Joint optimal train regulation and passenger flow control strategy for high-frequency metro lines

车头时距 最优控制 计算机科学 工程类 理论(学习稳定性) 序列二次规划 李雅普诺夫函数 流量(计算机网络) 停留时间 动态规划 控制(管理) 数学优化 火车 二次规划 流量(数学) 控制理论(社会学) 模拟 数学 医学 临床心理学 物理 几何学 地图学 非线性系统 量子力学 人工智能 机器学习 地理 计算机安全
作者
Shukai Li,Maged Dessouky,Lixing Yang,Ziyou Gao
出处
期刊:Transportation Research Part B-methodological [Elsevier BV]
卷期号:99: 113-137 被引量:154
标识
DOI:10.1016/j.trb.2017.01.010
摘要

Abstract To improve the headway regularity and commercial speed of high-frequency metro lines with overloaded passenger flow, this paper systematically investigates a joint optimal dynamic train regulation and passenger flow control design for metro lines. A coupled state-space model for the evolution of the departure time and the passenger load of each train at each station is explicitly developed. The dwell time of the train is affected by the number of entering and exiting passengers. Combining dynamic train regulation and passenger flow control, a dynamic optimisation problem that minimises the timetable and the headway deviations for metro lines is developed. By applying a model predictive control (MPC) method, we formulate the problem of finding the optimal joint train regulation and passenger flow control strategy as the problem of solving a set of quadratic programming (QP) problems, under which an optimal control law can be numerically calculated efficiently using a quadratic programming algorithm. Moreover, based on the Lyapunov stability theory, the stability (convergence) of the metro line system under the proposed optimal control algorithm is verified. Numerical examples are given to illustrate the effectiveness of the proposed method.
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