客货共运下机场线列车运行计划与货运分配方案协同优化

机场线具备利用富余能力开展城市货运服务的潜力。针对机场线客货共运问题，基于客货共载和货运专列两种货物运输形式，以考虑仓储、装卸及列车运行成本的货运净收益最大为目标，构建列车运行计划与货运分配方案协同优化模型，综合决策货运专列的编组停站方案、时刻表和货单分配。为快速求解模型，设计一维搜索算法对货运专列开行数量进行寻优。通过允许货运专列编组为0，保证搜索过程目标值单调递增，并利用Gurobi求解给定货运专列开行数量下的子问题。基于某市机场线案例结果表明，在不影响客运服务前提下，本文方法选择性满足货运需求，增加运营收益。相较于站站停模式，优化列车停站方案可增加5.2%的净收益；相较于固定编组模式，灵活编组在不同货运量和时效要求下可增加5%~35%的净收益，且时效要求较高时，灵活编组优势较为明显。     

面向时变需求的高速铁路列车开行方案优化方法

为了使高铁列车开行方案与旅客时变需求相吻合,引入列车运行方案图,使列 车开行方案优化中既能利用列车运行的时间信息,又能避免结合列车运行图综合优化的 大规模计算.借助于基于时刻表的高铁客流分配方法,在区间通过能力、车站始发能力、列 车载客能力等多种约束下,以列车运行时间与旅客出行时间加权和为优化目标,构建了 时变需求下高铁列车开行方案优化的Stackelberg 博弈模型.利用降低编组、删除列车、添 加列车、拼接列车、提高编组和调整列车始发时间等邻域搜索策略,设计了求解模型的模 拟退火算法.最后,针对京沪高速铁路进行算例分析,优化产生的列车开行方案具有良好 的评价指标,特别是旅客上车时间与计划出发时间的偏差较小,具有较高的运算效率和 收敛性.     

考虑定制化列车的运行图与能力协同优化方法

基于调查数据建立旅客在不同时间段的乘车概率函数,分析旅客对定制化列车的开行时间及坐席类型等具体需求。考虑需求、停站、运行时间等约束条件建立定制化列车开行备选集,整合可行的定制化列车开行方案。建立加开定制化列车情况下,同时满足企业收益最大化和剩余可用能力最大化的双层协同优化模型。构建优化算法进行模型求解,得到基于定制化列车,且同时考虑既有列车调整成本和能力使用情况的运行图。最后,以内蒙古自治区呼和浩特-乌海线路为例进行分析,结果表明,既有列车的单位调整成本会影响定制化列车的开行,定制化列车的开行对运行图的整体结构和剩余可用能力也均有影响。     

基于不确定旅客需求的高速铁路鲁棒列车开行方案研究

针对现实中旅客需求的不确定性，将旅客需求划分为必须满足的确定性旅客需求和可适当满足的波动性旅客需求，以极小化铁路运营公司总运营成本为目标，利用轻鲁棒技术，构建不确定旅客需求下高速铁路鲁棒列车开行方案优化模型。本文所提出的优化模型无需事先给出线路备选集，只需提前输入铁路走廊相关参数和旅客需求分布，即可得到旅客需求驱动的列车开行方案，避免了备选集合设置不合理对列车开行方案质量的影响。另外，通过引入线性化技术将模 型转化为整数线性规划模型，利用MATLAB平台调用GUROBI进行求解。最后，将模型应用到武汉-广州高速铁路走廊上，验证了其有效性。结果表明，优化后的方案能更好地处理旅客出行需求的不确定性，为编制高速铁路鲁棒列车开行方案提供一定的理论依据。     

武广客运专线动车组运用优化模型及求解思路

动车组运用是客运专线运营的重要内容,通过动车组的运用优化可以有效的提高动车组运用效率以及客运专线运营效率。在给定列车运行图条件下,动车组所属权、检修规程、运用方式和作业时间标准是影响其运用计划编制的重要内容。针对武广客运专线,在分析武广客运专线动车组的修程修制和运用方式的基础上,结合给定的列车开行方案,以完成列车运行图任务所需动车组数量最少和动车组运用率均衡为目标,建立了考虑日常检修和一级检修的武广客运专线动车组运用优化模型,并给出了该优化模型的求解思路。作者首先将该模型简化为单目标规划问题,然后将其转化为动车组运用的TSP网络模型,该模型可以用蚁群算法进行求解。     

基于备选集的临客列车开行方案优化选择研究

以春运为代表的客流高峰期是铁路最为繁忙、紧张的运输时期,临客列车是铁路部门应对高峰期客流的重要举措。为充分发挥临客列车的运输效率,实现临客列车运输供给与运输需求的合理匹配,本文提出基于"备选集"思想的临客列车开行方案优化选择模型。模型以可供临客列车使用的区间能力、车站能力、车底数量等运输资源以及客流运输需求、最小客座利用率等为约束条件,以临客列车开行方案所服务的旅客人数为目标,设计相应遗传算法,从备选集中合理选择临客列车开行种类及数量。通过算例分析表明,该优化选择模型及算法,较好地实现了临客列车运输资源的合理利用、运输供给与运输需求的合理匹配,为临客列车开行方案的优化提供决策支持。     

基于双层规划的市郊轨道交通多交路快慢车开行方案优化研究

由于市郊客流在时空分布上存在不均衡的特点,单一交路、站站停列车不能很好地满足客流需求,因此根据市郊客流特点研究不同停站方案(如快慢车)、开行区段(如大小区段) 组合的列车开行方案具有重要意义.本文在分析乘客出行广义费用的基础上,充分考虑列车开行方案与乘客选择之间的主从博弈关系,建立了市郊线路多交路快慢车开行方案的双层规划模型,并设计了遗传-模拟退火优化算法进行求解.在算例研究中,针对某一具体市郊线路,对结合大小交路、快慢车的列车开行方案进行优化,求解得出相对于传统的单一交路、站站停开行模式,多交路快慢车结合的开行方案使乘客的总旅行时间和企业运营成本分别降低了2.25%和9.25%,验证了本文模型和算法的实用性.     

考虑车底运用的城轨货运专列运行图与载货方案协同优化

城市轨道交通线路平峰时段客流需求相对较小、发车间隔较大，利用其富余的运输能力开展货运服务可以有效提高线路能力利用率与经济效益。本文在不调整客运列车运行图的前提下，同时采用客货共载与货运专列两种形式运输货物，研究考虑车底运用的双方向列车运行图与货物运输方案协同优化问题。以货运专列编组停站方案、时刻表、车底周转计划、货物运输方案和车站所需货物仓储容量为决策变量，考虑列车运行安全、车底周转、货物运输时效等约束，构建以提高货运净收益为目标的优化模型。通过线性化方法将原模型转化为混合整数线性规划模型，利用Gurobi软件进行求解。案例分析表明，相较于先优化列车运行计划和货物运输方案再优化车底周转计划的分步优化模型，本文方法可减少上线车底运营数3列，降低约23.6%的列车运营成本，使货运净收益提高10.3%。灵敏度分析表明，相较于客运列车，提高货运专列的货运空间和装卸载效率可以更有效地提高货运收益。     

城市轨道交通多编组列车开行方案优化研究

针对城市轨道交通全日客流时间分布不均衡下的列车开行方案优化问题,以 乘客等待时间和企业成本最小为优化目标,以运输供给、列车最小发车间隔、最大服务间 隔,以及列车数为约束条件,构建基于多编组模式下的多目标列车开行方案优化模型,并 设计两阶段求解算法.案例分析表明：与传统单一编组列车开行方案相比,基于多编组的 轨道交通列车开行方案使乘客等待时间和车公里数分别减少17%和27%,列车运行小时 增加20%;当客流不均衡系数大于1.48时,宜采用多编组运输组织方式.     

城市轨道交通快慢车开行方案双层规划模型

针对城市轨道交通客流时空分布不均衡特征和乘客长距离出行时效需求,并考虑乘客的换乘行为,提出基于双层规划模型的快慢车开行方案优化方法.上层模型以乘客出行时间和列车周转时间最小为目标,考虑快慢车开行比例、线路通过能力等主要约束,构建多交路条件下的快慢车开行方案优化模型;下层模型通过设计换乘网络刻画乘客换乘行为,构建快慢车方案下的客流分配模型.设计粒子群算法求解所建双层规划模型,以广州地铁14号线为案例,验证本文构建模型的有效性和适用性.     

基于旅客列车开行方案的客流分配方法研究

基于旅客列车开行方案的客流分配是评价列车开行方案编制质量的重要依据. 本文总结基于列车开行方案的客流分配特点,构建了基于列车开行方案的列车服务网. 通过分析旅客乘车选择行为,确定了网络阻抗的计算方法,配流过程中尽量减少短途客流对长途客流乘车选择的影响. 结合铁路旅客运输组织特点,建立了以旅客换乘次数限制、OD客流量限制、列车能力限制为约束条件的客流分配模型. 模型求解时,利用罚函数将多约束模型转化为标准的用户平衡模型,提出了能记录径路信息的基于F-W的改进算法. 案例验证了该方法的可行性和有效性.     

考虑线路输送能力利用的城市轨道交通列车开行方案优化方法

考虑线路输送能力利用的空间不均衡性,建立以线路输送能力利用率最大化、上线车组数和乘客出行费用最小化为目标,以交路形式、发车频率、列车编组为决策变量的多交路列车开行方案优化模型.设计线性加权法与遗传算法相结合的求解算法.结合算例,对比单一交路、嵌套交路和衔接交路最优开行方案下的列车运行效果及在不同客流特征下的适用性.结果表明,以输送能力利用率最大化为目标能够有效提升线路输送能力利用率及其空间均衡性,符合乘客和企业的共同利益;对于单峰型客流集中线路,保持最大客流断面位置及取值不变,当单峰内客流需求比例超过30%时,适宜开行多交路列车.     

基于Logit价格反应函数的城际铁路列车开行方案优化研究

以收益管理理论为基础,以Logit价格反应函数为桥梁,同时考虑城际铁路运输企业收益与城际旅客出行方便度,构建了一个能同时优化列车开行方案与每班列车各等级席位票价的双目标0-1混合整数优化模型。根据模型特点,将模型转化成一个易解的单目标非线性连续规划模型,降低了模型的求解难度。以渝万城际客专为例,通过比较基于Logit价格反应函数的列车开行方案与固定票价下的列车开行方案,计算分析得出前者不仅能大幅度提升城际铁路运输企业收益,还能更好地满足城际旅客出行需求。     

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。      

混合到达模式下市郊列车开行方案优化研究

针对市郊铁路服务长距离通勤客流的定位和客流到达分布不均的特征,提出在市郊铁路以公交化方式开行多种停站模式列车.将市郊客流按照到达分布的不同,分为均匀到达和非均匀到达两部分,使用混合分布刻画不同列车服务频率下的两类客流到站方式,并考虑停站多样化产生的企业附加成本,建立以乘客出行时间最少和企业运营成本最低为目标的市郊列车开行方案优化模型.结合市郊客流特点,分析列车开行方案与乘客选择间的动态影响关系,给出在市郊列车多停站、公交化运营时的混合客流分配方法;以该方法为迭代基础,设计了遗传求解算法.算例分析表明,与均匀到达模式相比,本模型给出的开行方案可有效降低出行时间和开行成本,具有更好的开行效益.     

潮汐客流下城市轨道交通时刻表与车底接续协同优化

针对城市轨道交通客流需求的潮汐现象，本文研究不成对运输组织模式下的列车时刻表和车底接续计划协同编制问题。以双车场轨道交通线路为对象，基于客流的时空分布不均衡特性，以总乘客等待时间费用、列车固定使用费用和列车接续走行费用最小化为目标，以列车始发时刻、车次接续关系、车底出入库情况为决策变量，考虑时刻表约束、车底流通约束以及客流平衡约束，构建城市轨道交通列车时刻表与车底接续协同优化的混合整数非线性规划模型，经线性化处理后利用Gurobi进行求解。以上海地铁某线路为例验证模型的有效性，结果表明：本文方案相较于分步求解方案、均衡发车方案以及成对开行方案，乘客和企业总费用分别降低了6.06%、10.45%和6.35%，列车运力分布与客流需求匹配性提高，主客流方向乘客等待时间减少，有助于同步提高企业运输效益和乘客服务水平。     

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.     

考虑开行比例的大小交路列车开行方案优化

分析了城市轨道交通的大小交路列车开行比例关系，划分了2种典型的大小交路列车开行比例; 基于跨交路乘客对直达列车的选择偏好与换乘行为，提出了2种开行比例模式下乘客的广义出行费用计算方法; 考虑共线区段列车运行间隔的匹配关系，计算了运营车底数量; 以乘客出行费用和企业运营费用最小化为目标，构建了适用于多编组的大小交路列车开行方案优化模型，并针对开行方案编制流程和模型特点，设计了开行时段优化算法和遗传算法对模型进行求解; 以上海地铁8号线为例，研究了全日列车开行时段划分及其最优开行方案; 考虑固定编组和多编组与大小交路的组合运营模式，分析了单一交路运营与组合运营模式下的最优方案及其运营指标; 研究了乘客选择偏好和时间价值对开行方案和小交路折返站的影响。研究结果表明:与单一交路运营模式相比，大小交路运营模式下的乘客候车时间成本增幅超过11%;固定列车编组条件下，开行比例1:1模式下的小交路长度比开行比例2:1模式下的小交路长4个区间; 多编组运营的早高峰系统总成本降幅超过1.87%，比固定编组运营更具优势; 乘客对直达列车的选择偏好对多编组开行方案的影响较固定编组更大，当选择偏好概率大于0.3时，多编组开行方案的小交路折返站位置向外围延伸; 当时间价值增至原来的1.8倍及以上时，固定编组的运营模式由大小交路变为单一交路。      

地铁快慢车运行计划综合优化模型

为了综合优化地铁快慢车运行计划, 建立了综合求解列车开行方案、停站方案和时刻表的优化模型; 分析了地铁列车停站、区间运行、快慢车运行组织与客流出行等特点, 构建了快慢车运行计划的约束条件, 设计了综合协调优化列车运行时间和运输成本的目标函数, 建立了完整的地铁快慢车运行计划优化模型; 分析了模型特点及其复杂度, 设计了两阶段近似算法求解模型, 第1阶段根据乘客能够忍耐的最大候车时间推算出慢车的开行列数, 同时将其均匀分布在编制时段范围内, 并对初始时刻表进行合理调整, 第2阶段采用CPLEX求解器求解地铁快慢车运行计划; 针对上海地铁16号线, 对其早高峰7:00~9:00下行方向的快慢车运行计划进行编制试验。试验结果表明: 快慢车运行计划中共开行列车30列, 其中快车11列, 慢车19列, 完成9次越行, 87次跨站不停车, 快车全程最大节约时间为628 s, 约降低4.1%, 总旅行时间节约4 450 s; 根据客流需求在1:1~1:2之间灵活安排快慢车开行比例; 根据各车站上下车客流需求灵活安排快车停站方案, 快车之间停站方案不固定; 随着列车规模的增大, 模型求解时间大幅增长, 当规模达到一定程度时, 需设计更为高效的求解算法。      

考虑到发线能力利用率的重载列车开行比例研究

重载铁路装车端组合站工作组织中存在重车场到发线能力利用率高,重载列车开行比例不合理等问题,有必要从微观层面上对此进行研究。本文分析了影响重载列车开行比例的各种因素,包括线路计划年运量、线路通过能力、机车供应台次、车流平衡等。以减少重载列车在装车端组合站到发线的停留时间为目标,建立了考虑车站到发线能力利用率的重载列车开行比例优化问题的整数线性规划模型,并以朔黄线神池南站为例,利用LINGO编程对模型进行求解。计算结果表明,经过优化的神池南站重车场的到发线能力利用率和朔黄线通过能力利用率均有所下降,验证了模型的有效性和实用性。