基于DEA-CCR模型的列车运行线效率计算方法研究

列车运行线作为构成列车运行图的基本单元,其效率反映列车运行图编制质量.定义列车运行线效率为其反馈技术指标与占用运输资源的赋权比,给出各影响因素的计算方法;针对其相对性特点,基于DEA-CCR模型构建全图列车运行线效率计算模型并求解.以成遂线石板滩—新桥线路所列车运行图进行实例验证,结果表明,所提方法能够客观计算列车运行线效率,算例中动车组列车运行线效率均值为0.961 1,高于普速列车均值0.909 5;全图上行方向列车运行线效率均值为0.944 2,高于下行方向均值0.933 7,说明列车运行线效率与铺画优先级及始发时刻可调整度有关,并提出了改善列车运行线效率的途径.     

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。     

基于区域协同的高速铁路客运组织创新模式研究

目前,我国高速铁路沿用普速铁路以长途直达为主的旅客运输组织模式,导致区域客流需求不能满足、列车运行图结构变动频繁、线路通过能力利用率低、列车运行干扰概率大、动车组运用效率低等问题,鉴于此,本文提出了高速铁路应以中短途客运为主、普速铁路以长途客运和货运为主的分工模式。并基于此,提出区域内客流直达为主,跨区域客流换乘为主的高速铁路旅客运输组织模式,建立了先编制区域干线规格化满能力列车运行图,后通过选线方式编制跨区域列车运行线的列车运行图编制思路。最后从旅客流线、换乘设施、列车运行线衔接、调度指挥、票务管理等方面分析了基于区域协同的高速铁路客运组织保障措施。     

高速铁路列车停站方案优化研究

考虑高速铁路客流需求及技术条件,在列车数量和区间一定的情况下,以列车运行线铺画在运行图上占用的时间最少为目标,建立高速铁路列车停站方案的0-1规划非线性离散数学模型。根据模型的特点,采用lingo中内置的全局优化算法进行求解,并用2016年京沪高速铁路徐州—蚌埠南段高峰小时10:00～12:00的数据进行实例验证。对比分析优化后的停站方案与原停站方案,结果表明,优化后的停站方案占用列车运行图的时间减少19min,能力利用率提高15.8%,总停站时间减少,列车的空费三角区减小。停站方案优化模型对能力利用影响的定量分析可以为停站方案的编制及优化提供一定的参考。     

动车组转线折返作业时间计算方法研究

准确的动车组转线折返作业时间标准可以为运行图编制提供参数基础,有利于提高运行图编制作业效率。本文将动车组转线折返作业分为站后渡线折返和折返线折返两种方式,对其作业流程进行了探讨,通过图解法分析了折返作业过程中旅客上下车、列车转线作业、保洁作业、吸污上水作业、司机换乘作业等单项作业的具体时间,直观地得出整体作业流程和各项作业之间的先后关系,并在此基础上提出转线折返作业时间的计算方法。最后,以武广高速铁路为例对动车组转线折返作业时间标准进行了计算并对转线折返作业时间的缩减提出相应的优化方案。     

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。     

跨线运营模式下地铁列车运行图调整优化方法

地铁列车跨线运营模式使列车运行调整工作更为复杂精细。为应对因故障导致的线路区间通过能力下降，采用小交路折返、暂停运行、上线运行、取消跨线和恢复跨线这5种策略对列车运行图进行调整。考虑运行安全、配线占用、车底接续和乘客出行等约束，构建以乘客出行时间和列车延误最小化为目标的列车运行图调整优化模型，结合非支配遗传算法Ⅱ和跨线运营列车时刻推算算法对模型进行求解，并通过案例验证模型与算法的有效性。案例研究结果表明：与完全保留原跨线运营计划和转为独立运营模式的两种调整方案相比，本文提出的方法在多个场景下使乘客出行时间和列车运行延误分别平均减少了3.86%和21.07%；采用作业冗余时间较长的过轨方式可提高列车运行调整的抗风险能力，乘客平均换乘等待时间和列车平均延误分别进一步降低了4.06%和3.77%。     

基于两阶段算法的运行图与天窗协同优化

列车运行图铺画与天窗设置存在相互影响，相互制约的耦合关系，为了达到优化列车运行图结构，合理配置铁路运力资源的目的，在分析天窗与列车运行动态影响关系的基础上，以天窗设置对列车运行线铺画影响最小为目标，建立了列车运行图与天窗协同优化的混合整数规划模型. 考虑问题复杂性,设计了包含初步优化和综合优化的两阶段求解算法. 初步优化阶段采用基于专家经验的启发式算法得到列车运行图的大体框架，综合优化阶段利用禁忌搜索算法获取全局最优解. 最后以宝成线（阳平关—成都）为例进行有效性验算. 结果表明，相较于人机交互编制所得运行图，优化得出的运行图中所有客货列车在途经车站的总停留时间降低了6.19%，共减少1 355 min，其中旅客列车和货物列车在站停留时间分别降低了3.08%和7.40%，减少总时间分别为189 min和1 166 min.      

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.     

基于拉格朗日松弛的高速铁路列车运行图新增运行线局部调整模型

给定新增列车理想始发时刻及初始利润,考虑始发时刻调整及全程停时延长造成的罚数,基于时空网络构建以全图运行线总利润最大为目标的整数规划模型,进行拉格朗日松弛,根据松弛解对偶信息设计启发式算法求解各运行线可行解,并通过更新拉格朗日乘子进行迭代优化.以京沪高铁为例进行了验证,结果表明：在算例条件下,相较以理想始发时刻推线求解,该方法能够多增铺6条运行线;随着始发时刻可调整度由10min增加至60min,CPLEX的求解时间快速增长,而拉格朗日松弛启发式算法能快速求得高质量的解,除始发时刻可调整度10min情景,求解效率均高于CPLEX;延长始发时刻可调整度至4h,最多增铺18条运行线,说明现有框架下京沪高铁能力已接近饱和.     

日常动态货物列车开行方案优化研究

为使铁路行车组织符合日常货流动态变化，本文提出编制日常动态货物列车开行方案，以确定货物列车开行的始发终到站、开行数量、编组内容和开行时段.基于编组计划、运行图等基本运输计划构建列车时空网络，以车流走行费用，列车运营费用，车流延误费用之和最小为目标；考虑车流径路唯一，节点流量平衡，列车开行数量，车流中转时间等约束，构建整数规划模型.为提升算法的求解效率，增加解的个体数目实现算法的并行性，引入多邻域移动准则，设计改进的模拟退火算法进行求解.以蒙华铁路实际数据进行案例分析，结果证明了本文模型和算法的有效性.     

考虑客流空间分布的地铁列车节能时刻表优化方法

客流变化引起的列车质量变化是影响地铁列车能耗与节能运行的重要因素之一. 本文考虑地铁线路客流空间分布差异，研究耗散型再生制动能利用方式下的列车节能时刻表优化方法. 结合各区间载荷差异和列车运动方程，建立以净能耗最小为目标的时刻表优化模型，通过适度优化计划停站时间、区间运行时间和折返时间协同多列车牵引、巡航、惰行和制动过程的时空分布，设计二分法和粒子群算法对模型求解. 以北京地铁某线路进行实例研究，结果表明，优化模型能有效协同多列车的节能运行，考虑客流空间分布差异比假定列车载荷为常数能进一步提升节能效果.     

日常动态货物列车开行方案优化研究

为使铁路行车组织符合日常货流动态变化,本文提出编制日常动态货物列车开行方案,以确定货物列车开行的始发终到站、开行数量、编组内容和开行时段.基于编组计划、运行图等基本运输计划构建列车时空网络,以车流走行费用,列车运营费用,车流延误费用之和最小为目标;考虑车流径路唯一,节点流量平衡,列车开行数量,车流中转时间等约束,构建整数规划模型.为提升算法的求解效率,增加解的个体数目实现算法的并行性,引入多邻域移动准则,设计改进的模拟退火算法进行求解.以蒙华铁路实际数据进行案例分析,结果证明了本文模型和算法的有效性.     

考虑列位合理占用的动车所调车作业计划编制优化

合理编制动车组调车作业计划可提高动车所的作业效率和检修能力,在动车所各功能区域和股道布置确定的前提下,分析动车组编组状态及股道列位占用对调车作业的影响.?以减少调车作业过程中股道占用次数为目标,以动车组作业时间、调车作业次序和股道类型为约束,建立考虑股道列位占用的动车所调车作业计划编制优化模型,设计基于调车作业可行路径...     

一种实时抗干扰的列车节能-晚点恢复模型

列车占用、出清线路设备的时间受外部因素影响后会发生晚点现象.国内外普遍采用调整运行方案或运行曲线,即宏观或微观方法处理列车晚点问题.本文对列车晚点问题的研究现状做了详细分析,然后使用区间锁闭时间模型预测晚点增加与传播的范围,设计了一种实时抗干扰的列车节能-晚点恢复模型,使用微观方法避让受干扰区段,同时降低列车牵引能耗并缓解晚点现象.通过广铁集团CTC实时车次信息与相应区间参数制作的晚点场景,模型降低能耗与处理晚点的能力得到了验证.模拟计算表明：可降速的子区间越多,列车可避让的晚点时长越长;晚点较大时,则应使用更多数据或转化为宏观问题来解决.     

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。     

公交化城际列车时刻表优化

为了优化公交化城际列车的运营时刻表,获得最大社会效益,将时刻表的优化问题分解为确定列车首发时间、列车发车间隔时间以及列车每日开行趟次3个相互关联的子问题,并以旅客出行费用和铁路企业运营成本费用的加权和最小化为目标函数,建立公交化城际列车时刻表优化模型。优化结果表明,在总费用最小时,线路的最优开行趟次为30,可得到公交化城际列车的运营时刻表,所得到的结果与通过实际分析得到的最优结果完全一致,且比单纯考虑旅客费用或企业运营费用时的结果更合理,使得城际列车时刻表的制定更加科学化,并符合社会效益最大化的要求。     

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.