需求响应的集装箱班列时刻表优化及 Benders分解算法

充分考虑集装箱货物与集装箱班列在时间和数量方面的匹配关系,以集装箱货物送达目的站的总延误最小为目标,构建集装箱班列时刻表优化的线性混合整数规划模型.采 用Benders分解算法将原问题分解为确定集装箱货物与班列匹配方案的主问题,以及优化班列时刻表的子问题,通过求解子问题的对偶模型不断产生主问题的割平面.为克服割平面有效性较低的缺点,设计改进策略,使每次迭代产生多个割平面同时添加至主问题中.最后,通过算例验证模型和算法的有效性.结果表明：改进策略的运用有效提高了算法的计算效率,利用模型及算法得到的班列时刻表与集装箱货物的数量、时间分布之间具有较好的匹配性,制定的班列时刻表很好地响应了用户需求.     

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.     

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。     

城市轨道交通列车时刻表与车底运用整合优化模型

基于单条城市轨道线路,分析客流需求、列车时刻表及车底运用之间的密切联系, 以运行安全、资源限制、列车容纳能力等作为主体约束,综合考虑公司运营费用和乘客出行费 用,构建基于客流分布的城市轨道交通列车时刻表与车底运用整合优化模型,并采用线性处 理方法,将模型转化为混合整数线性规划(MILP)模型.最后,以北京地铁亦庄线为实例,利用 ILOG CPLEX对模型进行求解.结果表明,与既有的优化方法相比,本文模型得到的列车运行 计划方案能够更好地节约成本,提高车底利用效率,满足城市轨道交通乘客和运营企业双方 的利益.     

基于Benders分解的多方式物流运输网络优化模型

基于Benders分解,对多种交通方式下的物流运输网络优化模型的求解算法进行了研究。首先,以一个典型的物流运输网络优化模型求解为例,分析了Benders分解算法及其实现要点以及可能存在的问题,并提出相应的解决方法。然后在此基础上,通过引入不同交通方式的排放因子和各种排放物的排放成本,建立了多种交通方式下的物流运输网络优化模型。模型的目标函数为考虑运输排放的总成本最小,约束条件包括交通方式能力的限制等等,同时描述了基于Benders分解算法进行模型求解的主问题和子问题。最后,通过一个算例,对模型及其算法的效率和效果进行比较分析,说明模型和算法的可行性和有效性。     

城轨线路列车时刻表与车站客流控制协同优化方法

在轨道交通网络化运营条件下,针对高峰期车站拥挤问题,综合考虑站外到达乘客的持续 性到达特征和换入客流的脉冲性到达特征,研究换入客流影响下的列车时刻表与客流控制问题。 具体的,以最小化乘车延误人数为目标,考虑乘客换乘约束、列车容量约束等,构建城轨列车时刻 表与客流控制协同优化非线性规划模型,并引入0-1决策变量将其转化为整数线性规划模型。为 验证模型有效性,以某轨道交通线路实际运营数据为背景,借助优化求解器CPLEX对模型进行求 解。结果表明,本文所提方法具有良好的优化效果和计算效率,与优化前相比,乘车延误人数可显 著降低;与仅优化列车时刻表方案相比,协同优化方法可使乘车延误人数减少17.69%,可有效提升 轨道交通的服务水平,为城市轨道交通系统高质量运营提供一定的理论支撑。     

铁路集装箱旅客化运输系统开行方案研究

针对铁路集装箱旅客化运输系统开行方案编制问题,采用基于备选集的优化方法,同时结合货物运输组织特点,规定了箱流物理径路和运输方案的唯一性.在考虑箱流守恒、箱流换乘、箱流运到期限,以及列车开行频率等约束的基础上,以运输企业成本最小化为目标,建立了整数线性规划模型,并设计模拟退火求解算法.最后,构建运输网络进行案例分析,验证了模型和算法的有效性.研究结果表明,与现有货物运输系统相比,新型集装箱系统充分发挥了网络运输的优势,在列车开行频率、货物送达速度和运到期限方面表现更加优异,但同时牺牲了部分列车“上座率”.     

集装箱船舶支线运输航线优化算法

以枢纽港船舶限制时间和支线船舶容量为基础, 分析了轴-辐式网络运输模式。以船舶最小总航行时间为目标函数, 建立了混合整数规划支线集装箱运输模型。通过设计巡回路线方法实现杂交和变异, 更新了解的构成, 运用遗传算法求解模型。计算结果表明: 当船舶容量为150 TEU时, 在160次迭代后, 总航行时间为708.6 h, 航线数量为8条; 当船舶容量分别为100、150 TEU时, 在150次迭代后, 总航行时间为714.6 h, 航线数量为9条; 对枢纽港船舶限制时间和支线船舶容量进行方差分析, F检验统计量的概率值均明显小于0.05;对支线船舶容量和运营成本进行敏感性分析, 增大船舶容量能够减小航线数量和运行时间, 但增大了运营成本, 增大枢纽港船舶限制时间能够减小航线数量; 考虑航行时间和运营成本, 当船舶容量为150 TEU时最合理。     

基于换乘站停站时间延长的城市轨道交通末班车时刻表优化

在城市轨道交通网络中,提高末班车乘客换乘成功性对其夜间出行有重要意义.通过压缩末班车区间运行时间与非换乘站停站时间,延长换乘站停站时间,建立以换乘成功客流量最大为目标的时刻表优化模型,实现末班车双向衔接成功.将模型刻画为混合整数线性规划问题,通过对模型简化,利用CPLEX分支切割算法进行求解.最后,以武汉地铁网络为案例,验证模型的有效性.结果表明,模型可利用CPLEX快速求得精确解.末班车停站时间延长可有效提高末班车间换乘衔接成功性;在末班车收车时间可推迟情形下,推迟收车时间可进一步提升末班车换乘效果.     

面向提升旅客出行效率的高速铁路列车停站方案优化

优化长距离高速铁路列车的停站方案,应平衡好提高大站间快车比例与增加中小站列车服务频率之间的关系. 基于减少列车中小站停站次数,增加相邻大站间站站停列车等策略,以旅客的列车停站时间损失和换乘等待时间损失总和最少为目标,建立列车停站方案优化的混合整数规划模型,并设计遗传算法求解. 对京广高铁现状列车停站方案进行优化,优化后的方案与实际方案相比：大站间快车数增加94.4%,增强了高铁竞争力;相邻大站间站站停列车和中小站列车频率至少为1 列/(3 h),提升了旅客换乘出行的便捷性;旅客时间损失减少40.08%,总体出行效率得到较大地提升.     

集装箱码头间互拖的集卡甩挂运输调度问题

集装箱码头间的互拖是一种促进相邻码头资源重新组织与优化的协作方式,集装箱甩挂运输能够解耦互拖与港内作业之间的复杂耦合关系。为了提高互拖的集装箱甩挂运输的有效性,满足码头间协调的时间要求和对集卡资源的有效利用,提出了互拖集卡甩挂运输调度的两阶段方法。首先建立互拖任务之间的时间关系网络,然后在此基础上建立集卡调度的混合整数规划模型。算例分析说明了该方法的有效性;演示集卡作业任务序列,分析其码头作业量分布对于港内作业调度的影响。研究结果提供了码头间互拖集卡甩运输的一种参考方法。     

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为了分析由多个始发港、多个中转港和多个目的港所组成的集装箱班轮运输网络中不同类型空集装箱调运组织和库存优化问题,本文提出该类问题的混合整数线性规划模型;在实现空箱物流成本（空箱库存成本和运输成本）最小化前提下, 确定不同类型空集装箱在不同船期之间的最佳分配量和在不同港口节点的最优存箱量;通过始发港和目的港在不同时间内累计空箱库存量表达式的推导,提出原有模型的简化形式;最后运用具体算例对上述模型进行了应用分析. 结果表明,模型具有有效性和实用性.     

铁路网络列车运行调整的优化模型 及其分支定价算法

研究了铁路网络中列车可变更运行线路下的列车运行调整问题,目标是使得所有 列车偏离终到时间之和最小化.首先引入流平衡约束建立基于列车到发时刻的网络流模型,采 用商业软件GUROBI求解.同时构建了基于列车时空路径的整数规划模型,并给出了分支定 价算法,采用伪费用分支和最佳优先搜索策略加快算法的收敛.最后设计算例进行验证,通过 与GUROBI对比说明本文算法是有效的.当列车数为20 列时,求解时间减少91.6%,得到的最 终可行解距离最优解的间隔为9.72%.验证了本文分支策略较最为分数分支策略更优,列车运 行调整可变更线路相比于只能按原始线路行驶平均可降低目标函数值37.4%.     

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.     

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.     

集装箱班轮运输中空箱调运组织与库存优化研究

为了分析由多个始发港、多个中转港和多个目的港所组成的集装箱班轮运输网络中不同类型空集装箱调运组织和库存优化问题,本文提出该类问题的混合整数线性规划模型;在实现空箱物流成本（空箱库存成本和运输成本）最小化前提下, 确定不同类型空集装箱在不同船期之间的最佳分配量和在不同港口节点的最优存箱量;通过始发港和目的港在不同时间内累计空箱库存量表达式的推导,提出原有模型的简化形式;最后运用具体算例对上述模型进行了应用分析. 结果表明,模型具有有效性和实用性.     

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应用整数规划研究航运集装箱路径选择问题,并将重箱和空箱统一在一个系统中研究。在本文模型中,以集装箱运输总利润最大化为目标函数,利润是重箱运输利润减去重、空箱运输成本。约束条件考虑到满足空集装箱需求和重集装箱需求、航线运输能力限制及空箱供给数量等。应用LINGO9.0求解模型,并通过数值仿真来证明不同参数影响下的调运策略。本文旨在为船公司提供合理的航运集装箱运输方案,从而降低船公司的集装箱运输成本,实现船公司集装箱运输效益最大化。