既有线运能释放及机车交路延长条件下编组站改编能力配置的优化

通过设置虚拟运量增长系数模拟既有线运能释放后运量的变化趋势,以使路网上编组站的扩能投资费用与车流组织费用之和最小(综合效果最优)为目标,构建考虑机车交路延长的编组站改编能力配置优化模型;并采用自适应变异粒子群优化算法实现模型的求解,精确得到路网上各编组站的能力配置需求。研究表明,机车交路延长后能够有效降低无调中转费用,直达去向的数量会随着运量的增长和机车交路的延长而增加;编组站改编能力的合理配置与直达去向方案、车流改编方案密切相关,编组站扩能方案必须考虑全局并以综合效果最优为目标展开协同优化。     

铁路车流改编方案与技术站布局的综合优化

车流改编方案和技术站布局是铁路运输组织工作中重要而又紧密关联的两个基础问题。通过技术站改编能力约束和编组去向数约束,将车流改编方案和技术站布局两个问题组合并进行综合协调优化,以最小化车流走行、改编费用和技术站布局调整投资费用为目标,构建综合优化0-1整数规划模型。鉴于问题的复杂性,提出基于备选集和区域划分的思想对模型进行深化分析和拓展,以降低问题的规模。以具有10个节点的网络为例进行验证,结果表明车流改编方案和技术站布局的综合优化,有利于路网上车流组织和车站作业能力的协调,促进系统的整体优化。     

大规模铁路网上点,线运输能力协调利用的模糊整数规划方法

基于模糊整数规划及系统优化的观点研究大型复杂铁路网上线路能力、编组站能力的协调利用问题。为此，建立了该问题的模糊非线性０－１规划模型。本模型是在总费用（包括总有调费用，总无调费用，总换算车公里消耗，始发车流装卸地费用以及能力虚糜费用）最小的目标下，寻求一套最合理的全路网编组站负荷分配及线路负荷分配方案。为了避免能力利用处于无益虚糜状态，又尽量不吃后备系数，模型中采用了模糊能力资源限制条件。从而使得     

多点列车编组计划优化模型研究

针对单点列车编组计划优化模型应用在含有双向编组站的铁路网上时无法细化到各直达去向在编组站的到发场,将双向编组站的到发场也视为路网中的节点站,并考虑双向编组站内不同改编路径车小时消耗的差异性,以车流的集结车小时和改编车小时消耗之和最小为目标,以编组站上下行调车系统的股道数和改编能力为约束,构建多点列车编组计划优化模型.算例计算结果表明,多点列车编组计划优化模型的优化结果不但能够确定车流在双向编组站内的改编路径及其车流构成,也能够确定直达去向的到达场和出发场.当双向编组站内不同改编路径的单位车小时消耗均相等时,多点模型与单点模型等价;当路网中双向编组站某个调车系统改编能力发生变化时,得到的优化方案也会随之变化,因此对编组站上下行系统的改编能力分别考虑,建立多点模型的约束条件,可使得到的优化方案更符合运输生产实际.     

编组站布局规划模型

研究路网上新建编组站的合理位置选择和既有编组技术改造项目选择的综合优化问题，通过设计两组0-1决策变量，构造了该问题的多项目决策数学规模模型，其目标函数是最小化项目投资和车流改编，集结费用，由于可能的编组站投资方案是一个很大的比选数目，第五种投资方案组又要计算相对应的车流组织费用，故该模型的复杂度很高。     

铁路枢纽折角车流数值变化的动态模拟

以解编车流作业规则和系统资源限制为约束,构造不同目标函数下铁路枢纽编组站作业分工数学模型,给出折角车流理论最大值和最小值及相应编组站作业分工方式及车流条件。基于折角车流变化的复杂性和多样性,将外部车流环境视为一个动态的随机输入,以特定铁路枢纽为背景用计算机模拟技术和遗传算法计算不同条件下折角车流数值解。通过对模拟数据趋势变化比较分析,提出铁路枢纽运输组织不应过分追求折角车流最小等结论。     

铁路编组站动态配流分层模型

为了使编组站动态配流充分考虑实际解体和编组作业过程,首先基于约束程序中的累积调度和字典序多目标优化理论,按照配流成功的出发列车优先级总和最大、车辆在站平均中转停留时间最小和资源利用率最高3个目标函数的字典序,建立适应于不同解体方式的动态配流字典序多目标累积调度模型,并设计约束传播与多点结构化搜索相结合的混合算法迭代求解,得到解编顺序和初步配流方案;然后,以出发列车车流来源总数最少为目标函数,建立二次配流整数规划模型,并设计贪婪算法对初步配流方案优化。算例结果表明,采用给出的编组站动态配流分层模型和求解算法,可提高铁路编组站的解编调车作业效率和配流方案兑现率。     

基于三角模糊数的城市轨道交通应急救援中心不确定性选址研究

应急救援基地选址是应急体系决策的重要环节,是减轻事故影响、提高突发事件应急效率的重要保障。以城市轨道交通路网应急救援整体最优为目标,聚焦分级基地选址及其管辖区域划分整体最优化问题,建立双层规划模型,上层规划以应急救援基地覆盖度最高、路网失效损失最小和整体时间最短为目标,下层规划以服务距离最短、对客流影响最小为目标。以北京地铁线网为例,模型规划方案通过优化各级应急救援点位置,在线网全覆盖情况下,有效降低建设成本和应急救援时间,有助于降低事故负面影响。     

铁路枢纽内客运站选址与分工的综合优化

由于高速和城际客运专线的引入以及运量的不断增长,铁路枢纽需要扩建既有客运站或新建客运站。客运站选址问题研究的是既有客运站的扩建方案以及新建客运站的数量和位置。客运站分工问题研究的是当枢纽内设置有多个客运站时,各客运站运输任务的合理分配。客运站选址与分工问题研究的是两问题的协同优化,以旅客的支付费用和铁路的投资建设费用最少为目标,以客运站的始发终到和通过能力限制、线路的旅客列车通过能力限制、旅客的出行需求以及投资建设资金限制为约束,构建这一问题的多目标非线性混合整数规划模型。结合问题特点,设计基于枚举、最短路和线性规划的搜索算法。算例表明该模型和算法的可行性。     

编组站作业计划自动执行功能研究

实现编组站作业计划的自动执行能力,核心在于实现编组站内各作业所需进路的自动优化选择,为每一项作业合理的安排走行进路及进路排序时机。本文以某编组站为背景,通过绝缘节和道岔节点,构建了车站网络的抽象描述方法。以作业准点率最大,作业总延误时间最小及进路总路径长度最短为优化目标,以进路冲突、作业时间冲突、满足作业计划要求等为约束条件建立了编组站进路选择的多目标优化模型。利用进路选择的0-1特性,提出了适合求解进路选择模型的遗传算法。实际案例证明:该模型可以较好地实现优化目标,有效调整进路在时间和空间上的相互干扰,实现了作业计划的自动执行功能。     

石家庄编组站站型选择与研究

编组站的配置和站型选择,是路网规划中的一个重大问题,而且直接关系到能否实现全路列车编组计划的最优方案,合理组织地方车流等运营问题。结合京石客运专线引入石家庄枢纽工程,对新建编组站站型选择进行研究,分析其在路网中的地位和作用、作业量及其作业性质和工程条件、折角车流的大小等影响因素。首次提出采用双转场线的措施,以提高单向二级四场编组站尾部编组能力,满足了运输需求,最终确定采用单向二级四场站型,节省了大量的工程投资。     

基于约束规划的编组站阶段作业计划优化研究

为了解决编组站阶段作业计划优化模型规模过于庞大、适用性不强、求解方法复杂、算法收敛慢等缺点,通过剖析编组站阶段作业计划优化编制问题的本质,在此基础上建立了一个以车流累积为模型对象、出发车车流来源及解编顺序为决策变量,出发车最多为总目标的约束规划(CP,Constraint Programming)模型.将模型求解分为:利用约束传播得到初始解和利用搜索技术结合约束转播改进初始解两部分,并用约束规划算法引擎(CP Optimizer)实现模型的求解.实验表明,本模型均能在普通PC机上运行20 s左右就能得到最优的方案,符合现场对算法时间及空间复杂度要求.     

高速铁路枢纽场站资源统筹利用及运能适应性研究

高速铁路枢纽场站的合理分工对枢纽运输资源统筹利用有重要意义。通过优化动车组车流在枢纽内开行径路,考虑枢纽高速铁路场站股道设备差异性,将枢纽高铁站分工和场站股道运用结合,以枢纽线路能力、场站股道接发和服务能力为约束,构建高速铁路枢纽场站分工与股道运用协调优化模型,并利用C#软件调用CPLEX算法求解器进行求解。以郑州高速铁路枢纽规划年车流和枢纽网络为例,计算得到郑州高速铁路枢纽各场站合理分工方案。从定性和定量角度分别对比实际与优化分工方案差异与运能适应性,验证模型和算法可行有效。进一步分析计算优化结果对作业费用的灵敏度,为枢纽扩能提供一定的决策支持。     

铁路危险货物办理站布局优化双层规划模型与算法

根据国家标准中规定的常见危险化学品在存储区的临界量,提出布局优化阶段的铁路危险货物办理站环境风险评估模型.在此基础上,根据铁路决策部门与危险货物运输客户之间的主从递阶决策关系,建立铁路危险货物办理站布局优化问题的双层规划模型.上层规划模型以一定区域内危险货物办理站环境风险最小化而运量最大化为目标,下层规划模型以客户运输费用最小化为目标.采用该模型可以合理确定危险货物办理站的地理位置及承办危险货物的类别.通过构造上、下层决策变量间的反应函数,设计模型的启发式求解算法.算例验证了模型及其算法的可行性和有效性.     

区域性路网车流径路的选择

以车流径路选择理论为基础,分析现有车流的径路及路网车流平行径路的选择,利用车流径路优化数学模型,通过合理的车流径路选择和编组站的合理分工,使得运输费用最小,运能最大,并提出了快捷性、均衡度、最大化等因素对平行车流径路选择的影响.     

双向编组站列车调度调整的优化模型及算法

研究双向编组站调度优化问题,以解决到达列车接入系统和出发列车编组系统的实时调度调整。在分析双向编组站作业机理和规律的基础上,以列车的编成辆数、编组内容、接续时间、集结地点和作业能力为约束条件,以列车的走行距离、所产生的交换车数为综合优化目标,构造双向编组站列车调度调整的非线性优化模型。根据模型NP-Hard性和变量高度相关性的特点,建立基于网络流技术的遗传算法求解理论。算法的主要思想是在假定0-1变量已经确定的条件下,将整数变量的确定归结为求解网络最小费用流问题。以郑州北编组站为背景,给出算法的实际求解过程。求解算例表明,提出的方法能够有效解决到达列车和出发列车作业地点的实时选择问题。     

基于最远站法则的列车编组计划优化双层规划模型

根据铁路现场车流组织的实际特点,构建基于最远站法则的列车编组计划优化双层规划模型.上层规划模型以车流组织总成本最小为目标函数,以车流组织方案的唯一性、技术站的改编能力、调车线的数量等为约束条件,确定列车编组去向的开行方案.下层规划模型以车流改编距离最远为目标函数,以站点出入流量平衡为约束条件,按照最远站法则确定车流改编接续方案.采用模拟退火算法对双层规划模型进行求解,得到了符合最远站法则的列车编组计划优化方案.通过案例的计算结果验证了模型和算法的有效性.     

编组站作业优化研究

充分高效地利用编组站既有设备完成各项作业组织是车站的核心工作。在列车运行图和站型确定的情况下,通过分析编组站接发列车作业、本务机作业、调车作业以及站内技术作业等业务,建立以各项作业等待时间之和的二阶矩最小为优化目标的编组站模拟运输的数学模型,讨论模型目标函数的求解。通过实验评价模型的兑现率和目标函数值(均衡紧凑度),说明通过模型较好地拟合现场作业,其作业的均衡性和紧凑性都明显优于实际现场作业,采用模型优化能够均衡、紧凑地安排各项作业的次序、时机及占用资源,使车站作业组织整体达到最优化。     

城市轨道交通网络化列车开行方案优化方法

通过引入备选集,建立双层规划模型,将网络化列车开行方案这一复杂的混合交通网络设计问题简化成0-1规划问题;采用混合遗传模拟退火算法对城市轨道交通网络化列车开行方案优化问题进行求解。上层模型以城市轨道交通网络化列车开行方案涉及的运营单位和乘客综合费用最小化为目标,以交路必须覆盖整个运营网络、限制区间交路数、满足发车间隔时间限制和区间客流量小于列车运力为约束条件;下层模型为用于城市轨道交通网络客流分配的随机用户均衡问题优化模型,它充分考虑了乘客选择出行时路径感知费用与实际费用之间的差异。算例结果表明,采用基于备选集的双层规划模型和混合遗传模拟退火算法对城市轨道交通网络化列车开行方案进行优化是可行和有效的,而且求解效率高。     

基地直达车流组织优化

铁路基地直达货物运输对于加快货物送达、加速车辆周转、缓解编组站能力紧张、降低运输成本等具有重要意义。本文在分析基地直达列车开行的必要条件,以及车流以直达或非直达形式输送,在装、运、卸、储各环节的费用消耗基础上,对基地直达车流组织问题进行了研究,构建了基地直达车流组织优化的非线性0-1规划模型。模型中充分考虑了车流在直达基地的各种组合方案,将运输与库存成本纳入同一目标函数,以物流系统成本最优为目标、以直达列车开行的唯一性条件和必要条件为约束来确定基地车流组织方案。构建的模型能够全面地描述直达基地车流的各种组合,符合我国直达货物运输实际,进一步拓宽了铁路车流组织的研究领域。最后给出的构模实例对模型的有效性、合理性进行了进一步的验证。