铁路枢纽重空车流组织的协调优化模型及遗传算法

在铁路车流组织问题中，仅考虑重车流的优化是不全面的，而单纯的空车调配又无多大意义，只有将二者结合起来的协调优化，才可能产生真正合理的车流组织方案。在对铁路枢纽运输组织规律进行分析的基础上，将枢纽内编组站的作业分工与空车流的合理调配纳为一起，构造了重空车流组织的协调优化模型，建立了基于遗传算法的求解理论。仿真计算表明，该模型和算法能够有效地解决运输实际问题。     

高速铁路车站股道运用与列车运行调整综合优化方法

股道运用是高速铁路车站作业组织的核心,车站股道运用与列车运行相互影响、相互制约。为缓解晚点对列车正常运行秩序的影响,以相邻若干高铁车站股道运用与列车运行调整综合优化为对象,统筹考虑各站股道、进路占用的唯一性及其最小安全间隔时间、车底周转计划等约束,以最小化列车到发时刻波动性和车站股道运用方案波动性为优化目标函数,构建综合优化模型;以列车在站到发时刻为纽带,设计基于模拟退火算法思想的综合优化算法,制订高速铁路车站股道运用与列车运行调整综合优化方案。算例表明：所提方法能快速解决线路级高速铁路车站股道运用与列车运行调整综合优化问题,有效降低股道运用站间影响及晚点对后续车站的影响;合理设置初始Markov链长有利于提高算法效率;立折旅客列车晚点对方案的波动性影响最大,终到、经停旅客列车的影响最小,在调整过程中应优先保证立折旅客列车的正点运行;若调度员决策偏好到发时刻稳定性,可优先调整终到旅客列车的方案,若决策偏好股道运用稳定性,优先考虑经停旅客列车;所提方法能够为高速铁路列车运行计划实时调整提供决策支持。     

铁路车站股道运用排序模型与算法

遵守车站股道运用条件,在引入时间窗、权重和有限度3个参数的基础上,利用排序理论构建车站股道运用排序模型。结合列车在车站的实际作业过程和进路编排,利用启发式算法对模型求解,得到股道运用初始方案。基于排序原则选择、进路编排方式和多方案选优3种解改进策略对股道运用初始方案进行改进,得到股道运用改进方案。利用现代柔性理论,设置1个人—机交互接口,以股道运用可行性为第1优化目标、均衡性为第2优化目标,建立股道运用的柔性模型,按照人—机交互会话的方式进行求解。采用该模型与算法编制的铁路车站股道运用自动编排系统,目前已在广州东站和韶关站初步运用。     

基于到发线运用方案的列车到达追踪间隔时间压缩方法及仿真研究

利用高速铁路车站列车到达进路冲突关系和进路分段解锁原理,研究基于到发线运用优化方案的列车到达追踪间隔时间压缩方法。首先分析分段解锁条件下列车到达追踪间隔时间的计算方法,随后建立无损精度的铁路路网拓扑模型和多智能体列车连续追踪运行仿真模型;在此基础上设计基于信号补偿时间的列车最小到达追踪间隔时间求解算法,求解不同到发线运用方案的列车到达追踪间隔时间。以上海虹桥站高速场为例,对所有到发线组合方案进行仿真实验。结果表明:股道组合方案对应的关联道岔越少,列车到达追踪间隔时间越短;当关联道岔相同时,后车接车进路越短,前车接车进路越长,到达追踪间隔时间越短;当前车股道确定时,最优的后车股道方案比最劣方案可压缩列车到达追踪间隔时间30s以上。     

沿江高速铁路引入合肥枢纽的关键问题

规划年度(2030年)合肥枢纽将形成衔接9个方向、13条线路的大型放射状枢纽.但随着沿江高速铁路建设的提前,沿江高速铁路与既有沪蓉铁路在枢纽内共通道能力是否满足需求、枢纽的客运系统布局和客运站分工是否合理、引入车站站型方案是否最优是面临的关键问题.本文根据研究年度(近期2035年、远期2045年)的枢纽客运量及车流特点,结合既有沪蓉铁路的功能定位及分工调整,对枢纽内主要客运站和区段能力进行分析,对引入车站站型进行研究.通过定量和定性分析,从契合城市总体规划、运输组织的便捷性、线路平面条件、工程实施难易度、工程建设条件、投资等多方面综合比选,优化了枢纽的客运系统布局和客运站分工,确定了合理的枢纽引入方案.     

车流波动条件下铁路枢纽编组站作业分工的优化

车流量的波动变化是铁路运输工作中不可回避的现象,该现象必然会影响根据平均车流量得到的运输组织方案的真实性和有效性。本文以铁路枢纽编组站作业分工为背景,研究车流波动条件下运输组织优化问题的随机化构模方法,利用置信水平的概念将所建模型转化成一个概率意义上的最优化模型,提出了基于约束条件随机检验的复合遗传算法。仿真计算表明,提出的模型和算法能够有效地解决车流波动条件下铁路运输组织的优化问题。     

高速铁路枢纽地区联调联试组织工作优化

以广州南枢纽为例,分析高速铁路枢纽地区联调联试存在的主要困难及其安全风险,从股道运用、时间安排、试验序列、风险研判、并行区段运输组织等方面,对高速铁路枢纽地区联调联试组织工作优化进行探讨,提出联调联试组织工作优化方案,以确保枢纽地区联调联试工作安全有序、优质高效。     

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.     

双向编组站车流接续的综合优化

根据双向编组站车流作业的特点，将各车场能力、解体能力、交换作业能力、衔接方向的通过能力和编组场的股道数作为约束条件，将车辆在编组站的走行距离和集结时间，交换车的作业费用以及在其它车场的作业作为目标函数，构造了车流接续的综合优化模型，采用遗传算法求解模型，并从多方面对遗传算法提出改进策略，仿真计算表明，该模型和算法能够有效地解决了双向编组站的车流接续问题。     

铁路车流分配的树状径路优化模型及算法

铁路网车流分配需要解决的关键问题是如何确定车流路径,而同一终点的车流具有合而不分的特点,即呈现"树状结构"径路。以多商品网络流理论为基础,构建铁路网车流分配与树状径路综合问题的混合整数规划模型,优化结果可得到铁路网中流量分布情况及符合"树状结构"的车流走行路径。设计拉格朗日松弛算法求解模型,通过松弛掉模型中弧段能力约束进而将原问题分解为求解多个单支车流分配子问题,采用传统次梯度优化算法求解对偶问题;上界计算方面设计基于车流排序的可行解求解方法。算例表明:该算法可有效求解模型,实现车流径路"树状结构"要求;求解效果和计算空间方面优于商业软件ILOG CPLEX。     

区域铁路车站股道运用在线融合实时调整优化方法

区域铁路网络化运营背景下相邻车站股道运用经由列车运行和到发时刻呈现强关联及时效性特征,易受突发事件影响,股道运用在线调整是列车运行调整的重要内容。基于双层规划理念,兼顾区域铁路多站股道运用在线协同编制和列车时刻表调整,构造抗二次干扰能力评估函数,统筹考虑列车最小停站时间、接发车和股道占用最小安全间隔时间、进路占用等约束,建立以时刻表波动性最小和抗二次干扰能力最大为优化目标的列车时刻表动态调整模型、以股道占用整体波动性最小和均衡性最大为优化目标的多站股道运用在线实时调整优化模型,并以车站实际到发时刻为融合因子,构建区域铁路车站股道运用在线融合调整双层规划模型;基于多站股道运用、时刻表之间的正反馈-负反馈作用机制和模拟退火思想,设计多站股道运用在线融合实时调整启发式求解算法,提出一种兼顾调整方案波动性、抗二次干扰能力和均衡性的区域铁路车站股道运用在线融合实时调整优化方法。算例分析表明：所提方法在兼顾调整方案波动性、抗二次干扰能力和均衡性的同时,能高效制订出合理的区域铁路多站股道运用在线融合调整方案,满足实时调整强时效性的要求,能够为区域铁路多站股道运用在线协同编制和列车运行实时调度管理提供...     

铁路编组站分类线运用优化研究

编组站分类线运用是车站调车作业计划的核心内容,根据其存车情况的不同,可分为空股道、单车流股道、混合车流股道(可细分为暂存线和整理线以示区别)三种类型,其中混合车流股道对编组场作业及能力影响最大。在阶段计划给定的条件下,考虑分类线的数量和能力约束,构建编组站分类线运用优化模型。模型目标为最小化整理线的数量和出发列车连挂次数。算例结果表明:分类线运用除了受其数量和存车能力影响之外,与阶段计划也相互关联和相互影响;暂存线的存在,会导致出发列车总的连挂次数增加,但能在一定程度上缓解分类线能力不足的压力。     

向塘西编组站扩能改造方案研究

研究目的:针对南昌枢纽向塘西编组站作业能力不足的问题,对编组站扩能改造方案进行系统性研究,在技术经济、运输灵活性、作业能力等方面进行方案比选,提出推荐方案.研究结论:通过对枢纽内编组站扩能改造方案的研究,在全面考虑枢纽内客、货列车对数、车流性质、作业径路灵活性、运输发展需要等因素的基础上,在既有格局无法进行大的调整的条件下,合理运用平面疏解将下行系统扩建为三级三场站型,上行系统扩建为二级四场站型,既满足枢纽近、远期运输发展需要,又节约了工程投资.     

关于怀化枢纽内编组作业分工方案的研究

在详细调查，分析怀化枢纽两编组站技术设备与车流的基础上，从节省投资，减少交换车流，协调通过能力，机车交路配合等方面，论证了怀化枢纽两组站的合理分工方案。     

铁路车流径路优化分布式算法

针对铁路车流径路优化的计算量随着路网中节点数和车流数的增加呈指数型增长的问题,引入分布式计算方法进行求解。对于任意一个固定顺序的车流排列,基于线路能力约束条件,构造车流径路优化模型。定义对该车流排列评价的函数,将车流径路优化问题分解成车流排列的评价计算问题和车流排列优化问题。设计分布式计算网络结构及网络程序流程。采用改进的禁忌搜索法,在服务器端完成车流排列空间的优化搜索,在不同的客户机端进行车流排列的评价计算,利用计算机网络将二者有机地结合起来,形成分布式算法。将车流排列优化问题归纳为旅行商问题,分析模型算法的复杂性。对算例进行计算表明：对构造的车流径路优化模型采用分布式算法进行求解可以节省大量时间,但存在对计算机网络配置要求高的问题。     

铁路车站到发线优化分配研究

金华东站作为金华车务段辖内唯一的一等区段站，现阶段车站到发线利用率高达83.3%，过高的作业量将显著影响车站通过能力和接发效率。到发线股道优化分配是提升铁路区段站通过能力和提高列车接发效率的重要途径。利用标准差的方法，构建优化到发线分配的非线性整数规划模型，设计改进遗传算法求解。采用定向变异策略代替传统的概率变异，以解决传统概率变异操作可能造成可行方案被剔除和收敛慢等问题。结合金华东站某一时段的接发列车计划进行股道调整分配，以验证模型和算法的合理性和有效性。求解结果表明，股道占用时间标准差的最优结果值分别为15.40和14.13，优化后的股道占用情况与原始计划相比更均衡；同时，结果也表明采用定向变异策略求解具有收敛速度快的优势。研究成果可为铁路车站股道优化分配问题提供决策支持。     

铁路网车流径路优化模型及算法研究

分析目前铁路网车流径路存在的问题,提出路网车流径路综合最优的含义,对路网进行数学描述;分别以运输时间最少、运输距离最短、运输成本最低为目标建立多目标0-1规划模型;采用线性加权和法将多目标0-1规划转化为单目标问题进行求解,利用专家打分法获得合理的权系数,设计并采用阻尼系数法约束线路能力,在此条件下对路网车流径路模型及算法进行分析,提出求解的方法步骤;最后运用本文模型和算法,以我国铁路网为背景,通过改变阻尼系数调整线路流量,实现宝中线和宝兰线的车流径路调整,验证了本文模型及算法的有效性。     

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。     

动车运用所调车作业计划优化编制模型与算法

在动车运用所股道布局和检修资源已定的前提下,合理编制动车组调车作业计划对于提高动车运用所的检修能力具有重要意义。以动车运用所的股道连通关系、时空占用相容性、动车组运用计划和检修计划为约束条件,以减少动车运用所关键检修线区无效占用时间和减少调车路径费用为目标,建立动车运用所调车作业计划编制优化模型。将原问题转化为具有附加时空约束的车间调度问题,构造调车任务拓扑图,采用改进的最大最小蚁群系统求解。以某动车运用所的实际调车作业为算例,结果证实了模型和算法的有效性。     

基于服务水平的铁路货物运输网络能力计算方法

引入服务水平等级概念,以OD流量最大和运输费用最小为目标,构建铁路货物运输网络能力计算多目标规划模型.采用按服务水平等级由高至低顺序进行车流量调整的策略,设计基于K短路和最小费用流问题的启发式算法;并针对最小费用流问题,分别给出基于Lingo软件和遗传算法的2种求解方法.在遗传算法中,对染色体采用二进制编码和运用Double-Sweep算法计算各支车流在给定服务水平等级下的可选径路,利用交叉、变异操作遍历可能的车流路径集合,使用启发式车流调整策略,实现线路及车站能力限制条件下不同路径集合的车流分配.算例测试表明,基于Lingo软件的算法适合于求解小规模问题,而基于K短路的遗传算法更适用于求解大规模问题,且具有较高的稳定性和适应性.