基于最远站法则的列车编组计划优化双层规划模型

根据铁路现场车流组织的实际特点,构建基于最远站法则的列车编组计划优化双层规划模型.上层规划模型以车流组织总成本最小为目标函数,以车流组织方案的唯一性、技术站的改编能力、调车线的数量等为约束条件,确定列车编组去向的开行方案.下层规划模型以车流改编距离最远为目标函数,以站点出入流量平衡为约束条件,按照最远站法则确定车流改编接续方案.采用模拟退火算法对双层规划模型进行求解,得到了符合最远站法则的列车编组计划优化方案.通过案例的计算结果验证了模型和算法的有效性.     

考虑路网随机性的地铁和道路公交网络优化

为发挥轨道交通的骨干运输功能,优化综合公共交通出行网络,建立了基于既有轨道交通路网的地面道路公交调整双层规划模型。上层规划考虑综合公交网络客运量及轨道交通客运周转量最大化、总社会出行成本及车辆配备成本最小化共4个目标,下层模型以效用理论为基础构建弹性需求下的线路流量分配,其中地面道路公交线路的出行效用考虑了道路通行能力的随机性。采用蒙特卡罗模拟求解下层模型,并采用基于向量的多目标粒子群算法求解整体双层规划,获得最佳调整线路的走向和发车间隔。最后通过算例验证了模型和算法。计算结果表明:所得到的解为一组Pareto解,4个目标间存在相悖关系。在实际问题中,应结合改造成本和现实需要来选取最优解作为调整方案。     

路网编组站布局的双层规划模型研究

在分析我国铁路网编组站布局状况的基础上,构建路网编组站布局的双层规划模型。上层规划模型以总运输费用和投资费用最小为目标,以投资约束和方案选择的惟一性作为约束条件;下层规划模型以某一既定路网编组站布局方案下路网车流组织成本最小为目标,从理论状态逐渐过渡到实际状态,分别构建基于编组站作业分工、通道能力约束和多运行径路3种情况下的编组站作业分工下层规划模型。最后对所建模型的求解复杂性进行探讨。     

基于物流成本的装车地车流组织优化模型研究

从物流系统的角度建立费用优化目标体系研究装车地车流组织优化问题.针对装车地车流组织方式的划分引入三重0-1决策变量,深入解析装车地不同车流组织方式下铁路运输企业的车流组织费用以及发货方与收货方的库存成本;在装卸车能力与车流组织唯一性约束下,构建货物供需均衡连续情况下的基于物流成本的装车地车流组织非线性0-1整数规划模型.模型以实现铁路企业、发货方与收货方三者所构成的物流系统的成本最小化为目标,使装车地车流组织更加符合三方合作共赢的发展趋势;经过非线性约束的线性化处理获得装车地车流组织线性0-1整数规划模型,大幅度降低该问题的优化求解难度.最后,以胶济线黄岛装车站为例,利用优化软件模拟求解,得出较理想的车流组织方案,验证模型的合理性与有效性.     

城市结点高快路网络承载能力分析模型

在考虑高快路网络交通分担特征及交通管制特征的基础上,提出城市结点高快路网络承载能力分析的双层规划模型。该模型上层问题是在满足路段和区域容量限制的条件下,高快路网络在承担城市结点基本的对外交通组织基础上,还能承担的组团间最大附加流量,下层问题则是考虑出行终点吸引能力的交通分布/分配组合模型。研究模型的求解算法,并提供了算例验证。研究结果表明:本文所提出的高快路网络承载力分析模型,对评估城市结点高快路网络的交通适应能力、评价高快路规划方案的网络结构性能具有一定的参考价值。     

城市轨道交通网络化列车开行方案优化方法

通过引入备选集,建立双层规划模型,将网络化列车开行方案这一复杂的混合交通网络设计问题简化成0-1规划问题;采用混合遗传模拟退火算法对城市轨道交通网络化列车开行方案优化问题进行求解。上层模型以城市轨道交通网络化列车开行方案涉及的运营单位和乘客综合费用最小化为目标,以交路必须覆盖整个运营网络、限制区间交路数、满足发车间隔时间限制和区间客流量小于列车运力为约束条件;下层模型为用于城市轨道交通网络客流分配的随机用户均衡问题优化模型,它充分考虑了乘客选择出行时路径感知费用与实际费用之间的差异。算例结果表明,采用基于备选集的双层规划模型和混合遗传模拟退火算法对城市轨道交通网络化列车开行方案进行优化是可行和有效的,而且求解效率高。     

旅客列车开行方案的双层规划模型和算法

在既有旅客列车开行方案研究的基础上,基于客运专线和高速铁路建设路网发展规划,分析旅客列车开行方案的相关费用和优化目标,均衡考虑企业利益和旅客需求,将列车开行方案与旅客换乘方案结合起来,以客流在铁路换乘网络上的分配作为下层规划,建立旅客列车开行方案优化的双层规划模型。通过抽象归纳制定开行方案的经验,将开行方案优化与客运径路确定、旅客列车换乘网络设计、旅客换乘的客流分配、旅客列车停站优化、旅客列车开行方案的评价指标分析等相关子问题结合起来,设计基于模拟退火算法求解的优化算法。根据优化模型和求解算法,开发铁路旅客列车开行方案优化系统,对某客运专线的开行方案实例进行测算,结果表明,该系统具有良好的优化质量和运算效率。     

多点列车编组计划优化模型研究

针对单点列车编组计划优化模型应用在含有双向编组站的铁路网上时无法细化到各直达去向在编组站的到发场,将双向编组站的到发场也视为路网中的节点站,并考虑双向编组站内不同改编路径车小时消耗的差异性,以车流的集结车小时和改编车小时消耗之和最小为目标,以编组站上下行调车系统的股道数和改编能力为约束,构建多点列车编组计划优化模型.算例计算结果表明,多点列车编组计划优化模型的优化结果不但能够确定车流在双向编组站内的改编路径及其车流构成,也能够确定直达去向的到达场和出发场.当双向编组站内不同改编路径的单位车小时消耗均相等时,多点模型与单点模型等价;当路网中双向编组站某个调车系统改编能力发生变化时,得到的优化方案也会随之变化,因此对编组站上下行系统的改编能力分别考虑,建立多点模型的约束条件,可使得到的优化方案更符合运输生产实际.     

面向网络效率的交通网络设计优化方法

通过算例计算和比较分析,在选择合理的定量化交通网络效率计算方法的基础上,建立面向网络效率的交通网络设计双层规划模型,并基于遗传算法和Frank-Wolfe算法设计模型的求解方法。计算分析结果表明:相对于传统的以系统总阻抗最小为目标的优化决策方案,本文所提出的以网络效率最优为目标的优化方案,更注重于提高当前交通网络基础设施的利用率和流量分布的均衡性,从而能以最小的投入在最大程度上缓解交通网络拥堵,并能高效解决路段车流分布不均及个别路段的过饱和等矛盾。     

基于树形结构的铁路车流径路优化模型

铁路车流具有独特的运行特征,在铁路支点路网上车流的运行径路具有树形结构。本文基于该特点提出一个基于树形结构的铁路车流径路优化改进模型。模型以路网上车流的广义里程成本最小化为目标,以车流径路的树形结构约束、车流强度守恒以及路段通过能力限制等为约束条件,并且在MATLAB平台上用IBM ILOG CPLEX软件对模型进行求解。通过与已有的车流径路优化模型进行对比,验证了模型的有效性。     

铁路危险货物办理站布局优化双层规划模型与算法

根据国家标准中规定的常见危险化学品在存储区的临界量,提出布局优化阶段的铁路危险货物办理站环境风险评估模型.在此基础上,根据铁路决策部门与危险货物运输客户之间的主从递阶决策关系,建立铁路危险货物办理站布局优化问题的双层规划模型.上层规划模型以一定区域内危险货物办理站环境风险最小化而运量最大化为目标,下层规划模型以客户运输费用最小化为目标.采用该模型可以合理确定危险货物办理站的地理位置及承办危险货物的类别.通过构造上、下层决策变量间的反应函数,设计模型的启发式求解算法.算例验证了模型及其算法的可行性和有效性.     

互通运营模式下轨道交通开行方案编制模型

城市轨道交通互通运营模式下行车组织呈多样化与灵活化特点，合理编制开行方案是保障运营组织效果的关键。针对互通运营模式下客流-车流耦合关系复杂化难题，建立基于开行方案的列车服务网络以刻画列车服务的差异性，构建基于乘客出行选择“策略”的客流分配模型以揭示客流-车流间复杂耦合关系；以此为基础，以运力运量匹配度最大化、运输成本最小化为目标，考虑客运服务、通过能力、运力资源及行车组织复杂性约束，将运力运量匹配关系由既有“区间”层面细化至“交路”层面，构建开行方案编制双层规划模型。最后，以北京地铁昌平线-8号线互通运营为背景开展实证分析，结果表明：所构建方法能够有效给出开行方案，满足互通行车组织需求；相比单线实际运营方案，互通方案使运输成本降低4.83%,运用车减少3组，运力运量匹配度提高27.12%。所构建方法具有良好的实用性，能够为互通运营模式下复杂开行方案编制提供方法支持。     

需求不确定的铁路车流径路优化模型

引入不确定理论中的鲁棒优化描述铁路货运日常运输组织工作中的车流量波动,提出需求不确定的铁路车流径路优化模型。首先,考虑线路通过能力和网络流量守衡约束,以绕道率阈值参数控制车流径路里程的合理性,以走行成本最小化为优化目标,建立需求确定的车流径路优化模型;然后,引入盒式不确定集描述车流量的波动性,设计鲁棒代价调节模型的保守程度,基于鲁棒对等理论建立需求不确定的车流径路优化模型;最后,通过小型算例验证模型的正确性,并基于沈阳铁路局集团有限公司所辖路网的实际算例验证模型的实用性。结果表明：部分车流量发生波动时,对应的最优径路方案随之发生变化;鲁棒代价能够权衡最优方案的成本和违反通过能力约束的概率,小型算例和实际算例中鲁棒代价分别取5和11时,得到的车流径路方案处于系统成本与运输需求满足的平衡点。该模型及鲁棒优化理论可为管理者制定车流径路方案提供决策参考。     

考虑车流组织模式的铁路车流径路优化模型研究

根据OD车流的流量及其对运输服务需求的特点,考虑我国铁路车流组织模式对车流径路规划的影响,基于不同组织模式下车流的运行径路,将铁路OD车流划归为如下3大类:装车地始发直达车流、时效要求较低的零散车流、运输服务要求较高的快运车流。针对前两种车流,以车流总的走行车公里最小为目标,以径路唯一性、树形径路及线路能力为约束,建立线性0-1规划模型。以沈阳铁路局简化路网为例,运用LINGO软件求解模型。计算结果表明,在新的车流组织模式下,部分车流的走行径路可以进一步优化。此外,发现部分车流不能走最短路径是树形径路约束导致。本文车流径路分配结果更适应新型货运市场的需要。     

铁路车流改编方案与技术站布局的综合优化

车流改编方案和技术站布局是铁路运输组织工作中重要而又紧密关联的两个基础问题。通过技术站改编能力约束和编组去向数约束,将车流改编方案和技术站布局两个问题组合并进行综合协调优化,以最小化车流走行、改编费用和技术站布局调整投资费用为目标,构建综合优化0-1整数规划模型。鉴于问题的复杂性,提出基于备选集和区域划分的思想对模型进行深化分析和拓展,以降低问题的规模。以具有10个节点的网络为例进行验证,结果表明车流改编方案和技术站布局的综合优化,有利于路网上车流组织和车站作业能力的协调,促进系统的整体优化。     

基于弹性需求的高速铁路列车开行方案优化

考虑不同时段列车开行方案与客流出行需求量之间的相互影响关系,在建立高速铁路各时段客流出行需求量关于各时段旅客出行服务水平间的函数关系的基础上,根据高速铁路企业制定列车开行方案与旅客出行选择之间的主从博弈关系,构建弹性需求下高速铁路列车开行方案优化的双层规划模型,并设计相应的模拟退火求解算法。     

基于组合列车的重载铁路装车区车流组织优化模型研究

根据我国重载铁路车流组织以列为单位调整以及对线路通过能力要求较高等特点,对开行组合重载列车和单元重载列车的重载铁路装车区车流组织优化问题进行研究。建立以组合时间耗费最小化和重载通道流量最大化为目标的重载铁路装车区车流组织优化模型,并引入组合系数的概念,以解决由于列车组合作业造成的列车流输入输出不均衡的问题;为降低多目标优化求解的复杂度,将其转化为网络流模型并验证其解的等价性,并采用最小费用最大流算法对模型进行求解。以大秦铁路为例,研究其装车区车流组织问题,通过对计算结果的分析表明,所给出的模型简单而实用。     

技术站布局的双层规划优化方法

铁路技术站的合理布局是铁路部门有效完成运输任务的基本保证,将技术站布局问题分解为技术站选址、技术站建设规模、车流组织优化3个相互关联的子问题,建立技术站布局的双层规划模型,通过对技术站选址方案的枚举和上、下两层规划的迭代求解,有效地将技术站布局问题转化为一系列相对独立的子问题来解决。实际应用表明,采用技术站布局的双层规划优化方法运算快捷,计算结果合理,对技术站布局提供了理想的决策支持。     

基于DEA的城市轨道交通规划线网综合评价研究

研究目的:在分析城市轨道交通规划线网评价指标体系及评价方法现状的基础上,优化评价指标体系,运用DEA方法建立城市轨道交通规划线网评价的优化模型,给出求解方法,并通过算例说明其可行性,为确定城市轨道交通规划线网方案提供决策依据。研究结论:城市轨道交通规划线网评价是轨道交通规划的关键环节,对于确定技术上先进、经济上合理、实施上可行的最优或满意的城市轨道交通规划线网方案具有极其重要的作用和意义。通过研究表明:采用DEA方法对城市轨道交通规划线网进行综合评价具有操作简单,可综合考虑各输入输出指标,以及能够确定最优方案的特点,具有一定的实用价值。     

铁路枢纽重空车流组织的协调优化模型及遗传算法

在铁路车流组织问题中，仅考虑重车流的优化是不全面的，而单纯的空车调配又无多大意义，只有将二者结合起来的协调优化，才可能产生真正合理的车流组织方案。在对铁路枢纽运输组织规律进行分析的基础上，将枢纽内编组站的作业分工与空车流的合理调配纳为一起，构造了重空车流组织的协调优化模型，建立了基于遗传算法的求解理论。仿真计算表明，该模型和算法能够有效地解决运输实际问题。