铁路集装箱客运化班列停站方案与运行图协同优化研究

铁路集装箱客运化系统对于改善我国铁路集装箱运输效率和提升铁路在高附加值货物运输市场的竞争力具有重要意义。在客运化系统中,集装箱班列的停站方案与运行图是班列运输组织计划的核心内容,前者确定各班列的停站模式,后者确定班列在各车站的出发与到达时间,二者之间相互影响,共同决定服务质量。因此,为提升运输组织计划编制效率,有必要在基于铁路通道的运营环境下,研究考虑不同运行区段的集装箱客运化班列停站方案与运行图协同优化问题。在满足箱流需求与符合列车运力的前提下,考虑具体的集装箱至列车的分配,将列车停站方案约束嵌入到列车运行图编制过程中,一方面使得停站方案与箱流分配方案相协调,另一方面保证列车在站停留时间能满足集装箱装卸作业的要求。以总列车停站时间最小为目标,综合考虑货物运到期限、车站到发线资源的分配、列车追踪间隔时间以及列车停站时间等约束,构建混合整数线性规划模型,并借助优化求解器CPLEX对模型进行求解。以实际中欧班列通道为案例进行实证分析,验证提出方法的有效性。实验结果表明,客运化系统能够充分发挥网络运输的优势,在仅牺牲部分列车能力利用率的前提下,具有列车开行频率高、运输集装箱数量多以及运到期限短的优点。

面向实时需求的高铁快运列车运输组织方案协同优化研究

近年来,我国电商行业高速发展,快递需求随之快速增长。高铁快运凭借其运量大、速度快、能耗低的特点,成为现代快递运输的重要方式。在保证高铁快运产品时效性的基础上,为解决现阶段我国高铁快运列车时刻表、停站方案与货物装配方案三者协同优化研究不足而导致的高铁运力资源利用效率较低的问题,建立二次0-1混合整数规划模型。借鉴铁路阶段计划的思想,将全天分为多个时段,以每个时段的货运需求为导向,针对下个时段的高铁快运货物装配方案和新增快运列车停站方案和时刻表进行协同优化。针对已知新增快运列车数量的情况,建立了考虑货物时效性的新增列车的停站方案、时刻表和装配方案协同优化模型(简称协同优化模型)。针对模型约束进行线性化处理,并根据模型特点设计并使用两阶段求解方法,利用LINGO软件求解。以宁杭高铁线路为例,针对9:00-12:00的列车运行图进行优化分析。从结果来看,协同优化模型相比于传统优化方法,可以同时减少列车在途时间和货物在途时间,保证运力资源的充分利用。对比两阶段求解的求解结果可以发现,相比第1阶段,第2阶段得到的货物在途时间更短,货物装配方案更合理,由此可见两阶段求解方法也是合理且有效的。研究结果可以为进一步优化高铁快运列车运输组织方案,提高运输效率提供参考。

高铁线路列车新图期停站方案两阶段调整策略

针对客流市场变化,定期调整高速铁路(简称:高铁)列车停站方案是铁路运输组织的一项长期性重要工作。文章基于铁路运输现场编制需求,设计了一种面向客流需求的高铁线路列车新图期停站方案两阶段调整策略。第1阶段,针对新增单趟列车,参考在执行图期的列车停站比,设计其停站方案;第2阶段,基于OD(Origin-Destination)客流需求满足度、列车运输能力和客座率,协同调整和优化整条线路列车停站方案。该策略可满足铁路运输方案编制部门对于停站方案连续迭代的需求,保障不同图期间高铁列车停站方案的平稳过渡。

基于运营成本的城际铁路列车编组和停站方案综合优化研究

针对城际铁路开通初期客流时空分布不均衡导致的单一列车编组模式造成运能浪费的问题,从列车运营成本出发,研究多种停站模式的大小编组列车开行方案。以列车运营成本最小化为目标函数,以大小编组列车的开行列数、列车停站方案为决策变量,综合考虑列车区间断面满载率、OD服务频率等约束条件,构建大小编组列车开行方案模型;采用遗传算法求解,得到全日大小编组列车开行方案。以广清城际铁路和广州东环城际铁路为例,与现行列车开行方案相比,多停站模式的大小编组列车开行方案可使列车运营成本减少59%,日断面满载率平均值由0.288 8提高到0.866 5,说明采用多停站模式的大小编组列车开行方案能够有效降低列车运营成本,提高断面满载率。

多列车多停站方案条件下高速铁路票额分配研究

高速铁路旅客列车票额分配阶段,首先预测单列旅客列车OD客流需求,再进行票额分配。根据客流需求,同一OD有多列旅客列车提供服务且相互具有可替代性,先客流分配再票额分配的方法难以保证所有旅客列车票额分配方案最优。本文提出多列车多停站方案票额分配方法,以票额限制为决策变量建立非线性整数规划模型,采用粒子群算法进行求解。通过算例对模型和算法进行验证,与先客流分配再票额分配的方法进行对比,结果表明本文提出方法能够在整个线路所有旅客列车角度进行收益优化,较现有票额分配方法更优。

旅客列车停站设置方案优化

旅客列车停站设置的影响因素主要有客流换乘需求、列车停站等级、列车指定停靠车站、车站接发列车能力、停站数量对旅行速度的影响和列车最大停站数量。分析停站设置和客流换乘选择之间的博弈关系,将基于停站方案的多类用户均衡客流分配模型作为下层规划模型,将旅客广义出行费用最小和列车停靠站数量限制作为上层规划模型的目标函数,构建旅客列车停站设置方案优化双层规划模型。通过分析停站方案变动引起的目标函数变化,构造解的邻域,设计基于模拟退火的求解算法。对由某客运专线和既有铁路组成的混合网络测算结果表明:列车平均停靠3.68站,列车直通客流比例平均为65.24%;客流直达比例为65.23%,人均换乘次数为0.44次;旅客出行费用较初始停站方案下降了35.47%。运算结果合理,具有较好的优化质量,旅客的出行费用显著下降。

基于节点服务的高速铁路列车停站方案优化模型

合理的列车停站方案对高速铁路运输计划的制定具有重要的现实意义,既有停站方案的编制受到各种技术与政策因素的影响,一般采用人工方法反复调整确定。本文提出一种基于节点服务的高速铁路列车停站方案优化模型,该模型的特点是将不确定性和不易量化的因素统一用节点服务表示,以方案总停站次数最少为目标,将节点服务频率、站间服务可达性、单个列车停站次数等作为主要约束条件,构建带有叉乘约束的非线性规划模型。运用停站概率与计算机模拟结合的方法有效解决了模型求解的问题。通过模型灵敏度分析发现,单个列车停站次数约束是影响停站方案求解可行性的关键问题。最后,以国内某高速铁路为例,进行实践应用,表明模型具有较好的可用性。

高速列车停站优化问题的两阶段求解算法

为了提高高速列车停站优化问题的求解效率,以高速列车停站设置原则为基础,分析了影响列车停站的主要因素,从方便旅客出行及减少旅客出行广义费用两方面考虑,建立了列车停站方案综合优化模型.结合列车停站优化问题的特点,提出了包含初步优化和综合优化的两阶段优化算法,初步优化阶段采用基于先验知识的局部优化方法,可以快速有效的获得问题的较优解,综合优化阶段利用具有较强爬山能力的禁忌搜索算法进行全局优化.最后对某高速铁路高峰小时开行列车的停站优化问题进行求解.结果表明,两阶段优化算法比一般禁忌搜索算法效率提高约30%.

高铁动态票价与停站方案联合优化方法

在高铁市场化运营过程中,高铁票价直接影响旅客需求,列车停站方案则会影响运输能力供给分配。目前高铁票价缺乏科学灵活的市场化调节机制,停站方案的制定也未能充分考虑票价调整对旅客需求的影响。为实现高铁供求关系的更好匹配,提升其市场化运营水平和竞争力,有必要研究基于客流需求和列车服务水平的高铁动态定价方法。基于旅客出行需求的价格弹性特征和列车停站方案对供需关系的影响规律,根据旅客购票规律将预售期划分成多个售票时段后,以最大化总的高铁运输收益和最小化总的旅客出行时间价值损失为目标,考虑票价范围、列车运能、票额配置、OD直达等约束条件,构建高铁动态票价、票额分配与列车停站方案联合优化的非线性混合整数规划模型,并结合问题特征设计双层模拟退火求解算法。以京沪高速铁路为例进行计算分析,优化后的综合方案能够使高铁运输收益增长3%以上,并使总的旅客出行时间价值损失降低8%以上。优化后的动态票价策略为预售期初期设置低折扣系数、后期设置高折扣系数,可以在提高客票收入的同时有效引导更多旅客更早购票。优化的列车停站方案能够在维持较高的客流水平的同时尽可能满足更多的客流需求。

基于节点服务频率的旅客列车停站方案研究

停站方案需要考虑客运需求、车站作业能力、换乘设施等影响因素,在线路运输能力一定的情况下,停站设置与客流OD的匹配程度越高,越能够满足旅客的运输需求。基于目前列车停站方案编制效率较低、经验估计程度较高的情况,在考虑节点服务频率、单列车站间服务频率、节点之间服务频率对列车停站影响的基础上,提出基于节点服务频率的旅客列车停站方案模型,并研究其求解方法。以某高速铁路列车停站方案为例,进行0-1规划模型及Lingo软件求解的实践应用,结果表明该模型能够有效解决单条线路的停站方案问题。

基于区间数的高铁列车停站方案优化方法

在用区间数表达单次列车停站费用和客流"日变"特征的基础上,以最小化运行区段内列车停站费用为优化目标,按满足车站发送客流需求和到达客流需求、单列车总停站次数、车站停靠列车数量等约束条件要求,构建基于区间数的高铁列车停站方案优化模型。通过区间数变换和机会约束将其转化为确定性等价类模型。运用序列二次规划算法,通过MATLAB编程对模型进行计算和分析。算例表明此方法具有良好的优化质量和计算效率,所得结果符合运营实际。

青岛地铁M3线运输组织方案探讨

介绍青岛地铁M3线的概况,分析M3线各时段客流分布及最大断面客流量。依据客流的时空分布,提出M3线初期采取单一交路的形式;近期采取大小交路嵌套的形式,其中小交路确定在江西路站-万年泉路站之间;远期采取大小交路嵌套的形式,其中小交路确定在五四广场站-李村站之间。停站方式采取站站停,并经计算调整,得出M3线各规划期的全日行车计划。

城际铁路列车停站对小时通过能力的影响

对有3个中间站的城际铁路，将1h内停站列车按单列、2列成组、3列成组3种组织方式，每列车有1，2，3次共3种停站次数，以及有、无待避2种运行方式组成78种停站方案。通过铺画不同停站方案的列车运行示意图，分析计算有、无待避2种运行方式的损失时间，提出有、无待避2种运行方式损失时间的计算公式。按成组列车总停站次数由I到9的顺序，建立无待避停站运行方式损失时间和小时通过能力计算表。计算结果表明：当1h列车停站为4-7次时，小时通过能力为15列左右；不同停站方案对小时通过能力的影响与列车停站次数、停站时间、排列次序以及运行方式等因素有关；因此应根据通过能力利用情况和1h总停站次数的需求选择列车停站方案；应尽可能采用无待避停站运行方式，将有待避停站运行方式作为列车运行调整的备用方案。

基于定序优化的客运专线列车运行图铺划方法

在考虑旅客列车始发时间域和维修天窗的基础上,建立客运专线列车运行图优化模型,设计基于定序优化的客运专线列车运行图铺划方法。该方法在不断优化松弛列车运行图的过程中实现,对于当前松弛列车运行图,每次按照最小平移时间法则选择冲突进行优先化解,直至所有冲突化解为止。化解冲突时,通过构造松弛列车运行图的扩展多平行四边形和有向图,以平移作业、交换作业顺序、变更停站方案和调整列车始发时间域等方法来优化松弛列车运行图。算例分析表明,该方法能够有效地实施客运专线列车运行图的铺划。

面向提升旅客出行效率的高速铁路列车停站方案优化

优化长距离高速铁路列车的停站方案,应平衡好提高大站间快车比例与增加中小站列车服务频率之间的关系.基于减少列车中小站停站次数,增加相邻大站间站站停列车等策略,以旅客的列车停站时间损失和换乘等待时间损失总和最少为目标,建立列车停站方案优化的混合整数规划模型,并设计遗传算法求解.对京广高铁现状列车停站方案进行优化,优化后的方案与实际方案相比:大站间快车数增加94.4%,增强了高铁竞争力;相邻大站间站站停列车和中小站列车频率至少为1列/(3 h),提升了旅客换乘出行的便捷性;旅客时间损失减少40.08%,总体出行效率得到较大地提升.

考虑要素协同的高铁列车运行图双层优化模型

列车停站方案、列车运行图和动车组接续方案间相互影响,将三者进行协同优化能够保证在提高客流需求满足程度的同时,最大程度地降低由动车组运用决定的铁路部门运输组织成本。因此,本文在分析三者间协同关系的基础上,建立双层模型。上层模型为以旅客需求满足程度最高、铁路部门运输成本最低为目标的协同优化模型,下层模型为以动车组运用数量和接续时间最小为目标的最优动车组接续模型,且下层模型将最优动车组运用指标决定的铁路部门运输成本传递至上层目标函数中,构成双层模型间的联系。结合模型的双层特性,设计双层启发式算法求解,外层采用计算效率高、计算效果好的自适应大邻域搜索算法,根据算子的历史表现动态确定算子选择概率,以获得停站方案与运行图综合可行解;内层采用模拟退火算法,在外层输入方案的基础上,确定相应的最优动车组接续方案,并将指标输出至外层。算例分析结果表明,采用本文提出的协同优化方法进行优化,能在可接受时间范围内得到指标较优的综合方案,验证了本文模型和算法的有效性。

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。

基于节点重要度的客运专线旅客列车开行方案

将节点重要度的概念应用于列车开行方案的计划制定,通过节点重要度评价指标的计算,建立了客运专线沿线城市的节点重要度三级层次结构,在此基础上提出将一级节点作为列车始发终到起迄点、二级节点采取不固定间隔式停站、三级节点采取低等级列车"站站停"的服务方式建立了列车开行方案的多目标数学规划模型,利用lingo编程求解,实现了列车开行方案的停站优化算法.结合武广客运专线的本线列车开行方案制定,对本算法进行了验证.

京广高铁列车开行距离与停站方案组合规律分析

以京广高铁为例,对列车开行距离与停站方案的组合规律进行分析。将列车按照其开行距离划分为短途、中途、中长途和长途等几类,中长途列车占据较大比重。从停站数量、停站间距和停站比等3个角度,分析不同开行距离的列车停站分布规律。分析表明：列车平均停站数与开行距离成正比;短途列车以短停站间距为主,中、中长途列车以中停站间距为主,长途列车以中停站间距和长停站间距为主;列车停站比多集中在20%-60%范围内,在短途、中途、中长途以上列车停站比分别集中于20%-30%,30%-40%,40%-50%,中途不停站和站站停列车分别在短途和中、中长途列车中有少量分布。基于现有列车开行方案所得到的停站规律,可为列车开行方案制定时的停站决策提供支持。

客货共运模式下高铁列车货运兼办方案优化

以当前高铁快递运输的客货共运模式为背景,研究高铁列车货运兼办方案优化问题.通过分析客货共运模式下货运办理站选择对货物运输、客运列车时刻表与停站方案的影响,以货运办理站选择、货物运输、列车时刻表与列车停站方案为主要决策变量,以极小化旅客旅行时间和未满足货物惩罚成本为目标,构建客货共运模式下基于货运办理站方案选择的货物运输与列车时刻表、列车停站方案一体化优化混合整数线性规划模型.当给定货运办理站选择方案时,本文所构建模型即可转化为传统的客货共运模式下货物运输方案优化模型.以武广高铁为例,设计数值实验,采用C++语言编写程序调用Cplex优化软件对模型进行求解,验证了模型的正确性与合理性.算例结果表明:通过对货运办理站、货物运输方案、列车时刻表和停站方案进行一体化优化,可在尽可能减小货物运输对客运影响的基础上,充分利用高铁线路列车时空上剩余能力,在旅客旅行时间仅增加0.68%、列车停站数量仅增加1.24%的情况下,运输近68%的货物需求,增加铁路部门收益.