动车组交路计划优化模型与算法研究

对不固定区段运用模式下高速铁路成对运行图动车组交路计划优化方法进行研究。首先分析动车组交路计划的约束条件、优化目标和编制过程,指出完整的动车组交路计划需要通过人机交互方式进行编制,在计算机编制阶段需对相关约束条件进行简化。其次基于给定列车运行图构造的动车组运用网络,通过设计接续边的里程累计变量和时间累计变量对检修约束进行刻画,建立求解动车组交路计划的整数规划模型。然后运用粒子群优化算法思想,通过引入动车组运用最优接续网络作为粒子飞行的参考,对基本参数和运算规则重新进行定义,设计求解算法。最后以武广客运专线列车运行数据为例进行验证,结果表明:该方法可有效求解动车组交路计划。

客运专线乘务交路计划编制的优化模型与算法

乘务交路计划是乘务人员的日工作计划,是客运专线运营管理的核心问题之一。针对该问题约束条件复杂、表述困难的特点,建立基于可行解的集覆盖模型进行描述。集覆盖模型是一个典型的组合优化问题,针对一般的分枝定界法求解问题规模不大、效率不高的不足,本文将适合求解大规模线性规划问题的列生成法嵌入分枝定界法,设计求解乘务交路计划问题的分枝定价算法,并重点描述实现该算法的3个关键问题:(1)初始解的生成;(2)价格子问题的求解;(3)分枝策略的确定。以京津城际铁路为背景,对提出的方法进行验证,结果表明,该方法能有效地求解乘务交路计划编制问题。

基于最优接续网络的动车组交路计划优化模型与算法研究

动车组交路计划是动车组运用的日常计划,是客运专线列车运行计划的重要组成部分,针对该问题约束复杂、刻画困难的特点,本文在将问题归结为带补给的多人旅行商问题的基础上,针对列车运行图已知的情况,建立相应的多目标整数规划模型,设计了基于动车组运用数量最少的接续网路的分层优化启发式算法,并以广深线为背景对算法进行验证。结果表明,该方法能求解最优动车组交路计划。

基于蚁群算法的客运专线乘务交路计划编制方法研究

乘务交路计划的编制是乘务计划编制智能化的关键。简述客运专线乘务交路计划编制问题,在将其转化为一类特殊的旅行商问题(TSP)的基础上,建立了该问题的数学模型。改进了最大最小蚂蚁系统(MMAS,max-min ant system),提出用K-MMAS算法求解该数学模型。以京津城际客运专线相关数据为背景对该算法进行仿真,验证了算法的有效性。

城际铁路动车组交路计划优化模型

动车组交路计划优化是城际铁路运营管理的核心问题之一。针对城际铁路列车开行密度大的特点,建立一种基于时间轴线网络建模的城际铁路动车组交路计划优化模型,设计嵌入CPLEX求解引擎的迭代求解方法,并以几条城际铁路为案例对模型进行验证和对比分析。研究结果表明:相比接续网络,时间轴线网络在求解城际铁路这类列车密度大的动车组交路计划时能够有效降低模型规模,因而求解更为快速、高效,具有较好的适用性。

基于蚁群算法的客运段乘务值乘交路计划编制研究

将铁路客运段乘务值乘交路计划问题与旅行商问题相结合,以获取管辖交路乘务组的最小乘务组组数为目标,建立乘务交路计划编制数学模型。深入分析客运段乘务交路计划的特点,并将其转化为模型的约束条件,给出交路接续规则、非对称约束条件、交路执行条件、子回路禁止条件等4个约束条件表达式。同时采用蚁群算法对模型求解,规定算法所需的信息素更新函数,交路选择规则等。将该模型算法在实例中应用,应用结果表明,该模型能够清楚表达乘务值乘交路计划编制问题,并极大地提高了编制效率,降低了成本,实现了乘务值乘交路计划编制的自动化,具有一定的实际意义。

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。

客运专线动车组交路计划模型研究

通过对动车组交路计划编制既有算法和动车组接续方式的分析,提出在动车段(所)所在站及非动车段所在站分别采用不同接续方式的思路。在此基础上,建立求解动车组交路计划的装箱问题模型,采用遗传算法对该模型进行算法设计,最后以杭深线福州南动车所为实例进行求解和模拟对比分析。

基于里程最大化的动车组交路计划优化方法

动车组交路计划是编制动车组运用计划与检修计划的重要基础,对于加强动车组的运营管理具有重要作用。针对动车组交路计划编制的问题,主要在动车组一级检修的里程周期和时间周期的约束下,以动车组运行里程最大化和列车车次接续时间最小化为优化目标,构建了动车组交路计划优化的0-1整数规划模型。在此基础上,设计了交路计划优化编制的算例,并采用Lingo软件对模型进行求解,优化结果验证了模型的有效性。

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。

混合交路模式下城市轨道交通交路计划与时刻表综合优化研究

混合交路模式由于运力利用效率高、客流辐射范围广的特点,对提升城市轨道交通运营组织管理水平具有重要意义。针对既有研究普遍基于不同交路列车的发车频率存在倍数关系,或设定单位时段内(往往为1 h及以上)列车的发车间隔一致,难以解决运力供给与时变客流需求间矛盾的问题,提出一种混合交路模式下城市轨道交通交路计划与时刻表综合优化方案,即按照乘客行为的差异性确定分时段客流OD需求,构建混合交路模式下交路计划及时刻表综合优化模型,并设计分层优化算法,以实例验证优化后线路的满载率最大值下降0.397,满载率均衡度下降15.5%,满载率大于0.8区间的优化效果为100%,有助于提升运输能力对时变客流的适应性,实现高品质的快捷运输服务。

运输组织基于固定区段轮乘制的列车乘务交路计划编制方法研究

为充分利用高速铁路列车密度大的规模效应灵活编制乘务交路,提高乘务间休时间和减少外段过夜次数,研究固定区段轮乘制下高速铁路列车乘务交路计划的编制问题。建立以乘务交路总接续费用和过夜费用最小的双目标优化模型,并采用改进的蚁群算法求解。以京沪高速铁路本线和部分跨线列车为研究对象,对比研究现有乘务模式与固定区段轮乘制乘务模式的优劣性。研究结果显示:所有方案中,原乘务方案所需乘务组数最少;2个分界点方案过夜次数最少;所需乘务组数随着分界点的增加而增加。

基于改进蚁群算法的铁路乘务交路计划的编制

针对提高铁路乘务交路计划编制质量和效率的问题,将乘务交路计划编制问题抽象为单基地、均衡行驶路程的多旅行商问题(MTSP),引入均衡因子,建立了以乘务交路用时少和子乘务交路间任务均衡为目标的数学模型。针对该模型提出了一种双重策略蚁群优化算法,该算法首先构建满足时空约束的解空间,分别对乘务区段节点和接续路径设置信息素浓度,然后采用双重策略状态的转移概率,使蚂蚁遍历所有乘务区段,最终找到符合乘务约束规则的子乘务交路。最后运用广深线城际铁路数据对设计的模型及算法进行检验,经与遗传算法的实验结果对比分析表明:在相同的模型条件下,运用双重策略蚁群优化算法编制的乘务交路计划乘务交路个数减少了约21.74%、乘务交路总时长降低了约5.76%、交路超劳率为0。运用所设计的模型和算法编制乘务交路计划能够减少乘务计划交路时长,均衡工作量,避免产生超劳交路。

基于时空状态网络的高速铁路乘务交路计划优化研究

乘务交路计划是同时考虑相对时间和绝对时间约束的混合时间问题,该类问题难以用时空网络描述。提出基于乘务规则的时空节点状态坐标递推原则和乘务任务可行转化判定条件,以此作为网络生成策略,构建融入乘务规则的时空状态网络,从而控制网络规模并简化数学模型复杂度。建立基于该网络的0-1整数规划模型,设计拉格朗日松弛算法,将多乘务交路组合优化问题分解为单乘务交路时空最短路径问题集合,提高求解效率。最后,以京津城际铁路和郑州东站高速铁路网为背景进行验算。结果表明:本方法不仅能有效解决高速铁路乘务交路计划问题,在求解大规模混合时间问题时也有一定效果。

基于CPLEX求解引擎的动车组交路计划优化模型

利用时间轴线网络的方法构建得到了铁路的动车组交路方案优化模型,以CPLEX求解引擎的迭代求解,并以5条铁路为例对模型进行对比。研究结果表明:在相同的算例数据条件下,采用时间轴线模型进行求解时花费的时间更少,时间轴线网模型具备更高的动车组交路求解效率。当运行线的数量上升后,接续网包含的弧数量也随之表现为指数形式的快速增长,但时间轴线网的弧数量则是以线性趋势增加。当运行线的规模比较大时,采用时间轴线网络模型并不会引起模型规模的迅速增大,从而获得更高的计算效率。

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。

固定区段轮乘制乘务交路计划编制模型及算法

为利用高速铁路开行密度大的特点,大幅减少乘务员过夜次数,提出了“固定区段轮乘”乘务模式和乘务交路计划编制方法。将乘务交路计划编制过程分为两阶段,第一阶段以总接续时间最小为目标将乘务区段组合为乘务交路段集合,第二阶段以过夜次数最小为目标,将过夜交路段组合为闭合乘务交路,并设计了MOMS求解算法。当采用“固定区段轮乘”模式时,乘务交路计划求解规模由某一客运段扩大为某条线路客运段,避免了最优解求解速度和精度的下降,实现了乘务交路数最小的前提下乘务员过夜次数的大幅减少。以京沪、京广高速铁路作为算例,结果表明,该方法能够在10 s内得到最优乘务交路方案,验证了该方法的可行性,同时论证得出固定区段轮乘模式的适应条件。

基于到发线运用的动车组交路计划优化方法研究

随着高速铁路的发展,客流持续攀升,部分线路出现高峰期运能紧张的局面,造成高速铁路运能紧张的原因主要是大型客运站高峰时段接发车能力紧张和动车组数量有限两个方面。基于这一背景,考虑对客运站到发线运用计划和动车组交路计划进行综合优化,通过分析到发线运用计划和动车组交路计划的关联关系,研究基于最优到发线运用计划的动车组交路计划优化方法。

市郊轨道交通快慢车多编组交路计划的优化研究——以武汉地铁6号线为例

市郊轨道交通客流具有明显的时空分布不均衡特性,文中在采用大小交路套跑的基础上,考虑加入快慢车,多编组的运输组织模式,综合考虑线路通过能力、车辆编组数上限、最小发车频率、满载率上限等约束,建立了多目标整数规划模型;以早高峰时段的武汉轨道交通6号线为实例,求解最优交路计划,通过对比分析得出该模型的有效性;结果表明,采用大小交路快慢车多编组的运营组织方式对客流的时空分布不均衡问题具有良好的适应性,对市郊轨道交通运营企业的运输组织提供了参考性依据。

考虑存车条件的动车组交路计划优化方法

动车组交路计划是高速铁路运输生产计划的核心问题之一。在研究编制动车组交路计划时充分考虑夜间停放、到发线运用条件等以确保计划的可实施性。以一级检修周期为时间跨度构建动车组运用接续网络,考虑夜间存放地点、车站到发线运用、检修里程和检修时间等约束,建立以动车组使用数量最小为目标的混合整数线性规划模型,开发两阶段分支定界算法进行求解。以某动车运用所担当的列车为案例,分析结果表明:在动车组夜间存放地点和到发线运用合理的情况下,构建的模型相比既有人工编制方法可以有效节省动车组使用数量,同时能编制动车组车站到发线运用方案及夜间存放方案,节约铁路部门运营成本,为相关人员编制动车组交路计划提供辅助参考。