基于MTSP的机车运用分析与优化

不固定牵引区段机车交路极大地提高了机车运用效率,是机车运用工作的发展方向。基于多旅行商问题模型(MTSP)分析武汉局集团公司江岸机务段机车运用情况,并提出优化方案。武汉局集团公司地处全国铁路网中部和地理位置中心,是全国铁路的重要枢纽,也是华中地区综合交通体系的重要组成部分,对于疏解全路车流起到了至关重要的作用。通过结合江岸机务段不同机车交路,针对不固定机车交路牵引方式建立数学模型,在满足列车开行和机车整备约束的条件下,以机车使用台数最少为目标,给出目标函数的具体求解。最后,结合不同分界口机车交路的MTSP模型,给出武汉局集团公司机车运用优化建议,对其他地区的机车运用工作也具有一定指导意义。

车底数最小化的动车组交路计划优化

基于现场生产需求,研究动车组交路计划优化问题。首先,界定动车组交路定义,分别以交路数最少、列车接续时间最短和车底数最少作为优化方向,分析3种目标下交路计划优化的不同效果,以及动车组交路计划的限制条件;然后,以所有动车组交路所需车底数最少为主要目标、以交路总时间最短为次要目标,考虑列车接续和动车组检修等约束条件,构建车底数最小化的动车组交路计划优化模型;最后,对整数非线性规划模型进行线性化处理,并依托上海局实际列车数据,对模型开展案例研究。结果表明:该模型可灵活转换优化目标,具有较好的灵活性和通用性;相比人工交路计划,该模型得到的优化计划减少车底数1列,缩短交路总时间420min;通过模型参数的灵敏度分析验证不同优化目标间的分歧性,并得出3条交路计划优化建议分别是,在保障动车组设备安全的前提下延长检修周期、提高车站作业效率并缩短动车组在站停留时间和压缩检修作业时间。

离所时间限制下动车组交路计划优化研究

由于我国高速铁路系统一般在夜间进行检修作业,故动车所对动车组最晚离所时间会有一个限制,避免某些列车受检修天窗的影响而长时间停站。在编制动车组交路计划时考虑此类约束条件,将大幅增加模型的求解难度。本文针对该问题,将动车组最晚离开动车所时间、一级检修里程周期和时间周期作为约束条件,分析动车组交路的优化目的,以动车组接续总时间和动车组交路总损失里程最小化为目标,基于列车接续网络图,建立离所时间约束下的动车组交路计划优化模型。结合模型的特点及其复杂性,设计求解模型的模拟退火启发式算法。并以太原南动车所的46个列车车次为例,分别在不考虑离所时间约束和考虑离所时间约束两种场景下,生成动车组交路优化方案。结果表明:在动车组交路个数、接续总时间和平均运行里程等指标几乎相同的情况下,实现了离所时间约束,使得交路计划更加符合运输生产实际需求。

考虑客座率偏好的动车组周转计划编制研究

针对当前动车组周转计划在列车运行图“抽线”时所出现的客流适应性差问题,提出考虑客座率偏好的动车组周转计划编制方法。以列车运行线为节点、列车运行线衔接关系为弧构建时空网络,弧的费用用接续时间的函数表示,则一条动车组交路可以表示为时空网络中的一条路径。在考虑动车组接续效率的同时,提出将客座率相近的运行线编至同一条动车组交路的客座率匹配关系,并将其表示为运行线间是否可以接续的一个约束条件,从而将动车组周转计划编制问题转化为一类带特殊约束的最短路问题。设计了基于Cplex的分组求解方法。所生成方案除了满足动车组使用效率优化的传统目标外,客座率相近的运行线被编制在同一条交路中,以适应抽线方式对动车组周转交路的需求。

基于惩罚费用的城市轨道交通乘务排班优化模型与算法

乘务排班计划是城市轨道交通运营的核心问题之一.本文首先分析了乘务排班问题,接着基于惩罚费用构建了乘务排班优化模型,并提出了相应惩罚费用计算方法.根据乘务排班计划步骤可知,模型分为乘务作业段生成模型和乘务工作班生成模型,其中乘务作业段生成模型为乘务工作班生成模型的下层,乘务作业段生成模型的解为乘务工作班生成模型的输入条件.随后针对建立的双层模型,分别设计了改进的Dijkstra算法和离散粒子群算法.最后,采用某地铁线路的运行数据对模型和算法进行了验证.结果表明,间休时间的均值为37分,工作时间的均值为6小时41分,并且所有的乘务工作班分布均匀,证明了模型与算法的有效性.

非固定区段运用的双机牵引机车周转优化模型

对于不成对机车周转图,多基于固定的机车运转区段且为单机牵引进行研究,传统机车周转图的勾划方法难以适应非固定区段机车周转图编制的需求.机车的非固定区段运用有利于缩短机车周转时间,优化机车周转方案,对提高机车运用效率意义重大.本文在充分考虑部分双机牵引不成对机车周转图中可能出现的情况:到达单机牵引列车数与出发单机牵引列车数不同,到达双机牵引列车数与出发双机牵引列车数不同.综合分析铁路运输运营效益、列车运行图均衡性等具体要求,以机车在站停留时间、机车周转图均衡性、机车周转距离、机车运用数量等4个目标函数为求解目标的基础上,建立了机车周转图的01多目标规划模型,并给出求解的方法.最后以西宁西—西宁货区段进行实例验证,得出了对应的最少机车总消耗时间,最优附挂方案和机车周转图.

铁路货运机车动态周转与运用优化方法研究

从动态角度出发优化编制铁路货运机车周转与运用计划对于提高机车日常工作效率、及时配备牵引动力具有重要意义。本文以编制高效的日计划机车周转图为目标,综合兼顾机车调度过程中整备、检修、备用等因素,针对任意机车交路建立多层次连续型时空网络,从而将铁路货运机车动态周转与运用问题转化为时空网络中机车走行径路的选择问题。采用弧-路模型思想为其中任意一台机车生成可选径路集,构建相应的径路优化模型,应用遗传算法对模型求解,形成一套解决铁路货运机车动态周转与运用问题的理论优化方法。最后,通过算例验证模型与算法的合理性及有效性。

基于列车车次的动车组运用优化模型与算法

动车组运用计划的编制通常需要综合考虑运输安全、效率及成本等多方面因素,其编制质量及编制效率对高速铁路运营有重要影响.为了快速获得高质量动车组运用计划,以降低综合运营成本和总空驶里程等为优化目标,建立了基于列车车次的可改编动车组运用优化混合整数线性规划模型,并设计了一个迭代逼近算法框架.该算法框架将整个问题分解为主问题和子问题,其中主问题的最优解为整个问题提供有效下界,而主问题可行解集合中能够通过子问题检验的解为整个问题提供有效上界,从而算法框架可以不断地更新上、下界之间的最优间隙,迫使生成更接近于下界的新可行解.多个实例分析表明:所提出的方法与人工方法相比,能够快速生成动车组运用计划,且使得动车组综合运营成本平均下降10.5%,总空驶里程平均减少23%.

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。

动车组运用接续网络优化方法研究

通过分析,将动车组接续周转计划的优化求解过程归结为在动车组运用接续网络上应用搜索算法寻找满足约束条件和使目标函数最优的路径集合的过程。优化动车组运用接续网络可有效提高求解效率。应用匈牙利算法设计了以"使用动车组最少"为目标的动车组运用最优接续网络生成方法,以京津城际铁路本线列车平日运行图为例对方法进行验证。结果表明,该方法可求解最优接续网络,运算效率较高。

模糊物理规划及其应用研究

物理规划(PhysicalProgramming)是一种新的处理多学科优化设计问题的有效方法.本文考虑了多目标系统的模糊性,给出了相应的多学科优化设计问题的解决方案,称为模糊物理规划.利用遗传算法求解数学模型,解决了最终优化目标可能存在多个局部最优解的问题,拓宽了模糊物理规划的应用范围.最后,应用模糊物理规划进行了直通旅客列车开行方案的优化.

动车组交路计划有关问题研究

动车组交路计划是客运专线的基本运营计划之一。在分析动车组交路计划约束因素的基础上,给出了动车组交路计划的评价指标,以及计算模型和算法。根据约束条件的数学描述和目标函数,对模型求解思路进行了分析论述,并通过模拟算例说明动车组周转图的各项主要指标与手工编制结果相比均有较大改善。

基于既定列车运行图的铁路旅客列车车底套用协同优化研究

在不改变车底配属制的前提下,以车底在配属站和折返站的接续时刻和停留时间、车底与列车对在接续时间间隔和车底要求的匹配度、车底运用与到发线运用和整备线运用的协同性等为约束条件,以始发和终到旅客列车的车底不必要在站停留时间最小为目标函数,建立基于既定运行详图的旅客列车车底套用优化模型。将模拟退火算法参数的设定描述为随机优化问题,采用序优化巢分区算法设定模拟退火算法参数;在此基础上,设计求解优化模型的模拟退火算法。以郑州车站为例,验证模型和算法的有效性。结果表明:运用给出的模型和算法得到的车底套用方案,减少了所需车底数量和车底在配属站及折返站的停留时间,提高了车底运用效率。车底套用后尚需进一步解决某些旅客列车晚点对车底接续的影响、因车底不匹配对中短途列车上座率的影响、旅客列车密集到达和发车时间段出现的站台拥挤等问题。

南阳枢纽地区货运机车交路优化方案探析

在阐述南阳枢纽运输现状、南阳西站通过能力低、机车换挂次数多等情况的基础上,分析南阳枢纽货运机车交路在实际运输组织中对运输生产产生的影响及存在的问题,结合枢纽地区列车运输的特点,提出将浩吉线机车交路拉通至信阳北站,西安局集团公司延安机务段机车乘务员和武汉局集团公司江岸机务段机车乘务员在南阳西站继乘;将江岸机务段机车交路通过南阳西站延长至西峡站、襄阳北站,武汉局集团公司江岸机务段机车乘务员和郑州局集团公司洛阳机务段南阳西机车乘务员在南阳西站继乘等优化方案,将机车换挂地点外移,减少南阳西站机车换挂次数,将由于机车机班存在的问题对南阳枢纽运输畅通造成的影响降到最低,并达到提高机车运用效率的目的。

高速铁路网络动车组运用优化分解算法

针对高速铁路网络化运营背景下带维修约束的多车种、多动车所的动车组运用优化问题,提出一个新颖的2阶段优化分解算法。第1阶段基于多商品网络流理论(MCFP),建立不考虑维修约束的动车组交路计划混合整数线性规划模型(MILP),以获得多种动车组备选交路计划方案;第2阶段将获得的备选交路计划方案中的交路转换为单个动车组单元的可行路径集合,建立带维修约束的动车组单元指派模型来检验其维修可行性。结果表明:所提出的算法相比于现场人工方法节省4个8编组的动车组、减少38.4%的总空驶距离并降低3%的运营成本;通过更加灵活的编组方式进一步提高了动车组的运用效率。

基于模糊综合评价法的铁路货车运用效率分析

铁路货车运用效率水平直接影响运力资源调配及货运收入的实现,为稳步提升货车运用效率,在概述交通运输领域综合评价研究现状的基础上,阐述模糊综合评价法的思想与理论,基于单位运用车保有量的货运机车走行公里、货物发送量、货物周转量和货车旅行速度4项评价指标,利用综合利用层次分析法和模糊综合评价法对2008—2014年国铁货车运用效率状况进行综合评价。结果显示,货物发送量和货物周转量是影响货车运用效率水平的关键因素。

城市轨道交通多重嵌套交路车底固定使用方案及计算

基于嵌套交路车底固定使用方案,研究了城市轨道交通列车运行图周期、通过能力及车底运用的计算方法。提出标准铺图的概念,建立了城市轨道交通多重嵌套交路模式下列车运行图周期、线路通过能力及车底运用的数学模型,并给出了计算实例。

定时条件下列车节能操纵研究综述

在简单介绍了定时条件下列车节能操纵问题的定义和研究意义的基础上,归纳出了近年来关于定时条件下列车节能操纵问题的三大类求解方法:能耗模型结合启发式算法寻优的方法、局部优化仿真计算结合全局寻优策略的方法,以及列车运行仿真结合启发式算法的方法,并且对其一一进行了简要的分析。文章在最后列出了前人总结的节能操纵策略并概括了该领域现有各种研究的不足以及未来的发展方向。

高速动车组司机乘务交路优化编制方法

高速动车组司机乘务交路编制是动车组运用工作的重要组成部分,其编制过程分为日乘务交路编制和乘务排班两个阶段。我国铁路部门目前仍然以传统的"先到先走"方法为基础,靠人工凭经验来编制。针对此不足,本文以所需要的高速动车组司机数和司机的冗余休息时间最少建立了编制日乘务交路的0-1整数规划模型,该模型可以描述每个乘务交路由1个或多个乘务片段组成的类型。针对问题模型属于NP-难问题的特点,设计了一个求解的禁忌搜索算法。以多个机务段值乘的高速动车组实际数据为例,对模型和算法进行测试,求解结果验证了所提出的方法能快速求出较优的高速动车组司机乘务交路方案。

一种基于流计算的铁路车流推算架构模型研究

车流推算是铁路编制每日调度工作计划、进行日常车流组织的基础性工作。我国铁路车流输送距离长,运输组织复杂,车流状态变化频繁。通过分析车流推算过程及计算应用的处理特点,提出一种基于流计算的车流推算架构模型,将推算过程分解为多个子任务流进行并行处理。通过采用微应用计算架构,充分利用流计算在计算密集性、多级并行性、局域性的优势,可以实现实时车流推算和车流分析,以保证车流推算处理结果的及时性和有效性。