高速铁路网络能力计算研究

充分考虑高速铁路网络作为多级递阶控制系统的复杂性和对旅客运输服务质量的要求，构建基于时段特定场景的高速铁路列车服务与需求意向集合（t@n-tsdis，train service-demand intention setat network），定义以完成这个集合所需基础设施占用时间为网络能力的衡量标准。提出了两阶段的优化计算方法，并提出多目标优化改进的Pareto（1+1）— PAES算法流程，采用交互式滚动优化策略处理整数约束条件、模糊逻辑罚函数法处理连续实数约束条件、Pareto存档进化策略求解多目标优化问题。以某高速铁路网络为例进行能力计算，验证了模型与算法的有效性。     

铁路集装箱结点站间空箱调配的优化

以混合箱流的输送时间、距离和费用3者的综合最优为目标,将空箱调配和重箱车流径路选择纳入1个优化模型中,实现两者的整体协调优化.通过设置虚拟径路对模型进行修正,保证模型有解.该模型为1个多目标非线性混合整数静态优化模型,采用大系统优化理论,将该模型模拟为径路选择和空箱调配的2级串联反馈系统.通过引入路网能力的假设,第1级子系统优化等价于无流量约束的广义最短路问题,第2级子系统优化等价于带特殊线性约束的运输问题.2个子系统的优化都有最优解,且都有比较成熟的算法,从而给出模型求解的算法步骤.采用给出的模型和算法,以2010年和2015年的预测集装箱运量、规划路网为基础,对53个集装箱节点站间的空箱调配优化模型求解,得到相应年度的空箱调配方案,并以此得出相应的集装箱班列开行方案.     

改进有序组合树法在铁路普通零担货物拼箱配装中的应用

为优化铁路普通零担货物拼箱配装方案,以集装箱标记载重最大化为目标,建立0—1整数规划模型,利用改进的有序组合树算法对模型进行求解,得出最优拼箱配装方案。通过拼箱配装实例的计算,说明该算法解决零担拼箱配装问题具有一定的有效性和优越性。     

考虑跨线列车的高速铁路能力最大化合理利用研究

分析目前高速铁路能力利用的优化方法,基于高速铁路物理网引入时间维度构建高速铁路时空网,且将跨线列车列入研究对象,列车的停站作业和跨线作业分别用带有时间权重的停站弧和跨线弧来表示。在现有列车开行方案的基础上,考虑列车最小间隔时间等约束,建立整数规划模型,通过优化生成高速铁路本线和跨线列车的时刻表和部分列车的停站方案来实现高速铁路的能力利用优化,旨在最大化列车开行数和最小化列车总运行时间。使用交替方向乘子法(ADMM)求解模型,提高了求解效率。最后以京沪高速铁路为例,对其能力利用进行优化。     

高速铁路列车运行调整的模型及其策略优化方法

在分析高速铁路列车运行调整决策特点的基础上,针对高速铁路列车运行调整的传统优化模型在求解效率方面存在的问题,以相邻且存在冲突列车所在的位置为状态,行车调度员可采取的调整措施为行动,列车加权总晚点时间为调度员采取行动所获得的报酬,构建高速铁路列车运行调整的马氏决策过程模型;分析高速铁路列车运行调整决策过程最优策略的结构,给出采取列车顺晚开行和越行调整等行动的最优策略条件,基于列车的越行矩阵、到开时刻矩阵、最小停站时间矩阵和区间标准运行时间矩阵的定义,采用极大加代数和矩阵推算列车到发时刻,并据此设计模型求解的策略优化方法。结合某高速铁路区段的实例计算结果表明:给出的模型和策略优化方法能取得较人工调整方法更好的优化效果,较数学模型优化方法可提高求解效率,从而验证了高速铁路列车运行调整的马氏决策过程模型和策略优化方法的有效性。     

考虑旅客需求的停站方案与列车运行图一体化模型与算法

考虑高速铁路旅客出行的时空敏感性较高的特点,将旅客运输状态引入运输时空网络,构建三维的时间-空间-状态网络,提出基于旅客需求的停站方案与列车运行图综合优化0-1整数规划模型,实现旅客分配、停站方案与列车运行图编制的一体化。设计拉格朗日松弛求解算法,将复杂的列车间强耦合问题分解为单列车的最短路径子问题集合,从而降低模型求解难度。以京沪高铁北京南-曲阜东区段为背景进行验证和分析,结果表明模型不仅实现了较低的运营成本,还能够有效满足旅客需求,实现客流分配、停站方案与列车运行图编制的有机联动。     

基于遗传算法的集成逆向物流的供应链网络设计

对于一个固定拓扑结构的供应链,基于设施能力和顾客需求的约束,以正向物流与逆向物流的总成本最小为目标,构造供应链网络设计模型,采用基于优先权编码的遗传算法求解。按照遗传算法的原理,将供应链按物流活动过程划分成4个阶段,运用基于优先权的编码方法对各个阶段进行编码;为加速算法收敛,利用贪婪启发式算法确定初始种群,通过遗传操作产生后代,并定义交叉算子和变异算子。以某一区域供应链网络规划为例,运用给出的模型和算法对需要设置工厂、铁路货运中转站的数量、位置及功能进行计算,并与其他算法所用计算时间比较。结果表明,采用本算法能够得到区域供应链网络规划的最优解,且所用的计算时间最少。     

基于市场需求的高速铁路运输服务属性调整模型及算法

近几年,大城市间各种客运方式间的市场竞争越来越激烈,几种客运方式既存在合作关系,又存在博弈竞争关系。高速铁路运输企业必须根据旅客运输市场需求,合理设计所提供的运输服务属性,最大限度地吸引客流,最终才能赢得合理的企业效益。本文从高速铁路运输企业运营的经济效益和旅客出行方式选择两方面,建立高速铁路运输服务属性调整的双层规划模型,探讨应用粒子群优化算法求解,以期对高速铁路运输企业设计合理的运输服务水平提供理论依据,并将此模型及算法应用于武广高速铁路运输服务水平设计中,验证模型及求解方法的可行性。     

旅客列车开行方案的双层规划模型和算法

在既有旅客列车开行方案研究的基础上,基于客运专线和高速铁路建设路网发展规划,分析旅客列车开行方案的相关费用和优化目标,均衡考虑企业利益和旅客需求,将列车开行方案与旅客换乘方案结合起来,以客流在铁路换乘网络上的分配作为下层规划,建立旅客列车开行方案优化的双层规划模型。通过抽象归纳制定开行方案的经验,将开行方案优化与客运径路确定、旅客列车换乘网络设计、旅客换乘的客流分配、旅客列车停站优化、旅客列车开行方案的评价指标分析等相关子问题结合起来,设计基于模拟退火算法求解的优化算法。根据优化模型和求解算法,开发铁路旅客列车开行方案优化系统,对某客运专线的开行方案实例进行测算,结果表明,该系统具有良好的优化质量和运算效率。     

基于遗传算法的铁路纵断面优化系统的研究

提出一种基于全局最优的改进式遗传算法.采用改进的启发式交叉算子和多种算子混合操作,加快算法向最优解收敛的速度.给出相应的纵断面优化模型,并改进初始种群生成的方法,将一个二维优化问题转化为两个一维优化问题进行求解,简化了算法的执行过程.引入惩罚函数的概念处理方案的约束问题,设计算法实现的流程图,并开发相应的优化系统.利用实例证明遗传算法在纵断面优化设计中的可行性及全局寻优的性能.     

基于时空状态网络的高速铁路乘务交路计划优化研究

乘务交路计划是同时考虑相对时间和绝对时间约束的混合时间问题,该类问题难以用时空网络描述。提出基于乘务规则的时空节点状态坐标递推原则和乘务任务可行转化判定条件,以此作为网络生成策略,构建融入乘务规则的时空状态网络,从而控制网络规模并简化数学模型复杂度。建立基于该网络的0-1整数规划模型,设计拉格朗日松弛算法,将多乘务交路组合优化问题分解为单乘务交路时空最短路径问题集合,提高求解效率。最后,以京津城际铁路和郑州东站高速铁路网为背景进行验算。结果表明:本方法不仅能有效解决高速铁路乘务交路计划问题,在求解大规模混合时间问题时也有一定效果。     

考虑货物异质性和模糊需求的高速铁路货运组织优化方法

组织实施高速铁路快运业务，是满足我国日益增长的高附加值、高时效性快运需求的有效方法。基于高速铁路快捷货运网络的“轴-辐”式特征，以及多品类货物集疏运需求的异质性和不确定性特点，研究高速铁路货运专列开行方案和配载方案的联合优化问题。提出异质货物协同运输策略，以总运营成本最小为优化目标，引入模糊集货需求下的机会约束和决策者风险偏好，构建高速铁路货运专列开行方案的混合非线性整数规划模型，设计基于并行改进变邻域搜索的启发式求解算法。以京沪高速铁路为例，对模型与算法进行验证和分析，结果表明：该优化方法能够有效提升高速铁路货运专列的装载率并降低运营成本，决策者风险偏好将直接影响优化方案。     

动态无线传感器网络基础设施建模方法及分析

无线传感器网络基础设施理论与技术是无线传感器网络中一项基础却又十分重要的研究内容.由于网络自组织性与不同应用环境的要求,导致无线传感器网络基础设施具有十分明显和复杂的动态变化特征,而如何认识并描述其动态变化规律却是一个难点问题.本文针对动态无线传感器网络,提出一种新型基础设施模型.在此模型基础上采用平均场与连续分析方法进行理论分析,最终得到该模型所描述的动态无线传感器网络基础设施平均节点度变化规律.通过对网络节点度变化和平均路径长度两个可反映动态拓扑特征的参数进行模型性能评价,仿真结果证明了模型的有效性、可用性和准确性.     

基于多维网络的增开列车条件下高速铁路列车运行图调整

研究增开列车条件下高速铁路列车运行图的调整问题,并综合考虑列车车站进路的影响。通过构建Time-Station-Track三维时空扩展网络,刻画列车对铁路时空资源的占用。将原多目标优化问题转化为求解列车占用网络弧段最小费用单目标问题,并构建基于Time-Station-Track网络的0-1整数规划模型。针对模型特点,设计拉格朗日松弛算法,将问题进一步分解为求解单列车网络最短路径子问题,由于问题被松弛后求得的解可能不可行。因此,提出基于列车优先序列的启发式策略对对偶解进行可行化。最后以宝兰客运专线为例,验证模型的正确性和算法的可行性。     

大规模货物列车运行图优化编制的一种拉格朗日松弛启发式算法

针对货物列车运行图优化编制规模庞大、精确求解困难的问题,构造时空网络将列车运行线铺画描述为路径求解问题,将各类约束转化为时空网络节点选择限制,建立整数规划模型。该问题本质在于疏解各列车运行线潜在冲突。对原模型进行拉格朗日松弛,将列车运行线潜在冲突表示为各节点罚数,设计启发式算法并通过拉格朗日乘子更新迭代求解。以京九线北京西至阜阳区段为例,对该区段711条运行线中的439条货物列车运行线进行了优化编制实验。结果表明,在满足运行线铺画条数的前提下,全图货物列车平均旅行速度由39.28 km/h提升至41.81~43.72 km/h,所提出的算法是解决大规模列车运行图编制的一种有效算法。     

高速铁路接触网系统风险评估与维修计划优化

针对当前高速铁路接触网系统在维修管理中未将供电设备运行可靠性与故障损失综合考虑的问题,采用系统故障Petri网计算模型,结合不同故障损失等级划分,构建高速铁路接触网系统风险评估模型。以维修费用最小为目标,以风险损失和维修资源限制为约束条件,引入役龄回退因子,提出高速铁路接触网系统维修计划优化模型。应用混合粒子群算法,设计优化计算程序,给出求解维修计划优化模型的方法和步骤。实例分析表明,上述维修计划模型的工程应用将在维持接触网系统较高可靠性的同时有效控制故障失效风险。     

基于网络连接及服务中心选择的高铁路网区域划分方法

高速铁路路网的区域划分对于区域性运行图的编制具有重要意义。结合路网的邻接特性,并考虑动车储备与检修能力进行区域中心的选择,以区域内的最小连接距离、最大平均连接紧密度为目标,建立高铁路网区域划分混合整数规划模型,并设计向量编码方式的遗传优化求解算法、高铁客运周转量折算方法。最后,以中国铁路总公司所属路网区域构建算例,对比聚类算法说明文中模型与算法的有效性与适应性,分析目标函数权重系数、最大服务半径与最大服务容量约束对划分结果的影响,得出服务半径系数、服务容量系数的设定方法。     

编制机车周转图的优化模型

指派问题算法模型和最小费用最大流模型是机车周转图优化的基本算法和模型,对解决部分双机牵引情况下的机车运用优化问题,具有一定的局限性。通过建立线性整数规划模型,可以解决铁路现场出现的列车运行图成对或不成对,列车单机牵引、全部双机牵引或部分双机牵引等多种情况下的机车周转方案的优化问题。为了简化求解过程,提高模型的实用性,在保持通用性的前提下,先后将整数规划模型转化为最小费用循环流和最小费用给定流模型。实际应用表明,最小费用给定流模型除了以上多种情况外,还可以解决客货分别勾画机车交路的优化运用问题。由于最小费用给定流模型具有很强的通用性,简化了程序设计工作,应用该模型并结合铁路实际情况开发的软件已在乌鲁木齐铁路局经过现场测试,使用情况良好。     

带交货期约束条件下装配制造企业供应链运作优化

以装配型制造企业的供应链系统为研究对象,应用开放式方程构建交货期约束条件下,装配制造企业供应链时变批量优化模型。模型考虑整个供应链中各节点的能力约束、供应链运作过程中各环节的时间约束和零件装配的数量比值约束。结合混合整数优化和SQP算法求解该优化模型。最后通过对两供应商单制造商两客户点的算例说明装配型制造企业整体供应链优化决策的必要性和正确性。     

基于复杂网络的高速铁路网络结构特征分析

便捷稳定的高速铁路运输网络是铁路客货运高效运输的保证,以复杂网络理论为基础,从铁路实际基础设施角度构建高速铁路网络,从网络拓扑性质方面分析高速铁路网络特性,了解高速铁路网现状。运用L Space方法构建高速铁路网络模型,从度与度的分布、平均路径长度、聚集系数等复杂网络指标分析拓扑网络结构特征。研究得出,我国高速铁路网络整体上具有无标度网络特征,中东部和沿海沿江地区车站数量较多,聚集性较高;局部枢纽地区的节点连接聚集,具有小世界网络特征,主要集中在杭州南、南京南、郑州东等大型车站。此外,通过对比分析2023年高速铁路网络特性的变化情况,可以看出路网车站具有连通性不断增强、路网区域布局均衡化发展的特征。