铁路枢纽双编组站静态配流协同优化研究

枢纽内跨编组站进行协同配流有助于优化枢纽内的车流接续,提高全局配流质量。引入跨编组站协同配流思想,构建铁路枢纽双编组站静态配流协同优化模型,以最小化双编组站的配流总代价、最大化双编组站的总满轴列车数为优化目标,考虑车流量约束、列车到解编发作业与枢纽小运转列车走行的接续时间约束、出发列车满轴与不违编约束、调机资源使用约束。以列车等级、编组去向数及出发时刻排序作为配流代价。设计理想点算法将多目标转化为单目标进行求解,最后运用算例对模型及算法的有效性进行验证。结果表明,双编组站联合配流相较于两编组站单独配流,可使满轴列车总数增加1列、站存车总数减少13辆、配流总代价降低5.4%,从而达到更佳的配流效果。

需求不确定的铁路车流径路优化模型

引入不确定理论中的鲁棒优化描述铁路货运日常运输组织工作中的车流量波动,提出需求不确定的铁路车流径路优化模型。首先,考虑线路通过能力和网络流量守衡约束,以绕道率阈值参数控制车流径路里程的合理性,以走行成本最小化为优化目标,建立需求确定的车流径路优化模型;然后,引入盒式不确定集描述车流量的波动性,设计鲁棒代价调节模型的保守程度,基于鲁棒对等理论建立需求不确定的车流径路优化模型;最后,通过小型算例验证模型的正确性,并基于沈阳铁路局集团有限公司所辖路网的实际算例验证模型的实用性。结果表明:部分车流量发生波动时,对应的最优径路方案随之发生变化;鲁棒代价能够权衡最优方案的成本和违反通过能力约束的概率,小型算例和实际算例中鲁棒代价分别取5和11时,得到的车流径路方案处于系统成本与运输需求满足的平衡点。该模型及鲁棒优化理论可为管理者制定车流径路方案提供决策参考。

基于铁路货物列车节能开行方案的优化研究

为了更好地发挥铁路绿色运营的优势,本文提出面向节能的铁路货物列车开行方案的优化方法。通过对铁路货运线路上的列车运行能耗进行仿真分析,发现不同区间内的运行能耗、不同车站的起停附加能耗差异较大,因此可以通过合理的车流组织来降低能耗。据此,结合铁路实际运输情况,综合考虑铁路运营效益、铁路运输效率、货主时间利益和铁路节能需求,建立铁路货物列车节能开行方案优化模型。选取某铁路线路作为算例验证模型,并对算例结果进行对比分析,结果表明,所构建的优化模型相比其他方案具有更好的优化效果,能够有效降低列车运行能耗并提升运输效率。

面向多编组站铁路枢纽的列流-车流协同组织优化

研究一类面向多编组站铁路枢纽的列流-车流协同组织优化问题。以列车进出站走行、货车改编与集结、地方作业车取送费用最小为目标,考虑枢纽各编组站接入方向、衔接装卸站情况、场站到解集编发能力和枢纽转站能力等限制构建模型,并根据模型特点设计两阶段融合求解策略。该策略首先给出主核心车组接入编组站作为列车接入站的贪婪匹配方法,进而利用次核心车组进行方案调整,然后根据到解集编发能力和转站能力限制完成匹配方案检验,得到可行匹配方案集。其次,给出列车与编组站相互匹配的编码方案,进而利用基于优选集的交互-内生更新过程找出最优列车-编组站匹配方案。最后通过不同规模算例测试所提方法的求解性能。

多站协同的技术站配流优化研究

技术站是铁路网的重要组成部分,其作业组织水平直接决定了铁路运输生产效率。传统的技术站配流问题通常考虑车站内部作业优化,如解编顺序、分类线运用等,以减少车辆在站停留时间。为加强站间互联互通,促进车流有序流动,提出基于货物列车编组计划的多站协同概念。建立以车辆在站停留时间最小为目标的考虑多台调机的单技术站动态配流模型M1和以协同后减少的停留时间之和最大、新增列车走行费用最小为目标的多站协同优化模型M2。考虑到模型M1属于NP-hard问题,设计拉格朗日松弛算法将模型分解为3个子问题求解。模型M2根据模型M1求得结果并结合多站协同概念,调用GUROBI求解器求解验证。通过案例分析可知:在计划时限内,给定的路网中共有6个技术站进行协同配流,通过改变欠轴停运列车的编组去向,实现相邻车站车流供给,车辆在站停留时间减少645.1 h,较协同前降低6.57%,增加6列正点出发列车。研究结果表明,提出的模型及算法能够压缩多站车辆在站停留时间,提高计划兑现率,增强铁路货物运输生产效率。

基于运到期限的技术站动态配流优化研究

技术站配流作为货物运输的重要环节,影响着货物运输的时间和效率。为实现运到期限的兑现,以考虑运到期限的技术站动态配流为研究对象,将运到期限利用蒙特卡洛法分配到技术站转化为最大在站停留时间约束,引入优先级来评价货物的紧急程度,以优先级加权的货物总在站停留时间最小和发出总车辆数最多为双目标,为避免列车不合理停运,考虑不同满轴约束条件及摘挂、小运转列车可欠轴发出等车站实际,构建了混合整数规划模型,设计遗传模拟退火算法并采用软件求解。算例表明:与既有方法相比,研究的模型与算法能充分配流使得所有出发列车正点发出,优先处理优先级高的货物以减少其在站停留时间,且能保障所有货物不同运到期限的要求。

铁路技术站阶段计划滚动优化方法

针对目前铁路技术站阶段计划主流研究多聚焦于对某一固定周期进行优化、较少考虑相邻计划间动态衔接的不足,提出一种阶段计划的滚动优化方法。从计划编制、车流调配和资源占用3个方面分析技术站阶段计划的滚动编制特性;以技术站正点出发的列车最多、车辆周转率最高和车站整体作业效率最高为字典序多目标,构建通用的技术站阶段计划滚动优化模型;设计带初始解的混合迭代算法求解模型;依托某技术站实际数据构造算例进行验证。结果表明:求得最优解的总耗时不超过90 s,共配流成功出发列车13列;考虑相邻计划衔接后,考虑前序阶段计划即“向前看”使满轴出发列车优先级总和增加了5.83%,考虑后序阶段计划即“向后看”使所有作业用时减少了6.91%;相比基本深度优先回溯算法和随机重启算法,混合迭代算法在求解效率上分别提高了73.8%和70.8%,在求解质量上分别提高了692.3%和77.6%。滚动优化方法得到的结果稳定性更好、更符合现实中阶段计划的连续滚动特性,且算法的求解效率更高。

考虑车流径路选择的分组-单组货物列车混合编组优化策略

统筹考虑车流径路选择与编组方案制定,研究带路网干线大运转车流径路选择的分组-单组货物列车混合编组优化问题,构建具有2阶递进结构的模型及求解策略。在构建嵌入车流径路选择的单组列车编组优化模型基础上,以分组列车开行方案替代原单组列车开行方案所带来的车小时节省最大为目标,进一步构建基于单组列车方案组合排序的分组列车编组优化模型。求解时先通过3次更新,完成单组列车开行方案优化;再通过组合排序,分别生成合并式分组列车和衔接式分组列车的开行方案;最后利用车组唯一与车小时节省原则,筛选出最优分组列车开行方案。依托我国中部路网主通道设计实验场景,验证模型及求解策略的有效性。结果表明:考虑车流径路选择后,最优单组列车开行方案共开行17列列车,产生11 560车小时消耗;进一步优化得到的分组-单组货物列车混合编组方案能够减少1列列车,节省582.5车小时消耗。该模型及求解策略能有效求解车流径路选择下的分组-单组列车混合编组优化问题。

基于广义满意度原理的多目标优化理论研究

分析了常规优化理论的不足 ,阐述了令人满意准则提出的背景 ,介绍了满意度原理研究的现状 .针对目前满意度研究的局限性并且分散等情形 ,定义了广义满意度等概念 ,分析了其主要特性 ,研究了基于广义满意度原理的多目标优化理论 ,并将其应用到铁路路网运输能力的优化设计中 .

编组站列车解体方案与编组方案的协调优化研究

编组站列车解体方案与编组方案的协调是阶段计划配流优化的关键,配流方案作为解体方案和编组方案的函数,只有当二者确定后,才能实现列车的配流。分析到达列车的最早可能解体时刻和不同调机作业方式下出发列车的最晚必须开始编组时刻的计算方法。通过定义特征点、时间调整格等概念,可以固定出发列车的解体特征,从而简化编组顺序的调整环节,减少计算量。以先编组出发列车的单个配流方案为主线,采用编组解体双向配流策略,找出合理编组顺序的有效匹配解体方案。根据解体特征和解体序号矩阵,提出解编方案协调优化算法,实例证明该算法可以缩小编组站配流问题的规模,从而快速得出优化配流方案。

基于解编顺序的阶段计划车流推算模型及算法

为实现车站调度指挥自动化,考虑到出发列车的编组内容和车流来源与列车解体、编组顺序紧密相联,以调机活动为核心,建立了技术站阶段计划的车流推算模型.从寻找最优的列车解体、编组顺序出发,结合求解运输问题的表上作业方法,设计了求解该模型的混合遗传算法,并开发了相应的软件.实例表明,用该算法,在普通P4微机上的运行时间不超过10 min.

技术站广义动态配流问题的遗传算法

技术站广义动态配流问题是在综合考虑优先排空和优先发送较近编组去向车流的编组要求、欠轴列车停运要求,以及到发列车在时间和车流接续关系的基础上,将静态配流和列车解编方案调整进行协同优化。分别以阶段内出发列车数最多、出发车辆数最多、车辆在站平均中转时间最短为目标,考虑解体、编组调机能力限制,到发列车车流接续,列车编组计划和列车运行图的影响约束,建立该问题的优化模型。针对问题机理,设计求解这一问题的遗传算法:运用启发式规则生成初始群体;运用倒数算子计算适应度函数,对各目标进行无量纲化和同向化处理;采用轮赌盘选择算子、基于顺序的杂交算子、逆转变异算子和精英保护策略。通过对算例的实验分析,表明该算法的实用性和计算的高效性。

车流组织综合优化

车流组织综合优化是把装车地的始发车流及技术站的改编车流作为一个整体来研究,寻求它们之间的最佳匹配和协调。本文在既有的装车地车流优化模型及技术站车流优化模型的基础上,进行了仔细的筛选、改造及移植,抓住了使两种不同性质车流相容和转化的条件,恢复了它们之间固有的联系和制约。这些,都分别反映在本文提出的线性0-1规划综合优化模型及二次0-1规划综合优化模型之中。由于模型所描述的对象,是一个大规模的铁路网络系统,是否有一个与之匹配的有效算法,至关重要。本文推荐移植的算法及应用软件,稍作修改及补充,即可付诸实用。

技术站广义配流问题模型与算法

根据列车解编顺序是否确定,将阶段计划中的广义配流问题分为广义静态配流问题和广义动态配流问题。以阶段内发出配流车数最多和车辆在站平均停留时间最短为目标函数,以列车解体开始时刻、车流分配、车流接续和列车编组开始时刻为约束条件,建立广义动态配流问题的多目标非线性混合整数规划模型。综合考虑优先排空、优先发送较近编组去向车流,模拟车站调度员编制阶段计划时的思维过程,设计搜索算法,解决广义静态配流问题(给定列车解编顺序的广义动态配流问题)。以有7个编组去向的某技术站为例,运用该算法可以在较短时间内得到列车解编方案和配流方案,表明了该算法的实用性和可行性。

技术站布局的双层规划优化方法

铁路技术站的合理布局是铁路部门有效完成运输任务的基本保证,将技术站布局问题分解为技术站选址、技术站建设规模、车流组织优化3个相互关联的子问题,建立技术站布局的双层规划模型,通过对技术站选址方案的枚举和上、下两层规划的迭代求解,有效地将技术站布局问题转化为一系列相对独立的子问题来解决。实际应用表明,采用技术站布局的双层规划优化方法运算快捷,计算结果合理,对技术站布局提供了理想的决策支持。

双向编组站静态配流的优化

定义了配流时间间隔和有效交换配流列车等概念.建立了双向编组站静态配流的双层多目标决策模型,目标函数包括排除与编组去向不符以及接续时间不够的车流形成的总代价、车辆在站总停留时间和交换车数量.用禁忌搜索策略和配流网络相结合的算法求解.算例证明,通过调整到达列车的接入场,可找出有效配流方案,从而实现双向编组站两个解编系统的配流优化,使除摘挂列车外的所有出发列车满轴和正点发车.

用振荡法解大规模路网上的空车调配问题

针对大规模路网上的空车调配问题 ,提出了一种网络变换方法 -振荡法。计算空车调配方案时 ,为了压缩参与计算的支点数量 ,要把中间站上的空车流 ,按照区段上的空车排空方向 ,归并到相应的支点站上去 ;但是 ,某区段上的空车排空方向 ,在最优空车调配方案确定之前 ,是无法知道的。振荡法是在事先不知道某个区段空车排空方向的前提下 ,预先人为指定该区段的空车排空方向 ,作为初始方案 ,使得区段上中间站的空车流 ,能够按照一定的原则归并到前方技术站 ;然后对初始方案进行计算 ,对区段空车方向不断进行调整 ,反复振荡 ,反复计算 ,直到指定的空车方向与计算结果相符合时为止。

考虑车流时空分布不均衡的货物列车开行方案优化研究

为适应货主动态需求和运到期限要求,采用动态车流组织方法进行编组方案调整、列车运行方案与车流挂线的综合优化.考虑车流时空分布不均衡性,结合基本运行图架构,运用时空网络描述车流组织动态过程,考虑车流组织过程时空连续性、车站与线路时空能力及运到期限等约束,在静态车流组织优化模型目标基础上考虑车流到后待解与编后待发的延迟费用,构建货物列车开行方案整数规划模型.基于K短路构造初始解,依据列车能力利用率阀值评估方案,从而调整车流改编方案搜索邻域解,设计模拟退火求解算法.实例研究表明,相比静态模型,所建模型的决策变量能更清晰地反映车流对车站线路时空能力的占用状况,优化方案能有效匹配车流时空分布不均衡性,有利于车流接续与流线结合.

技术站广义动态配流问题的局部邻域搜索算法

为了实现技术站阶段计划的计算机编制,研究了静态配流和列车解编方案调整的协同优化.在综合考虑优先排空和优先发送较近编组去向车流的编组要求、欠轴列车停运要求,以及到发列车时间和车流接续关系的基础上,以静态配流为主线,通过调整欠轴列车编组顺序以及与其相关到达列车的解体顺序构造邻域,设计了局部邻域搜索算法.该算法的主要思路是:每次搜索只考虑最早出发的欠轴列车;构造其邻域时保证不产生新的欠轴列车;通过邻域搜索后,该列欠轴列车如不能满轴就停运.算例表明,与既有方法相比,该算法能求出编组列车数、编组车辆数和中时的更好解.

货物列车编组计划国内外研究综述

货物列车编组计划(TFP)在铁路运输组织工作中具有非常重要的作用,其编制是一项复杂的课题。目前,在编组计划编制理论和方法研究上取得了丰硕的成果。本文从研究对象、建模方法、求解算法分别介绍国内外TFP的研究现状;在此基础上,对比并评述国内外编组计划在编制流程、构成内容和建模方法3个方面的特点;最后探讨在优化方法和优化内容上进一步研究的思路。