Optimization of Urban Rail Transportation in Emerging Countries Using Operational Research Techniques

Rail systems are gradually becoming the most desirable form of transit infrastructure around the world, partly because they are becoming more environmentally friendly compared with airplanes and automobiles. This paper examines the place of emerging countries in this move of implementing modern rail system that will eventually enhance the realization of a low-carbon society. Network model, transportation model and linear programming algorithms are used to model the present urban rail transport system in Nigeria, as an emerging country, in order to optimize it. Operational research methods, including simplex method and MODI, with the aids of computer software (excel solver and LIP solver) were adopted to solve the resulting models. The results showed that optimization of rail transport system will not only reduce carbon emission but also bring about economic development which is required for the eradication of prevalent poverty in these emerging countries.

计及线性化潮流约束的主动配电网运行优化

针对主动配电网(active distribution network,ADN)运行优化模型的非线性问题,提出一种含线性化潮流约束的配电网运行优化模型。以购电成本和分布式发电运行成本最小为优化目标,考虑主动配电网中负荷的柔性特征,推导柔性负荷的数学模型。为提高模型的求解效率,采用分段线性化方法处理模型中的非线性潮流约束,从而将所提模型转化为混合整数线性规划(mixed integer linear programming,MILP)问题;最后,通过对IEEE 33节点和IEEE 69节点配电网的仿真分析,验证所提模型的有效性。

计及牵引负荷不确定性的同相供电系统随机优化运行策略

为克服列车高速行驶中取流波动性而加剧的同相供电系统安全高效运行的不确定性,建立包括牵引变压器、潮流控制器、储能元件的同相供电系统数学模型。以牵引负荷功率为随机变量,形成刻画运行不确定性的潮流机会约束条件;以电压不平衡补偿、系统安全运行边界为确定性约束,计及混合储能服役性能退化影响,以牵引变电所电费成本和储能元件老化成本组成的日运行成本最小为优化目标,以潮流控制器控制方案和混合储能充放电策略为决策变量,建立同相供电系统随机优化运行模型,并将该模型转化为混合整数线性规划模型进行求解。算例分析结果表明:提出的优化运行策略在不确定性条件下可有效降低运行成本约13%,且混合储能循环寿命提高了约3 a。

高速铁路周期化运行图列车开行模式优化设计

周期化运行图列车开行模式指“相同种类的列车以固定周期间隔到达、出发或通过运行途中各车站”的模式,目前中国高速铁路除部分线路开行少量带有周期性质的整点大站停列车外,周期模式的应用尚处于起步阶段,缺乏针对周期模式优化设计的定量研究。旨在根据各线路运营条件和客流特点,研究合理设定周期长度和周期化水平的方法。建立整数线性规划模型求解基于不同周期长度的列车开行方案,以最少的列车方案线数量为最多的客流OD提供直达服务,提出周期化水平、客流直达率、换乘时间等周期模式评价指标的计算方法,对沪宁城际铁路及京沪高速铁路开展实例研究,验证模型的有效性。为有效解决周期模式特别是关键参数周期长度的定量优化提供了方法。

基于混合整数线性规划的气电联合循环系统经济调度

热力系统和电力系统形成气电联合循环系统,可以充分发挥电气之间的转换效率,解决能源需求问题。为此,针对气电联合循环系统的结构和作用进行了分析。建立了包括热力和电力在内的联合调度模型,以二氧化碳排放为目标,考虑相应的热力网约束和电网约束。提出利用混合整数线性规划作为模型求解的方法,同时增加离散变量和连续变量约束。最后对所提出的模型进行仿真分析,说明了所提模型和方法的有效性。

基于线性规划和强化学习模型的零能耗住宅运行优化对比研究

零能耗住宅“源”、“荷”、“储”空间上距离接近,更易通过实时管控促进可再生能源的就地消纳,并降低用户用能成本。以零能耗住宅能源系统为研究对象,将基于规则的优化控制作为比较基准,分别基于线性规划、Q-learning和DQN建立以用能成本最小化为目标的优化模型。引入自耗率、支出成本等作为评价参数对比分析3种优化算法对光伏就地消纳和经济效益的影响。基于2栋零能耗住宅屋顶光伏发电和电力负荷,在MATLAB仿真环境中进行建模并求解。结果表明,实时电价条件下,一定容量电池对提升光伏就地消纳的能力有限,但能够使用户获得更多的经济收益。线性规划模型取得经济效益最高,强化学习模型可有效避免系统复杂的物理建模过程,同时智能体可以保证较好的系统经济性调配效果。

高土石坝施工系统可视化仿真与应用研究

就土石坝施工中的土石方调配与坝体施工组织设计优选进行了讨论分析. 对于前者通过建立调配问题的数学模型采用线性规划的方法进行优化求解;而对于后者,采用循环网络仿真技术对土石坝的整个施工过程进行仿真. 基于此,提出了土石坝施工系统可视化仿真的概念,充分考虑以上两者之间相互影响与制约的关系,将两者有机地统一起来,并以GIS可视化技术为基础,将其实现过程以可视化的形式输出,为工程设计人员形象、直观、快速地把握施工过程提供有力工具. 某工程实例的详细应用证明了此方法的有效性,从而为工程施工组织可视化辅助设计提供一种新途径与新方法.

基于换乘站停站时间延长的城市轨道交通末班车时刻表优化

在城市轨道交通网络中,提高末班车乘客换乘成功性对其夜间出行有重要意义.通过压缩末班车区间运行时间与非换乘站停站时间,延长换乘站停站时间,建立以换乘成功客流量最大为目标的时刻表优化模型,实现末班车双向衔接成功.将模型刻画为混合整数线性规划问题,通过对模型简化,利用CPLEX分支切割算法进行求解.最后,以武汉地铁网络为案例,验证模型的有效性.结果表明,模型可利用CPLEX快速求得精确解.末班车停站时间延长可有效提高末班车间换乘衔接成功性;在末班车收车时间可推迟情形下,推迟收车时间可进一步提升末班车换乘效果.

城市轨道交通末班车时段时刻表协同优化研究

在城市轨道交通末班车时段,时刻表协同优化不仅需保障网络可达性,还要减少乘客等待时间.基于各线路列车间的衔接顺序不确定,通过引入0-1变量和换乘失败惩罚系数,来描述末班车时段列车间衔接关系,建立网络换乘模型;根据末班车时段内网络衔接客流的分布特征,通过调整发车间隔、停站时间及区间运行时间等,构建以总乘客换乘等待时间最小化为目标的末班车时段时刻表协同优化模型;并利用CPLEX对优化模型进行求解.最后,以北京市轨道交通网络为案例,验证模型的有效性和准确性.结果表明,该模型能有效生成末班车时段网络协同时刻表,为网络化运营组织提供决策依据.

无线传感器网络时变充电和动态数据路由算法研究

利用无线充电设备周期地为无线传感器节点进行充电,可使传感器节点持续工作,解决无线传感器网络能量问题,但需设计合适的节点充电方案和网络路由方案。以无线充电设备驻站比最大化为优化目标,依次提出了充电及网络路由方案的连续时变模型、离散N+1阶段非线性模型及可解的离散N+1阶段线性模型,在证明模型合理性后最终求解。结论给出了具体网络的最优充电和路由策略。

多区域综合能源系统热网建模及系统运行优化

综合能源系统(integrated energy system,IES)是未来能源消费方式的重要发展方向,实现多区域IES的协同规划与调度对进一步提高其经济效益和环境效益至关重要,为此首要的问题是区域冷、热网的建模。文中基于传热学的基本原理建立了区域热网能量传输通用模型,推导出热网热损方程,对其线性化得到热网能量流模型,同时推导了用于求解热网潮流(热媒流量、温度)的网络流量–温度基本方程。在冷热电联供系统运行优化模型基础上建立了含有热网的多区域IES优化混合整数线性规划模型。通过算例验证了模型的有效性。

基于管网模拟的蒸汽动力系统多周期运行优化

分析了管网输送过程中蒸汽参数变化对工艺过程和蒸汽动力系统运行的影响。为了消除这些影响,提出了与管网模拟相集成的蒸汽动力系统优化运行策略,并且建立了考虑蒸汽输送损失的混合整数非线性规划(MINLP)模型。针对大规模MINLP模型求解困难的问题,开发了分解迭代的算法,将建立的模型系统分解为优化运行子系统和管网模拟子系统,通过协调子系统之间的关系,迭代计算,直到求得满足误差条件的最优解。通过实例证明了提出的策略和算法能够在合理的时间内得到系统优化运行的最优解,既为企业节省了大量的资金,又为蒸汽动力系统和工艺系统的安全稳定运行提供了保障。

计及分布式电源发电不平衡度约束的三相不对称配电网动态重构

该文提出一种计及分布式电源(distributed generation,DG)发电三相平衡需求的三相不对称配电网的动态重构方法。首先以开关成本与网损成本之和最小为目标,构建了同时计及配电网络三相不对称及DG发电不平衡度约束的动态重构模型;其次,在模型中引入三相储能装置(energy storage,ES),实现DG与ES的协调运行,从而在保证DG发电不平衡度约束的同时,能够满足三相不平衡负荷的需求;最后,基于多种线性化手段,将模型转化为混合整数线性规划问题,实现其有效求解。该方法体现了配电网运行安全性与经济性的协调,可在保证DG运行安全性的同时,有效降低网络损耗,提高配电网运行的经济效益。通过对修改的IEEE 34节点及IEEE 123节点配电系统的计算与分析,验证了方法的有效性。

计及多能耦合机组不确定性的综合能源系统运行优化模型研究

随着我国能源领域深层次变革,综合能源系统的开发建设进程加快。由于综合能源系统是一个强耦合系统,特别是起主要作用的多能耦合机组运行产生的相关问题日益显现。研究针对综合能源系统中多能耦合机组的不确定性问题展开优化研究,建立了计及多能耦合机组不确定性的综合能源系统运行优化模型,以日运行成本最低为目标。在引入人工智能算法保障风光出力及负荷的预测精度的基础上,采用混合整数区间线性规划的方法,通过区间值的形式将优化结果进行表征,解决了系统中由于多能耦合机组运行效率偏差引起的系统不确定性问题。算例分析表明,采用所提优化模型及方法后的结果可将系统的机组出力选择控制在优化计算后的确定区间内,从而使得各设备单元的优化调度更科学合理,对系统调度决策具有重要意义。同时定量分析了不确定性所产生的影响,对系统运行成本等经济性指标结果进一步优化明确,提升了系统运行的经济效益。

枢纽成本约束下的零担物流轴辐式网络设计

针对考虑枢纽建造成本和货物流的不确定的枢纽新建方案问题,引入全寿命周期理论,建立以轴辐式运营网络总成本最小化为目标的混合整数线性规划模型,并提出改进的最大最小后悔值的不确定性决策方法。通过算例来分析投资年限、枢纽干线折扣系数和不确定枢纽建造成本对零担物流(LTL)轴辐式网络的设计的影响。实验结果表明,采用改进的不确定性决策方法得到的最优方案的运营成本比5个场景的运营成本平均降低了2.17%,表明基于改进的最大最小后悔值的不确定性决策方法,能够降低整个零担物流轴辐式运营网络总成本。

运筹学在矿山中的应用研究

运筹学是一门广泛应用于交通运输、工业、农业、水利建设、邮电等方面的应用科学 ,能帮助决策人员科学地制定方针和决策。本文根据矿山的设计、生产等实际 ,对多个问题进行量化 ,建立了数学模型 ,并对其在矿业领域的应用作了初步的探讨。

基于FANP的私用飞行驾驶员安全驾驶行为评价模型

为了正确评价私用飞行员的安全驾驶行为,在系统分析飞行运行全过程的基础上,建立了基于模糊网络分析法(FANP)的私用驾驶员安全驾驶行为评价模型.针对模型中三角模糊数互补判断矩阵一致性检验过于复杂的问题,引入了最小方差的非线性规划模型,通过求取最优解以简化计算,获得可信度较高的评价指标权重.以某航校飞行学员的评价为实例进行实证分析,结果表明,该模型较传统评价方式更全面、客观,有助于飞行员的安全驾驶行为训练.

三维无线传感器网络寿命和动态路由算法

无线传感器网络(WSNs)寿命受到电池能量的制约,利用无线能量传输技术对传感器节点进行充电,可以解决无线传感器网络的能量问题。以三维无线传感器网络为研究对象,证明三维最短Hamilton回路为无线充电设备遍历网络中节点的最优路径,提出了网络的连续时变模型,并简化复杂度为多项式的离散T+1阶段线性规划模型。仿真结果表明:通过运算离散T+1阶段线性规划模型能够使无线传感器网络持续运行。

解决三角债问题的线性规划模型及解法

考虑如下问题：银行给出一笔贷款来解决三角债，如何分配这笔贷款，使银行贷款效益最大．作者把该问题归结为一个特殊类型的分式线性规划问题。

基于0-1整数规划交通信号控制优化模型及算法

基于城市交通拥堵的现实背景,主要研究了城市交通网络中信号灯的实时控制的优化问题。通过给出0-1整数规划的模型,定量研究了交通网络中路口信号相位之间的关系,并建立了交通信号控制适时优化模型对其进行优化。针对一组具有不同信号周期的路口信号灯,假设每个路口的相序已知,任意两个路口的相位差未知,综合考虑绿信比和相位差,寻找最优控制策略。在数学模型中,假定交通网络路口具有不同的信号周期和相位差预先未知,在各路口信号周期的最小公倍数的时间段内,通过决策信号灯在任意时间段内的状态来最小化总的车辆延迟时间。问题研究中涉及大量的0-1变量,通过定义内生、外生变量,形成了对各变量的有效约束,使模型在实际仿真实验中的计算复杂度大大减少。最后利用启发式算法对给出的算例进行仿真验证。