铁路货运机车乘务交路计划编制优化方法

铁路货物列车机车乘务交路计划编制问题是货运机车运用的工作基础,我国目前仍以人工经验编制为主,存在编制效率低、机班劳时不均衡、乘务资源浪费等问题。针对这些问题,结合乘务交路计划编制流程和机车运用管理规定,以乘务员非值乘时间最少为优化目标,建立乘务交路计划编制优化模型,并分别设计了基于先到先走原则的遍历搜索算法和遗传算法对模型进行求解。最后选取某铁路机务段2个货运车间的数据,验证所提出的模型和算法能有效求解铁路货运乘务交路编制方案,运用优化方法计算得到的乘务机班数比原有人工经验方案分别减少了22.5%和17.5%,提高货运部门编制乘务交路的效率。     

城市轨道交通列车交路优化模型

为了确定城市轨道交通交路方案的列车运行区段和折返车站,结合运输组织实践经验,以列车交路决定的输送能力与客流需求量空间分布的最佳匹配为原则,以快速车底周转和换乘客流最少为目标,综合考虑站线运输能力的条件限制、运输组织需求以及乘客便利性,建立了城市轨道交通列车交路的多目标0-1混合整数规划模型.该模型分别对决策变量、目标函数和约束条件进行了简化处理,可以通过优化软件编程求解.以重庆市轨道交通一号线远期运营方案为例,对不同交路上限数目,在2 s内计算出4种可选交路方案,为运营部门选择最终方案提供了决策依据.      

动车组列车车底交路优化研究

高速铁路、城际铁路以及客运专线正在随着我国高速铁路技术的发展,日益呈现着不断扩建的趋势。作为上述运输生产技术中最为核心的部分,动车组列车的生产和检修成本比重较大。因此,降低动车组列车数目、提高列车的运行效率,对于提高高速铁路经济性来说意义重大。在分析动车组运用计划概念、动车组交路计划约束因素的基础上,以动车组交路为优化目标,构建了动车组交路优化模型及算法,并进行了实例验算,验证了方法的有效性。     

长交路下铁路机车乘务模式研究

在主要干线上实行一站直达和机车单司机作业的机车乘务模式已成为趋势.针对机务改革的新发展与机车交路普遍延长的现实情况,在调查数据的分析基础上,为了保证行车安全和司机的身心健康,提出了新型长交路轮换包乘制的单司机乘务模式,即机车运转采用肩回制.乘务制度采用包乘制,司机换班方式采用随乘制和中途外换制相结合的换班方式.最后结合北京-上海直达特快列车的机车乘务模式进行了实证分析.     

多交路动车组周转模型研究

作为客运专线运输组织的关键技术之一,动车组的运用与运行图的编制以及车站作业计划的制定有着密不可分的联系. 为了解决基于枢纽站的多交路动车组周转问题,本文提出了部分环形运转的概念,并据此分析了多交路动车组周转问题的特点. 在建立动车组周转模型时,以动车组在车站的停留时间总和最小为优化目标,以动车组的开行条件、动车组之间的接续条件与唯一性条件以及基于时间容忍值σ的顺向接续优先条件为基本约束,设计了基于σ的紧凑接续算法,并以某小型路网为例对模型和算法的可行性进行了验证. 案例研究表明,多交路的动车组周转模型和算法能很好地解决枢纽站多个方向运行的列车运行线之间的相互接续,且能在很大程度上降低列车进出车站对车站咽喉区的影响.     

城市轨道交通大小交路开行方案与多站联合限流协同优化研究

针对城市轨道交通高峰时段客流量大、客流空间分布不均衡导致的供需能力不匹配和车站大客流组织安全压力大等问题,本文提出了一种大小交路开行方案与多站联合限流相结合的运输组织协同优化方法. 该方法考虑客流安全容量、列车运行时间和大小交路开行等约束,建立了以乘客出行成本、企业运营成本和各站上车比例方差和最小为目标的优化模型,设计嵌套人工蜂群算法求解. 以某市城市轨道交通线路为例验证模型的有效性与适用性,并对小交路列车开行频率和多目标的权重系数进行了敏感性分析. 结果表明,该方法在输送乘客人数相当的情况下,能有效节省企业运营成本,并提高乘客出行公平性,有效缓解大客流车站的客流组织压力.     

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针对铁路客运部门对乘务排班计划编制的问题,分析了车次、交路、乘务员、乘务工时之间的关系.在已知乘务员标准月度乘务工时的前提下,以交路和乘务工时为主要约束条件,以减少乘务班组、降低乘务费用为优化目标,建立客运乘务排班计划编制模型.根据车次之间到发站、到发时间的接续关系,求解符合乘务工时的车次与交路匹配的可行性路径集合,以该集合为基础,提出了求解模型,并设计了基于遗传算法的模型求解算法.通过对某一客运段的车次、班组数据进行算例分析,仿真实验,验证了所提出模型和设计算法可有效解决客运乘务排班计划的编制问题,可降低乘务费用.     

基于交路接续的动车组运用计划优化模型与算法

针对动车组运用计划优化编制的问题,本文采用接续网络的方法,构建了动车组运用计划优化编制的0-1 整数规划模型.该模型在动车组初始运用状态和历史检修数据的基础上,以动车组担当交路的接续时间总和最小化和动车组检修前累计运行里程最大化为优化目标,以动车组检修里程周期和动车组交路接续时间标准为主要约束,并充分考虑动车组与交路的匹配关系,以及客流高峰时期增加开行交路的情况.在模型的求解方面,本文基于粒子群算法设计了模型的求解策略.最后通过算例分析验证了模型与算法的有效性,为动车组运用计划的优化编制提供参考依据.     

城市轨道交通大小交路开行方案与多站联合限流协同优化研究

针对城市轨道交通高峰时段客流量大、客流空间分布不均衡导致的供需能力不匹配和车站大客流组织安全压力大等问题,本文提出了一种大小交路开行方案与多站联合限流相结合的运输组织协同优化方法. 该方法考虑客流安全容量、列车运行时间和大小交路开行等约束,建立了以乘客出行成本、企业运营成本和各站上车比例方差和最小为目标的优化模型,设计嵌套人工蜂群算法求解. 以某市城市轨道交通线路为例验证模型的有效性与适用性,并对小交路列车开行频率和多目标的权重系数进行了敏感性分析. 结果表明,该方法在输送乘客人数相当的情况下,能有效节省企业运营成本,并提高乘客出行公平性,有效缓解大客流车站的客流组织压力.     

城市轨道交通大小交路乘客出行选择行为模型

随着我国城市轨道交通大小交路运营组织模式的广泛应用，准确描述大小交路乘客出行选择行为，对列车开行方案的编制具有重要影响。既有研究普遍认为乘客在面临相同起讫点的多交路出行时具有选择直达列车的偏好，缺少对乘客出行选择行为的研究。以大小交路跨交路出行乘客为研究对象，通过拟定不同到达交路列车形式及满载率设定相应出行情境，由此将大小交路出行的乘客类型进行划分，并针对无直达偏好类型的乘客，分析其自身属性、路径信息、出行距离和列车满载率等因素对乘车选择的影响。结果表明：无直达偏好类型的乘客占比高，出行选择主要受出行距离及当前到站列车的满载率影响。     

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有效的乘务调度能够为公交企业带来巨大的成本节约,但是,公交乘务调度问题因受制于一系列劳动法规的约束变得十分复杂.我国公交普遍存在"中式用餐"约束,进一步加大了问题的复杂性,使西方主流调度系统在国内实施面临困难.本文基于"生成与选择"方法解决乘务调度问题,关键在于"生成"阶段处理"中式用餐"难题;利用"中式用餐"约束和乘务问题特点,设计一种基于启发式规则的换班机会筛选方法;在所选换班机会集合的基础上构造能满足"中式用餐"约束的潜在乘务班次集合.对实际公交乘务调度问题中的12组实例进行测试,表明本文方法不仅能处理"中式用餐"约束,而且能极大减少所求问题的规模,因此适用于解决大规模的带有"中式用餐"约束的乘务调度问题.     

片区城乡公交时刻表编制与车辆调度综合优化

通过构建双层规划模型,综合优化片区城乡公交时刻表编制与车辆调度.其中,上层片区城乡公交车辆调度问题以公交企业综合运营成本最小为目标,实现多线路多车辆多车场的车辆时序指派,采用禁忌搜索算法求解;下层片区城乡公交时刻表优化问题为实现线路在所有换乘节点的换乘总时间及换乘失败惩罚最小,同时确保换乘节点的时刻表协同先后次序,采用运行图与枚举法进行求解;选用慈溪南片城乡公交线路进行实例应用.结果表明,该方法能较好地应用于工程实践中,直观反映片区线路组织的运行计划,进一步满足乘客便捷换乘需求与企业车辆资源的有效配置.     

片区城乡公交时刻表编制与车辆调度综合优化

通过构建双层规划模型,综合优化片区城乡公交时刻表编制与车辆调度.其中,上层片区城乡公交车辆调度问题以公交企业综合运营成本最小为目标,实现多线路多车辆多车场的车辆时序指派,采用禁忌搜索算法求解;下层片区城乡公交时刻表优化问题为实现线路在所有换乘节点的换乘总时间及换乘失败惩罚最小,同时确保换乘节点的时刻表协同先后次序,采用运行图与枚举法进行求解;选用慈溪南片城乡公交线路进行实例应用.结果表明,该方法能较好地应用于工程实践中,直观反映片区线路组织的运行计划,进一步满足乘客便捷换乘需求与企业车辆资源的有效配置.     

基于地铁乘务资源共享的排班计划优化方法

针对不同线路间列车不跨线情况下的乘务基地和乘务员共享问题开展研究,分析乘务资源共享，在传统排班模型基础上考虑乘务员跨线值乘，班次出退勤地点比例及其鲁棒性优化，建立乘务排班计划集合覆盖模型。针对乘务资源共享后多线协同优化引起的问题规模显著增大，以连续值乘区段为最小值乘任务单元构建网络图，引入分层结构，多级的汇点和源点，以及跨线就餐和间休弧等以满足班次的可行性约束。构建对应不同出退勤地点属性的网络图集合，将定价子问题转化为网络图集合的最短路问题以进行列生成法求解。案例结果表明：相比于分线单独优化，乘务资源共享可为乘务员提供更多的出退勤地点选择，显著降低其通勤时间；此外乘务资源共享可少量节省乘务班次数，提高排班计划效率。     

多车场协同运输的公共自行车调度方法研究

为改善城市公共自行车使用过程中“借车难,还车难”的问题,针对公共自行车调度问题展开研究。通过构建一个多车场协同运输的公共自行车调度优化模型,分析公共自行车系统静态调度的最优路径问题。在模型求解方面,设计一种融合遗传算法和禁忌搜索算法的启发式求解算法,通过M atlab编程对模型进行求解。最后,以中山市公共自行车系统为例进行分析,结果显示本调度方法比传统调度方法节约9.3％的调度成本。     

考虑时间均衡度的城市轨道交通乘务排班计划优化方法

乘务排班计划是城市轨道交通乘务组织的核心内容和运营管理工作的重要组成部分,其生成质量对城市轨道交通的运营效率有显著影响.本文将时间均衡度作为给定周期条件下评价乘务员值乘时间与休息时间合理程度的指标,构建了基于该均衡度的乘务排班计划优化模型.为同时考虑乘务区段的最优组合与早晚班的匹配问题,本文的求解过程由改进遗传算法和双相匹配算法两个部分构成.最后将所建模型应用于北京市某轨道交通线路的案例研究中,对优化结果与既有乘务计划进行比较分析,验证模型的有效性.对比发现,该模型的结果在较大程度上提高了乘务排班计划的时间均衡度.     

基于模糊理论的城市铁路客运站换乘衔接综合评价

影响城市铁路客运站换乘衔接评价的因素具有多样性和模糊性的特点。在评价过程中,为了更加准确的描述两个因素的比较结果,在传统的模糊层次分析法中引入三角模糊数方法,并以成都站作为研究对象,将换乘衔接评价结果分为5个等级,运用层次分析法建立评价体系,结合相应的模糊综合评价模型,得出其综合评价值为“较好”,从而为评价城市铁路客运站的换乘衔接提供了一种定量分析方法。     

变邻域搜索求解公共交通乘务调度问题

公共交通乘务调度问题是一个将车辆工作切分为一组合法班次的过程,它是NP难问题,许多求解方法的效率都与班次评价密不可分,本文通过裁剪TOPSIS方法(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution)设计了TOPSIS班次评价方法.此外,通过裁剪变邻域搜索算法使之适合求解乘务调度问题,提出了基于变邻域搜索的乘务调度方法(Crew Scheduling Approach Based on Variable Neighbourhood Search,VNS),其中,并入了TOPSIS班次评价方法在调度过程中进行班次评价,设计了两种带概率的复合邻域结构以增加搜索的多样性,帮助跳出局部最优,在VNS中利用模拟退火算法进行局部搜索.利用中国公共交通中的11组实例进行了测试,测试结果表明,VNS优于两种新近提出的乘务调度方法,且其结果关于班次数接近于下界.     

考虑船舶封存与压港的电煤船舶调度优化模型

针对中国电煤水运系统的实际特点, 综合考虑了船舶封存与港口拥堵(压港)因素, 建立了混合整数规划优化模型, 对电煤船舶调度方案进行优化; 基于运输需求的硬时间窗、卸货港船舶排队等待时间与水路-铁路运输协同三因素之间的互动关系, 以运输系统总成本最小为目标, 协同优化水、铁电煤运输的货运分担率、水路运输任务指派和相应的船舶调度与封存/启用方案; 基于改进列生成算法, 提出了一种可精确求解实际规模电煤船舶调度问题的列生成算法, 利用Gurobi求解列生成的主模型, 使用动态规划标号法求解列生成的子模型; 利用中国南部某火力发电集团的实际数据, 对提出的算法进行了算例分析。计算结果表明: 在中等规模的算例中, 使用提出的改进算法获得最优解仅需73.61 s, 相比于使用基于运输任务运量排序的启发式求解方法(PHA), 求解效率提高了18.1%;在较大规模的算例中, 使用提出算法的计算时间仅为222.02 s, 同比PHA, 计算效率提高了19.1%;通过求解一个实际的调度问题可以发现, 利用提出的优化模型和算法能有效缩短船舶在卸货港的等待时长与船舶处于启用状态的时长, 使运输总成本下降17.13%, 实现了电煤稳定运输, 提升了企业运营效率, 降低了运营成本。      

不确定条件下的作业车间多目标调度模型及其遗传优化

针对不确定条件下的作业车间特点,区别于传统调度模型采用决策系数策略,提出了一种新的不确定条件下的多目标车间调度模型,新模型为两维调度模型,不仅处理了生产过程中的应急调度问题,还在调度目标为作业时间最短的基础上,从库存、机器一人资源约束、生产效率三个方面归纳了企业相关成本调度指标,具有很高的实用性;采用改进的遗传算法求解新模型,得到一组Pareto最优解,可以在兼顾机器使用率的同时使生产成本最小化．最后采用某机车厂的部分生产数据对改进的模型及算法进行了仿真实验,结果证明了模型和算法的有效性．