基于最小到达间隔的高铁车站进路分配问题研究

在给定站型布局、列车停站方案的前提下,考虑列车密集到发时受前后列车停靠股道组合影响的到达追踪间隔,以及咽喉区进路与到发线的整体性,以单方向追踪列车到达间隔时间总和最小为优化目标,构建了高铁车站列车进路分配模型。模型采用Lingo全局求解器求解,通过算例验证了模型的有效性。结果表明:所求进路分配方案中,正线及接近正线的股道占用频次较高,进路冲突得到疏解,能够实现到达间隔总和最小;停站方案对到达间隔具有影响,当列车密集到发,供停站、不停站通过列车占用的股道数目不足3条时,受到发线安全使用间隔约束,列车到达间隔显著增大。     

高速铁路列车运行冲突判定及其实现

为了提高高速铁路行车调度水平,保障行车安全,研究了车站间隔时间冲突、区间冲突、到发线运用冲突、行车作业与维修作业冲突、列车运行与旅客换乘时间冲突、动车组接续时间冲突和跨线列车跨线时间冲突7类冲突的判定方法.根据高速铁路列车运行冲突的判定依据,运用时间拓扑矩阵理论,建立了事件时间片时态关系的计算准则,实现了列车事件的时间逻辑判断.将高速铁路列车运行冲突判定分为到发线运用冲突判定和其他类型冲突判定,提出了冲突判定的思路和步骤.应用实例表明:利用上述列车运行冲突判定规则和时间拓扑矩阵模型的组合,能够实现各类列车运行冲突的实时判断,满足高速铁路行车指挥的需要.      

基于TCPN的铁路客运站作业组合仿真模型

为解决现有铁路车站作业系统仿真模型建模过程复杂、适用范围有限、效率不高等问题,根据站场布置图,用进路冲突图描述车站列车进路及进路关系,并在此基础上建立了适用于不同站场布置图的赋时有色Petri网(timed colored Petri net, TCPN)仿真模型.车站作业过程仿真结果表明: TCPN仿真模型性能与结构稳定,适用于包括高速铁路在内的任意铁路客运站站型图的作业过程仿真及优化;冲突图模型与现实车站系统相似程度高,对车站布置图的描述精度与施工图精度相同,最高可达毫米级;与传统铁路车站仿真软件手工建模过程相比,冲突图模型建模效率高,建模过程耗时小于1 s;仿真过程咽喉进路最高负荷为70%,到发线最高负荷为35%,列车到达正点率100%,出发正点率91%.      

基于双层模型的高速铁路车站能力计算与评估

铁路系统中固定设备与活动设备的各种相互作用的效果最终都体现在时间维度。本文根据高速铁路客流特征规律及车站基础设施的拓扑结构,从服务旅客市场需求的角度出发,定义时段内车站的列车服务-需求意向集合？（t@s-train service-demand intention set,t@s-TSDIS）,又以集合？中列车元素完成运行所需基础设施占用时间为度量标准,提出总体层-局部层的双层模型体系与算法流程表,并计算和评估高速铁路车站能力。在总体层列车占用车站股道时序已知的条件下,构造了资源树冲突图（RTCG）及两个算法（algorithm1与algorithm2）和进行了局部层冲突检验与进路选择优化。优化的目标是完成时段内集合？中列车元素对基础设施占用时间最小。实例应用于某高速铁路车站ψ,验证了模型体系与算法流程的有效性。     

高速铁路车站咽喉区与到发线综合运用优化

研究接发列车的到发线分配和咽喉区进路选择问题,在满足到发线使用规则的条 件下,以作业计划稳定性强和接发车进路条件优为目标,构建到发线与车站咽喉区运用多目 标优化模型.采用改进的带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II)对模型进行求解,算法 能有效保存优秀个体和降低计算复杂度.最后以某高速铁路车站为例,采用Matlab 编程得到 模型的Pareto 最优解集,从解集中选择1 个解,将其结果与原始到发线方案进行对比,结果表 明,采用该模型和算法能有效改进车站咽喉区与到发线的综合运用方案.     

客运专线车站到发线运用多目标优化模型

为给客运专线车站接发的列车合理安排到发线,构建了客运专线车站到发线运用多目标优化模型.优化目标为列车站内走行时间之和最小及到发线使用最均衡;约束条件主要有到发线作业间隔时间约束、进路冲突约束.基于目标协调优化思想,提出了该多目标优化模型的求解方法.以济南西站为例,对7：00：00～13：00：00时段的到发线运用方案进行求解.结果表明,所求优化方案与图定方案相比,下行、上行列车的站内走行时间之和分别减少7.37%、1.88%;对于各到发线占用时间与到发线平均占用时间之差的平方和,下行、上行列车分别减少62.93%、74.75%.模型能准确地描述列车占用各条到发线的不同,适用于求解客运专线运行图编制阶段的到发线运用问题.     

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。     

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。     

高铁站列车和调车作业计划一体化编制方法

复杂高铁站作业计划的编制质量是影响整个路网运输能效发挥的重要因素,为快速编制高质量车站作业计划,分析了各类列车在车站列车和调车作业,构建列车作业链,并描述车站作业计划优化问题的本质,结合车站布局和轨道电路分布,构建基于微观层面的车站作业计划优化模型;针对实际问题变量巨大,约束条件复杂的特点,将模型转换为对偶形式,在不需要初始解的情况下,通过拉格朗日松弛算法求解,并通过基于对称性破缺规则的分支定界法快速对松弛问题的解可行化,获得可行车站作业计划。以北京南站为例测试模型和算法,计算时间不超过 20 min,对偶间隙不超过10%,计算结果无冲突,表明该方法能够实现复杂高铁站高质量列车作业计划的快速求解,具有实际应用意义。     

列车到发分布对高速铁路车站到发线通过能力利用的影响分析

高速铁路列车不同到发分布影响车站到发线的运用方案,进而影响到发线通过能力的利用。基于高速铁路车站列车实际到发情况,从列车间隔时间和高峰时段特征两个维度系统地分析了列车到发分布及其对到发线通过能力的影响,并在此基础上构建了用以量化列车到发分布对通过能力影响的评估模型。最后,基于列车实际到发分布情况,设计了列车到发分布对通过能力影响的仿真实验。仿真结果表明:间隔时间缩短和高峰时段列车到发频率增强将增加列车对到发线数量的需求,而高峰持续时间对列车占用到发线数量的影响较小,高峰时段出现时间对车站到发线通过能力的影响与高峰前后的列车到发密集程度有关。     

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。     

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在铁路当前的运输组织模式下,编组站阶段计划鲁棒性和列车到达计划兑现率的矛盾十分突出. 为提高阶段计划的鲁棒性,本文运用随机规划方法,研究列车实际到达时刻随机条件下（相对于计划到达时刻）的阶段计划优化编制问题. 以最大化阶段计划在列车到达时刻随机扰动下保持最优的概率为目标,建立阶段计划随机相关机会规划模型. 并设计了随机模拟、禁忌搜索算法相结合的混合智能算法对模型进行求解. 算例结果表明,本文构建的模型能取得鲁棒性较高的阶段计划,能为阶段计划计算机编制提供辅助决策支持.     

编组站静态配流的约束传播和启发式回溯算法

为了提高阶段计划的编制效率,针对编组站静态配流字典序多目标累积调度模型,设计了迭代、约束传播和启发式回溯的混合算法.该算法根据多目标的字典序将模型分为3层:第1层为配流成功的出发列车优先级总和最大化,第2层为出发列车车流来源总数最少化,第3层为车辆平均停留时间最短化.每层先通过约束传播算法化简模型、缩小解空间,再通过启发式回溯算法和约束传播技术联合快速求解.上一层的最优解作为下一层的初始解,并动态增加避免上一层目标退化的约束,迭代求解每层的最优解.通过某编组站实际数据验证表明,本算法耗时小于20 s,满足现场对阶段计划编制的实时性要求,且求得的配流方案优于其他算法.      

基于多叉树的延误高速列车运行优化调整方法

高速列车高密度的运行模式,使列车运行对延误的敏感度非常高.因此,延误高速列车运行调整成为一个重要的研究问题.本文基于高速铁路列车运行特点,建立了高速铁路列车运行关系模型.在此基础上随机添加列车延误,设计区间加速、按图行车、减少停站时间、减少越行、增加越行、按最小间隔时间顺延及按延误时间运行等 7种列车运行调整方法.以各列车在各车站的总延误时间最小为优化目标,建立延误高速列车运行优化调整模型,并设计了基于分阶段多叉树的延误高速列车运行优化调整算法以实现延误后列车运行的调整,从而得到最优调整方案及列车在各车站的延误总时间.最后以京沪高速铁路实际运行图作为案例进行计算分析,证明该模型和算法的有效性和可行性.     

基于分区优化的高铁车站通过能力提高方法

车站通过能力是铁路能力的一个关键制约点，本文通过降低咽喉长度对车站作业间隔时间的影响，扩大高铁车站通过能力. 分析车站分区的划分原则及方法，研究车站进路关系模型及作业间隔时间的计算方法. 以通过列车数量最大化为目标，考虑车站作业间隔时间，不同作业类型列车比例等约束条件，建立基于分区划分的车站通过能力优化模型及算法. 案例分析表明，不同作业类型列车比例及组合方式对能力的影响较大，分区划分车站咽喉区可有效减少列车作业间隔时间，提高车站通过能力.     

基于蚁群算法的动车组周转计划研究

通过对高速铁路动车组运用现状进行分析,建立了高速铁路动车组在不固定区段使用条件下周转优化的指派模型,并提出了解决该组合优化问题的蚁群算法,以及动车组使用数量的公式.最后以武广客专为算例,计算出动车组优化运用方案,并铺画了一个车站相关的动车组周转图.通过验证,本文模型和算法具有可行性.     

基于客流需求的城际列车时刻表模型改进研究

列车时刻表的编制是铁路旅客运输组织的关键问题,如何优化时刻表,最大限度缩短旅客的旅行时间,具有重要的理论和现实意义.然而,既有基于客流需求的时刻表优化模型大多数假设列车顺序固定或不允许列车间任意越行,离实际尚有一定差距.针对这一问题,本文以最小化旅客在站等待时间和在车旅行时间的线性加权为优化目标,综合考虑列车停站、区间运行、安全间隔、列车容纳能力等约束,在定序无越行和定序有限越行模型的基础上,构建了更一般的非定序任意越行混合整数二次规划模型,并利用ILOG CPLEX分别进行求解.最后,以某城际高铁为例进行案例研究.结果表明,本文所提的非定序任意越行模型求解质量最好,且能有效减少旅客全程旅行时间,具有可行性.     

列车编组计划和技术站布局的综合优化

列车编组计划与技术站布局问题是铁路运输组织工作中重要而复杂的问题.针对两者的相关性,通过技术站改编能力约束,将列车编组计划问题与技术站布局问题组合并进行综合协调优化.以技术站车辆集结消耗和改编消耗整体最小为目标,构建综合优化0-1规划模型,利用禁忌搜索的两阶段算法求解,并给出算例说明模型与算法的有效性.算例结果表明,优化方案有利于路网上有调作业向作业能力大的技术站集中,为开行直达列车、提高直达列车开行比重创造条件.     

高速铁路列车运行图结构优化研究

为提高高速铁路列车运行图的通过能力,通过紧凑铺画列车运行图,合理安排列车运行线顺序,优化了列车运行图结构;将列车运行图结构优化问题转化为旅行商问题,以巡回路径总费用最小化为目标建立0-1整数规划模型,并利用遗传算法求解。用2015年京沪高速铁路数据进行实例验证,求得列车运行图结构的优化方案。计算结果表明:原方案开行39列列车最少需628min,优化方案的开行时间比原方案的开行时间减少了133min,约21.2%,能更好地满足客流高峰时段或突发性客流激增时需尽快密集发车的要求。