基于捕食搜索策略的粒子群算法求解高铁闭塞分区划分问题_王瑞

0508 ； 修回日期： 20150614 收稿日期： 2015基金项目： 国家自然科学基金地区项目（ 61164101 ） Email： 393556335 @ 作者简 介： 王 瑞 （ 1989 —） ， 男， 硕 士 研 究 生， qq． com。
的设计 。目前， 我国闭塞分区长度的确定大多以区间 运行时间间隔进行划分， 这种划分方式由于需留有较 大的列车追踪间隔， 导致运行密度较低， 运输效率不 ［1 ］ 。 ， 所以 研究铁路闭塞分区的划分问题， 尤其是 高
［ 5］ 魏建荣． 基于智能优化算法多用户检测技术的研究［D］． 太原： 太 ［ 6］ 师军． TDSCDMA 网络规划设计［D］． 北京： 北京邮电大学， 2007． ［ 7］ 李宁， J］． 系 邹彤， 孙德宝． 车辆路径问题的混沌粒子群算法研究［ 2004 ， 19 （ 6 ） ： 596600． 统工程学报， ［ 8］ 吴 韶 鸿． CDMA2000 演 进 关 键 技 术 研 究 及 干 扰 删 除 理 论 分 析
第1 期
王
瑞， 陈永刚—基于捕食搜索策略的粒子群算法求解高铁闭塞分区划分问题
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ห้องสมุดไป่ตู้
标函数的最小值。因此， 适应度函数定义如下
N －2
min f = 1. 5 N +
∑ i =0
l max － （ x i +1 － x i ） + P1 + P2 + （ 12 ）
并行的优化算法。 其算法简 的。PSO 是一种随机的、 单， 容易实现， 且不要求被优化函数具有可微、 可导、 连 续等性质， 收敛速度快。 假设在 D 维空间中求解， 群体中有 m 个粒子， 这 些粒子在解空间中以一定的速度飞行， 每个粒子都是 一个可能的解，都是一个 D 维向量， 记作 x i = （ x i1 ， x i2 ， …， x iD ） ， 2， …， m ） 个粒子在 D 维的搜 即第 i（ i = 1 ， 索空间中的位置是 x i 。 将满足设定的约束条件的 x i 带入预设的适应度函数中， 可以计算每个粒子的适应 度值，然后依据适应度值的大小判定 x i 的优劣。在搜 索过程中， 每个粒子根据自己搜索到的历史最优位置 和群体内或邻域内其他粒子搜索到的历史最优位置进 行位置的变化。 第 i 个粒子的速度也是一个 D 维向 v i2 ， …， v iD ） ， 量， 记作 v i = （ v i1 ， 第 i 个粒子搜索到的历 p i2 ，…， p iD ） ， 整个群体搜索到 史最好点记作 p i = （ p i1 ， p g2 ， …， p gD ） 。 粒子的位 的历史最优点记作 p g = （ p g1 ， 置和速度都是实数， 其根据下面的方程进行变化 v （i k +1） = ωv （i k） + c1 ξ（ p （i k） － x （i k） ） + c2 η（ p （g k） － x （i k） ） （ 20 ） x
Abstract： The rational division of the highspeed railway block section serves to ensure safe traffic， improve transport efficiency and reduce investment． In this regard，the new optimization model of block section in the quasimoving block is solved with particle swarm optimization algorithm based on predatory search strategy． The predatory search strategy balances local search and global search of the particles，so as to avoid local optimum and improve algorithm accuracy． By numerical example and comparing the optimization results of the particle swarm algorithm，the effectiveness of the particle swarm algorithm is validated based on the predatory search strategy for solving the model with more precise solutions are and faster operation speed． Key words： Highspeed railway； Predatory search strategy； Particle swarm algorithm； Block section； Quasimoving block 高速铁路建设首先解决的是选线设计和闭塞分区
N +1
（ 2） （ 3） （ 4） （ 5）
算法
［5 ］
者主要针对城市轨道交通系统的闭塞分区划分问题进 行了 研 究， 没 有 涉 及 干 线 铁 路。 在 国 内， 刘海东等 人 实现了利用计算机建立仿真系统完成干线铁路 ［7 ］ 三显示固定闭塞的信号机布置。 刘剑峰等人 在分 析了影响区间信号机布置因素后， 建立了区间四显示 固定闭塞信号机布置优化模型， 并用遗传算法对模型 进行了求解。国内学者虽然已将智能算法用于求解干 线铁路固定闭塞条件下闭塞分区划分问题 ， 但没有系 统地分析闭塞分区划分的影响因素及其约束条件 ， 约 束条件较简单。并且较少研究准移动闭塞条件下的闭 塞分区划分问题。再者其运用的算法存在编码过程复 杂、 计算量大、 极易陷入局部最优等问题。现在运用基 于捕食搜索策略的粒子群算法实现高速铁路闭塞分区 的快速合理划分， 提高闭塞分区划分的质量和速度 。 1 闭塞分区划分模型 如下
v 走行距离； S b 为列车由出站限速到 0 km / h 的制动距 离； l s 为安全防护距离。
（ 6）
主要研究准移动闭塞制式下、 列车运行控制系统 2 级的高铁闭塞分区划分方法， 为 CTCS以闭塞分区 划分数量最少为优化目标， 在满足列车追踪间隔时间 和制动距离等因素的条件下进行闭塞分区划分 ， 最终 实现降低 在保证列车运行安全和一定效率的前提下 ， 。 建设成本和减少线路维修工作量的目的 13 ］ ， 本文用到的模型来自参考文献［ 为了提高计 算精度， 对模型中的部分参数进行了调整， 并将文献 ［ 13］ 模型中的第一接近信号点位置条件去掉， 而在区 间信号点位置条件中进行重新定义 。 1. 1 定义变量 假设Ⅰ站和Ⅱ站相邻， 两站之间信号点的个数为 N， 2， …， N） 。I 站 每个信号点位置的坐标为 x i （ i = 1 ， Ⅱ 站的进站信号机坐标 的反向进站信号机坐标为 x0 ， 2， …， N + 1） 为 x N + 1 。对应的闭塞分区的长度 l i （ i = 1 ， 为相邻两个信号点坐标的差值。 1. 2 目标函数 为了达到降低建设成本和减少维修工作量的目 ， 的 闭塞分区划分数量在满足一定效率的条件下要尽 可能的少， 这里设定 列 车 追 踪 间 隔 时 间 不 大 于 H （ 3 min） 。目标函数为 min 1. 3 约束条件 约束条件如下所述。 N （ 1）
第 60 卷
第1 期
铁 道 标 准 设 计 ＲAILWAY STANDAＲD DESIGN
Vol． 60
No． 1
2016 年 1 月 2954 （ 2016 ） 01013105 文章编号： 1004-
Jan． 2016
基于捕食搜索策略的粒子群算法求解 高铁闭塞分区划分问题
王 瑞，陈永刚
（ 兰州交通大学自动化与电气工程学院， 兰州 730070 ） 摘 要： 高铁闭塞分区的合理划分可以保证列车的运行安全 、 提高运输效率和减少投资成本 。 为了更好地解决这
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铁 道 标 准 设 计
第 60 卷
安全、 提高线路通过能力和减少投资成本都具有重要 意义。 法
［2 ］
目前， 国外学者已经将启发式的坡道搜索算 ［3 ］ ［4 ］ 、 遗传算法 、 差分进化算法 、 最大 － 最小蚁群 应用于地铁系统的信号机布局优化。 国外学
（ 1 ） 区间信号点位置 x0 ≤ x i ≤ x N +1 x i －1 ≤ x i （ 2 ） 闭塞分区长 l min ≤ l i ≤ l max
（ 5 ） 第二接近信号点位置 x N －1 ＞ x c
（ 8）
x N － 1 为第二接近信号点坐标； x c 为第二接近 式中， 信号点下限位置（ 由进站间隔时间计算得到） 。 （ 6 ） CTCS 轨道电路正常码序显示
p +N code
l i ≥ S xp ∑ b i=p
+ lf + ls
（ 9）
［6 ］
li ∑ i =1
=
x N +1 － x0
l i 为闭塞分区长度； l min 为闭塞分区的最小 式中， 长度； l max 为闭塞分区最大长度。 （ 3 ） 闭塞分区划分数量 闭塞分 区 划 分 数 量 n （ n = N + 1 ） ， 其取值条件 l section l section ≤n≤ l max l min l section 为Ⅰ站和Ⅱ站之间的区间长度。 式中， （ 4 ） 第一离去信号点位置 x1 － x0 ≥ max［ lf + Sv b］ + l s （ 7） x1 为Ⅰ站第一离去信号点坐标； l f 为列车在 式中， 驾驶员反应时间等 ） 的 附加时间（ 各种设备动作时间、
准移动闭塞制式下闭塞分区划分问题， 对于保证行车 檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾檾