地铁车辆日回收计划优化模型与算法研究

综合考虑了列车当日正线运营时刻表、车辆当日和次日的检修需求、次日正线运行需求、车辆段空闲股道等,将车辆日回收计划优化问题抽象为一类指派问题,以车辆是否分配给股道为变量,以总的指派费用最少为目标,建立了车辆日回收计划优化问题的0-1整数规划模型。由于指派的费用和目标函数无法量化,依据现场经验规则,设计了启发式算法,提高了算法的效率。最后通过算例验证了模型和算法的可行性。     

基于均衡运用原则的列车运营日计划编配研究

科学进行列车运营日计划编配对提高列车运营效率具有重要意义。提出了一种基于改进的最优-最差蚁群算法(BWAS)的车次车号匹配算法。对列车运营日计划表进行分析并对列车运营日计划编配问题进行描述;以车组号与车次匹配度最高为优化目标,以唯一性约束、早高峰指定车次约束、道岔转换最小时间约束、出库便捷性约束为约束条件,建立基于改进BWAS的列车运营日计划编配模型;结合实际车组、车次及股道信息进行仿真分析,结果表明,该算法可在短时间内收敛并使车组运用均衡性得到显著提升。     

面向O-D时变需求的城轨列车运行计划优化方法

面向城轨客流时变需求,在给定乘客服务水平的限制下,耦合出行需求与列车始发时间,优化城轨线路列车运行计划,使得列车对数和列车车底数最小化。以具有单一尽头车场的列车运行计划优化问题为研究背景,将该问题分解为列车时刻表优化子问题和列车周转方案优化子问题。针对列车时刻表优化子问题,提出基于时刻表的客流分配方法,构建相应的列车时刻表优化模型,并设计列车时刻表双向关联序列化优化算法;针对列车周转方案优化子问题,建立相应的列车周转方案优化指派模型,同时设计求解该模型的匈牙利算法。算例分析表明:本优化产生的列车运行计划,在满足乘客服务水平的基础上,最大限度地降低了列车运行成本,依次使得列车对数、列车车底数最少,证明模型和算法的有效性。     

多站协同的技术站配流优化研究

技术站是铁路网的重要组成部分,其作业组织水平直接决定了铁路运输生产效率。传统的技术站配流问题通常考虑车站内部作业优化,如解编顺序、分类线运用等,以减少车辆在站停留时间。为加强站间互联互通,促进车流有序流动,提出基于货物列车编组计划的多站协同概念。建立以车辆在站停留时间最小为目标的考虑多台调机的单技术站动态配流模型M1和以协同后减少的停留时间之和最大、新增列车走行费用最小为目标的多站协同优化模型M2。考虑到模型M1属于NP-hard问题,设计拉格朗日松弛算法将模型分解为3个子问题求解。模型M2根据模型M1求得结果并结合多站协同概念,调用GUROBI求解器求解验证。通过案例分析可知：在计划时限内,给定的路网中共有6个技术站进行协同配流,通过改变欠轴停运列车的编组去向,实现相邻车站车流供给,车辆在站停留时间减少645.1 h,较协同前降低6.57%,增加6列正点出发列车。研究结果表明,提出的模型及算法能够压缩多站车辆在站停留时间,提高计划兑现率,增强铁路货物运输生产效率。     

制定列车编组计划的人工神经网络方法

对直线方向单组列车编组计划问题通过设置0－1变量，建立了优化了优化列车编组计划规模较小的0－1线性规划模型和0－1二次规划模型，并将所建立的0－1二交规划模型转化为Hopfield人工神经网络模型，利用人工神经网络算法和模拟退火算法求解大量的实例，得到的结果精确度较高。     

编组站阶段计划解编作业优化模型及算法

考虑编组站解编调机运用计划与列车出发计划的综合协调问题，建立阶段计划解民车流推算优化混合０－１规划模型，并给出模型的启发式分解算法。经实例验算证明算法的可靠、有效性。从而为阶段计划的计算机编制提供了一个优化决策基础。     

铁路编组站日班计划网络流规划模型及算法

以压缩车辆在编组站停留时间为目标，建立编组站日班计划多商品网络流规划模型，编组站装、卸、排空与列车出发计划综合协调问题，并通过网络分层分解方法，将一个多商品汉问题为几个单商品流子问题，以寻得快速有效算法；并通过采用分枝定界策略，解决了站由于车注足需运出发列车运行线问题，从而，为日班计划的计算机自动编制提供一个优化决策基础。     

德国进行纽伦堡地铁全自动化改遣

自动化地铁具有节省人力和车辆成本、优化列车运营、吸引客流以及运营安全可靠的特点。为此，德国纽伦堡计划将既有的人工操作的地铁改造为全自动化的地铁，并于2006年春正式运营。     

悬浮跨接走行模式下无轨列车的几何循迹策略

针对悬浮跨接走行模式下无轨列车的循迹控制问题，提出了一种基于车辆转向运动的几何循迹控制策略，即头车前轴采用驾驶员模型控制，其余后轴采用基于几何循迹算法的跟随控制方法。推导了车辆的单轨运动学模型、稳态几何循迹算法和瞬态几何循迹算法的后轴车轮转向角表达式，并通过Simulink软件进行数值仿真，验证了所提几何循迹策略的准确性。研究结果表明：采用稳态几何循迹算法和瞬态几何循迹算法均可实现列车的循迹控制，瞬态几何循迹算法的循迹控制性能略优于稳态几何循迹算法；所提算法可以优化悬浮跨接走行模式下无轨列车的循迹控制策略，提高列车的运行稳定性。     

单线铁路列车运行调整计算机辅助决策系统研究

列车运行调整计算机辅助决策系统，是铁路行车调度指挥自动化系统的关键环节。本文构造了单线铁路列车运行调整的混合０－１线性优化模型，该模型较好地体现了列车运行计划调整、机车交路调整和车站到发线利用的协调与配合。鉴于列车运行计划调整为ＮＰＣ问题，结合问题的实际背景，提出了一种有效的大系统分解算法－动态区域局部优化算法。该算法应用分枝定界法实现局部问题的优化。讨论了同向列车越行优化问题，并给出了同向列车越     

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。     

成网条件下沪宁杭城际高铁公交化开行方案研究

对成网条件下沪宁杭城际高铁公交化开行方案进行了研究;确定各线的列车运行交路与停站方式,设定各线子系统的优先级由高到低依次为沪宁线—沪杭线—宁杭线,以最高优先级的沪宁线为基准,高峰时段采取各线大交路同网同间隔的运营模式。以列车编组和行车间隔作为主要决策变量,构建带有约束条件的开行方案优化模型,优化目标为最小化各线断面客流量与列车标准载客量的方差之和,最小化运用车底数。利用多目标规划的模糊优化算法,运行lingo软件求解,得出了成网条件下沪宁杭城际高铁公交化开行方案。     

高速铁路枢纽站技术作业计划与动车所调车作业计划协同编制研究

分析高速铁路枢纽站技术作业计划与动车所调车作业计划的协同编制过程,提出了将两个计划一体化编制的思想。以需安排作业效益最大化为优化目标,构建基于动车组车底的高速铁路枢纽站与动车所作业计划协同编制模型。针对模型特点,提出瓶颈工序、启发式分配规则及粗粒度主从进程模式的并行禁忌搜索策略(PTS)相结合的混合优化算法,首先确定作业安排瓶颈工序,然后启动主进程和若干从进程,主进程运用启发式分配规则快速生成初始解分配给从进程,从进程运用与瓶颈工序相关的禁忌算法搜索优化解,并反馈给主进程,主进程记录全局最优解并根据交叉策略生成新的初始解,重新分配给从进程进行TS搜索。最后,用实例验证了模型和算法的有效性。     

铁路车站取送车系统优化理论与方法研究

取送车系统是车站作业系统的子系统,其效率的高低直接关系到出发列车正点率、车辆周转时间等运输生产指标。基于系统优化理论与方法、组合数学、集合论以及生产实践经验,分析取送车系统的要素、结构、环境和特征,研究取送车问题的建模方法、模型解的构造方法、寻优算法和提高问题寻优效率的启发式方法,并通过算例对研究成果的适用性进行验证。主要研究内容和结论如下。     

城市轨道交通网络末班车衔接优化模型

城市轨道交通网络运营结束阶段,末班车在路网换乘站内能否实现合理地衔接,最能体现出以人为本的客运服务以及科学高效的运营秩序。根据城市轨道交通网络特点,提出了城市轨道交通网络末班车衔接编制的原则。从站间列车运行时间约束、线间列车换乘衔接、末班列车线间衔接目标等角度,研究了轨道交通网络末班车衔接优化量化方法,建立了网络末班列车衔接优化模型。以北京轨道交通城区1号线、2号线和5号线局部路网为实例,编制了网络末班列车的优化时刻表。算例结果表明,模型及其优化算法可行,对路网运输计划编制工作有较强的实用性。     

基于综合物流的铁路货运能力优化研究

铁路货运能力优化研究对于铁路运输能力提升具有积极的意义.在对经典列车开行能力优化分析的基础上,综合考虑整体物流系统,以网络内列车运行总成本与货物在货运站的库存惩罚的差值最大为目标,考虑发车数量、流量守恒等约束,建立基于综合物流系统的铁路货运能力优化单目标线形规划模型,并根据模型特征,设计基于整数编码的遗传算法进行求解.     

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。     

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。     

考虑动车组周转和到发线运用的高速铁路列车运行图优化方法

以列车在车站的作业时间、动车组在终点站的接续时间和车站到发线数量为约束条件,以列车旅行时间和动车组接续时间最小化为目标函数,建立高速铁路列车运行图综合优化模型.模型求解算法主要采用了4种关键技术:以定序列车运行图优化方法化解列车作业时间冲突,以交换列车到发顺序化解到发线冲突,通过保持到发线运用紧张时段的列车到发顺序防止产生新的到发线冲突,运用匈牙利算法求解以动车组最小接续时间为目标的动车组周转方案.算例分析表明,运用给出的模型和算法能够达到整体优化高速铁路列车运行图的目的.     

基于智能化应用的列车运行调整模型

基于列车运行调整理论研究现状,在分析现有研究局限的基础上,提出建立列车运行自动调整模型应考虑的4个关键问题:部分非运行图相关信息、动车组接续、交叉进路抵触及股道-线别连通性。基于这些关键问题构造10个约束条件,结合智能CTC系统技术标准,以提升旅客满意度为导向,依据旅客行程信息和多目标优化的思想,建立将列车运行调整对旅客出行实际影响最小化的目标函数,构建可满足智能化应用的列车运行自动调整规划模型,将其引入开发中的智能CTC系统,并通过京张高铁3个列车运行调整实际场景进行验证。结果表明:模型能够准确处理各种场景下的列车运行偏离,生成切实可用的列车运行阶段计划;生成的计划能有效消解列车晚点造成的交叉进路抵触、股道运用冲突及动车组接续等冲突,在兼顾旅客换乘考虑的同时,缩小列车晚点波及范围,控制晚点传播。