基于最远站法则的列车编组计划优化双层规划模型

根据铁路现场车流组织的实际特点,构建基于最远站法则的列车编组计划优化双层规划模型.上层规划模型以车流组织总成本最小为目标函数,以车流组织方案的唯一性、技术站的改编能力、调车线的数量等为约束条件,确定列车编组去向的开行方案.下层规划模型以车流改编距离最远为目标函数,以站点出入流量平衡为约束条件,按照最远站法则确定车流改编接续方案.采用模拟退火算法对双层规划模型进行求解,得到了符合最远站法则的列车编组计划优化方案.通过案例的计算结果验证了模型和算法的有效性.     

技术站单组与分组列车编组计划的协同优化

高质量的列车编组计划是铁路货物运输组织的关键。在既有研究的基础上，考虑车流随机到达的影响，分析固定车组重量和不固定车组重量分组列车的车小时消耗，构建技术站单组列车与分组列车编组计划的协同优化模型。模型旨在同步优化单组列车和分组列车，以使有调车流在途中技术站的中转改编车小时、单组列车的集结车小时以及分组列车在始发站和换挂站的总车小时之和最小。为提高模型的求解效率，运用线性化技术和目标函数有效近似处理将其转化为线性约束二次规划。实验结果表明：与单组列车编组计划和基于传统分步优化方法的综合列车编组计划相比，协同优化模型能够得到更高质量的列车编组计划，有效降低路网车流的总车小时消耗。     

多点列车编组计划优化模型研究

针对单点列车编组计划优化模型应用在含有双向编组站的铁路网上时无法细化到各直达去向在编组站的到发场,将双向编组站的到发场也视为路网中的节点站,并考虑双向编组站内不同改编路径车小时消耗的差异性,以车流的集结车小时和改编车小时消耗之和最小为目标,以编组站上下行调车系统的股道数和改编能力为约束,构建多点列车编组计划优化模型.算例计算结果表明,多点列车编组计划优化模型的优化结果不但能够确定车流在双向编组站内的改编路径及其车流构成,也能够确定直达去向的到达场和出发场.当双向编组站内不同改编路径的单位车小时消耗均相等时,多点模型与单点模型等价;当路网中双向编组站某个调车系统改编能力发生变化时,得到的优化方案也会随之变化,因此对编组站上下行系统的改编能力分别考虑,建立多点模型的约束条件,可使得到的优化方案更符合运输生产实际.     

技术站广义动态配流问题的遗传算法

技术站广义动态配流问题是在综合考虑优先排空和优先发送较近编组去向车流的编组要求、欠轴列车停运要求,以及到发列车在时间和车流接续关系的基础上,将静态配流和列车解编方案调整进行协同优化。分别以阶段内出发列车数最多、出发车辆数最多、车辆在站平均中转时间最短为目标,考虑解体、编组调机能力限制,到发列车车流接续,列车编组计划和列车运行图的影响约束,建立该问题的优化模型。针对问题机理,设计求解这一问题的遗传算法:运用启发式规则生成初始群体;运用倒数算子计算适应度函数,对各目标进行无量纲化和同向化处理;采用轮赌盘选择算子、基于顺序的杂交算子、逆转变异算子和精英保护策略。通过对算例的实验分析,表明该算法的实用性和计算的高效性。     

考虑车流径路选择的分组-单组货物列车混合编组优化策略

统筹考虑车流径路选择与编组方案制定，研究带路网干线大运转车流径路选择的分组-单组货物列车混合编组优化问题，构建具有2阶递进结构的模型及求解策略。在构建嵌入车流径路选择的单组列车编组优化模型基础上，以分组列车开行方案替代原单组列车开行方案所带来的车小时节省最大为目标，进一步构建基于单组列车方案组合排序的分组列车编组优化模型。求解时先通过3次更新，完成单组列车开行方案优化；再通过组合排序，分别生成合并式分组列车和衔接式分组列车的开行方案；最后利用车组唯一与车小时节省原则，筛选出最优分组列车开行方案。依托我国中部路网主通道设计实验场景，验证模型及求解策略的有效性。结果表明：考虑车流径路选择后，最优单组列车开行方案共开行17列列车，产生11 560车小时消耗；进一步优化得到的分组-单组货物列车混合编组方案能够减少1列列车，节省582.5车小时消耗。该模型及求解策略能有效求解车流径路选择下的分组-单组列车混合编组优化问题。     

基于调车系统的技术站编组去向方案优化

优化编组去向方案是改善技术站系统分工、合理使用调车线的重要措施。针对传统单点列车编组计划模型将车站视为一个点从而忽视折角车流的不足，将双向编组站的上下行系统分别看作不同的点，提出基于调车系统的编组去向方案优化模型。区别于既有多点列车编组计划模型，根据编组去向的车流内容引入车流折角改编概率，并将编组去向的最小流量、车站的折角改编车流比例、不同编组去向的车流共用同一调车线等纳入模型约束中。在不降低解的质量下，基于Sigmoid函数拟合得到车流折角改编概率的近似计算公式，有效提高模型的求解效率。基于实际路网的算例结果表明，本文模型所得编组去向方案相较于既有模型更加符合运输实际。     

机车长交路条件下的技术站列车编组计划无调作业参数模型

基于对传统车流组织优化模式的分析，发现无改编节省参数的局域性。本文在取消直达列车途经支点站均进行无改编技术作业的假设条件，把编组去向和无改编技术作业消耗相关联，通过设置改编作业时间参数和无调作业成本参数取代了无改编节省参数，建立了机车长交路条件下的技术站列车编组计划无调作业参数模型（ＮＴＦＰ），从而实现了支点站〈编组去向〉无改编技术作业站三者之间不规则关联的数学体现。ＮＴＦＰ模型更真实地反映了车流     

蚁群算法在调机运用计划中的应用

编组站调机运用计划为具有不同开工、完工时间窗口的单机调度问题,优化目标是最小化晚点列车的数量。为解决这一NPC问题,建立单机调度数学模型,采用蚁群算法求解。设计的算法步骤是,将调机运用问题描述成适合蚁群算法的形式,并进行初始化,考虑迭代过程中信息素对未来决策的影响程度,定义与问题相适应的转移概率,进而确定选择策略来平衡已有方案的利用和搜索空间的选择,采用2-opt方式的局部搜索策略来避免“早熟”或者“停滞”现象,同时在蚂蚁经过的路径上进行信息素更新,实现对该优化问题的有效求解。以某编组站有12列到达列车和少量暂存列车解体编组出12列出发列车为例,利用设计的蚁群算法步骤,求得到达列车的解体次序和出发列车的编组次序,验证了该算法在编组站的改编能力无法满足车流配送情况下实现合理安排调机的有效性。     

考虑多编组的城轨列车跨线运营开行方案研究

随着城市轨道交通网络化进程不断加快,传统的单线独立运营模式已经难以满足乘客多样化的出行需求,以跨线运营为代表的网络化运营模式成为城市轨道交通的发展趋势。为不断提升跨线运营的服务水平,针对在跨线运营模式下因列车服务水平不同导致的运能利用不均、跨线列车和非跨线列车满载率差异过大的问题,构建考虑多编组的城轨列车跨线运营开行方案双层规划模型。上层模型在考虑乘客对跨线列车选择偏好的基础上,以乘客出行时间节省量和企业运营收益最大为目标,以列车开行频率和跨线列车折返站为决策变量;下层模型以跨线列车与非跨线列车间满载率均衡为目标,以列车编组数为决策变量。设计“内罚函数+枚举法”并利用MATLAB编程求解最优列车开行方案。算例结果表明：在“多编组、跨线运营”下,上、下行方向跨线列车与非跨线列车平均满载率之差分别减少7.3%和28.1%,列车满载率均衡性优化率为52.1%,跨线列车的最大满载率从120%降为114%。上述结果说明“多编组、跨线运营”可提高列车间满载率均衡性,使得运能利用更加均衡,缓解跨线列车超载现象,提高乘客的乘车体验。     

多站协同的技术站配流优化研究

技术站是铁路网的重要组成部分,其作业组织水平直接决定了铁路运输生产效率。传统的技术站配流问题通常考虑车站内部作业优化,如解编顺序、分类线运用等,以减少车辆在站停留时间。为加强站间互联互通,促进车流有序流动,提出基于货物列车编组计划的多站协同概念。建立以车辆在站停留时间最小为目标的考虑多台调机的单技术站动态配流模型M1和以协同后减少的停留时间之和最大、新增列车走行费用最小为目标的多站协同优化模型M2。考虑到模型M1属于NP-hard问题,设计拉格朗日松弛算法将模型分解为3个子问题求解。模型M2根据模型M1求得结果并结合多站协同概念,调用GUROBI求解器求解验证。通过案例分析可知：在计划时限内,给定的路网中共有6个技术站进行协同配流,通过改变欠轴停运列车的编组去向,实现相邻车站车流供给,车辆在站停留时间减少645.1 h,较协同前降低6.57%,增加6列正点出发列车。研究结果表明,提出的模型及算法能够压缩多站车辆在站停留时间,提高计划兑现率,增强铁路货物运输生产效率。     

技术站分组列车编组计划的优化理论及模型研究

作为铁路车流组织的主要形式之一,分组列车具有减少货车集结时间、减轻途中调车作业负荷和加速车辆周转的显著作用,但由于其复杂性和特殊性,国内学者对其组织优化进行研究的不多。本文首先阐明了分组列车的开行意义和组织特点,然后基于已有的较成熟的单组列车编组计划优化理论,分别对产生分组列车的两种情况(即合并单组列车为分组列车和衔接单组列车为分组列车)从车小时节省角度做了详细的技术效益分析。在引入阶跃函数的前提下,提出了技术站分组列车编组计划的0-1规划模型。模型以是否开行分组列车所产生的技术效益最大化为目标,并兼顾分组列车的技术作业条件。最后,通过数值算例的演算,验证了模型的有效性,并归纳了模型的特点及适用范围。     

考虑动车组周转和到发线运用的高速铁路列车运行图优化方法

以列车在车站的作业时间、动车组在终点站的接续时间和车站到发线数量为约束条件,以列车旅行时间和动车组接续时间最小化为目标函数,建立高速铁路列车运行图综合优化模型.模型求解算法主要采用了4种关键技术:以定序列车运行图优化方法化解列车作业时间冲突,以交换列车到发顺序化解到发线冲突,通过保持到发线运用紧张时段的列车到发顺序防止产生新的到发线冲突,运用匈牙利算法求解以动车组最小接续时间为目标的动车组周转方案.算例分析表明,运用给出的模型和算法能够达到整体优化高速铁路列车运行图的目的.     

客运专线相关旅客列车开行方案研究

通过分析铁路客运专线的相关收益及费用,从铁路运输企业和旅客两方面的利益出发建立了客运专线相关旅客列车开行方案的多目标优化模型,提出了优化旅客列车开行方案的求解方法。所提出的换乘多种类别列车的疲劳恢复时间计算公式、不同消费层次选择不同类别列车的思想、列车开行数量的计算式、列车的吸流原则、确定列车类别的动态规划方法等都贴切反映了铁路客运组织和客运市场的相关规律。该方法在客运专线预可行性研究中得到了成功的应用,求解路网规模为60个车站的旅客列车开行方案仅需100s左右时间,并获得了满意的结果。     

城市轨道交通网络末班车衔接优化模型

城市轨道交通网络运营结束阶段,末班车在路网换乘站内能否实现合理地衔接,最能体现出以人为本的客运服务以及科学高效的运营秩序。根据城市轨道交通网络特点,提出了城市轨道交通网络末班车衔接编制的原则。从站间列车运行时间约束、线间列车换乘衔接、末班列车线间衔接目标等角度,研究了轨道交通网络末班车衔接优化量化方法,建立了网络末班列车衔接优化模型。以北京轨道交通城区1号线、2号线和5号线局部路网为实例,编制了网络末班列车的优化时刻表。算例结果表明,模型及其优化算法可行,对路网运输计划编制工作有较强的实用性。     

铁路直通货物列车技术站接续方案优化研究

在研究铁路货物列车技术站接续特点的基础上,对直通货物列车接续方案选择方法进行了相关扩展并建立了相应的优化模型,通过分析得出各模型均可以采用最小费用流算法进行求解。设计算例的结果表明,各种扩展方法对于优化技术站直通货物列车的接续是有效的。     

提速干线编组站出发子系统内部匹配与协调关系

分析提速干线编组站货物列车到发时刻不均衡运营特征,根据编组站作业特点和要求,运用排队论和随机过程理论,对出发子系统转场和接车可靠性、临界密集出发时间进行计算分析。认为出发子系统允许的接车延误概率应控制在0.12以内;当区间通过能力利用率在繁忙时间达0.85以上时,出发场的到发线应在10股以上。提高出发子系统转场和接车可靠性的措施包括:提高无调比、适当增加出发场到发线数量、降低编组调车机车的作业负荷、减小出发时间间隔不均衡系数。给出一定出发强度下的临界密集发车时间计算式,便于指导运输组织工作。改善出发子系统匹配与协调关系的有效途径包括:合理配置列检组数、转线接车延误率控制在10%以内、密集到发期间区段通过能力利用率不能超过90%、降低衔接区间发车时间间隔变异系数、连续高密集发车时间不能超过临界发车时间、适当增加分类线及到发线数量、优化列车运行计划、平衡双向系统作业负荷、加强管理、优化运输组织。     

大型客运站股道分配问题的模型与算法

铁路大型客运站的股道分配问题是指在列车运行图与车站平面图的时空约束条件下,为列车分配无冲突的进路和站台。本文提出一种基于约束规划的方法讨论这个问题。首先将约束条件分为硬约束和软约束,它们分别反映车站作业安全要求以及对股道和进路的选择偏好;然后将求解过程分为约束识别、值排序以及Back-tracking搜索3个步骤。对某大型客运站的案例分析表明,该方法可以求解大型客运站的股道分配问题。这一方法为检验列车运行图的可行性以及制订车站作业计划提供技术支持。     

20 000 t列车技术站到发线腰岔设置方案探讨

研究目的:本文拟从分析现状开行20 000 t重载货物列车的技术站腰岔设置方案存在的主要问题,找出既能保证车站作业安全,又方便车站运输组织的合理的技术站到发线腰岔设置方案。研究方法:通过文献研究并以大秦线为例,确定重载铁路技术站到发线作业内容及合理的到发线有效长度;采用定性与定量分析相结合的方法,找出现状腰岔设置方案存在的不足,并从更好的保证运输安全、提高车站作业效率等方面探讨技术站到发线腰岔更为合理的设置方案。研究结果:找出了技术站接发20 000 t列车时,既可真正满足安全距离要求,又可通过腰岔前行出入到发线作业的技术站腰差设置方案,且该方案也可满足接发普通列车和接发10 000 t列车技术作业的要求。研究结论:接发20 000 t列车的技术站到发线总长度最小可以按3 019.24 m设置,3个腰岔的设置由前至后各段有效长分别为665.24 m,665.24,665.24 m和850 m。     

西安北客站至机场铁路运输组织模式研究

西安北客站至机场铁路承担西安咸阳机场及沿线与西安市区的旅客交流,机场客流所占比重较高,主要研究直达列车与站站停列车混合开行的可行性。通过对运行时间、运输能力、服务水平和工程投资等因素的分析研究,混合开行对沿线客流服务水平较低,运输能力较小,运输组织复杂,工程投资增加,直达列车运行时间仅节省约7min,确定本线运输组织模式为全部开行站站停列车,初、近期客流较小时可开行部分直达列车。     

大型铁路客运站列车进路优化模型与算法研究

以提高车站行车技术作业效率,保证车站行车作业安全,尽可能减少旅客站内走行距离和时间,保证发车时间相近的两列始发或通过列车尽量不停靠同一站台,提高车站既有行车设备利用率为优化目标,建立大型铁路客运站进路优化的多目标规划模型.运用层次分析法求出各子目标的权重,并构建启发式算法进行模型求解.通过对算法进行实例验证,得到了较优的列车进路安排方案.