Порівняльний аналіз оптимізаційних алгоритмів для побудови оптимізованих траєкторій руху рейкового транспорту

Анотація

У цьому дослідженні наведено порівняльний аналіз алгоритмів оптимізації, що застосовують для побудови  енергоефективних траєкторій руху поїздів. У рамках дослідження порівняли результати роботи евристичного «жадібного»  алгоритму та метод динамічного програмування (DP), заснований на принципі оптимальності Беллмана. Дослідження  присвячене фундаментальній проблемі визначення оптимальних траєкторій швидкості як функції часу відстані, які  мінімізують споживання енергії за чіткого дотримання графіка руху. Така оптимізація є особливо складною в умовах  залізничного транспорту через значні варіації поздовжніх профілів колій, характеристик рухомого складу та необхідність  ухвалення рішень у режимі реального часу. Хоча динамічне програмування гарантує глобально оптимальне рішення,  воно потребує значних обчислювальних ресурсів. І навпаки, «жадібні» евристичні алгоритми мають практичні переваги в  обчислювальній ефективності та простоті реалізації, проте покладаються на локальні оптимуми. Це дослідження оцінює  такі компроміси через моделювання різних операційних сценаріїв. Аналіз показує, що хоча «жадібний» алгоритм досягає  швидкості обчислення, яка приблизно в 30 разів перевищує швидкість підходу динамічного програмування, він  спричиняє збільшення енергоспоживання до 10 % на складних профілях колії через відсутність попереднього  прогнозування. Однак на рівній місцевості різниця в ефективності значно зменшується. Ці результати кількісно оцінюють  практичні наслідки вибору алгоритму, слугуючи основою для розроблення гібридних стратегій енергоменеджменту, що  враховують вимоги щодо часу обробки даних у системах автоведення поїздів та економічні вигоди від мінімізації  енергоспоживання.