基于能力利用的高速铁路列车停站方案优化模型

随着高速铁路网络体系的建成,我国一些主要高速铁路干线能力逐渐趋于紧张。铁路运行图是通过能力的最终体现形式,运行图结构决定了对通过能力的利用情况。本文通过分析列车运行组单元,推导出列车运行组中两相邻列车运行线出发间隔时间的计算公式;然后以区段内各个车站列车运行线总占用时间最小为目标函数,以列车服务质量和停站率等为约束条件,建立停站方案优化模型,并提出模拟退火算法求解;最后以长沙南至衡阳东区段为例,通过对计算结果分析得出相同列车停站方案连续铺画,不同列车停站方案采用渐远渐停方式铺画,将大大提高列车运行图的能力利用率的结论。研究结论对我国繁忙高速铁路的能力利用优化、列车运行图铺画以及列车运行组织工作提供了一定的参考。     

考虑动车接续的高速铁路列车运行线效率评价

将高速铁路动车组接续与列车运行图协同考虑,分析包含动车组折返时间在内的列车运行线占用运输资源及反馈技术指标,给出各子指标的计算方法.以反馈技术指标与占用运输资源的赋权比定义列车运行线效率,考虑列车运行图编制的NP-hard 属性,基于DEA方法构建列车运行线效率求解模型.以海南东环线列车运行图为例进行验证,并分析所构建指标的特性.算例中一站直达列车运行线效率非最高,而部分停站时间有效性高的列车运行线效率为全图最高,说明考虑动车折返时间后,运行线相对效率发生了一定变化.直达列车应考虑动车组周转时间合理开行,合理的停站有利于列车运行线效率的提高.     

基于多叉树的延误高速列车运行优化调整方法

高速列车高密度的运行模式,使列车运行对延误的敏感度非常高.因此,延误高速列车运行调整成为一个重要的研究问题.本文基于高速铁路列车运行特点,建立了高速铁路列车运行关系模型.在此基础上随机添加列车延误,设计区间加速、按图行车、减少停站时间、减少越行、增加越行、按最小间隔时间顺延及按延误时间运行等 7种列车运行调整方法.以各列车在各车站的总延误时间最小为优化目标,建立延误高速列车运行优化调整模型,并设计了基于分阶段多叉树的延误高速列车运行优化调整算法以实现延误后列车运行的调整,从而得到最优调整方案及列车在各车站的延误总时间.最后以京沪高速铁路实际运行图作为案例进行计算分析,证明该模型和算法的有效性和可行性.     

高速铁路既有停站方案优化模型

分析了高速铁路停站方案对列车牵引能耗和旅行时间的影响,总结了列车牵引能耗的测算方法.将列车开行班次和停站方案转化为停站次数,并引进机械效率,改进了基于运动做功的列车牵引能耗的测算方法.以最小列车牵引能耗和最短旅行时间为优化目标,以既有的运输供给为约束,建立了既有停站方案的优化模型,并以沪杭高速铁路为例验证了模型的有效性.研究结果表明:最小列车牵引能耗的停站方案偏向于开行直达列车,单班列车的停站次数减少,中间站停站次数最多为3次,虽然旅行时间比既有方案增大14 min,但牵引电力每天下降559 kW·h;在最短列车旅行时间的停站方案中,直达列车班次为0,中间站停站1次的列车的开行班次达到了总班次的74.4％,旅行时间比既有方案降低12 min,但牵引电力每天增大3 299 kW·h;最小列车牵引能耗和最短旅行时间的同时优化结果对既有停站方案的改善效果不明显.     

高速铁路列车运行图结构优化研究

为提高高速铁路列车运行图的通过能力,通过紧凑铺画列车运行图,合理安排列车运行线顺序,优化了列车运行图结构;将列车运行图结构优化问题转化为旅行商问题,以巡回路径总费用最小化为目标建立0-1整数规划模型,并利用遗传算法求解。用2015年京沪高速铁路数据进行实例验证,求得列车运行图结构的优化方案。计算结果表明:原方案开行39列列车最少需628min,优化方案的开行时间比原方案的开行时间减少了133min,约21.2%,能更好地满足客流高峰时段或突发性客流激增时需尽快密集发车的要求。      

面向提升旅客出行效率的高速铁路列车停站方案优化

优化长距离高速铁路列车的停站方案，应平衡好提高大站间快车比例与增加中小站列车服务频率之间的关系. 基于减少列车中小站停站次数，增加相邻大站间站站停列车等策略，以旅客的列车停站时间损失和换乘等待时间损失总和最少为目标，建立列车停站方案优化的混合整数规划模型，并设计遗传算法求解. 对京广高铁现状列车停站方案进行优化，优化后的方案与实际方案相比：大站间快车数增加94.4%，增强了高铁竞争力；相邻大站间站站停列车和中小站列车频率至少为1 列/(3 h)，提升了旅客换乘出行的便捷性；旅客时间损失减少40.08%，总体出行效率得到较大地提升.     

客运专线车站到发线运用多目标优化模型

为给客运专线车站接发的列车合理安排到发线,构建了客运专线车站到发线运用多目标优化模型.优化目标为列车站内走行时间之和最小及到发线使用最均衡;约束条件主要有到发线作业间隔时间约束、进路冲突约束.基于目标协调优化思想,提出了该多目标优化模型的求解方法.以济南西站为例,对7：00：00～13：00：00时段的到发线运用方案进行求解.结果表明,所求优化方案与图定方案相比,下行、上行列车的站内走行时间之和分别减少7.37%、1.88%;对于各到发线占用时间与到发线平均占用时间之差的平方和,下行、上行列车分别减少62.93%、74.75%.模型能准确地描述列车占用各条到发线的不同,适用于求解客运专线运行图编制阶段的到发线运用问题.     

高速列车停站优化问题的两阶段求解算法

为了提高高速列车停站优化问题的求解效率,以高速列车停站设置原则为基础,分析了影响列车停站的主要因素,从方便旅客出行及减少旅客出行广义费用两方面考虑,建立了列车停站方案综合优化模型.结合列车停站优化问题的特点,提出了包含初步优化和综合优化的两阶段优化算法,初步优化阶段采用基于先验知识的局部优化方法,可以快速有效的获得问题的较优解,综合优化阶段利用具有较强爬山能力的禁忌搜索算法进行全局优化.最后对某高速铁路高峰小时开行列车的停站优化问题进行求解.结果表明,两阶段优化算法比一般禁忌搜索算法效率提高约30%.     

高速铁路列车运行图鲁棒性协同优化模型研究

为提升高速铁路列车运行图的鲁棒性提出协同优化模型. 基于多线路协同优化和多目标协同优化的思想,研究多条线路列车运行图的协同优化,并将列车运行图的鲁棒性分为晚点传播鲁棒性与换乘接续鲁棒性,对两种鲁棒性进行多目标协同优化建模. 在建模过程中,将经济学中的边际效用递减规律引入对列车间缓冲时间的研究,提出并定义缓冲时间鲁棒性效用. 结合我国具体国情、路情建立高速铁路列车运行图鲁棒性协同优化模型并进行案例分析,结果表明,该模型可有效提升高速铁路列车运行图的鲁棒性.     

基于拉格朗日的高速铁路车站作业优化

本文从Job-Shop 调度角度出发,以列车为待加工的“工件”,将车站接车进路、 到发线和发车进路看作“加工机器”,列车在车站的走行与停站看做不同的“作业工序”, 把高速铁路车站作业问题抽象成Job-Shop 车间调度优化,以设备能力、冲突进路、停站时 间为空间和时间约束,以最小化到发线的占用时间为优化目标,建立高速铁路车站作业 优化模型.采用拉格朗日方法松弛原模型的约束条件,建立车站技术作业问题的拉格朗日 对偶松弛问题,设计了高速铁路车站作业优化模型算法.并以高速铁路的某一车站为实例 进行验证,实例表明,该算法可以有效地化解车站作业进路冲突和实现到发线运用时间 的最小化.     

高速铁路列车运行图鲁棒性协同优化模型研究

为提升高速铁路列车运行图的鲁棒性提出协同优化模型. 基于多线路协同优化和多目标协同优化的思想，研究多条线路列车运行图的协同优化，并将列车运行图的鲁棒性分为晚点传播鲁棒性与换乘接续鲁棒性，对两种鲁棒性进行多目标协同优化建模. 在建模过程中，将经济学中的边际效用递减规律引入对列车间缓冲时间的研究，提出并定义缓冲时间鲁棒性效用. 结合我国具体国情、路情建立高速铁路列车运行图鲁棒性协同优化模型并进行案例分析，结果表明，该模型可有效提升高速铁路列车运行图的鲁棒性.     

考虑定制化列车的运行图与能力协同优化方法

基于调查数据建立旅客在不同时间段的乘车概率函数,分析旅客对定制化列车的开行时间及坐席类型等具体需求。考虑需求、停站、运行时间等约束条件建立定制化列车开行备选集,整合可行的定制化列车开行方案。建立加开定制化列车情况下,同时满足企业收益最大化和剩余可用能力最大化的双层协同优化模型。构建优化算法进行模型求解,得到基于定制化列车,且同时考虑既有列车调整成本和能力使用情况的运行图。最后,以内蒙古自治区呼和浩特-乌海线路为例进行分析,结果表明,既有列车的单位调整成本会影响定制化列车的开行,定制化列车的开行对运行图的整体结构和剩余可用能力也均有影响。     

基于节点重要度的高速列车停站方案优化

通过构建节点重要度评价指标体系,实现高速铁路客运节点等级划分。以旅客损失时间最少、车辆空走距离最短、停站总次数最少为目标函数,再以不同等级节点服务频率、OD服务频率、客流量和单次列车停站次数为约束条件,构建高速铁路列车停站方案的多目标优化模型,运用线性加权组合法将该模型转化成单目标规划模型,并设计遗传算法求解。通过对武广高铁的实例研究表明,根据本文模型及算法得到的新停站方案在旅客旅行时间和运输效益方面优于既有方案。     

城市轨道交通停站时间建模研究

城市轨道交通停站时间不仅影响列车运行效率,还直接关系到上下车乘客的安全,是城市轨道交通运营管理的重要组成部分,也是制定列车运行图的重要参数。基于理论分析和实测数据建立了停站时间与乘客上下车数和列车拥挤度的回归模型,通过SPSS软件对各影响因素进行回归分析,并基于实际测得数据对该模型进行修正,最终得到了轨道交通停站时间的修正模型,为列车运行图编制提供数据。     

基于改进的PESP高速铁路列车运行图研究

借鉴国内外铁路列车运行图的编制理论和方法,基于周期规划事件(Period Event Scheduling Problem,PESP)的思想,构建周期性列车运行图模型。考虑我国列车运行组织的特点及周期性列车运行图模型的求解复杂性,对模型进行改造,以列车的总停站时间和总运行时间最小为目标,建立到发顺序为已知条件的周期运行图模型。改造后的模型为整数线性规划模型,大大降低模型求解复杂度。借助通用建模软件GAMS/COINBONMIN,编程求解得到列车的周期运行时刻表。     

高速铁路列车运行图结构特征分析

以现有的高速铁路列车运行图资料为基础,通过对京沪线、武广线两条长大干线和京津、沪宁、沪杭三条城际客专的列车运行图结构特征及其在时间轴上的分布进行统计分析,说明列车的速度等级、停站情况、A、B类列车的开行比例以及旅客列车在时间轴上的分布特征,分析了列车出发间隔时间服从的分布规律,对高速铁路通过能力计算方法以及客运产品设计提出了新要求.     

地铁快慢车运行计划综合优化模型

为了综合优化地铁快慢车运行计划, 建立了综合求解列车开行方案、停站方案和时刻表的优化模型; 分析了地铁列车停站、区间运行、快慢车运行组织与客流出行等特点, 构建了快慢车运行计划的约束条件, 设计了综合协调优化列车运行时间和运输成本的目标函数, 建立了完整的地铁快慢车运行计划优化模型; 分析了模型特点及其复杂度, 设计了两阶段近似算法求解模型, 第1阶段根据乘客能够忍耐的最大候车时间推算出慢车的开行列数, 同时将其均匀分布在编制时段范围内, 并对初始时刻表进行合理调整, 第2阶段采用CPLEX求解器求解地铁快慢车运行计划; 针对上海地铁16号线, 对其早高峰7:00~9:00下行方向的快慢车运行计划进行编制试验。试验结果表明: 快慢车运行计划中共开行列车30列, 其中快车11列, 慢车19列, 完成9次越行, 87次跨站不停车, 快车全程最大节约时间为628 s, 约降低4.1%, 总旅行时间节约4 450 s; 根据客流需求在1:1~1:2之间灵活安排快慢车开行比例; 根据各车站上下车客流需求灵活安排快车停站方案, 快车之间停站方案不固定; 随着列车规模的增大, 模型求解时间大幅增长, 当规模达到一定程度时, 需设计更为高效的求解算法。      

基于最小到达间隔的高铁车站进路分配问题研究

在给定站型布局、列车停站方案的前提下,考虑列车密集到发时受前后列车停靠股道组合影响的到达追踪间隔,以及咽喉区进路与到发线的整体性,以单方向追踪列车到达间隔时间总和最小为优化目标,构建了高铁车站列车进路分配模型。模型采用Lingo全局求解器求解,通过算例验证了模型的有效性。结果表明:所求进路分配方案中,正线及接近正线的股道占用频次较高,进路冲突得到疏解,能够实现到达间隔总和最小;停站方案对到达间隔具有影响,当列车密集到发,供停站、不停站通过列车占用的股道数目不足3条时,受到发线安全使用间隔约束,列车到达间隔显著增大。     

北京地铁双超列车运行图编制方法

为研究疫情期间北京地铁“超常”条件下的“超强”运行图编制方法,根据“双超”运行图编制流程提出一种面向车厢低满载率的双层规划优化模型。上层模型基于客流的时空分布规律优化列车的开行方案;下层模型优化列车运行图中全周转运行时分,停站时分,运行时分,折返时分等要素。双层规划模型转化为线性模型并用CPLEX软件通过迭代算法求解“双超”运行图优化问题。基于亦庄线数据对优化编制方法的有效性进行验证。在车底全部投入运营的条件下,优化后早高峰上行、下行最大列车满载率分别降低了21.1%和16.6%;晚高峰上行、下行最大列车满载率分别降低了23.2%和32.3%。本文方法为疫情下城轨运输体系提供了良好地支撑。     

高速铁路通过能力探究

随着我国的高速铁路网建设进入高速发展的阶段,以高速铁路线、新建快速线以及既有提速线路组成的快速运输网的列车通过能力的问题越来越受到人们的重视。高速列车和动车组列车共线运行为高速铁路的运输组织模式,该模式对区段通过能力的要求很高。首先对高速列车通过能力的概念进行了阐述,其次对共线运行下通过能力影响因素进行了分析,并采用扣除系数法对通过能力进行了计算。最后,对高速列车停站无越行和有越行的扣除系数进行了分析,为动车组列车的扣除系数和运行图的铺画提供了一定的参考。