鐵路大型客運站到發(fā)線分配耦合優(yōu)化及時域調整研究.pdf

1、到發(fā)線分配計劃的編制和動態(tài)調整是鐵路大型客運站技術作業(yè)計劃的核心環(huán)節(jié),必須考慮與旅客流線、咽喉區(qū)作業(yè)進路以及旅客列車車底運用模式等影響要素之間的相互耦合關系,具有約束條件復雜和多目標等特點,是一類大規(guī)模的組合優(yōu)化問題。實現(xiàn)到發(fā)線分配計劃的自動編制與動態(tài)調整,直接影響著鐵路大型客運站的運輸組織生產效率和作業(yè)能力,也是鐵路大型客運站調度指揮自動化的關鍵環(huán)節(jié)和理論難點。
　　本論文在借鑒既有相關領域研究成果的基礎上,全面綜述了鐵路大型客

2、運站到發(fā)線分配優(yōu)化以及相關領域研究的現(xiàn)狀和發(fā)展動向,在繼承前輩學者研究成果可鑒之處的同時,客觀地分析了既有研究尚存在的不足及亟待進一步解決的關鍵問題。通過分析鐵路大型客運站技術作業(yè)組織過程、日(班)作業(yè)計劃及階段計劃編制的依據(jù)和內容,剖析了影響鐵路大型客運站到發(fā)線分配優(yōu)化的主要要素、各要素對鐵路大型客運站到發(fā)線分配優(yōu)化影響的內在耦合機理,以及旅客列車晚點、晚點傳播對鐵路大型客運站到發(fā)線分配計劃優(yōu)化影響的內在機理。
　　基于此,將取

3、送車底作業(yè)時刻分別看作為始發(fā)旅客列車、終到旅客列車的到達、終到時刻,由此可獲得任一旅客列車占用到發(fā)線、咽喉區(qū)作業(yè)進路的時間窗,并根據(jù)影響鐵路大型客運站到發(fā)線分配的主要要素、追求優(yōu)化目標函數(shù)的內在機理,綜合考慮到發(fā)線分配的基本約束條件、到發(fā)線與作業(yè)進路耦合分配約束、到發(fā)線分配與鐵路大型客運站客流之間的耦合約束、到發(fā)線分配與旅客列車車底運用模式耦合約束等約束條件,以所有到發(fā)線占用時間的均衡性和旅客乘降的便捷性為第一優(yōu)化目標,以接發(fā)旅客列車選

4、擇作業(yè)進路的交叉干擾最小為第二優(yōu)化目標,建立了鐵路大型客運站到發(fā)線分配計劃多目標優(yōu)化模型(ModelⅠ)?？紤]到決策變量數(shù)量對鐵路大型客運站到發(fā)線分配優(yōu)化模型復雜程度的影響,本論文通過引入“虛擬到發(fā)線”的概念,提出了基于虛擬到發(fā)線的鐵路大型客運站到發(fā)線分配優(yōu)化的改進模型(Improved-ModelⅠ),使鐵路大型客運站到發(fā)線分配和作業(yè)進路分配進一步有機耦合,簡化了模型的復雜度,使到發(fā)線分配優(yōu)化模型(ModelⅠ)具有更好的可解性。同時

5、,考慮到魯棒性(抗干擾能力)是鐵路大型客運站到發(fā)線分配優(yōu)化問題應該考慮的主要問題之一,對占用同一到發(fā)線的兩相鄰列車最小時間間隔的取值進行了分析,提出了緩沖時間取值的方法。所建的鐵路大型客運站到發(fā)線分配優(yōu)化模型,不但考慮了鐵路大型客運站站內技術作業(yè)的協(xié)調性、旅客和鐵路大型客運站雙方之間的利益,同時還考慮了到發(fā)線分配與車底運用模式間耦合關系。
　　不考慮隨機因素擾動影響條件下,鐵路大型客運站階段計劃根據(jù)已確定好的日班計劃安排到發(fā)線,該

6、情況下的到發(fā)線分配可視為一類靜態(tài)調度問題。但由于鐵路運輸系統(tǒng)
　　是一個復雜、開放的大系統(tǒng),極易受到設備臨時故障、突發(fā)事件、自然災害等隨機因素的擾動影響,不可避免地會造成計劃實際執(zhí)行偏離既定運輸計劃,進而直接影響鐵路大型客運站作業(yè)組織秩序,相應地需調整原有作業(yè)計劃,此時的鐵路大型客運站到發(fā)線分配優(yōu)化可視為一類動態(tài)調度問題?？紤]到“時間短、少變化、早恢復”的到發(fā)線分配計劃調整優(yōu)化原則,以所有旅客列車實際到發(fā)時間與圖定計劃到發(fā)時間之間

7、的偏離程度最小為第一優(yōu)化目標、以盡量減少變換占用到發(fā)線和接車進路的旅客列車數(shù)為第二優(yōu)化目標,建立了鐵路大型客運站到發(fā)線分配計劃調整的多目標優(yōu)化模型(ModelⅡ),使最終調整方案能在保持性能較優(yōu)的基礎上,維持客運站運輸組織生產的穩(wěn)定性。
　　在此基礎上,考慮到全局靜態(tài)優(yōu)化規(guī)模龐大、求解困難等存在的實際問題,依據(jù)鐵路大型客運站日常作業(yè)計劃遵循“計劃編制+計劃調整”的模式,將滾動時域理論與方法引入鐵路大型客運站到發(fā)線分配計劃的動態(tài)調整

8、,提出了一種基于滾動時域的鐵路大型客運站到發(fā)線分配計劃實時動態(tài)調整策略,將持續(xù)時間較長的到發(fā)線分配計劃實時調整問題,分割成若干個較短的時間段來處理,從而降低了子問題的求解規(guī)模和計算時間,可得到一系列能反映外界環(huán)境擾動變化的動態(tài)調度方案?；跐L動時域的到發(fā)線動態(tài)調整策略,不僅能克服隨機因素對鐵路大型客運站到發(fā)線分配計劃的擾動影響,而且能使調整方案盡可能小地偏離原始計劃,其優(yōu)化結果也符合鐵路大型客運站到發(fā)線分配計劃動態(tài)調整的實際需求,為鐵路

9、大型客運站到發(fā)線分配計劃動態(tài)調整問題提出了一種新的解決思路。
　　考慮到模擬退火算法具有能夠跳出局部最優(yōu)、收斂速度快等優(yōu)勢,借鑒模擬退火算法及多目標優(yōu)化理論的一般理論與方法,運用快速非支配排序和密度比較算子以及精英策略,提出了基于精英策略的模擬退火多目標優(yōu)化模型的求解算法。最后,以蘭州站為例,利用本文提出的優(yōu)化模型和算法,運用 Matlab編程計算進行了實例驗證。通過對計算結果的全面分析,驗證了優(yōu)化模型的合理性和可行性。實證分析結