高速鐵路成網(wǎng)條件下動(dòng)車組運(yùn)用計(jì)劃編制理論與算法研究.pdf

1、動(dòng)車組作為高速鐵路運(yùn)載工具，其運(yùn)用效率是影響高速鐵路客運(yùn)組織效率的主要因素之一。動(dòng)車組運(yùn)用計(jì)劃編制是高速鐵路客運(yùn)組織的關(guān)鍵任務(wù)，直接決定列車運(yùn)行圖能否實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還影響和決定高速鐵路運(yùn)行安全、客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量和企業(yè)收益。動(dòng)車組運(yùn)用問題一直是鐵路運(yùn)輸組織理論的難點(diǎn)之一。此外，隨著我國高速鐵路網(wǎng)絡(luò)的逐步形成，更加劇了問題的復(fù)雜程度及求解的困難程度，動(dòng)車組運(yùn)用計(jì)劃編制問題面臨著新的挑戰(zhàn)。本文主以高速鐵路成網(wǎng)為研究背景，旨在探索成網(wǎng)條件下動(dòng)車組運(yùn)用及

2、檢修方式和運(yùn)用計(jì)劃編制的理論方法。本論文的主要研究?jī)?nèi)容包括以下三個(gè)方面:
　　(1)以我國現(xiàn)階段固定配屬段的動(dòng)車組檢修模式為背景，研究引入異地檢修模式下動(dòng)車組運(yùn)用計(jì)劃優(yōu)化問題。受檢修標(biāo)準(zhǔn)、檢修能力等因素影響，目前我國動(dòng)車組采用配屬檢修基地的檢修模式，即當(dāng)動(dòng)車組累計(jì)運(yùn)行里程或時(shí)間達(dá)到檢修標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，必需返回其配屬檢修地點(diǎn)進(jìn)行檢修工作。該要求作為動(dòng)車組運(yùn)用的強(qiáng)約束，在編制動(dòng)車組運(yùn)用計(jì)劃時(shí)往往是制約計(jì)劃優(yōu)化的關(guān)鍵因素之一。因此，本論文旨在通

3、過引入異地檢修模式，釋放該約束，有效提高動(dòng)車組運(yùn)用效率。隨著我國標(biāo)準(zhǔn)化動(dòng)車組的不斷推進(jìn)，動(dòng)車組的檢修標(biāo)準(zhǔn)、檢修設(shè)備和檢修配件得到了統(tǒng)一，為異地檢修的實(shí)現(xiàn)提供了可能。
　　本論文從理論研究角度，提出動(dòng)車組異地檢修模式，并以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建了適應(yīng)多種車型的動(dòng)車組運(yùn)用計(jì)劃優(yōu)化模型。為求解該模型，設(shè)計(jì)了多種群遺傳算法，并以京滬、京津和膠濟(jì)客運(yùn)專線的部分運(yùn)行圖為實(shí)例，檢驗(yàn)了模型及算法的可行性。通過與傳統(tǒng)蟻群算法及標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，本論文

4、提出的多種群遺傳算法在求解效率、求解穩(wěn)定性及獲得的動(dòng)車組運(yùn)用計(jì)劃質(zhì)量方面均有較大優(yōu)勢(shì)。此外，通過對(duì)比異地檢修模式及配屬檢修基地模式的優(yōu)化結(jié)果發(fā)現(xiàn)，完成相同的運(yùn)行圖任務(wù)，異地檢修模式下可節(jié)省17列動(dòng)車組，檢修次數(shù)也減少了17次，因此，可以說引入動(dòng)車組異地檢修能夠有效地提高動(dòng)車組運(yùn)用效率。基于研究成果，在本論文中探討了我國實(shí)施異地檢修模式的困難及需要準(zhǔn)備的基本工作。
　　(2)以我國高速鐵路逐漸成網(wǎng)為背景，研究成網(wǎng)條件下動(dòng)車組運(yùn)用計(jì)劃

5、編制優(yōu)化問題。隨著我國高速鐵路建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，我國高速鐵路網(wǎng)絡(luò)已初具規(guī)模。動(dòng)車組作為高速鐵路載運(yùn)工具，高速鐵路成網(wǎng)對(duì)動(dòng)車組運(yùn)用方式及運(yùn)用效率均提出了新的挑戰(zhàn)。成網(wǎng)條件下，動(dòng)車組運(yùn)用問題規(guī)模急劇增加，運(yùn)用計(jì)劃編制難度加大，尤其是如何能夠在短時(shí)間內(nèi)獲得優(yōu)質(zhì)的動(dòng)車組運(yùn)用計(jì)劃成為了動(dòng)車組運(yùn)用的難點(diǎn)問題。此外，為適應(yīng)成網(wǎng)條件下大規(guī)模運(yùn)算，迫切需要相關(guān)研究理論與方法指導(dǎo)實(shí)現(xiàn)成網(wǎng)條件下動(dòng)車組運(yùn)用計(jì)劃計(jì)算機(jī)智能編制。
　　本論文在考慮異地檢修

6、的前提下，以最小化接續(xù)總時(shí)間為優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)建了成網(wǎng)條件下動(dòng)車組運(yùn)用計(jì)劃編制優(yōu)化模型。在模型求解過程中，本論文基于兩階段求解思想，設(shè)計(jì)了求解質(zhì)量穩(wěn)定且求解速度高效的兩階段算法，為實(shí)現(xiàn)成網(wǎng)條件下動(dòng)車組運(yùn)用計(jì)劃計(jì)算機(jī)智能編制奠定了理論基礎(chǔ)。為檢驗(yàn)?zāi)Ｐ图八惴ǖ目尚行?，本論文以京津城際鐵路部分運(yùn)行圖為小規(guī)模實(shí)例求解了動(dòng)車組運(yùn)用計(jì)劃，并與傳統(tǒng)蟻群算法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較，結(jié)果表明兩階段算法在求解效率、求解質(zhì)量及求解穩(wěn)定性等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)蟻群算法。此

7、外，以京滬線、膠濟(jì)線、滬寧線、滬杭線及寧杭線等五條高速鐵路線路所組成的網(wǎng)絡(luò)為大規(guī)模實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)果表明，本章節(jié)提出的模型與算法能夠很好地適應(yīng)高鐵成網(wǎng)條件下的動(dòng)車組運(yùn)用計(jì)劃編制需求。
　　(3)以我國現(xiàn)階段動(dòng)車組運(yùn)用模式為背景，研究考慮樞紐內(nèi)站間調(diào)撥的動(dòng)車組運(yùn)用計(jì)劃優(yōu)化問題。傳統(tǒng)動(dòng)車組運(yùn)用時(shí)，由于高速鐵路線路往往都是單線，且早期動(dòng)車組數(shù)目較少，動(dòng)車組運(yùn)用方式較為簡(jiǎn)單，基本都是接續(xù)同一車站運(yùn)行任務(wù)。但是，隨著高速鐵路引入客運(yùn)樞紐，部

8、分傳統(tǒng)鐵路車站和新建的高速鐵路車站都具備辦理高速鐵路列車作業(yè)的能力，且通常樞紐內(nèi)車站之間有聯(lián)絡(luò)線聯(lián)絡(luò)。因此，傳統(tǒng)的動(dòng)車組運(yùn)用方式具有一定的局限性。基于此，本論文從提出了樞紐內(nèi)站間調(diào)撥的動(dòng)車組運(yùn)用方式，以適應(yīng)高速鐵路成網(wǎng)，提高動(dòng)車組運(yùn)用效率。
　　本論文在考慮異地檢修的前提下，以綜合最小化動(dòng)車組使用數(shù)量及動(dòng)車組的檢修次數(shù)為優(yōu)化目標(biāo)，構(gòu)建了考慮樞紐內(nèi)站間調(diào)撥的動(dòng)車組運(yùn)用計(jì)劃優(yōu)化模型。為求解模型，本論文在傳統(tǒng)遺傳算法的基礎(chǔ)上，結(jié)合動(dòng)車組