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1、 辽 宁 工 业 大 学物联网工程 课程设计（论文） 题目：基于信息智能处理的轨道交通节能控制系统 学 院： 电子与信息工程学院 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 起止时间： 课程设计（论文）任务及评语学 院： 教研室：学 号学生姓名专业班级课程设计（论 文）题 目基于信息智能处理的轨道交通节能控制系统课程设计（论文）任务为了达到空调系统节能的控制目标，需要对系统中若干个空调机的控制采用分布式人工智能控制策略，通过分布式人工智能方法动态地选择和使用最有效的空调机运行模式和控制参数，既充分考虑候车人群对空调舒适度的需求，又满足地铁空调系统的节能需要，实现地铁空调控制系统的
2、柔性调节和高效节能控制，最大限度地降低地铁空调系统的能源消耗。本系统应用于交通节能控制系统，主要分为两部分，一是硬件设计，二是软件编写，该同学负责软件设计。指导教师评语及成绩成绩： 指导教师签字： 年 月 日 辽宁工业大学课程设计说明书（论文）目录 摘 要11 方案概述21.1 背景21.2 应用领域31.3 国内外研究现状3 1.4 功能描述62 方案创新点与难点73 系统实现原理84 硬件设计95 软件设计105.1 算法描述105.2 软件运用116 系统测试及结果176.1 地铁站台空调系统节能潜力分析176.1.1 站台定员时的乘客散热负荷计算176.1.2 工作日候车乘客的散热负荷
3、计算186.1.3 站台非工作日候车乘客散热负荷计算186.1.4 冷季节里的站台空调系统节能量计算196.2 测量与控制方案的可行性研究196.2.1 分布式参数测量技术研究与应用196.3 试验方案247 设计总结及改进措施258 心得体会26参考文献27 基于信息智能处理的轨道交通节能 控制系统 摘 要为了达到空调系统节能的控制目标，需要对系统中若干个空调机的控制采用分布式人工智能控制策略，通过分布式人工智能方法动态地选择和使用最有效的空调机运行模式和控制参数，既充分考虑候车人群对空调舒适度的需求，又满足地铁空调系统的节能需要，实现地铁空调控制系统的柔性调节和高效节能控制，最大限度地降低
4、地铁空调系统的能源消耗。关键词:节能、优化、分布式人工智能、地铁空调系统1 方案概述1.1 背景在上海这座2200 多万人口的特大型城市，解决出行问题，越来越多的人依靠发达的轨道交通网络。截至目前，上海地铁全路网共有11 条运营线路，全长425 公里，共有273 座车站分布在15 个行政区域。今年一季度，上海地铁日均运送超过530 万客流，这个数字，占城市公共交通运送比例近四成。每天超过500 万人次的客流顺畅地穿梭在这个城市脚下，有效地缓解了地面的交通压力，更将城市外延不断拓宽，由此带动城市发展与经济繁荣。轨道交通具有运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约能源和用地等特点。按照同等运力比
5、较，轨道交通的能耗只相当于小汽车的1/9，公交车的1/2，但由于运量大，其总耗电量相当大。但从各城市轨道交通的建设经营现状看，大多数轨道交通处于政府补贴状态，赢利水平低，目前只有香港、伦敦、东京等少数几个城市轨道交通运营盈利。据测算，2008年上海轨道交通线网规划用电为6.5 亿度，约占上海市用电总量的1%；到2015 年，上海轨道交通线网规划用电为13.9 亿度，约占上海市用电总量的1.2%，年耗电量增幅平均达12%。上海市政府每年给上海城市轨道交通的运营亏损补贴多达数亿元。降低上海城市轨道交通运行能耗，减少用电总量，成为降低上海城市轨道交通运营成本的一个有效途径。据统计，地铁能耗的84%集
6、中在车辆系统和通风空调系统两个方面，其分别占地铁能耗的53%和31%。以开通的地铁5 号线为例，其车辆系统用电每年约8000 万度左右。目前城市轨道交通电动车组普遍采用“再生制动电阻制动机械制动”的制动方式，制动能量可达到牵引能量的30%以上，部分再生制动的能量可以被线路上相邻车辆吸收，如不能被吸收则转换为电阻或空气制动，制动能量被白白消耗，初步估算该部分耗能占制动能量的40%左右，5号线该部分能量达960 万度以上。通风空调系统能耗高低与通风空调系统形式密切相关。目前，国内地铁采用的通风空调系统还仅限于传统的单一功能、分散独立式的区间隧道与车站通风空调系统，其构成复杂、控制繁琐，导致车站土建
7、规模大、投资高、运行费用大。地下车站通风空调机房面积在12002500 平方米左右，占车站总建筑面积的12%30%。据广州地铁公司的统计数据显示，地铁通风空调能耗已占到了地铁总能耗的约50%。通过对上海城市轨道交通运行能耗的调研后，我们发现：在车辆系统用电方面，车辆制动能量损耗缺乏有效控制，亟需在全电制动停车控制系统、再生制动能量利用关键设备及应用等方面开展研发和应用，建立牵引供电系统再生电能吸收系统，提出合理的再生电能吸收系统设置方案，有效吸收地铁车辆制动能量；在通风空调系统方面，缺乏有效的节能技术和运行方式，亟需在通风空调系统中实施优化控制，采用新型节能通风空调系统等方面开展研发和应用，建
8、立适合上海地区的地铁通风空调系统，大力推广应用降低现有地铁通风空调能耗的节能技术和产品。1.2 应用领域基于信息智能处理的轨道交通节能控制系统所应用的领域为城市轨道交通系统。1.3 国内外研究现状近年来，已有若干将分布式人工智能理论、控制技术应用于分布式系统的研究，并取得了一定的成果。2000 年，Srovnal 教授提出了基于multiagent 的管道网络分布式控制系统3；2001 年，Blake 教授提出了一种基于规则驱动Agent 的分布式控制的自重构Agent 架构4；2002年，Brennan 教授提出了一种基于Agent 的实时分布式控制系统的重构方法5；Maturana 教授提
9、出了一种工业分布式控制的自动Agent 体系结构6；中国科学院院士、清华大学张钹教授分析了Books 反应式智能的思想，提出了基于传感器的智能体和多自主体的智能控制策略，它能克服传统人工智能完全依赖先验知识建立的专用系统与环境交互及应付突变能力差的弱点，使智能系统具备在动态、事先不完全知道的环境中正常运行的能力3、4；国内学者史忠植长期从事智能主体、分布智能的理论和应用系统研究1；梁泉博士对多智能体系统的协作及控制作了全面的分析，提出了基于多智能体系统的分布式智能控制应用方向11、12；上海交通大学的许晓鸣教授和费燕琼教授2003 年获得国家自然科学基金资助，研究基于多Agent的分布式控制系
10、统中智能模块的自重构、自修复理论与方法14、15、16、17；合肥工业大学蒋建国教授和夏娜博士开展了基于MAS 的分布式控制系统中的协同策略研究，并先后得到教育部基金和2005 年国家自然科学基金的资助24、25、26、10；浙江大学的刘海龙博士在其毕业论文中采用multiagent 理论方法，着重探讨了动态环境下分布式智能系统中的任务协作问题18。分布式人工智能理论中的进化计算是20 世纪90 年代初为了促进不同进化算法之间的交流而提出来的，现已成为“智能”与“优化”两个主题研究的新热点，对组合优化的问题已有较多的研究成果4。目前进化计算已和人工神经网络（Artificial Neural
11、Networks,ANN）、模糊逻辑（Fuzzy Logic,FL）相结合57，形成了计算智能学科（Computational Intelligence,CI）8.9。美国海军后勤研究中心对进化计算的研究极为重视，于1985 年首先在电子网络上建立了全球性的有关遗传算法的信息交流节点（GAListRequestaic.nrl.navy.mil），不定期编辑出版电子遗传算法文摘（GA Digest），交流有关遗传算法的最新信息。网络上与进化计算有关的信息实际上是一个有关进化计算的巨大资料库，为使研究人员更方便地利用这些资源，在交互网络上建立了几个比较大的节点，称为ENCORE（Evolution
12、ary Computation Repository Network）。通过这几个节点中的任一个，不仅可以了解到网络上主要的有关进化计算的信息，而且可以获取自由软件，交流科技报告等，如可获得1957 年到现在的所有有关遗传算法的科技论文的目录，该目录中包括2500 多篇文献。另外，日本新的计算机发展规划RWC（Real World Computing Program）也把遗传算法、进化计算作为主要支撑技术之一，用来进行信息的集成、学习及组织等。进入80 年代，遗传算法迎来了兴盛发展时期，无论是理论研究还是应用研究都成了十分热门的课题。尤其是遗传算法的应用领域也不断扩大。目前遗传算法所涉及的主要
13、领域有自动控制、规划设计、组合优化、图象处理、信号处理、人工生命等。目前面向应用的软件产品有EVOLVER、OMEGA、PC/BEAGLE、GENERATOR、XPERTRULE、GENASYS。美国Illinois 大学的Goldberg 教授早在1989 年就出版了目前被认为是进化算法最经典、最全面的教 科书。国内自20 世纪90 年代以来对进化计算进行了广泛研究。特别是将进化计算的方法与原理应用在不同的工程领域，取得了令人瞩目的成就，对进化计算的理论基础研究也取得了很多优秀成果。我国的遗传算法的研究，从20 世纪90 年代以来一直处于不断上升的时期，特别是近年来，遗传算法的应用在许多领域
14、取得了令人瞩目的成果。国内二级以上学术刊物有关遗传算法的文章不断增加。国内很多专家、学者等在这方面作了大量研究，并取得了很多成果。在武汉大学软件工程国家重点实验室设有并行计算研究室，进化计算已成为一个重要的研究方向，目前已经出版了专著，并有许多硕士、博士研究生围绕进化计算选题。另外，中国科学技术大学陈国良教授等出版了遗传算法的著作。西安交通大学以进化计算为主题的研究工作也逐渐活跃起来，同时国内相关书籍也越来越多，如武汉大学刘勇、康力山等与1995年出版的非数值并行计算遗传算法；周明、孙树栋等于1996 年出版的遗传算法原理及应用；2002 年王小平、曹立明编写的遗传算法理论、应用与软件实现等等。同时国内也出现有关遗传算法的论坛，有http:/ 百思论坛，研学论坛 等都是很好的学习交流论坛。分布式测控系统（Distributed Compu
