鐵路編組站階段計(jì)劃優(yōu)化研究.pdf

1、作業(yè)計(jì)劃的優(yōu)化編制與動(dòng)態(tài)調(diào)整是編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)，計(jì)劃編制質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到貨物車輛在編組站的停留時(shí)間，進(jìn)而對(duì)鐵路貨物運(yùn)輸效率產(chǎn)生直接影響。在編組站三級(jí)調(diào)度指揮體系中，作業(yè)計(jì)劃的核心環(huán)節(jié)階段計(jì)劃既是一個(gè)班(12h)中各階段(3～4h)工作的具體安排，又是編制調(diào)車作業(yè)計(jì)劃的主要依據(jù)，對(duì)車站一個(gè)階段時(shí)間內(nèi)的各種作業(yè)和資源進(jìn)行統(tǒng)籌調(diào)度和分配。
　　目前關(guān)于編組站階段計(jì)劃優(yōu)化的研究主要局限于確定解編順序與配流等子問題，

2、無法滿足編組站全局優(yōu)化的要求;有的優(yōu)化模型中沒有充分考慮復(fù)雜多變的作業(yè)環(huán)境，算法中沒有使用論域化簡(jiǎn)技術(shù)，導(dǎo)致模型的適應(yīng)性和算法的求解效率都不高;同時(shí)，有的研究中沒有考慮異常事件對(duì)階段計(jì)劃的影響，使得階段計(jì)劃的魯棒性較差。這些導(dǎo)致以往的理論成果大多未能投入實(shí)際應(yīng)用，使得目前編組站階段計(jì)劃仍停留在計(jì)算機(jī)輔助編制的層面，調(diào)度指揮智能化水平不高。本論文以提高編組站作業(yè)效率和階段計(jì)劃的穩(wěn)定性為目標(biāo)，對(duì)鐵路編組站階段計(jì)劃優(yōu)化中的以下關(guān)鍵內(nèi)容展開研究

3、:
　　(1)基于隨機(jī)Petri網(wǎng)建模與分析理論，從定性和定量?jī)蓚€(gè)層面分析了編組站作業(yè)過程性能。首先，建立了編組站作業(yè)過程隨機(jī)Petri網(wǎng)模型，定性分析了作業(yè)過程的動(dòng)態(tài)特性和沖突關(guān)系。在定性分析的基礎(chǔ)上，考慮由于共享有限資源而產(chǎn)生作業(yè)等待的情況，建立了編組站作業(yè)過程資源共享隨機(jī)Petri網(wǎng)模型，給出了各種參數(shù)計(jì)算方法和模型化簡(jiǎn)技術(shù)。最后，通過時(shí)間Petri網(wǎng)仿真工具和MATLAB定量地求解基礎(chǔ)設(shè)施配置與作業(yè)性能的關(guān)系，并給出提高作

4、業(yè)性能的措施。
　　(2)在編組站作業(yè)性能分析的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用了基于約束的累積調(diào)度、字典序多目標(biāo)優(yōu)化、整數(shù)規(guī)劃和多目標(biāo)兩階段優(yōu)化理論，聯(lián)合求解了自編始發(fā)列車動(dòng)態(tài)配流問題。首先，按照配流成功的出發(fā)列車優(yōu)先級(jí)總和最大、車輛平均停留時(shí)間最短和資源利用率最高三個(gè)目標(biāo)的字典序，采用約束謂詞方法建立初步動(dòng)態(tài)配流字典序多目標(biāo)約束優(yōu)化模型;之后，設(shè)計(jì)了約束傳播和多點(diǎn)構(gòu)造性搜索的混合迭代算法。在初始動(dòng)態(tài)配流方案基礎(chǔ)上，按照配流照顧實(shí)際解編調(diào)車作業(yè)

5、原則，以每列出發(fā)列車車流來源總數(shù)最少為目標(biāo)，建立二次配流整數(shù)規(guī)劃模型，并設(shè)計(jì)貪婪算法優(yōu)化初步動(dòng)態(tài)配流方案。此分層優(yōu)化方法提高了調(diào)車作業(yè)效率和配流方案的兌現(xiàn)率。
　　(3)以自編始發(fā)列車動(dòng)態(tài)配流為核心，綜合運(yùn)用基于約束的累積調(diào)度、整數(shù)規(guī)劃和字典序多目標(biāo)多階段優(yōu)化理論，求解了編組站作業(yè)調(diào)度和資源分配問題。首先，建立無改編中轉(zhuǎn)列車和配流剩余到達(dá)解體列車的約束優(yōu)化模型，并設(shè)計(jì)約束傳播與多點(diǎn)構(gòu)造性搜索的混合算法確定各作業(yè)的起止時(shí)間。在此基礎(chǔ)

6、上建立資源分配整數(shù)規(guī)劃模型，并設(shè)計(jì)了貪婪算法為每一個(gè)作業(yè)分配資源。最后，建立了車流按方向集結(jié)階段計(jì)劃字典序多目標(biāo)多階段優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)配流、作業(yè)調(diào)度和資源分配的綜合優(yōu)化。
　　(4)在解編作業(yè)確定的基礎(chǔ)上，綜合考慮了調(diào)車場(chǎng)車流隨著解編作業(yè)動(dòng)態(tài)變化、調(diào)車場(chǎng)股道的容量和解編作業(yè)時(shí)序限制等，設(shè)計(jì)了“開口”算法將到達(dá)解體車列劃分為若干車組，以車組在調(diào)車場(chǎng)的集結(jié)股道為變量，建立調(diào)車場(chǎng)股道活用整數(shù)規(guī)劃模型，并設(shè)計(jì)了變量取值動(dòng)態(tài)排序的啟發(fā)式

7、回溯算法。最后，建立了車流按調(diào)車線集結(jié)階段計(jì)劃字典序多目標(biāo)多階段優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)配流、作業(yè)調(diào)度、資源分配和調(diào)車場(chǎng)股道活用的綜合優(yōu)化。
　　(5)在編組站靜態(tài)階段計(jì)劃優(yōu)化的基礎(chǔ)上，基于最小攝動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)度理論，求解了編組站階段計(jì)劃魯棒性動(dòng)態(tài)調(diào)整問題。首先，以調(diào)整前后階段計(jì)劃之間繼承性最高為主目標(biāo)、編組站的作業(yè)效率最高為次目標(biāo)，建立編組站階段計(jì)劃魯棒性動(dòng)態(tài)調(diào)整模型。之后，按照異常事件的類型，分別設(shè)計(jì)了模型隨著異常事件動(dòng)態(tài)修訂的啟發(fā)式規(guī)

8、則。最后，通過約束傳播與改進(jìn)回溯的混合算法快速調(diào)整階段計(jì)劃。
　　(6)為了將編組站階段計(jì)劃優(yōu)化的理論成果應(yīng)用到實(shí)際，采用了面向?qū)ο蟪绦蚣夹g(shù)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了編組站階段計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng)，最后將此系統(tǒng)嵌入到編組站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中。
　　論文對(duì)編組站作業(yè)系統(tǒng)性能分析、自編始發(fā)列車動(dòng)態(tài)配流優(yōu)化、階段計(jì)劃綜合優(yōu)化和階段計(jì)劃魯棒性動(dòng)態(tài)調(diào)整等關(guān)鍵問題進(jìn)行了深入研究，取得了豐碩的理論成果，并使用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)了編組站階段計(jì)劃優(yōu)化系統(tǒng)。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)