考虑货物异质性和模糊需求的高速铁路货运组织优化方法

组织实施高速铁路快运业务，是满足我国日益增长的高附加值、高时效性快运需求的有效方法。基于高速铁路快捷货运网络的“轴-辐”式特征，以及多品类货物集疏运需求的异质性和不确定性特点，研究高速铁路货运专列开行方案和配载方案的联合优化问题。提出异质货物协同运输策略，以总运营成本最小为优化目标，引入模糊集货需求下的机会约束和决策者风险偏好，构建高速铁路货运专列开行方案的混合非线性整数规划模型，设计基于并行改进变邻域搜索的启发式求解算法。以京沪高速铁路为例，对模型与算法进行验证和分析，结果表明：该优化方法能够有效提升高速铁路货运专列的装载率并降低运营成本，决策者风险偏好将直接影响优化方案。     

考虑随机需求的高铁快递运输计划优化方法

为了充分利用高速铁路非高峰期的列车运输能力,提升高速铁路运营的经济效益,研究载客动车组客货共运模式下的高铁快递运输计划优化问题。首先,考虑高铁快递运输需求的时效性与随机性,以最大化高铁快递运营企业期望总利润为优化目标,同时满足列车运输能力、车站装卸效率、标准箱到发量守恒等约束,构建高速铁路快递运输计划优化的2阶段随机规划模型。在第1阶段,以最大化高铁快运期望总利润为目标,确定各列车的运输能力分配计划;在第2阶段,根据第1阶段获得的列车运输能力分配计划,确定随机需求场景下的高铁快递实际装运方案,使该场景下的运营收益达到最大。其次,基于蒙特卡洛模拟随机生成需求场景,采用反向消减算法(BRA)将2阶段随机规划模型转化为包含有限场景数的确定性整数线性规划模型,从而调用商业求解器GUROBI进行求解。最后,以宁杭高速铁路为背景进行算例分析,验证模型和算法的有效性。结果表明,相较于基于确定性需求得到的运输计划,利用随机规划方法得到的方案更能适应需求的随机性,从而达到更好的盈利效果,同时可以兼顾服务水平与企业收益,适用于实际运营中高铁快递运输计划的设计与优化。     

考虑旅客需求的停站方案与列车运行图一体化模型与算法

考虑高速铁路旅客出行的时空敏感性较高的特点,将旅客运输状态引入运输时空网络,构建三维的时间-空间-状态网络,提出基于旅客需求的停站方案与列车运行图综合优化0-1整数规划模型,实现旅客分配、停站方案与列车运行图编制的一体化。设计拉格朗日松弛求解算法,将复杂的列车间强耦合问题分解为单列车的最短路径子问题集合,从而降低模型求解难度。以京沪高铁北京南-曲阜东区段为背景进行验证和分析,结果表明模型不仅实现了较低的运营成本,还能够有效满足旅客需求,实现客流分配、停站方案与列车运行图编制的有机联动。     

高铁快运运输组织对策探讨

为了提出高速铁路快运产品的运输组织对策,采用文案调查、市场调查、专家咨询等方法,结合国外高铁快运的经验与启示,分析国内高速铁路要承担快运产品所面临的问题,从运输组织角度,对高铁快运列车开行方案、运输方式、运输产品实现方式展开探讨。面对快运产品的多样化,提出与之匹配的灵活多样的运输组织方式,并给出了产品实现的主要运输组织对策,即合理安排运输方式,适当改造既有客运站设施设备,加快批复建设高铁快运物流基地,尽快研发投产高铁快运专用动车组列车,加快高铁与物流企业的经营合作。     

不同需求日高铁列车开行方案协同优化方法

不同需求日的出行需求在结构和总量上都存在差异,不仅需要提供与各需求日相匹配的运输能力,而且不同需求日的列车开行方案应有很大相似性,使高铁运输组织能平稳过渡。为权衡铁路运营成本和运输组织衔接,在考虑高铁运输组织平稳过渡前提下,谋求铁路运输成本和旅客出行费用最小,对不同需求日列车开行方案进行协同优化。由各需求日各OD对需求生成最大包络需求,以最大包络需求列车开行方案为备选列车集,产生各个需求日的列车开行方案。建立不同需求日开行方案协同优化双层规划模型,设计求解模型的遗传算法。算例分析表明,在公共列车集比例限制下,协同优化产生的开行方案具有较好评价指标,算法收敛性较好,体现了模型和算法的有效性。     

基于服务网络的综合快运方案优化

为更好地满足快运货物运输的时效性需求,构造运输服务—编组单元—货流3层动态服务网络,描述快捷运输的货物集结、在途运输和中转作业流程;以运输企业收益最大化为目标函数,将货主对于时效性等因素的要求作为广义成本和惩罚费用在运输企业收益内扣除,以运输能力和流量平衡等为约束条件,建立综合快运方案优化模型。为保证模型的求解效率与求解精确度,设计2阶段遗传算法进行求解。以某铁路局集团公司管内铁路快运列车运行线路及所辖区域内主要干线公路构成的公铁联运网络为例,验证模型及算法的合理性和有效性。结果表明:优化后的综合快运方案,使不同运输方式间的中转接续更协调顺畅,运输总成本降低17.9%,运输企业收益提高35.6%。     

基于时变区间断面需求的高铁网络列车开行方案优化

列车开行方案与客流需求匹配与否在很大程度上决定高铁运输服务质量和市场竞争力。为使高铁列车的开行方案与旅客的时变需求相吻合,在基于连续运输能力的高铁客流均衡分配获得区段时变断面需求的基础上,引入列车发车时间,提出基于区段列车生成和列车拼接组合的开行方案设计思路,解决大规模高铁网络列车开行方案的优化问题。首先,根据列车始发终到站需要配备动车段或存车线的特征,以配备相关设施的车站为界,将高铁网络分解为若干个互不重合的区段,并以区段为单位,提出吻合时变区间断面需求的区段开行方案生成方法和列车拼接组合策略。其次,针对网络化列车开行方案中需要满足的始发站发车能力约束、终到站终到能力约束、区间通过能力约束和列车总数约束,以高铁运营收入、高铁运营成本与旅客需求偏差的惩罚费用加权和为优化目标,构建基于时变区间断面需求的高速铁路列车开行方案优化模型,并通过4种列车调整策略和5种综合方案调整策略构造邻域解,设计模拟退火求解算法。最后,以京广高速铁路、沪汉蓉高速铁路以及郑西高速铁路为例验证模型和算法的有效性。结果表明,优化产生的列车开行方案与时变客流吻合程度高,同时也具有较高的运算效率和收敛性,适用于大规模高...     

高速铁路跨线旅客列车开行 方案优化研究

针对高速铁路跨线旅客列车开行方案展开优化研究。从旅客和铁路部门2个角度出发,以旅客出行总支出最小和铁路部门运营成本最小作为目标函数,以客流守恒定律、区间通过能力、上座率和客流需求作为约束条件,建立高速铁路跨线列车开行方案的多目标规划模型,设计该模型的遗传算法,利用MATLAB实现算法编程求解。考虑分担率变化对开行方案的影响,结合算例分别得到传统广义成本效用函数与高铁发展趋势下跨线列车开行方案的较优解,同时验证了模型和算法的有效性。     

高速铁路单列车动态定价与票额分配综合优化研究

收益问题是高速铁路市场化运营的关键。针对目前高速铁路票价单一、不能用来调节客流、提高收益以及票额自动预分不能满足需求波动的问题,基于收益管理理论,结合高速铁路运输组织的特点,以收益最大化为目标,构建了不确定需求的动态定价与票额分配综合优化模型,并针对需求的随机性,运用稳健优化方法对模型进行求解。通过算例对模型和算法进行验证,并与单一全价票下的票额分配方案对比,结果表明本文提出的模型能够根据不同购票时段需求特点进行动态定价来提高高速铁路收益,并且能适应需求的波动,从而避免由于实际需求波动较大使票额分配方案不能满足实际需求而带来的大量票额调整工作,为高速铁路动态定价和票额分配提供了优化方法。     

高铁快运物流运输组织优化研究

高铁快运物流业务是中国国家铁路集团有限公司利用高速铁路运力资源开发的现代物流运输产品,是新的铁路货运业务利润增长点。目前,我国高铁快运物流迅速发展,但在运输组织方面仍存在问题,影响高铁快运货物的输送效率。从列车载运空间、车站货运设施、作业流程规范、运输组织协调和内外部信息集成5个方面入手,分析高铁快运物流运输组织存在问题。基于时效性与安全性2大优化原则,结合现场作业的常见问题,在提高列车载运能力、改造车站货运设施、优化装卸作业流程、加强部门内部协调和提高信息集成水平等方面提出相应的优化对策,以优化高铁快运物流运输组织。     

考虑互联互通的城市轨道交通网络列车开行方案优化

为顺应城市轨道交通网络列车跨线运营的运输组织发展趋势,从乘客和企业两方面,提出一种互联互通条件下城市轨道交通网络列车开行方案优化模型。模型以网络列车跨线交路组合方案和发车频率为决策变量,考虑线路通过能力、运用车数量、断面运能等约束,以乘客出行成本和企业运营成本的系统成本最小化为目标。针对模型变量多的特点,设计考虑理性乘客客流分配方法的改进邻域搜索算法进行求解。以包含4条线路的某城市地铁网络进行案例分析,研究跨线运营下的最优开行方案,并与分线运营予以比较,验证优化模型的可行性和算法的有效性。研究结果表明：1)改进的邻域搜索算法求解时间较短,且收敛解质量较稳定;2)与分线运营相比,互联互通下,全网系统成本降低了接近4.0%,全网换乘客流量降低了4.8%,同时开行跨线列车能有效降低企业运营成本,最多可降低40%;3)开行跨线列车提高了乘客的直通性,乘客直达路径数量提高了6.4%,多次换乘的行为大幅减少;4)为保证跨线运营的服务水平,应合理设置跨线交路数量。采用本模型时应充分考虑全网实际客流特点和乘客时间价值,当全网小时进站量大于97 314人次且换乘系数大于1.45时,跨线运营比分线运营更具...     

法国高速铁路快运发展研究及启示

为促进我国高速铁路快运业务发展,概述法国高速铁路快运发展现状,从企业间合作模式、运输组织、发展进程等方面阐述TGV邮政专列和泛欧高速铁路快运专列的发展经验,得出运量不足、路网使用费高、快运列车采购及维修成本高是造成TGV邮政专列停运和泛欧高速铁路快运专列推迟正式运营的主要原因,启示我国高速铁路快运业务的健康运营发展应重点关注运量充足、运价合理、合作模式等方面,为我国高速铁路快运业务发展提供了参考。     

基于票额分配的高速铁路动态定价分治优化方法

研究基于票额分配的高速铁路多列车多OD的动态定价问题。以多列车的总收益最大为目标函数,建立多列车多OD的动态定价和票额分配联合优化模型,并在约束条件中充分考虑实际运营的需要。设计了将模型分解为双层规划的分治优化方法,通过票额分配与动态票价的分治优化,有效降低该类大规模问题的求解难度,并提高了求解效率。最后用20列车350个乘车OD的大型算例对模型和方法进行验证,为高速铁路动态定价的实际应用提供支持与参考。     

基于时空网络的城际高速铁路列车开行方案优化方法

列车开行方案是有效利用铁路运输能力和提升服务质量的关键组织手段。基于城际铁路客流的时变特性,将时空网络方法引入城际列车开行方案决策,增加考虑客流出行时间信息,从而能更加全面评价所得方案。在构造开行方案时空网络图的基础上,以最小化包括列车运行成本、旅客旅行时间、旅客出发偏差时间和未上车惩罚和列车数量等的总成本为目标,考虑时空网络客流及列车流守恒、发车时间间隔和列车能力等约束,建立基于时空网络的城际高速铁路列车开行方案优化模型,并设计双层模拟退火算法进行求解,其中内层算法优化列车停站方案,外层算法优化列车起讫点、开行数量和始发时间。算例计算分析表明,所提方法能为城际铁路列车开行方案决策提供科学依据。     

考虑多交路多编组的城市轨道线路列车交路计划优化

城市轨道交通线路列车交路设计问题在于确定线路在给定时段运营的交路条数,以及各交路的折返站、列车编组和开行频率。根据线路折返站布置,生成备选交路集并构建服务网络,使用最优策略对服务网络进行客流分配,描述乘客对不同交路列车的选择行为。考虑线路运营组织及能力限制约束,以运营企业成本与乘客等待时间成本最小为目标,建立混合整数非线性规划模型,在备选集中挑选交路,并确定各交路的列车编组及开行频率。将模型线性化,并提出服务网络简化方法,缩减模型规模,提高求解速度。以某规划线路为例验证所提出方法的有效性,并对列车交路数量与列车编组类型进行灵敏度分析。     

基于分时客运需求的客运专线列车运行图优化

针对客运专线运输组织特点,建立客运专线列车运行图优化模型,模型在考虑列车总旅行时间与运行图均衡性目标的同时,增加区间服务频率偏差目标,以体现不同时间段客运需求的差别。在此基础上,提出基于循环布线的列车运行图模拟退火优化方法,得到分步循环优化各列车运行线布置的理想方案,生成具有一定满意度的初始列车运行图,再利用模拟退火算法实现运行图的全局优化。算列分析结果表明:该方法可以快速有效地实现客运专线列车运行图的优化,解决了不同时间段列车服务频率与客运需求不相匹配的问题。     

城市轨道交通跨线列车开行方案优化研究

在城市轨道交通线网规模迅速扩张和客流需求快速增长的背景下,针对现有的单线运营模式导致的乘客换乘次数多、系统资源共享程度不高等问题,研究跨线列车开行方案优化以弥补上述不足。根据设施设备跨线运营基本条件、列车跨线次数和跨线客流需求生成跨线交路备选集,以备选跨线交路和本线交路的发车频率为决策变量,考虑线路通过能力、列车满载率和区间交路数量上限约束,以乘客换乘次数最少和出行时间最短为原则,对各OD乘客组进行客流分配,建立线网层面的跨线列车开行方案优化模型,最小化列车运行成本和乘客出行成本。应用模拟退火算法求解模型。南宁地铁线网的案例分析结果表明,相比于单线运营模式,跨线运营模式可使总成本降低6.18%,其中乘客时间成本降低7.33%,乘客换乘次数减少13.79%,可实现成本节约,提升线网服务质量和乘客出行效率的目标。     

基于备选集的高速铁路列车开行方案优化方法研究

高速铁路成网后列车开行方案的编制面临新需求,不仅要紧密联系既有线运输,而且必须适应大规模全网优化的需要。本文提出基于"备选集"的高速铁路列车开行方案优化方法,列车开行方案的编制分两阶段实现,使其具有很强的可操作性并符合实际应用特点:首先根据一定原则生成备选集,得到最有可能开行列车的集合作为列车开行方案优化的解空间;其次结合多商品流问题,建立基于备选集生成列车开行方案的混合整数规划模型,求解列车开行方案的同时获得所有客流的列车分配结果,并根据模型结构特点设计拉格朗日松弛启发算法。对京沪高速铁路及相关路网进行模拟应用,取得较好效果。     

铁路行包运输方案编制模型研究

铁路行包运输网络构成的特殊性以及铁路行包运输组织的特定要求,使得当前市场环境下铁路行包运输方案的编制问题日益复杂.针对铁路行包运输的特点,从全局优化角度出发,提出铁路行包运输方案的混合优化编制方法,建立以利润最大为目标的铁路行包运输方案的线性规划模型.模型充分考虑了不同时效要求的行包运输需求,以及在列车运输能力和车站作业能力不足的情况下,列车运输能力在各车站之间和各类需求之间的平衡分配.以中铁快运行包运输网络及实际运营数据进行实例验证,计算结果表明模型较为有效.     

基于动车组接续的高速铁路列车停站方案设计研究

对于高速铁路列车停站方案的优化问题,在满足各个车站客流需求的条件下,在开行列车数量一定时,以完成当日运行任务所需动车组数量最少和旅客旅行时间最短为目标,构建列车停站方案设计的混合规划模型,并采用设计的人工蜂群算法求解.基于哈大高铁的相关数据设计列车停站方案,并对其进行优化.相比于初始解,优化后的列车停站次数减少10.9％,越行时间增加1 h,动车组数量减少30.4％,实例证明,所建模型和设计的求解算法对优化停站方案和减少动车组数量均是有效、正确的.提出的新的考虑动车组数量的高速列车停站方案设计优化方法,可为铁路运营决策者编制高速列车开行方案提供有价值的决策支持.