An implementation of cellular automaton model for single-line train working diagram

According to the railway transportation system＇s characteristics, a new cellular automaton model for the single- line railway system is presented in this paper. Based on this model, several simulations were done to imitate the train operation under three working diagrams. From a different angle the results show how the organization of train operation impacts on the railway carrying capacity. By using the non-parallel train working diagram the influence of fast-train on slow-train is found to be the strongest. Many slow-trains have to wait in-between neighbouring stations to let the fast-train（s） pass through first. So the slow-train will advance like a wave propagating from the departure station to the arrival station. This also resembles the situation of a highway jammed traffic flow. Furthermore, the nonuniformity of travel times between the sections also greatly limits the railway carrying capacity. After converting the nonuniform sections into the sections with uniform travel times while the total travel time is kept unchanged, all three carrying capacities are improved greatly as shown by simulation. It also shows that the cellular automaton model is an effective and feasible way to investigate the railway transportation system.

基于列车群组运行的重载铁路运输组织研究综述

列车群组运行模式为重载铁路通过加大行车密度解决运能紧张问题提供了新途径。该模式可突破车站接发车、集解编运输组织模式、快捷货运三大瓶颈,实现运输效能、运输组织灵活性及快捷货运时效性的提升。在分析虚拟编组技术的发展历程及技术特征、重载铁路群组运输控制和运输组织研究现状的基础上,从重载铁路群组列车控制理论与方法、列车群组运行条件下运输组织模式适应性、列车群组运行条件下运输组织方法3个方面,系统总结了既有研究存在的问题,提出了该模式从理论走向应用需要进一步研究的关键问题,包括适应复杂运营条件的重载铁路列车群组运行协同控制方法、列车群组运行下高效运输组织模式、列车群组计划与运行图编制智能化理论与技术、列车群组运行智能调整优化理论与技术研究等。

高速列车运行图节能优化研究现状及展望

为理清高速列车运行图节能优化的研究脉络,主要从高速列车节能运行方式、节能运行图模型构建、算法设计等方面对国内外相关研究进行综述。结果表明:高速列车节能运行具有多种节能方式并存、不同学科交叉等特点,其研究内容从单区间内列车操纵策略优化,发展到列车运行图优化;模型约束从简单的速度、时间上限,变为考虑列车安全时距、复杂线路条件、电分相区等多种因素;算法思想也从基础的庞特里亚金原理,逐渐扩展到运用各类启发式算法帮助快速求解,以及使用精确算法进行预处理,提高求解精度。未来可以针对高速列车在复杂运行区间的驾驶策略、开行方案对能耗的影响、高速列车再生制动能的储能装置等方向继续深入研究。

铁路天窗方案与列车运行图协同优化研究综述

列车运行图是铁路运输工作的综合计划和铁路行车组织的基础,直接影响铁路运输工作的安全、效益和服务水平。天窗是保证铁路行车和人身安全、协调运输组织与施工维修之间矛盾的必要手段。天窗与列车运行相互影响、相互制约,合理的天窗方案可以有效缓解运输和施工维修两者的矛盾。在分析列车运行图与维修天窗协同优化复杂性、典型优化模型及国内外相关研究基础上,总结了既有研究在天窗形式评价、客货需求与天窗时长的匹配关系等方面的不足。立足我国双网融合贯通条件及轨道监检测系统的信息化、智能化趋势,从天窗方案评价、天窗方案与列车运行图鲁棒优化、路网条件下天窗方案与列车运行图协同优化、列车运行图与动态天窗协同优化等4个方面提出了需要进一步研究的关键问题。

面向列车运行图的高速列车能耗计算方法研究

针对列车运行图中高速列车的能耗计量问题,提出了基于牵引电算法和Davis模型相结合的改进高速列车能耗计算方法。首先分析了运行图要素对高速列车能耗的影响机制,其次比选既有列车运行图的高速列车能耗计算方法,考虑牵引能耗和自用能耗,结合列车时刻表构建高速列车停站与区间恒速运行能耗计算模型,最后设计算例进行验证。结果表明:研究所提方法拥有便捷的测算能力,所测算一站直达、停1站、停3站及站站停的高速列车总运行能耗占比分别能达到牵引电算法的52.14%,55.85%,64.18%,75.87%,且不同运行方案间列车能耗相对关系能够保持高度一致性,对估算运行图中的高速列车运行能耗具有良好的适用性。

高速铁路列车运行图弹性评价方法

高速铁路系统内外部干扰严重影响着运行图的实施效果,因此量化运行图的抗干扰能力对高速铁路运输组织有着深远影响。研究在分析列车运行图动态性能的基础上定义了列车运行图弹性的概念及其影响因素,进一步针对不同强度的干扰场景,提出了不同场景下的列车运行图弹性系数,并构建了评价指标与综合评价体系,基于列车自动调整引擎设计了列车运行图弹性的仿真实验。结合数据包络分析,提出了列车运行图弹性的评价方法,结果表明该方法能有效对高速铁路列车运行图弹性进行评价与量化,为不同运行图在弹性方面提供相对效率的比较与优化方向,能够为运行图铺画、运行图能力提升与“一日一图”的实施等实际运输生产应用,提供一定的辅助决策和参考。

考虑多方效益的高速铁路客运通道合理分工研究

在铁路通道日常调图中,列车开行方案的调整能否与运行图相互协调显得尤为重要。通过对平行通道内旅客列车开行方案进行调整并与运行图进行综合优化并探究各方效益变化,可得到更贴合运行实际的调整方案,为铁路企业调图决策提供指导。通过构建出行服务网络对旅客市内出行时间进行描述,以运输企业成本及旅客出行时间最小为优化目标,以通过能力限制、列车到发时刻限制等为约束条件,构建非线性整数规划模型,从而实现列车开行方案、运行图调整一体化模型的构建,并调用商业软件对模型进行求解。以某平行通道进行算例分析,对模型有效性进行验证。算例结果分析表明,通过本模型求得的分工方案可对通道内列车进行合理分工,有效减少旅客出行时间。通过对调整前后各铁路企业效益变化情况进行量化计算,其结果可为铁路运营企业进一步优化开行方案提供参考。

单线铁路区段开行一对摘挂列车运行图优化研究

单线铁路摘挂列车运行图优化,有助于加速车辆周转和货物送达。由于顺向车流在车站等待时间确定,故列车开行时只考虑上行和下行的逆向车流。当每日开行一对摘挂列车时可采用上开口、下开口和交叉方案等3种运行图形式,使用0-1变量将其转换成1种。考虑摘挂列车交叉车站选择逻辑约束,列车在车站到达和出发时刻、停站时间、区间运行时间等运行过程约束,逆向车流在中间站停留总时间、所需货物作业时间等约束,建立以逆向车流在中间站停留车分钟之和最小为目标的非线性整数规划模型。引入大M将其非线性约束转换成线性,得到线性整数规划模型。设计6个车站算例,使用数学软件求得最优解,根据求解结果从不同角度对摘挂列车运行图优化提出建议,为运行图编制和调整提供参考。

考虑碳排放的城市轨道交通跳站运行图优化

为了降低城市污染物排放,实现低碳绿色发展,在传统的列车跳站停车模式优化模型的基础上,考虑跳站停车对再生制动能量利用的影响,并且考虑每位乘客的乘车可达性,针对跳站停车可能出现的乘客换乘次数过多及无法到站的问题,提出跳站停车到站约束,并设计列车车内风险惩罚函数,以乘客总等待时间和碳排放最小为目标函数,构建城市轨道交通跳站停车优化模型。考虑模型的非线性特征,设计一种新的滚动跳站停车模式。以天津市某地铁线路为例,对早高峰列车采取跳站停车模式优化。结果表明,考虑再生能利用的跳站停车方案在乘客平均等待时间几乎不变的情况下,牵引碳排放最多降低11.74%;并且相比于传统的跳站停车,考虑车内风险的跳站停车模式可以降低车内风险35.6%。

基于均衡性和能力利用的高速铁路标杆车运行图编制方法研究

高速铁路标杆车的服务品质对于提高铁路客运产品的竞争力具有重要意义,在现场实际编图过程中,高速铁路标杆车须优先铺画,因此标杆车运行图的编制结果决定了整个列车运行图的框架。为了提高高速铁路标杆车的服务品质,考虑标杆车区间运行时分约束、交路接续时间约束等编图基本约束,结合标杆车始发时间约束、成组约束等特殊约束,基于事件活动网络构建以OD服务均衡性和能力利用为目标的整数线性规划模型。设计分阶段迭代求解算法框架,嵌套商业求解器进行求解,第1阶段为不考虑安全间隔时间约束的标杆车分组问题,以OD服务均衡性为目标进行求解;第2阶段以求解得到的标杆车分组为输入,增加安全间隔时间约束,以能力利用为目标进行求解。最后以京广高速铁路为案例,使用实际编图参数,运用优化求解器ILOG CPLEX进行求解,验证模型的有效性和可行性。实验结果表明:优化模型可以在较短时间内高效求解,与实际图对比,上下行OD服务均衡性分别提升38.2%和51.7%,能力损失降低50%,针对不同规模的算例,在200 s内均能得到最优解。针对不同交路接续时间,得出限制标杆车在北京西站的交路接续时间在45 min以内,不会对OD服务均衡性和能力利用造成较大影响。研究结果可为高速铁路标杆车运行图编制及优化提供参考。

基于有限时空域的铁路运行图货物列车运行线铺画方法研究

目前我国部分普速铁路干线仍然存在客货列车争能现象,为此铁路部门时常采用“调客增货”的方式以满足部分时段货物运输需求。但由于普速铁路列车运行图编制时,货物列车运行线的铺画优先级往往低于旅客列车,缺少旅客列车停开后的货物列车运行线自动分析和编制方法,导致货运市场与运行图编制无法适配。为此,将普速铁路旅客列车停开后的货物列车运行线铺画问题转化为动态规划问题,从运行线的函数特征、车站间隔时间和货物列车运行线铺画区域3个方面阐述模型原理,构建基于双计算周期的动态规划模型,并以京广铁路平南至邯郸南一场区段为例对模型进行了有效性验证。结果表明,该方法能有效求解有限时空域内的货物列车运行线连续铺画问题,对提高普速铁路通过能力利用率、优化普速铁路客货列车结构具有理论与实际意义。

基于人工智能的列车运行图智能编制技术体系框架研究

列车运行图是铁路运输组织的核心,其编制质量直接影响铁路运营管理、劳动生产和资源配置的综合效能,将人工智能前沿技术应用于列车运行图编制,解决大规模复杂路网条件下列车运行图常态化编制的效率和质量统筹优化问题,是铁路运输领域的最新发展趋势。分析我国列车运行图编制现状,在总结国内外列车运行图编制理论研究的基础上,梳理列车运行图编制的任务目标、规则约束和策略方法体系,结合人工智能大数据、大算力、大模型和大应用理论,构建列车运行图智能编制总体架构,设计基于人工智能的列车运行图高速智算平台技术架构,创建基于人工智能的列车运行图智能编制总体路线,提出下一步发展需要重点突破的关键技术,旨在为基于人工智能的列车运行图智能编制技术发展提供参考依据。

基于客流匹配的城市轨道交通列车运行图优化研究

列车运行图与客流需求息息相关,当运行图提供的能力与客流需求相匹配时,城市轨道交通系统既可以充分地适应乘客的需要,还可以最大限度地利用自身的运输能力。通过对乘客出行路径选择影响要素的探讨分析,改进有效路径搜索算法,构建客流分配模型并利用MSA算法对模型进行求解。基于配流结果提出列车运行图能力与客流需求匹配程度的定量评价方法,利用多目标合成的方法进行计算。基于能力匹配度的计算结果,采取相应的分时段、分区段、分方向的优化方法,实现列车运行图能力与客流需求的协调匹配。最后以南京轨道交通为例进行实例计算,与能力匹配度进行对比,结果表明:本文采取的优化方法能够使城市轨道交通列车运行图与客流需求匹配度提高19.59%。

高普平行通道列车开行结构调整优化模型研究

铁路通道作为连接区域中心和枢纽的重要运输纽带,对旅客出行、货物运输以及区域经济的发展具有重要意义。在高速铁路和普速铁路双网融合的背景下,如何优化高普平行通道内列车开行结构,实现客运提质、货运增能,已成为关键问题之一。针对区域内平行通道列车开行状况,为满足路网能力提升及运行图优化需求,研究基于客货分线和列车运行图优化模型理论,在列车运行图基本约束的基础上综合考虑列车跨天运行以及V形天窗的情况,以高速铁路和普速铁路列车始发终到调整时间最小和高速铁路列车数量增加最多为双目标函数,构建了高普平行通道列车开行结构调整优化模型。通过案例分析验证了模型的有效性,优化了现有列车开行结构,实现了既有运行图新增列车运行线,研究结果为通道内列车开行方案调整提供理论依据。

考虑驾驶策略与再生能利用的城轨列车运行图节能优化

从列车驾驶操纵策略和再生制动能量利用两个方面,对城轨列车运行图节能优化问题进行研究。首先,分析了列车驾驶操纵和再生制动能利用对列车运行图能耗的影响;其次,以列车总旅行时间最短和列车运行总能耗最小为目标,考虑区间运行时分、停站时间、列车速度曲线等约束,建立了城轨列车运行图双目标节能优化模型。针对模型特点,采用模型离散化等策略进行约简,并设计了基于模拟退火机制的粒子群算法(PSO-SA)进行求解。最后,以天津地铁1号线(刘园—双林)运营数据为基础,验证模型和算法的有效性,研究结果表明:优化后列车总能耗减少了10251 kW·h,降幅为7.84%,尤其是再生制动能利用有了明显提升,增幅达145.10%。

采用储能式车辆的城市轨道交通列车运行图分析

储能式轨道交通车辆采用车载储能介质,无需架空接触网等额外供电设施,可以降低高架线路的景观影响及工程投资,在低运量的城市轨道交通线路上拥有较大优势,但其采用的储能式动力方式会对行车组织产生特殊影响。对于采用蓄电池储能式车辆并在停车场集中充电方式的轨道交通线路,分析其对轨道交通公交化、高频率、安全性运营组织的影响因素;在考虑这些影响因素的情况下,提出列车运行图铺画时的约束条件,主要有运用车数、高峰小时列车对数、全日列车运行计划、折返时间、区间运行时分、停站时间、车辆段场出入时分、停车场分布及功能、停车场股道及列位等,以及运行能耗、车载电池容量、充电时间、出入停车场次序等。最后以衡阳胶轮有轨电车示范线项目为例,对储能式城市轨道交通车辆的列车运行图进行深入分析,并对运行图指标进行总结,提出优化措施,研究成果可为同类项目的设计研究提供参考。

计算机编制网状线路列车运行图方法研究

设计了网状线路条件和多条列车径路条件下列车运行时刻表规划的网络分层并行算法。该方法首先提出了路网结构的分层节点表示法和列车时刻表的序列事件表示法。是将列车事件序列按车站和区间进行归并分组，提出一种统一布点、按列车优先级分层、按各区间端点列车事件的状态，并行触发区间列车事件状态转移算法来计算列车运行时刻表的方法。

京沪高速铁路高中速列车到发时间域的计算方法

在影响旅客列车运行图编制质量的因素中 ,列车的始发、终到时间范围是最重要的因素之一 ,该时间确定的合理与否 ,直接影响到旅客列车的上座率和服务质量 .对于以提高旅客列车服务质量为目标的高速铁路运输组织 ,合理计算跨线中速列车始发、终到时间范围显得更为重要 .论文以基于网状线路高速铁路高中速列车行车组织模式为前提 ,研究了跨线中速列车在既有线始发、终到时间范围的计算方法 .该方法已经应用于计算机编制京沪高速铁路列车运行图系统中 。

基于MTSP的机车周转图编制模型与算法

为了提高机车的工作效率,探讨了机车周转图编制模型与算法.对于给定的列车运行图,综合考虑机车使用台数最少和图形均衡性,提出了一种编制机车周转图的新算法.将机车周转图编制问题转化为多旅行商问题(MTSP)并建立数学模型,从而求得问题的最优解.最后,用列车运行图实际数据进行了验证,证明了该算法的有效性.

计算机编制网状线路列车运行图系统研究

探讨了计算机编制网状线路列车运行图的核心问题，在此基础上建立了以铁路局或铁路分局为基本编图单位的计算机编制网状线路列车运行图系统，实现了在路网条件下列车运行图的编制、调整和输出的现代化，反映了当前计算机编制列车运行图技术的现状和发展趋势。