雙線鐵路列車(chē)運(yùn)行圖緩沖時(shí)間優(yōu)化分配研究.pdf

1、世界上許多國(guó)家，尤其是亞洲和歐洲國(guó)家，鐵路作為一種重要的運(yùn)輸方式，在其客、貨運(yùn)市場(chǎng)上擔(dān)當(dāng)著重要的角色。各種運(yùn)輸方式之間的競(jìng)爭(zhēng)主要取決于其提供的服務(wù)水平。在日趨激烈和瞬息萬(wàn)變的多方式運(yùn)輸市場(chǎng)中，鐵路系統(tǒng)也一直在提高其服務(wù)水平。其中，準(zhǔn)時(shí)性和可靠性是關(guān)乎鐵路運(yùn)輸服務(wù)水平的兩個(gè)關(guān)鍵因素，直接影響旅客和貨主對(duì)運(yùn)輸方式的選擇決策。鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性是由運(yùn)行圖的編制質(zhì)量決定的，可按列車(chē)相對(duì)計(jì)劃時(shí)間的平均晚點(diǎn)時(shí)間或其方差來(lái)度量。因此，編制穩(wěn)定的列車(chē)

2、運(yùn)行圖能夠處理實(shí)時(shí)擾動(dòng)，從而提供可靠的運(yùn)輸服務(wù)，是尤為必要的。 論文研究了中期計(jì)劃中穩(wěn)定的列車(chē)運(yùn)行圖的編制問(wèn)題，考慮了調(diào)度計(jì)劃階段的實(shí)時(shí)隨機(jī)擾動(dòng)作用。特別地，重點(diǎn)討論了兩方面的內(nèi)容：（1）構(gòu)建了兩階段反饋隨機(jī)最優(yōu)化模型（2）并設(shè)計(jì)了有效的求解算法。 實(shí)際列車(chē)運(yùn)行圖的編制過(guò)程中，技術(shù)人員通常假定輸入數(shù)據(jù)（如列車(chē)出發(fā)、到達(dá)和運(yùn)行時(shí)間）是精確已知的，忽略了參數(shù)不確定性對(duì)編制最優(yōu)的和可行性運(yùn)行圖的影響。然而，實(shí)時(shí)的鐵路運(yùn)營(yíng)中，計(jì)

3、劃運(yùn)行圖常常受許多不可預(yù)見(jiàn)事件的影響，可能導(dǎo)致列車(chē)實(shí)際運(yùn)行時(shí)間嚴(yán)重偏離其計(jì)劃時(shí)間。因此，人們已普遍意識(shí)到，日常鐵路運(yùn)營(yíng)中可能出現(xiàn)列車(chē)運(yùn)行時(shí)間背離某些重要約束條件限制的情形（與列車(chē)追蹤限制或區(qū)間能力限制等相關(guān)），并最終導(dǎo)致鐵路運(yùn)輸?shù)臏?zhǔn)時(shí)性不高。上述現(xiàn)象說(shuō)明，穩(wěn)定的列車(chē)運(yùn)行圖在其計(jì)劃編制階段需考慮列車(chē)運(yùn)行時(shí)間的不確定性。于是，為使中期計(jì)劃和調(diào)度計(jì)劃兩階段得到系統(tǒng)地整合，本文提出了一個(gè)兩階段隨機(jī)反饋模型，將實(shí)時(shí)不確定性和調(diào)度方案整合入中期列車(chē)

4、運(yùn)行圖決策中，從而以實(shí)現(xiàn)（1）列車(chē)運(yùn)行圖內(nèi)所有列車(chē)總運(yùn)行時(shí)間最??；（2）區(qū)間運(yùn)行時(shí)間不確定條件下列車(chē)晚點(diǎn)時(shí)間期望值最小。鑒于兩個(gè)計(jì)劃階段（即運(yùn)行圖和調(diào)度）均需要解決復(fù)雜的整數(shù)優(yōu)化問(wèn)題，我們進(jìn)一步研究了有效的求解算法以獲得近似最優(yōu)解。 至今，有關(guān)穩(wěn)定運(yùn)行圖編制問(wèn)題的諸多方面均已取得了顯著成果。然而，設(shè)計(jì)具有更高計(jì)算效率的求解架構(gòu)對(duì)于復(fù)雜的列車(chē)運(yùn)行圖模型仍是尤為重要的。論文提出一個(gè)啟發(fā)式的分步降解算法，能夠?qū)?fù)雜問(wèn)題分解為一系列的單

5、個(gè)列車(chē)的子問(wèn)題?；诖怂惴?，我們能夠模擬列車(chē)晚點(diǎn)時(shí)間在區(qū)間間的傳播現(xiàn)象，以及列車(chē)間的晚點(diǎn)傳播現(xiàn)象，即，同一區(qū)間上某列車(chē)的初始晚點(diǎn)將可能引發(fā)其后跟隨列車(chē)的后效晚點(diǎn)。 進(jìn)一步，為了精確估計(jì)列車(chē)束間的后效晚點(diǎn)傳播，本文提出了一個(gè)時(shí)空網(wǎng)絡(luò)圖示法將緩沖時(shí)間的優(yōu)化分配問(wèn)題表示為一個(gè)基于時(shí)間的隨機(jī)最短路問(wèn)題。特別地，其子問(wèn)題將尋找一個(gè)“參考”路徑，使得總的旅行時(shí)間以及隨機(jī)環(huán)境下列車(chē)運(yùn)行時(shí)間相對(duì)其計(jì)劃時(shí)間的偏離期望值最小。此外，應(yīng)用該隨機(jī)最短路

6、方法還能夠（1）以弧的形式表現(xiàn)傳播晚點(diǎn)分布；（2）利用隨機(jī)占優(yōu)規(guī)則消除先前搜索過(guò)程中的占優(yōu)分支方案。 最后，論文研究了日常調(diào)度中區(qū)間運(yùn)行時(shí)分不確定性的模擬問(wèn)題。眾所周知，區(qū)間運(yùn)行時(shí)間的可能取值隨其中不可預(yù)知事件數(shù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。因此，我們提出樣本平均近似法來(lái)從大量隨意產(chǎn)生的區(qū)間運(yùn)行時(shí)分中選擇有代表性的案例，以模擬其不確定性規(guī)律?；谠摲椒?，兩階段隨機(jī)規(guī)劃問(wèn)題的期望目標(biāo)函數(shù)值通過(guò)對(duì)該區(qū)間的歷史數(shù)據(jù)平均值近似估計(jì)得到。因此，上述模型