高速铁路车站列车进路分配方案的优化与调整

考虑高速铁路车站咽喉区和到发线的相互制约关系,以及车站接发各种类型列车的作业过程与列车进路的关系,结合道岔分组的方法,建立咽喉区和到发线一体化运用的列车进路分配方案优化模型。在此基础上,考虑列车晚点的情况,以车站作业过程占用车站设备的不均衡性最小和列车进站延误时间最短为目标,建立后续列车进路分配方案的动态调整模型。2个模型均采用运筹学软件LINGO中内置的分支定界算法求解。通过算例验证模型的合理性和求解方法的可行性。结果表明:当列车按照图定时刻正点运行时,采用优化模型得到的列车进路分配方案可以保证列车按照图定时刻进出站;当某列车晚点时,该列车的进路可能与后续列车的进路有交叉干扰,此时则应采用动态调整模型对后续列车的进路分配方案进行调整,在后续列车允许有延误时间的约束下,生成新的后续列车进路分配方案,有效保证列车进路的畅通,并使车站设备运用的均衡性更优。     

铁路车站咽喉区进路排列优化方法

合理排列接发列车和调车作业进路是保证铁路车站行车安全和提高行车效率的重要内容,在车站接发列车和调车作业自动化、车站行车作业过程模拟等方面也有着十分重要的意义。本文从有利于后续作业进路排列的目的出发,按序列化逐项作业排列进路的规则,分别提出了铁路车站咽喉区最大平行进路和最大概率进路的紧侧优化方法,该方法简明快捷,对现场计算和理论研究均有指导意义。     

考虑作业环节完整性的企业车站进路选择优化

传统企业车站进路选择优化问题,即当多项作业出现在同一时空,以行车作业优先,调车作业在冲突节点前停车等待至行车作业驶离冲突节点再继续作业。现实生产过程中易造成调车作业长时间停滞等待,导致调车作业无法准时到达目标地点,破坏了调车作业环节的完整性,损害了企业车站的利益。基于企业车站行车作业与调车作业并存且调车作业数量要远大于行车作业的特点,同时考虑调车作业环节完整性,将调车作业设定一个能充分完成作业的时间标准值,并动态实时更新作业过程中节点占用时间,以判断进路冲突并进行疏解,建立以调车作业时间成本、行车作业时间成本最小的多目标进路选择优化模型。为加快遗传算法的搜索效率,结合K短路算法特点改进了遗传算法,并且以进路为基本单元针对性地设计了个体编码方案、交叉变异策略,求解该模型。最后,以具有代表性的某企业车站为例进行了验证。研究结果表明：考虑作业环节完整性的进路选择优化模型得到的进路选择方案能够有效地避免作业冲突,并且能够依据作业的优先级为车站作业选择合理的进路,快速有效地得出满意的作业方案,满足车站工作的需求。与传统进路选择方案相比,总的作业时间降低了23.26%。研究成果对该企业车站进路选择...     

铁路客运站调机运用与列车进路排列协同优化方法

针对既有线繁忙铁路客运站,结合其站型特点与列车运行时刻表,将调机走行进路、时间和列车接发进路排列作为决策对象,研究铁路客运站调机运用与列车接发进路的协同优化.以列车接发车进路的合理选择、车站咽喉道岔及到发线等设施的利用及相容性作为约束条件,建立咽喉道岔、到发线运用效率最大化和调机出入段作业接续时间最少、走行距离最短为目标的协同优化模型.以模拟退火算法为基本思想,设计了所建立模型的求解算法.算例计算结果表明:所建立的优化模型及求解算法,计算速度快,结果正确合理,可为铁路客运站的日常行车组织工作提供科学的决策依据.     

铁路车站进路选择优化模型及求解算法的研究

铁路车站进路选择是车站运输组织的基础,合理地安排车站内各项作业的运行进路及其排列时机有利于提高运输生产效率,节约生产成本。本文以一般技术站为背景,从数学规划的角度研究车站进路的自动选择方法。通过定义衔接点和承载点,建立了车站网络的描述方法。以作业晚点时间最短以及各进路的总走行时间最短为目标,以避免车站作业的时空交叉、满足作业计划要求为约束构建了车站进路选择的数学规划模型。利用进路选择和进路排列时间的映射关系,把进路选择模型转化成一个等价的0-1整数规划模型。针对模型的非线性特点,以模拟退火算法为基础,提出了适合求解进路选择模型的复合优化算法。通过算例验证了模型的正确性以及求解算法的有效性。     

基于时间连续性的企业枢纽车站进路选择优化

企业铁路车站的线路结构及作业方式较普速铁路车站更为复杂,其货运调车作业的进路选择较客运行车作业有明显不同。根据企业铁路枢纽站行车作业与调车作业并存以及调车作业繁多的场站特性,考虑调车作业的进路选择具有时间连续性即前项作业的完成情况直接影响后续作业的进行,建立进路冲突延误时间最小及走行时间最少的多目标进路选择及时间安排模型,并设计遗传算法求解。以某一具有代表性的大型企业铁路枢纽车站为例,结果表明:优化后的进路方案可避免部分进路冲突延误,最大程度上保持调车作业的时间连续性,对于进路冲突亦可进行时间调整疏解,较未考虑调车作业时间连续性的方案优化幅度达到21.6%。     

考虑动车组周转和到发线运用的高速铁路列车运行图优化方法

以列车在车站的作业时间、动车组在终点站的接续时间和车站到发线数量为约束条件,以列车旅行时间和动车组接续时间最小化为目标函数,建立高速铁路列车运行图综合优化模型.模型求解算法主要采用了4种关键技术:以定序列车运行图优化方法化解列车作业时间冲突,以交换列车到发顺序化解到发线冲突,通过保持到发线运用紧张时段的列车到发顺序防止产生新的到发线冲突,运用匈牙利算法求解以动车组最小接续时间为目标的动车组周转方案.算例分析表明,运用给出的模型和算法能够达到整体优化高速铁路列车运行图的目的.     

调车作业分散自律控制系统的研究

通过分析我国铁路车站调车作业流程,提出调车作业分散自律控制系统模型,指出其实质就是将车站值班员的经验、知识和各种规章制度进行计算机形式化描述.通过空间冲突法和时间冲突法对列调车作业相互干扰问题进行智能疏解,得到列车进路指令序列和调车进路指令序列.根据实际列车运行位置、调车作业申请和当前时刻,自动匹配进路指令序列,生成列车进路命令序列和调车进路命令序列,自动下达车站联锁系统执行.采用多智能体技术和面向服务技术构建车站分散自律控制逻辑单元,实现调车作业以车站为自治域的分散自律控制.     

高速铁路大站作业计划鲁棒性链式优化研究

提出运用作业链来描述高速铁路车站中列车作业全过程,重点研究高速铁路车站技术作业计划鲁棒性优化问题。基于给定车站列车到发时刻表,在不改变列车到发时序的前提下,通过优化所有列车作业链的空间资源序列,同时考虑有调车作业列车的调车时机,从而一体化地优化列车作业与调车作业,降低列车间的相互影响,提高作业计划鲁棒性。具体方法是以列车间总冲突系数最小为优化目标,建立基于列车时-空资源占用函数的模型。设计改进的GRASP算法求解模型,优化随机特性参数α的设置,并增加路径重连过程。开发高速铁路列车运行计划网络协同辅助决策支持系统中的车站作业子系统,并以北京南站高速场的实际数据做实例分析,验证模型与算法的可行性,实验结果表明,改进算法可提高求解适应性和效率,提升车站技术作业计划的鲁棒性。     

多类干扰下的高铁列车运行调整优化模型

高速铁路列车运行实时调整一直是行车调度指挥工作中的重要核心任务之一.为解决有多种行车干扰事件(初始晚点、限速和到发线不可用)影响下的列车运行调整问题,针对准移动闭塞行车方式,基于替代图理论,兼顾车站进路调整约束,建立混合整数线性优化模型,设计两阶段近似求解算法,在600 s内可以实现列车变更到发线次数最少和列车晚点延误时间最短的列车调整方案的快速求解.研究结果表明:模型可以同时实现列车运行调整和列车径路优化,相比时间间隔法行车方式,该模型可以有效避免列车在闭塞区间的冲突;有初始晚点的干扰会加剧列车的二次晚点;列车限速值越低会指数型加剧晚点时间.     

铁路客运站到发线运用优化研究

详细分析客运站旅客列车到、发技术作业。把客运站到发线运用优化目标分解为方便旅客旅行、有利于保证行车作业安全与行车技术作业和有效地使用车站各种既有行车技术设备等三个子目标,并分别建立其优化模型。运用多目标规划理论与分枝定界法对模型进行求解。依据某大型双线通过式客运站的实际数据,应用优化模型进行到发线运用实例分析计算,计算所得方案的优化效果明显。     

车站技术作业基本图的自动生成

采用模拟人工铺画的方法编制车站技术作业基本图,在满足全天调机使用效率最大化,列车到发技术作业时间约束和股道占用约束的前提下,连接调机和列车,再根据调机空闲情况进行调整,使生成的基本图更好地符合车站作业需求,能够高效地利用车站的各项资源,并大量降低了用户绘制图表的劳动强度。以南昌火车站和昆明东编组站为例,实现了客运站和大型编组站技术作业基本图的自动铺画,证明了该方法在工程应用方面的可行性。     

基于离散事件的高速磁浮铁路车站作业仿真研究

为了精确掌握高速磁浮铁路车站列车作业过程及相应的设备使用状况,为车站设备能力分析、车站作业组织优化等提供依据,针对具备列车始发终到能力的高速磁浮铁路车站,基于离散事件仿真框架,结合高速磁浮铁路车站作业过程和要求,定义17类车站作业事件及其关联关系、车站状态属性,设计高速磁浮铁路车站作业仿真算法,对高速磁浮铁路尽端式车站的车站作业进行仿真。仿真结果表明,随着车站空线系数增大,相应的股道能力利用率普遍增大;始发终到列车占比和立折列车占比对车站股道及道岔利用率影响较高;所提出的仿真算法能够分析车站作业对车站相关设备利用率的影响。     

车底需要数最少的旅客列车始发范围优化模型

研究目的:在归纳旅客列车始发时间范围影响因素和介绍客车车底需要组数确定方法的基础上,深入分析旅客列车始发时间域与车底需要数之间的相互关系,进而建立车底需要数最少的旅客列车始发时间域优化模型,并提出传统方法与启发式方法相结合的求解算法,为确定车底需要数最少的客车开行方案提供决策依据。研究结论:(1)客车车底需要数是衡量铁路旅客列车开行方案优劣的重要指标,且会在很大程度上影响到铁路客运的运营成本和运营效益,而旅客列车始发时间域则是决定车底需要数的重要因素;(2)以车底在配属站和折返站停留总时间最少为目标建立优化模型,可得到车底需要数最少的旅客列车始发时间范围,对优化旅客列车开行方案具有一定的实际意义。     

单线铁路成对非追踪平行运行图最小周期时间的混合整数非线性规划模型

按上下行列车的发站和到站是否为区段的首末站、列车到站后是否有技术作业等情况将单线铁路成对非追踪平行运行图的区间铺画方式分为32种方案.分析采用这32种铺画方案之一铺画区间列车运行线时与相邻区间铺画方案之间可能的衔接关系以及车站间隔时间的限制条件,建立约束条件,构建用于求解单线铁路成对非追踪平行运行图最小周期时间的混合整数非线性规划模型.使用给出的模型和利用Lingo11软件编程对算例进行求解,验证了该模型对求解单线铁路成对非追踪平行运行图最小周期时间有较好的适用性和实用性.     

客运专线网络列车开行方案与运行图综合优化方法

基于旅客列车开行方案和运行图的铁路企业运营效益和旅客出行费用,以铁路企业效益最大化为优化目标,以车站整备能力、车辆总数和列车编组辆数等能力资源限制以及列车到发作业相容性为约束,建立旅客列车开行方案与运行图综合优化的双层规划模型;分别基于旅客列车开行方案和列车运行图的换乘网络进行客流分配,将旅客列车开行方案和列车运行图优化有效结合起来,设计了基于模拟退火的综合优化算法。算例分析表明列车开行方案与运行图的综合优化既能保证铁路企业的收益,又能够有效提高旅客换乘质量。     

旅客列车发车时间域优化研究

在大量问卷调查的基础上,根据旅客对不同到发时间域选择的偏好,确定了各发车时间域旅客出行的方便系数。利用目标规划原理,以旅客出行方便程度最大为目标,构造了三级控制策略。在考虑客运站到发线能力,以及旅客列车必须在合理的时间域发车等约束条件下,建立旅客列车发车时间域的目标规划模型。利用该目标规划模型,可根据旅客列车实际运行的需要,通过变化控制策略和赋予各目标的优先因子,实现对列车发车时间域的优化。根据模型约束目标正负偏差变量,计算了各级控制策略实现程度系数。最后,以太原站始发旅客列车为实例,利用变换方案对该目标规划模型的运用进行了分析,并将目标规划优化结果和传统确定发车时间域的结果以及指派模型优化结果进行比较分析。     

20 000 t列车技术站到发线腰岔设置方案探讨

研究目的:本文拟从分析现状开行20 000 t重载货物列车的技术站腰岔设置方案存在的主要问题,找出既能保证车站作业安全,又方便车站运输组织的合理的技术站到发线腰岔设置方案。研究方法:通过文献研究并以大秦线为例,确定重载铁路技术站到发线作业内容及合理的到发线有效长度;采用定性与定量分析相结合的方法,找出现状腰岔设置方案存在的不足,并从更好的保证运输安全、提高车站作业效率等方面探讨技术站到发线腰岔更为合理的设置方案。研究结果:找出了技术站接发20 000 t列车时,既可真正满足安全距离要求,又可通过腰岔前行出入到发线作业的技术站腰差设置方案,且该方案也可满足接发普通列车和接发10 000 t列车技术作业的要求。研究结论:接发20 000 t列车的技术站到发线总长度最小可以按3 019.24 m设置,3个腰岔的设置由前至后各段有效长分别为665.24 m,665.24,665.24 m和850 m。     

基于到发线运用方案的列车到达追踪间隔时间压缩方法及仿真研究

利用高速铁路车站列车到达进路冲突关系和进路分段解锁原理,研究基于到发线运用优化方案的列车到达追踪间隔时间压缩方法。首先分析分段解锁条件下列车到达追踪间隔时间的计算方法,随后建立无损精度的铁路路网拓扑模型和多智能体列车连续追踪运行仿真模型;在此基础上设计基于信号补偿时间的列车最小到达追踪间隔时间求解算法,求解不同到发线运用方案的列车到达追踪间隔时间。以上海虹桥站高速场为例,对所有到发线组合方案进行仿真实验。结果表明:股道组合方案对应的关联道岔越少,列车到达追踪间隔时间越短;当关联道岔相同时,后车接车进路越短,前车接车进路越长,到达追踪间隔时间越短;当前车股道确定时,最优的后车股道方案比最劣方案可压缩列车到达追踪间隔时间30s以上。     

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。