铁路网双向空重车流径路的多目标决策模型

介绍了运输界关于车流径路的研究成果；分析了已有车流径路模型在车流已知情况下只对重车流径路进行优化所存在的不足；运用系统论及网络理论，对路网上双向，空重车流进行路径优化，构造了具有中国铁路网特点的适合于市场经济的多目标模型。     

铁路网上带权重的车流径路优化方法

主要研究了铁路网上车流径路的选择优化问题，在充分考虑到起初路网中的车流具有不同同权重的情况下，建立了该问题的０－１规划模型，并讨论了带权重与不带权重两种车流径路优化模型之间的关系。     

铁路车流径路优化算法的研究

建立了一种求解车流径路的启发式算法，目标函数是消耗的总车辆公里数最小，约束条件为区段能力和车流共同径路，以现行铁道部使用的“全国铁路环状径路图”为基本路网结构，点间车流和区段能力亦以现行运营的实际数据为依据，进行了车流径路计算。     

公铁货流转移下铁路车流径路与列车编组计划联合优化

促进更多货流从公路转移到铁路是实现“双碳”目标的重要路径之一，也是推动铁路高质量发展的关键举措。鉴于此，本文以公铁货流转移量、铁路车流径路选择及编组去向等为主要决策变量，以公铁两网物流总成本极小化为目标，构建公铁货流转移量与铁路车流径路及列车编组计划联合优化模型，实现“公转铁”货流全过程、多阶段运输费用的数学表达，得到系统优化的OD间公铁货流转移量、车流走行径路和改编站点。针对模型的非线性特征，引入辅助0-1变量进行线性化，将其转化为混合整数线性规划模型，为验证模型有效性设计算例，借助数学规划优化器GUROBI进行求解。结果表明，模型可为公铁货流转移方案配置合理的接驳路径和列车编组方案；相较于既有研究，本文构建模型考虑了公铁两端的接驳转运费用和铁路车流集结与改编费用，使得“公转铁”物流总成本增加了约23.06%，转移货流量降低了约4.91%，更准确地描述了公铁货流转移过程，为制定“公转铁”运输方案和组织措施提供一定的理论依据。     

基于滞留费用及时效性的空车调配优化模型

针对我国铁路空车需求量总体上大于供应量,以及时效性考虑不足的现状,考虑到空车(或以重代空的车)过早或过晚到达都会给铁路运输企业带来额外的费用,而且在空车总体供应量大于需求量的前提下,充分考虑车种代用和满足重点货物、重点客户对空车的需求条件。在此基础上,建立在区段空车运输能力约束条件下基于滞留费用及时效性的空车调配综合优化模型。     

铁路车流组织问题优化

车流组织是铁路运输中极其重要的问题,合理的车流组织会在很大程度上提高铁路部门的效率,节约经济成本,更好地满足铁路部门和消费者各个方面的需要。对现有的车流组织方法进行分析,指出该方法中存在的问题,并以装车地车流组织为例分析现有方法的不足,从列车编组、车流径路等几个方面给出优化方法,可以提高车流组织效率并改进车流组织现状。     

基于动态罚函数的铁路车流分配与径路优化模型

为解决铁路车流分配与径路优化模型中的难约束问题，避免群智能算法在应对该问题时难以求解的不足，提出了一种基于惩罚函数的约束优化方法. 首先，在车流分配及径路优化基本模型的基础上设置虚拟弧，在目标函数中增加惩罚项的方式松弛掉模型中的弧段能力约束，同时对惩罚项中的惩罚力度和惩罚因子设计动态更新的策略；然后，将改进灰狼算法（improved grey wolf algorithm，IGWO）应用于车流分配与径路优化模型的求解；最后，结合某一地区的路网数据，对改进前、后的模型和算法进行对比分析. 算例结果表明:与改进前的模型相比，引入惩罚项之后，IGWO可以在限定的范围内找到满足弧段能力约束的可行解；与灰狼算法（gray wolf algorithm，GWO）相比，IGWO计算所得的配流方案使OD （origin-destination）货流的平均绕行率和货物总走行公里数分别下降了2.6%和5.2%.      

基于车流量波动的列车编组计划与车流径路综合优化

在铁路日常运输组织中,存在大量的不确定因素,考虑这些因素对车流组织工作的影响至关重要.在列车编组计划优化中,考虑车流量的波动性,假设其服从一定的概率分布,根据事先给定的置信水平,按照机会约束规划理论,考虑车站和线路能力限制等约束,以车流集结总消耗、改编额外总消耗和总走行消耗之和最小为优化目标,建立基于车流量波动的列车编组计划与车流径路综合优化模型,设计基于随机模拟的改进分枝定界法对模型进行求解.研究表明:考虑车流量波动情况下的列车编组计划最优方案鲁棒性较强,而且随机参数的模拟规模越大,最优方案的稳定性越好.     

共用模式下的铁路空托盘调运优化模型

为了实现空托盘经济和高效的调运,系统分析了空托盘调运的原因及必要性.在综合考虑各种影响空托盘调运因素的基础上,确定了以总调运费用最小作为空托盘调运所要实现的目标,并建立优化模型.在对模型进行修正的基础上,对单目标优化问题处理方法进行分析,利用ILOG软件对模型求解.最后,通过案例分析了租赁成本、运输成本、库存成本,以及调运时间与总调运费用之间的关系.算例证实了在租赁费用一定的前提下,运输成本与库存成本越高,托盘调运越少;反之,租赁托盘越少;另外,调运时间越长,租赁托盘越多.研究成果可为铁路集装化运输中空托盘调运提供理论借鉴.     

公铁联运配送方案优化

为了提高公铁联运物流配送客户满意度和降低物流运输成本, 将物流配送过程中铁路物流配送中心、货运站(配送点)与收货点之间的路径作为优化对象, 分析了公铁联运中铁路物流配送中心的配送模式, 建立了以客户物流费用最低为目标的路径选择模型, 考虑了各个节点之间的单位运输费用、货物在各节点的包装和储存费用以及客户对某种货物的需求量。计算结果表明: 当铁路物流中心不直接向客户配送货物, 而是选择货运站来配送货物时, 客户物流总费用最小, 因此, 路径选择模型可以准确地描述物流配送问题。     

集装箱船舶全航线配载优化模型与改进遗传算法

以集装箱船舶稳性、强度、载荷为约束条件, 以全航线倒箱量最小和吃水差最优为目标函数, 建立了集装箱船舶全航线多目标配载优化模型。利用启发式算法获得初始可行解, 利用改进了的遗传算法进行优化, 并用1 841TEU、3开口的集装箱船舶进行实例验证。计算结果表明: 与传统遗传算法相比, 改进的遗传算法能在1.967s内求得全航线上5个挂靠港口的配载计划, 并能求得5个港口的满意解; 在求得的满意解中, 船舶倒箱量均为0, 吃水差的绝对值分别为0.003 5、0.000 8、0.109 7、0.001 1、0.371 2m, 均在船舶行驶的合理范围0~0.5m内; 对于不同挂靠港数量的其他航线, 改进的遗传算法能在5s内快速获得合理的配载计划。可见, 优化模型与改进的遗传算法可行。     

基于驾驶人路径选择偏好的OD行程时间预测方法

以广东省深圳市3 000余辆浮动车近300万组数据为基础, 以地理信息系统技术为主要工具, 以最具代表性的深圳市福田区与罗湖区为研究区域, 确定了不同起讫(OD)点扩展半径。以浮动车唯一编号进行地图匹配, 根据确定的研究区域与扩展半径, 获取了浮动车OD路径与行程时间。确定了驾驶人在进行路径选择时的时间与空间偏好, 建立了基于路径选择偏好的OD行程时间预测方法。以平均绝对百分比误差、均方根相对误差与最大相对误差为指标, 对基于最短路径、最快路径与偏好路径的3种行程时间预测方法进行比较。比较结果表明: 与基于最短路径的预测方法相比, 采用提出方法的平均绝对百分比误差、均方根相对误差与最大相对误差分别降低了66.51%、61.24%、61.47%;与基于最快路径的预测方法相比, 采用提出方法的平均绝对百分比误差、均方根相对误差与最大相对误差分别降低了63.64%、59.70%、58.99%, 因此, 采用基于驾驶人路径选择偏好的OD行程时间预测方法可以显著提高OD行程时间的预测精度。     

基于预算时间的路径选择模型参照点设定方法

针对路径选择模型的特点,基于前景理论分析了实际路网中出行者在不同得失状况下的选择行动,进而重点分析了模型中参照点的设定方法.从传统参照点设置方法入手,针对其自由流时间不适用于拥挤路网的弊端,通过结合出行时间预算和有效路径的相关理论,提出了一种更加符合实际的路径选择模型参照点设定方法.算例演算表明,提出的参照点设定方法能有效地反映路网出行者的实际出行行为,特别是在出行者对出行时间要求越严格的情况下,改进方法的优势越明显.     

重载铁路装车端空车调配优化研究

重载铁路装车端通常为组合列车和单元列车混行,空车调配的结果影响其装出重车列的组合作业。为提升线路能力利用和加速货物运输,基于装车站对到达空车的需求,研究协同装出重车列组合优化的空车调配问题。以最小化空车列到达惩罚、最大化装出重车列组合数及最小化装出重车列组合等待时间为目标,以线路通过能力和技术站技术作业能力等为约束,构建重载铁路装车端空车调配多目标0-1规划模型,并采用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-II)进行求解。以包神铁路东线空车调配为例进行分析,结果表明,得到的空车调配方案能够使各装车站对到达空车列的惩罚值为0,与传统空车调配方法相比,有效减少了装出重车列的组合等待时间,能够为重载铁路装车端空车调配优化提供参考。     

铁路车站咽喉通过能力计算方法

为了高效计算铁路车站咽喉的通过能力, 提出以进路为对象、以咽喉运用饱和状态下进路占用时间推算为核心的5步计算法。推导了基于概率论多除少补原理的一元多次多项式方程以标定关键参数, 并设计了以平行进路关联图为基础的完全子图搜索算法以确定方程系数, 以东莞站广州方向咽喉为例进行了计算。计算结果表明: 咽喉通过能力为503列, 占用43^#、45^#、53^#道岔的列车数为102列, 计算时的通过能力利用率达到75%。可见, 该计算方法具有较强的可操作性。     

交通流多路线选择与广义行程费用分析

笔者在系统效用最大化前提下 ,建立了交通运输通道系统多项式分对数多路线选择模型 ,提出了模型中参数的标定方法和模型的数值解法 ,并结合实例对模型进行了标定 .利用所建立的模型可预测路网交通量在多条路线上的分配比率 ,并可利用弹性定义分析不同服务属性对出行者选择路线的影响 .