大型高铁客运站到发线运用调整模型及算法

大型高速铁路客运站常衔接多条高速铁路线路,其车站作业需要考虑多方向列车的到发线合理安排与进路冲突疏解。当车站作业受到干扰时,快速制定合理的到发线运用调整方案,对于保障所衔接各线路上列车的正常运行具有重要作用。大型高铁客运站到发线运用调整问题的决策需要满足实时性、可执行性和安全性要求。在考虑到发线与咽喉区进路综合运用优化的前提下,以列车运行晚点和车站作业秩序影响双方面最小化为目标,建立了混合整数线性规划模型。将该问题分解为到发线运用方案编制子问题和列车到发时刻调整子问题,并设计了基于分支定界的算法框架。在12条到发线、84列列车的算例实验中耗时1.33s获得测试干扰场景下的最佳调整方案,验证了模型及算法的有效性。     

多类干扰下的高铁列车运行调整优化模型

高速铁路列车运行实时调整一直是行车调度指挥工作中的重要核心任务之一.为解决有多种行车干扰事件(初始晚点、限速和到发线不可用)影响下的列车运行调整问题,针对准移动闭塞行车方式,基于替代图理论,兼顾车站进路调整约束,建立混合整数线性优化模型,设计两阶段近似求解算法,在600 s内可以实现列车变更到发线次数最少和列车晚点延误时间最短的列车调整方案的快速求解.研究结果表明:模型可以同时实现列车运行调整和列车径路优化,相比时间间隔法行车方式,该模型可以有效避免列车在闭塞区间的冲突;有初始晚点的干扰会加剧列车的二次晚点;列车限速值越低会指数型加剧晚点时间.     

天津集中台列车运行阶段计划自动调整

针对列车调度指挥系统在开通天津集中台的过程中，出现的列车运行阶段计划调整方案不能满足调度指挥要求的问题，研究天津集中台列车运行阶段计划自动调整方案。天津集中台管辖车站多，车站间环状相连，连接方向多，列车走行径路有300多条。为此，建立以列车优先级别、列车追踪间隔时间、列车区间运行时分、列车起停车附加时分、车站股道接车能力、旅客列车最早发车时间和列车固定停站时间为约束条件，以列车加权晚点总时间最小为目标函数的调整模型。采用动态规化算法进行求解，设计相应的算法步骤，并以天津集中台天津（临时）至下直通场间的车站为例进行验证。计算结果表明：采用上述模型和求解算法进行列车阶段计划调整，能够快速给出列车运行阶段计划的调整方案。该方法在天津集中台已经得到了应用。     

高速铁路列车运行调整的模型及其策略优化方法

在分析高速铁路列车运行调整决策特点的基础上,针对高速铁路列车运行调整的传统优化模型在求解效率方面存在的问题,以相邻且存在冲突列车所在的位置为状态,行车调度员可采取的调整措施为行动,列车加权总晚点时间为调度员采取行动所获得的报酬,构建高速铁路列车运行调整的马氏决策过程模型;分析高速铁路列车运行调整决策过程最优策略的结构,给出采取列车顺晚开行和越行调整等行动的最优策略条件,基于列车的越行矩阵、到开时刻矩阵、最小停站时间矩阵和区间标准运行时间矩阵的定义,采用极大加代数和矩阵推算列车到发时刻,并据此设计模型求解的策略优化方法。结合某高速铁路区段的实例计算结果表明:给出的模型和策略优化方法能取得较人工调整方法更好的优化效果,较数学模型优化方法可提高求解效率,从而验证了高速铁路列车运行调整的马氏决策过程模型和策略优化方法的有效性。     

基于改进差分算法的高速列车运行调整研究

为了压缩高速铁路列车运行的总晚点时间、编制高质量的列车运行调整计划,建立高速铁路列车运行调整模型,运用矩阵描述高速列车运行调整中的相关概念,以列车到发线数量、列车追踪时间间隔、列车停站时分等作为高速列车运行调整的约束,以列车在各站的到达的总晚点时间最少为优化目标,构建高速铁路列车运行调整模型。在分析基本差分算法差分策略的基础上,提出基于三角差分策略的高速铁路运行调整差分算法,给出详细的计算步骤。以京广高速铁路实际列车运行数据进行计算,验证了模型的有效性和算法的高效性、精确性。本文提出的基于新的改进的差分策略的高速铁路列车运行调整方法是合理可行的。     

高速铁路车站列车进路分配方案的优化与调整

考虑高速铁路车站咽喉区和到发线的相互制约关系,以及车站接发各种类型列车的作业过程与列车进路的关系,结合道岔分组的方法,建立咽喉区和到发线一体化运用的列车进路分配方案优化模型。在此基础上,考虑列车晚点的情况,以车站作业过程占用车站设备的不均衡性最小和列车进站延误时间最短为目标,建立后续列车进路分配方案的动态调整模型。2个模型均采用运筹学软件LINGO中内置的分支定界算法求解。通过算例验证模型的合理性和求解方法的可行性。结果表明:当列车按照图定时刻正点运行时,采用优化模型得到的列车进路分配方案可以保证列车按照图定时刻进出站;当某列车晚点时,该列车的进路可能与后续列车的进路有交叉干扰,此时则应采用动态调整模型对后续列车的进路分配方案进行调整,在后续列车允许有延误时间的约束下,生成新的后续列车进路分配方案,有效保证列车进路的畅通,并使车站设备运用的均衡性更优。     

基于离散事件的高速磁浮铁路车站作业仿真研究

为了精确掌握高速磁浮铁路车站列车作业过程及相应的设备使用状况,为车站设备能力分析、车站作业组织优化等提供依据,针对具备列车始发终到能力的高速磁浮铁路车站,基于离散事件仿真框架,结合高速磁浮铁路车站作业过程和要求,定义17类车站作业事件及其关联关系、车站状态属性,设计高速磁浮铁路车站作业仿真算法,对高速磁浮铁路尽端式车站的车站作业进行仿真。仿真结果表明,随着车站空线系数增大,相应的股道能力利用率普遍增大;始发终到列车占比和立折列车占比对车站股道及道岔利用率影响较高;所提出的仿真算法能够分析车站作业对车站相关设备利用率的影响。     

考虑动车组接续的列车运行图智能调整方法

为提高列车晚点情况下高速铁路调度指挥系统应急处置的效率,实现列车运行图智能调整,本文结合具有大量始发终到作业车站所在的调度区段动车组接续的特点,建立考虑动车组接续的高速铁路列车运行图智能调整模型,采用基于改进的和声搜索算法对所建立的模型进行求解。以京津城际延伸线(天津站至于家堡站)实际应用情况构造仿真实例,对4种模拟运行干扰场景下的列车运行图实时调整方案进行求解。仿真结果表明考虑动车组接续的高速铁路列车运行图智能调整模型及所采用的求解算法,能够减小晚点时间并抑制晚点传播,具有可行性和有效性。     

基于模拟退火算法的铁路旅客列车车底套用优化研究

为了提高铁路旅客列车车底的利用效率,利用列车晚点传播理论分析了列车晚点对旅客列车车底运用的影响,建立了铁路旅客列车车底套用优化模型。以某铁路网络内的4个车站为例,应用该模型对4个车站的旅客列车车底运用进行了优化和分析,并运用MATLAB软件编程进行了求解,根据计算结果,在运行图不变的情况下,对车底运用进行了调整。     

高速铁路列车晚点调整中区间渡线作用的分析

高速铁路行车组织具有高速度、高密度的特点。在高速铁路区间设置一定数量的渡线,能增加对晚点列车运行调整的灵活性。根据高速铁路列车开行模式,讨论了在高速列车晚点和中速列车晚点两种情况下高速铁路利用区间渡线组织列车越行的方案,量化分析区间渡线在晚点列车运行调整中所起的作用。     

粗糙集理论在铁路行车调度指挥系统中应用的研究

针对铁路行车调度指挥的智能知识表达与决策问题,给出行车调度指挥的列车相对优先度、列车相对正点度、列车相对旅程完成度、列车区间运行裕度、列车车站停车裕度、后继列车新增出发晚点、后继列车新增到达晚点等七个条件属性及运行次序一个决策属性。论述基于粗糙集理论的知识表达和粗糙集决策规则的提取过程。提出一种相应的行车指挥决策评价体系。证明列车运行次序决策属性,能完全作为列车运行调整的决策条件。     

基于到发线运用方案的列车到达追踪间隔时间压缩方法及仿真研究

利用高速铁路车站列车到达进路冲突关系和进路分段解锁原理,研究基于到发线运用优化方案的列车到达追踪间隔时间压缩方法。首先分析分段解锁条件下列车到达追踪间隔时间的计算方法,随后建立无损精度的铁路路网拓扑模型和多智能体列车连续追踪运行仿真模型;在此基础上设计基于信号补偿时间的列车最小到达追踪间隔时间求解算法,求解不同到发线运用方案的列车到达追踪间隔时间。以上海虹桥站高速场为例,对所有到发线组合方案进行仿真实验。结果表明:股道组合方案对应的关联道岔越少,列车到达追踪间隔时间越短;当关联道岔相同时,后车接车进路越短,前车接车进路越长,到达追踪间隔时间越短;当前车股道确定时,最优的后车股道方案比最劣方案可压缩列车到达追踪间隔时间30s以上。     

基于Tableau的高速列车晚点综合可视化

高速列车晚点综合可视化可以清晰呈现车站和区间的列车运行情况,对于辅助智能高铁调度决策具有重要意义。定义高速列车晚点分析的指标,给出各指标的计算方法。运用Tableau软件构建高速列车晚点综合可视化的显示界面,以沪昆高铁部分车站和区间为对象,对高速列车晚点情况进行可视化显示和分析。高速列车晚点综合可视化可以辅助行车人员快速了解高速列车的晚点规律,为高铁智能调度提供基础支撑。     

武广高速铁路列车晚点恢复时间预测的随机森林模型

基于列车运行实绩的列车晚点恢复模型是铁路晚点管理的重要内容,是运行图优化和行车指挥的理论基础和依据。为了研究高速列车初始晚点恢复的机理,进行初始晚点恢复预测,本文以武广高速铁路列车运行实绩数据为研究基础,将列车在初始晚点站的晚点时间(PD)、列车晚点后经停各站的总停站缓冲时间(TD)、列车晚点后经停各区间的总区间缓冲时间(RB),以及标识列车是否晚点通过株洲西—长沙南区间的0-1变量(ZC)作为自变量,运用R语言编程建立了以晚点恢复时间(RT)为因变量的高速列车初始晚点恢复随机森林回归模型。对275个测试集数据的预测结果表明:模型允许误差在3min情况下,模型的预测精度能达到90%以上。随机森林模型与多元线性回归模型、支持向量机模型的对比表明,随机森林模型具有最优的预测精度。     

基于遗传算法的高速铁路行车调整模型

高速铁路采用“高中速列车共线运行”的运输模式,其行车调度具有高实时性和整体性两大特点。以列车计划运行图为优化目标,给出运行图之间的距离定义,建立列车运行调整数学模型,给出列车的发车时刻、股道数量、列车在区间的运行时分、追踪运行间隔时间、维修天窗时间5个约束条件表达式。按照遗传算法的原理,采用罚函数的方法对数学模型中的约束条件进行处理并建立适应度函数,采用整数编码方法对个体进行编码,并定义交叉算子和变异算子。基于遗传算法的调整算法流程开发列车运行调度仿真子系统。仿真结果表明:使用该模型可大大减轻调度人员的工作量,彻底摒弃了在计算机上手工拖动运行线确定列车运行时刻的调整方式,提高了列车运行调整的科学性。该模型已应用在高速铁路综合调度仿真系统中。     

基于智能化应用的列车运行调整模型

基于列车运行调整理论研究现状,在分析现有研究局限的基础上,提出建立列车运行自动调整模型应考虑的4个关键问题:部分非运行图相关信息、动车组接续、交叉进路抵触及股道-线别连通性。基于这些关键问题构造10个约束条件,结合智能CTC系统技术标准,以提升旅客满意度为导向,依据旅客行程信息和多目标优化的思想,建立将列车运行调整对旅客出行实际影响最小化的目标函数,构建可满足智能化应用的列车运行自动调整规划模型,将其引入开发中的智能CTC系统,并通过京张高铁3个列车运行调整实际场景进行验证。结果表明:模型能够准确处理各种场景下的列车运行偏离,生成切实可用的列车运行阶段计划;生成的计划能有效消解列车晚点造成的交叉进路抵触、股道运用冲突及动车组接续等冲突,在兼顾旅客换乘考虑的同时,缩小列车晚点波及范围,控制晚点传播。     

基于约束规划方法的高速铁路调整优化模型

调度区段内的列车运行调整问题是大规模组合优化问题。针对运行计划调整算法计算效率的问题难点,设计一种基于约束规划方法的调整优化模型,将运行计划调整问题转化为有向图构建下的约束满足问题,围绕约束传递方法以及试错回退机制讨论运行图、车站股道条件的检查方法以及缓冲时间、列车越行调整策略,建立相同间隔时间、车站能力以及调度措施约束下的整数规划算法,用于对比优化模型效果。优化模型使用京津城际某月的实际运行数据,计算并对比多个干扰场景下不同模型的总晚点时长与计算耗时。通过数学实验结果验证优化模型减小晚点总时长的能力与高速计算特性。     

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.     

高速铁路大站作业计划鲁棒性链式优化研究

提出运用作业链来描述高速铁路车站中列车作业全过程,重点研究高速铁路车站技术作业计划鲁棒性优化问题。基于给定车站列车到发时刻表,在不改变列车到发时序的前提下,通过优化所有列车作业链的空间资源序列,同时考虑有调车作业列车的调车时机,从而一体化地优化列车作业与调车作业,降低列车间的相互影响,提高作业计划鲁棒性。具体方法是以列车间总冲突系数最小为优化目标,建立基于列车时-空资源占用函数的模型。设计改进的GRASP算法求解模型,优化随机特性参数α的设置,并增加路径重连过程。开发高速铁路列车运行计划网络协同辅助决策支持系统中的车站作业子系统,并以北京南站高速场的实际数据做实例分析,验证模型与算法的可行性,实验结果表明,改进算法可提高求解适应性和效率,提升车站技术作业计划的鲁棒性。     

兰新高速铁路综合维修天窗设置方式研究

在分析兰新高速铁路的线路、运输组织、车站、接触网、综合维修、供电制式等方面特点的基础上,研究兰新高速铁路综合维修天窗的时间需求,重点确定兰新高速铁路天窗开设方式,建议采用分段矩形天窗。并通过铺画列车运行图,分析兰新高速铁路开设分段矩形天窗对跨线旅客列车终到时间、通过能力、运行调整等方面的影响。按客流区段设置分段矩形天窗可以保证综合维修作业和行车的安全。