面向鲁棒性的高速铁路网络列车运行调整计划优化模型

针对高速铁路路网中出现区间封锁事件,考虑事件持续时间的不确定性,以列车运行时间和安全间隔时间为约束条件,引入路径选择唯一性约束保证列车运行调整计划的鲁棒性,以所有列车晚点时间之和的期望值最小为目标函数,建立高速铁路列车运行调整计划优化整数规划模型.设计基于优先级规则的启发式算法,求解原模型的可行解.运用拉格朗日松弛算法和最短路径算法求解该模型的松弛模型,得到原模型最优解的下界.根据可行解与最优解下界之间的距离,可以定量地衡量可行解的质量.结果表明,相较于CPLEX数学求解软件,算法求解效率较高;模型与算法能够有效生成鲁棒的列车运行调整计划,为调度员提供必要辅助决策信息.     

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.     

基于乘客等待时间的城市轨道交通列车运行调整模型

研究突发事件导致列车晚点情况下城市轨道交通列车运行调整问题．从乘客角度出发,提出了“首站控制”和“多站协调控制”两类列车运行调整策略．考虑列车能力约束和列车区间运行时间、追踪间隔时间等运行条件约束,以受突发事件影响的全部乘客等待时间最小为优化目标,建立了基于两类调整策略的列车运行调整模型,采用Lingo软件进行求解．以某简化线路为算例,与不采取控制策略相比,两类策略下乘客等待时间均节省约9％,结果表明了模型的有效性,能够为轨道交通列车运行调整提供辅助支持．     

干扰条件下高速铁路列车运行实时调整问题研究

高速铁路列车在日常运行过程中不可避免地会受到各种干扰的影响,导致列车偏离计划运行图,需要及时调整列车运行图.本文主要针对由干扰导致的区间能力全失效情况下的列车运行图调整问题进行研究,构建列车运行调整混合整数线性规划模型.该模型在满足车站和线路能力约束的情况下,尽量减少取消列车的数量和列车晚点时间加权求和量.模型还阐述了提高列车终到正点率对列车运行调整结果的影响.最后以京沪高铁为例验证了模型的有效性,结果表明,在列车总晚点时间不明显增加的情况下可以提高列车终到正点率.     

基于在途运休的高速铁路列车运行实时调整研究

高速铁路列车运行实时调整是高铁调度指挥的重点研究内容。由于列车运行过程中会受到多种因素干扰且成因复杂,因此需要灵活运用调整手段。本文研究区间线路双线全中断不能行车的情况下,允许列车在途运休,最终实现列车晚点最小化。基于列车在途运休建立0-1混合整数线性规划模型,并利用优化软件IBM ILOG CPLEX求解四种干扰场景下的列车运行调整方案。最后,求解结果满足实时性要求。     

考虑列车总晚点和到发均衡性的地铁列车运行调整 方法研究

当城市轨道交通列车在运行过程中因设施设备失效、司机操纵不当、上下车客 流过多等外部因素发生晚点时,需对晚点列车的计划运行时分进行调整.为保证城市轨道 交通系统服务水平和降低车站站台客流集聚过多或列车过于拥挤造成的安全隐患,本文 构建以减少列车总晚点和提高列车到发均衡性为优化目标的列车运行调整模型,并采用 遗传算法进行求解.案例分析表明,本文提出的模型和算法可以较快地求出满意的列车运 行调整方案.通过调整遗传算法适应度函数的权重系数可以平衡调整方案中的列车总晚 点时分和列车到发均衡性.在人工驾驶的线路上,与各列车赶点运行调整策略相比,本文 提出的列车运行调整方法可以在降低列车总晚点时分的同时显著提高列车到发均衡性.     

高速铁路初始晚点致因-影响列车数分布模型

为了研究高速铁路列车晚点严重程度,基于统计建模方法建立了高速铁路列车初始晚点不同致因情况下影响列车数的分布模型. 首先基于中国铁路广州局集团有限公司的高速铁路列车运行实绩,以2014年至2015年高速列车初始晚点影响列车数为建模数据,比选了5类备选模型对初始晚点影响列车数分布曲线的拟合优度;其次运用R语言估计了模型参数并建立了初始晚点致因-影响列车数分布的逆模型;最后对模型可行性进行了卡方检验,并运用2016年高速列车运行实绩数据进行Kolmogorov-Smirnov双样本检验. 研究结果表明:每类致因的逆模型精度都能够通过0.05的显著性水平检验,所建立的分布模型与校验数据是同分布,模型预测结果对初始晚点原因的实际影响列车数匹配度在97%以上.      

基于初始晚点和冗余时间的列车晚点恢复时间预测模型

列车初始晚点严重程度和运行图冗余时间配置是列车晚点恢复时间长短的重要影响因素。本文基于高速铁路列车运行实绩数据,以初始晚点时间、站停冗余时间和区间冗余时间为变量,使用多层感知器(MLP)和循环神经网络(RNN)建立了列车晚点恢复时间预测模型,并采用基于运行图历史数据的冗余时间近似统计方法来提高统计精度,降低了运行图参数数据采集的工作量成本。基于广深港铁路12个月列车运行实绩数据进行了列车晚点恢复时间预测试验,结果表明允许误差为1 min时,MLP模型预测精度为91.6%;允许误差为3 min时, RNN模型表现更好,预测精度在95%以上。     

考虑动车组接续的高速铁路列车运行实时调整

在列车运行受干扰条件下,如何快速有效地调整被干扰的列车,使其尽快恢复正常运行,是铁路行车组织的重要工作。本文针对高速铁路受干扰影响导致某区间在一段时间内部分丧失通过能力的情况,建立考虑动车组接续的列车运行调整混合整数线性规划模型,采用商业优化软件CPLEX对模型进行求解。以京沪高速铁路为例,基于假设的列车运行干扰场景对模型进行测试,获得各干扰场景下的列车运行调整方案。结果表明,本文方法能为高速铁路现场调度员提供在动车组运用层面仍可行的列车运行调整图,协助他们的调度决策。     

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。     

高速列车动态间隔优化的弹性调整策略

为保证列车运行安全性, 提高铁路线路运载效能, 针对移动闭塞系统, 研究了高速列车追踪运行的间隔弹性调整策略和操纵轨迹的动态优化问题; 以高速列车运行安全性、效率、能耗和乘客舒适度作为列车运行控制策略曲线的优化目标, 研究了列车的追踪运行过程; 采用差分进化算法求解了列车运行过程多目标优化模型, 设计了离线最优运行控制策略曲线; 提出了列车弹性追踪间隔模型, 分析了列车运行过程中追踪间隔的实时变化; 基于弹性间隔模型设计列车追踪运行控制策略动态调整机制, 采集列车实际运行数据, 实时监测相邻列车间的实际追踪间隔, 评估其是否符合安全性与效率约束条件, 并分析了评估结果; 依据工况调整原则在线调整追踪列车的运行状态与工况, 实时优化列车追踪间隔; 应用武广高速铁路赤壁北—长沙南区间的实际运行数据进行了仿真验证。仿真结果表明: 与真实区间运行数据相比, 采用离线最优运行控制策略曲线后, 运行能耗降低了6.86%;与固定追踪时间间隔模型相比, 采用基于弹性模型的控制策略动态调整机制有效提升了铁路整体运输效能, 将临界安全发车间隔从234 s缩短至161 s, 线路整体运行效率由6 434 s缩短至6 376 s, 与真实运行数据相比, 追踪列车的运行能耗降低了7.194%。      

基于突发故障的高速列车运行调整研究

区间突发故障下的运行图调整是高速铁路运输组织调整优化的重要内容。在区间故障临时不能行车的情况下,受影响的列车不能按原计划运行。因此,高铁调度员需要快速调整列车到发时刻和顺序,减少故障对后续时段内列车运行的影响。本文建立混合整数线性规划模型,模型中详细讨论了故障发生时区间运行列车的停车问题,并利用CPLEX软件进行求解。本模型可快速求解中小型规模问题,大规模问题则分阶段进行求解。最后,以武广高铁为背景构建算例,求解各故障情况下的列车运行调整方案。     

高速列车运行调整与运行控制一体化双目标优化模型与算法

列车实时运行调整与运行控制是实现高速列车准点节能运行的两个重要方面.本文构建高速列车运行调整与运行控制一体化优化模型,以降低列车总延误时间与运行能耗为目标,同时优化列车速度距离与时间距离曲线.与以往研究将列车运行调整与运行控制独立优化不同,本文基于列车牵引计算,通过锁闭时间理论将列车运行调整与控制的解空间进行耦合,根据列车运行速度、制动性能、信号系统的清空与开放时间、轨道区段/闭塞分区的长度等因素,精细化计算列车占用不同轨道区段/闭塞分区的时间,动态确定列车区间运行时分与追踪间隔.为求解复杂的非线性模型,设计分段近似法将非线性约束进行重构,从而将非线性优化模型转变为混合整数规划模型.通过算例计算,给出双目标问题的帕累托解集,与单目标优化方法对比,本文方法可以减少总能耗2.46%,降低运行总延误7.33%.     

高速列车运行调整与运行控制一体化双目标优化模型与算法

列车实时运行调整与运行控制是实现高速列车准点节能运行的两个重要方面.本文构建高速列车运行调整与运行控制一体化优化模型，以降低列车总延误时间与运行能耗为目标，同时优化列车速度距离与时间距离曲线.与以往研究将列车运行调整与运行控制独立优化不同，本文基于列车牵引计算，通过锁闭时间理论将列车运行调整与控制的解空间进行耦合，根据列车运行速度、制动性能、信号系统的清空与开放时间、轨道区段/闭塞分区的长度等因素，精细化计算列车占用不同轨道区段/闭塞分区的时间，动态确定列车区间运行时分与追踪间隔.为求解复杂的非线性模型，设计分段近似法将非线性约束进行重构，从而将非线性优化模型转变为混合整数规划模型.通过算例计算，给出双目标问题的帕累托解集，与单目标优化方法对比，本文方法可以减少总能耗2.46%，降低运行总延误7.33%.     

考虑总延误时间和延误恢复时间的城轨列车运行调整优化

现阶段城市轨道交通具有行车密度大、追踪间隔短等特点,列车延误一旦发生,其传播的速度快、影响范围大。为保证列车运行的正点率以及运输效率,根据城轨列车实际运营需要,在传统列车运行调整模型的优化目标中加入延误恢复时间最小这一目标,建立了以列车总延误时间和延误恢复时间最小为优化目标的城轨列车运行调整模型,并采用遗传算法对问题进行求解。最后以成都地铁一号线的列车运行调整问题为案例,根据城市轨道交通实际运营情况分别分析模型在ATO模式以及人工驾驶模式下的优化效果。结果表明当列车在人工驾驶模式下运行时,该列车运行调整模型可以在基本不影响总延误时间的同时显著降低列车的延误恢复时间。     

列车运行调度MLD模型

通过对影响列车运行状态的事件进行分析,指出各类事件对列车状态的影响本质上是改变列车的加速度。采用MLD建模理论建立了列车运行调度模型,该模型将连续行为和离散行为统一在一个框架中并考虑了停站时间、安全距离等约束。以6站5区间的调度区段为例,对模型进行了仿真研究。针对施加干扰后列车发生的晚点的情况,采用压缩列车停站时间和区间运行时间的方法对晚点的列车进行调整,最终列车恢复了正点运行。仿真结果证明了模型的有效性和正确性。     

考虑动车接续的高速铁路列车运行线效率评价

将高速铁路动车组接续与列车运行图协同考虑,分析包含动车组折返时间在内的列车运行线占用运输资源及反馈技术指标,给出各子指标的计算方法.以反馈技术指标与占用运输资源的赋权比定义列车运行线效率,考虑列车运行图编制的NP-hard 属性,基于DEA方法构建列车运行线效率求解模型.以海南东环线列车运行图为例进行验证,并分析所构建指标的特性.算例中一站直达列车运行线效率非最高,而部分停站时间有效性高的列车运行线效率为全图最高,说明考虑动车折返时间后,运行线相对效率发生了一定变化.直达列车应考虑动车组周转时间合理开行,合理的停站有利于列车运行线效率的提高.     

跨线运营模式下地铁列车运行图调整优化方法

地铁列车跨线运营模式使列车运行调整工作更为复杂精细。为应对因故障导致的线路区间通过能力下降，采用小交路折返、暂停运行、上线运行、取消跨线和恢复跨线这5种策略对列车运行图进行调整。考虑运行安全、配线占用、车底接续和乘客出行等约束，构建以乘客出行时间和列车延误最小化为目标的列车运行图调整优化模型，结合非支配遗传算法Ⅱ和跨线运营列车时刻推算算法对模型进行求解，并通过案例验证模型与算法的有效性。案例研究结果表明：与完全保留原跨线运营计划和转为独立运营模式的两种调整方案相比，本文提出的方法在多个场景下使乘客出行时间和列车运行延误分别平均减少了3.86%和21.07%；采用作业冗余时间较长的过轨方式可提高列车运行调整的抗风险能力，乘客平均换乘等待时间和列车平均延误分别进一步降低了4.06%和3.77%。     

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.     

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.