中，列車被視為線路上的一個運動質點。
2.1.2 地鐵列車能耗模型
基于列車運行數據，使用采集分析整理后的列車牽引力和制動力進行列車能耗計算。
2.2 仿真模型的實現(xiàn)
若要建立基于列車運行大數據的列車能耗模型，首先需從大數據中分析整理出能耗計算所需數據。
列車能耗計算數據的挖掘步驟具體如下：
(1)跟車數據記錄。即在列車正線運營的過程中，隨車記錄整個運營線路的列車到達各站點的時間，運營線路包括上下行全程和折返。
(2)下載單個列車運行數據。下載該車在記錄時間段的運行數據，解析出列車運行過程中的運行速度、運行工況、運行時間、實際列車牽引力、實際列車的電制動力、列車級位信息等。
(3)數據整理。整理列車運行線路數據，包括線路的公里標，以及與公里標一一對應的坡道大小和長度、彎道大小和彎道、限速大小和距離、隧道位置和長度等。
3 地鐵列車節(jié)能操縱的研究
3.1 節(jié)能操縱措施
列車的牽引能耗主要是受基礎設施和運營模式所影響�；A設施一旦建成，其能耗即基本確定，很難進一步行優(yōu)化;而由列車運營模式所產生的能耗是可控的，可根據實際情況設計和研究列車的操縱模式，通過改變列車的技術速度和停站時間等設定運營方案，降低這部分牽引能耗。
3.2 節(jié)能操縱仿真計算與分析
列車的3 種運行工況中，牽引包括牽引加速、勻速等情況;惰行包括減速惰行、工況轉換時必要的惰性、下坡的節(jié)能惰行等情況;制動包括列車運行中的調速制動、進站時的電阻制動和空電混合制動、空氣制動等情況。
4 結語
地鐵列車逐漸成為了城市交通不可或缺的一部分，也是城市耗能最大的單位之一。通過對地鐵列車單位能耗的準確計算，可為城市的供電提供一個有效的方案�；诔鞘熊壍赖罔F車輛大數據特性，本文分別建立了列車的多質點模型、列車運動學模型和能耗計算模型，開發(fā)了一套基于大數據的地鐵列車能耗仿真算法;并基于實際線路探討了列車牽引特性下的節(jié)能操縱問題，在滿足列車安全、平穩(wěn)、定時約束條件下，提出了節(jié)能操縱方法。這些方法，不僅可以廣泛應用于城軌車輛單位能耗的仿真計算，也可以應用于電力機車的優(yōu)化操縱仿真分析和能耗的仿真計算等領域，為車輛節(jié)能設計提供參考。
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