铁路网最大货运发送量和流量分配综合优化研究

在高速铁路初步成网、既有线运输能力得到不同程度释放的背景下,本文研究了铁路网最大货运发送量和流量分配的综合优化问题.文中以增长后的铁路网货运需求量来描述货运发送量,构建了符合铁路运输车流组织特点的多目标优化模型.模型的目标函数包括货运发送量的最大化和不同货运发送量情形下的流量分配成本最小化.同时考虑了单股货流增长量上限、车流走行具有树形径路特点、非重复径路的数学逻辑表达等约束条件.最后,基于相同算例数据对所构建模型及既有研究文献中的模型进行求解试验,分别得到两种模型下的铁路网最大货物发送量和流量分配方案,通过对比求解结果,验证了本文模型的有效性.     

铁路网多流向超限货物运输路径优化模型及算法

为了将铁路网中具有不同去向的超限货物合理地分配至各条路径,以超限货物的运输路径里程、运输时间以及对既有线路正常运营组织干扰最小为目标,以路段运输限界、通过能力和途经桥梁乘载能力为约束,建立多流向超限货物运输路径选择的多目标规划模型.根据模型特点设计多目标混合遗传算法进行求解,该算法采用自然数组编码方式以及特殊的交叉、变异算子用以满足约束条件,同时引入模拟退火策略提高邻域搜索能力.实例结果表明,对于包含14个节点车站、23个路段的复杂铁路网,利用本文模型算法获得方案的目标函数值均优于遗传算法和退火算法得到的方案,从而为铁路网超限货物运输路径选择提供技术决策方法.      

铁路网重空车流径路整体优化模型

基于我国铁路车流径路呈树形结构的特点,将分车种的空车调配纳入车流径路的优化体系,同时在满足点线能力限制的前提下,以重空车流整体走行费用最小为目标,构建了车流运行径路的优化模型,并在此基础上,考虑到空车调配过程中的车种代用因素,对模型进行扩展,描述了铁路网重空车流的分配方案．最后,以我国东北部分区域路网为案例背景,通过优化求解,获得了满意的车流径路方案和空车调配轮廓方案,从而验证了模型的合理性和有效性．     

铁路网配流优化模型

在分析已有配流模型的基础上,考虑车流改编作业,对已有模型进行了修正,以正确选择车流径路.设置3组0-1变量,建立了适合我国铁路运营实际的铁路网配流模型,目标函数为车流在技术站和线路上的总费用最小.模型考虑了OD流无法完全分配的情形,克服了已有模型未考虑车流改编作业导致车流径路选择不准确的缺陷,从而获得更贴近实际的配流结果及车流改编方案.     

公铁货流转移下铁路车流径路与列车编组计划联合优化

促进更多货流从公路转移到铁路是实现“双碳”目标的重要路径之一，也是推动铁路高质量发展的关键举措。鉴于此，本文以公铁货流转移量、铁路车流径路选择及编组去向等为主要决策变量，以公铁两网物流总成本极小化为目标，构建公铁货流转移量与铁路车流径路及列车编组计划联合优化模型，实现“公转铁”货流全过程、多阶段运输费用的数学表达，得到系统优化的OD间公铁货流转移量、车流走行径路和改编站点。针对模型的非线性特征，引入辅助0-1变量进行线性化，将其转化为混合整数线性规划模型，为验证模型有效性设计算例，借助数学规划优化器GUROBI进行求解。结果表明，模型可为公铁货流转移方案配置合理的接驳路径和列车编组方案；相较于既有研究，本文构建模型考虑了公铁两端的接驳转运费用和铁路车流集结与改编费用，使得“公转铁”物流总成本增加了约23.06%，转移货流量降低了约4.91%，更准确地描述了公铁货流转移过程，为制定“公转铁”运输方案和组织措施提供一定的理论依据。     

基于库存成本的装车地直达列车开行方案优化研究

随着经济的快速发展,企业间的竞争更趋激烈,经营管理者越来越重视物流系统优化和供应链管理,因而对于铁路公司在设计规划运输组织方案时,不仅要考虑运输组织费用,同时还要将企业的库存成本纳入方案的设计要素之中,并分析不同库存成本对车流组织方案的影响情况。文中基于既有研究,综合考虑发收货方的库存成本与铁路公司的运输成本,构建装车地车流组织优化模型,并以煤炭装车地云岗始发的车流为例,设置不同的发、收货方库存成本带入模型,运用优化计算软件LINGO分别对模型进行求解,得出基于库存成本的装车地直达车流组织优化方案。     

基于动态罚函数的铁路车流分配与径路优化模型

为解决铁路车流分配与径路优化模型中的难约束问题，避免群智能算法在应对该问题时难以求解的不足，提出了一种基于惩罚函数的约束优化方法. 首先，在车流分配及径路优化基本模型的基础上设置虚拟弧，在目标函数中增加惩罚项的方式松弛掉模型中的弧段能力约束，同时对惩罚项中的惩罚力度和惩罚因子设计动态更新的策略；然后，将改进灰狼算法（improved grey wolf algorithm，IGWO）应用于车流分配与径路优化模型的求解；最后，结合某一地区的路网数据，对改进前、后的模型和算法进行对比分析. 算例结果表明:与改进前的模型相比，引入惩罚项之后，IGWO可以在限定的范围内找到满足弧段能力约束的可行解；与灰狼算法（gray wolf algorithm，GWO）相比，IGWO计算所得的配流方案使OD （origin-destination）货流的平均绕行率和货物总走行公里数分别下降了2.6%和5.2%.      

铁路枢纽内客运站分工的优化模型及算法

为了合理分配引入高速和城际客运专线的铁路枢纽内客运站的接发旅客列车任务,以始发终到客流在各客运站之间的分配、始发终到和通过客流的运行路径为决策变量,以最小化枢纽内始发终到和通过旅客的费用为目标,以客运站始发终到能力和通过能力、铁路线路旅客列车通过能力、旅客运输需求为约束条件,建立了客运站分工多目标非线性混合整数规划模型.考虑铁路枢纽内运行路径少的特点,设计了基于枚举法、多最短路和线性规划的精确求解算法.算例表明,该方法能够对3个客运站的接发旅客列车数量进行定量分配,始发终到能力占用率分别为100%、64.5%和69.3%,通过能力占用率分别为78.7%、65.9%和25%.     

基于货物运到期限的编组站动态配流优化研究

运到期限是铁路货物运输组织的关键问题,保障运到期限,对提升铁路货物运输质量与竞争力有重要意义.本文以编组站动态配流为研究对象,考虑不同货物对运输时效性要求的不同,以车流在站停留时间加权值总和最小为优化目标;采用均值比例分配法将运到期限分配到货物运输编组站作业环节,成为车流最大在站停留时间约束,同时考虑编组去向等约束,建立基于运到期限的编组站调机运用计划与配流计划综合优化模型,设计模拟退火算法对模型进行求解.最后通过算例分析表明,本文的模型和算法能够有效地解决编组站动态配流问题,同时满足车流的运到期限要求.     

铁路枢纽内班列车流的组织优化研究

优化枢纽内班列车流的组织是提升班列组织效率的重要途径.基于班列作业时 间,反推可能的运输服务,构建枢纽内班列车流组织服务网络.通过将不同联弧能力进行 差异化设置,使其满足货运需求总量约束及班列组织对不同品类货物运量的要求.以运输 服务组织总费用最小为目标,构建铁路枢纽内班列车流组织的混合整数规划模型.该模型 在铁路运能逐步释放和提升的背景下,以满足枢纽内班列开行所要求的基本车流为约 束,而弱化了班列车流组织过程中区段和站点作业能力约束.最后通过算例验证了模型的 可行性和有效性.     

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重载铁路集疏运调度系统车流组织优化问题涉及到空车与重车的协同优化,只有将二者结合才能够制定完整的车流组织方案.论文首先通过分析系统空重车流组织特征,以车辆周转时间最小为目标,建立基于企业需求与铁路供给的车流综合优化模型.其次以目标函数为抗体,约束条件为抗原,构建基于信息熵的亲和度表示方式,利用免疫克隆算法求解集疏运系统车流组织方案.在求解的过程中,利用免疫克隆算子实现繁殖,通过抗体浓度对种群规模进行控制,防止早熟收敛.最后仿真结果表明,与遗传算法和粒子群算法相比,本文算法的平均搜索时间减少了25%、49%.     

重载运输战略装车域车流组合方案优化

为研究铁路重载运输装车端车流组织优化问题,首先分析了基于重载运输的战略装车域车流组织过程,将其按货源供给水平及运输组织方式划分为战略装车点、装车区及装车域3个层次,根据装车域车流以单元式重载列车和组合式重载列车进行组织的特征,以组合列车总组合时间最小化为目标,考虑年目标运量、线路能力、装车点(区)装车能力等约束条件,引入组合映射关系式表示组合站的车流接续关系,构建了符合我国重载线路装车域车流组织特征的车流组合方案优化模型,并设计了启发式算法进行求解.算例结果表明:根据论文提出的优化方法,可获得3种等价的组合方案,其中算例优化方案2与现场车流组织方案相符,其余两种等价组织方案的组合内容不同,但总时间消耗相同.      

停站约束下多列车运力分配与定价联合决策模型

基于收益管理的思想将铁路货运市场分为合同市场和自由市场,针对铁路运输网 络中每个OD,合同市场的运力需求服从正态分布,自由市场的运力需求表现为价格的反应函 数并辅以随机变量来反映需求的波动性.同时考虑列车的停站约束条件,以列车的停站方案、2 个市场运力分配方案和自由市场的运价为决策变量,构建多列车运力分配和定价联合决策的 混合整数概率非线性规划模型,利用粒子群算法对模型求解,通过算例验证了模型和算法的 有效性.最后以双市场统一定价策略为对比方案,结果表明,本文所建立的模型可有效提高收 益,且自由市场需求波动越大,收益优化越显著.     

考虑空车调配协调的货物列车开行方案优化研究

为实现空车调配与货物列车开行方案协调优化，结合基本运行图架构与车流径路，构建货运时空服务拓展网络。考虑配空与装卸取送、集编发等环节的时间接续要求，节点与区段不对流空车要求，以重车流全程运送与空车配送等广义总费用最少为目标，建立整数规划弧路模型。针对既有算法设计局限性，结合重车或空车配空的时间接续要求，提出将不同的 k 短路重车流方案与空车配空方案相关联的改进可行解构造方法，设计混合差分进化求解算法。实例研究表明，考虑空车调配进行重车、空车流组织协调优化，能够减少空车走行费用，及时满足装车需求，有效保证作业车流配合中转车流集结编组及时挂线，提高方案可实施性。     

铁路网双向空重车流径路的多目标决策模型

介绍了运输界关于车流径路的研究成果；分析了已有车流径路模型在车流已知情况下只对重车流径路进行优化所存在的不足；运用系统论及网络理论，对路网上双向，空重车流进行路径优化，构造了具有中国铁路网特点的适合于市场经济的多目标模型。     

带有固定运费的多式联运方式选择

为更经济有效地组织多式联运,在同时考虑固定运输费用和变动运输费用的前提下,针对一批货物在其运输路径上各路段运输方式的优化选择问题,以包括运输费用、中转费用和惩罚费用在内的总费用最少为优化目标,以货物送达时间和运输能力为约束条件,构建了混合整数线性规划模型,并设计了相应的整数编码遗传算法.算例结果表明,本文模型比既有不考虑固定运费的模型具备找到更优解的能力;对于15个包括20~100个路段和5~20种运输方式的随机算例,与商业优化求解器LINGO相比,本文算法在设定计算时间60 s内找到了2个大规模算例的更优解,总费用平均节省0.75%,证明了该算法对大规模问题的有效性.      

考虑车流时空分布不均衡的货物列车开行方案优化研究

为适应货主动态需求和运到期限要求,采用动态车流组织方法进行编组方案调整、列车运行方案与车流挂线的综合优化.考虑车流时空分布不均衡性,结合基本运行图架构,运用时空网络描述车流组织动态过程,考虑车流组织过程时空连续性、车站与线路时空能力及运到期限等约束,在静态车流组织优化模型目标基础上考虑车流到后待解与编后待发的延迟费用,构建货物列车开行方案整数规划模型.基于 K短路构造初始解,依据列车能力利用率阀值评估方案,从而调整车流改编方案搜索邻域解,设计模拟退火求解算法.实例研究表明,相比静态模型,所建模型的决策变量能更清晰地反映车流对车站线路时空能力的占用状况,优化方案能有效匹配车流时空分布不均衡性,有利于车流接续与流线结合.     

货运量变化条件下中欧班列西通道境内去程集结方案研究

以中欧班列西通道境内去程集结方案为研究对象,考虑国内集装箱班列和中欧集装箱班列两种模式,从铁路承运方的角度出发,以运输费用最小、服务匹配度最高、运输时间最短等为目标,以运量、唯一性、班列运行频率、站点、决策变量取值范围等为约束条件,构建中欧班列西通道境内去程集结方案优化模型,研究在不同的货物运量条件下,中欧班列境内去程的集结中心地点、运输组织模式及其相关变化,并采用带有Pareto集的NSGA-Ⅱ算法进行求解。研究结果表明:对于目前的货运量而言,可以在成都、重庆设置中转集结站点,进行部分列车的中转集结作业;当货运量处于最高货运量的60%以下时,宜在西安、乌鲁木齐设置中转集结站点,而货运量在高于最高货运量的60%,经过西安、乌鲁木齐时,大部分列车开行中欧直达班列,部分可在乌鲁木齐进行中转集结作业。     

客运专线建成后铁路运输通道合理分工模型

为了充分发挥铁路通道的整体运输能力,基于铁路运输通道分工影响因素的分析,建立了以通过能力为约束条件,以运输成本、旅行速度和日常运输组织调整为优化目标的客运专线建成后与既有线形成的铁路运输通道分工优化模型.运用满意优化理论,对构建的模型进行了改进,将多目标优化问题转化为单目标优化问题,并给出了改进模型的求解步骤.研究为铁路运输通道内平行线路的合理分工提供了理论参考.     

铁路既有繁忙干线货运产品布局优化模型及算法

采用节点拆分的方式构建了既有繁忙干线货运产品网络，在此基础上按运输需求的特征对其分类并借鉴服务网络设计的思想，设计了既有繁忙干线铁路货运产品布局优化模型，采用免疫克隆变邻域搜索算法对模型进行求解，最后采用算例对模型和算法进行验证分析，测试结果表明模型和算法具有较好的适用性．