鐵路大型客運(yùn)站到發(fā)線分配耦合優(yōu)化及時(shí)域調(diào)整研究.pdf

1、到發(fā)線分配計(jì)劃的編制和動(dòng)態(tài)調(diào)整是鐵路大型客運(yùn)站技術(shù)作業(yè)計(jì)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(jìn)路以及旅客列車車底運(yùn)用模式等影響要素之間的相互耦合關(guān)系,具有約束條件復(fù)雜和多目標(biāo)等特點(diǎn),是一類大規(guī)模的組合優(yōu)化問題。實(shí)現(xiàn)到發(fā)線分配計(jì)劃的自動(dòng)編制與動(dòng)態(tài)調(diào)整,直接影響著鐵路大型客運(yùn)站的運(yùn)輸組織生產(chǎn)效率和作業(yè)能力,也是鐵路大型客運(yùn)站調(diào)度指揮自動(dòng)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和理論難點(diǎn)。
　　本論文在借鑒既有相關(guān)領(lǐng)域研究成果的基礎(chǔ)上,全面綜述了鐵路大型客

2、運(yùn)站到發(fā)線分配優(yōu)化以及相關(guān)領(lǐng)域研究的現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)向,在繼承前輩學(xué)者研究成果可鑒之處的同時(shí),客觀地分析了既有研究尚存在的不足及亟待進(jìn)一步解決的關(guān)鍵問題。通過分析鐵路大型客運(yùn)站技術(shù)作業(yè)組織過程、日(班)作業(yè)計(jì)劃及階段計(jì)劃編制的依據(jù)和內(nèi)容,剖析了影響鐵路大型客運(yùn)站到發(fā)線分配優(yōu)化的主要要素、各要素對(duì)鐵路大型客運(yùn)站到發(fā)線分配優(yōu)化影響的內(nèi)在耦合機(jī)理,以及旅客列車晚點(diǎn)、晚點(diǎn)傳播對(duì)鐵路大型客運(yùn)站到發(fā)線分配計(jì)劃優(yōu)化影響的內(nèi)在機(jī)理。
　　基于此,將取

3、送車底作業(yè)時(shí)刻分別看作為始發(fā)旅客列車、終到旅客列車的到達(dá)、終到時(shí)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(jìn)路的時(shí)間窗,并根據(jù)影響鐵路大型客運(yùn)站到發(fā)線分配的主要要素、追求優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的內(nèi)在機(jī)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(jìn)路耦合分配約束、到發(fā)線分配與鐵路大型客運(yùn)站客流之間的耦合約束、到發(fā)線分配與旅客列車車底運(yùn)用模式耦合約束等約束條件,以所有到發(fā)線占用時(shí)間的均衡性和旅客乘降的便捷性為第一優(yōu)化目標(biāo),以接發(fā)旅客列車選

4、擇作業(yè)進(jìn)路的交叉干擾最小為第二優(yōu)化目標(biāo),建立了鐵路大型客運(yùn)站到發(fā)線分配計(jì)劃多目標(biāo)優(yōu)化模型(ModelⅠ)?？紤]到?jīng)Q策變量數(shù)量對(duì)鐵路大型客運(yùn)站到發(fā)線分配優(yōu)化模型復(fù)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(yùn)站到發(fā)線分配優(yōu)化的改進(jìn)模型(Improved-ModelⅠ),使鐵路大型客運(yùn)站到發(fā)線分配和作業(yè)進(jìn)路分配進(jìn)一步有機(jī)耦合,簡(jiǎn)化了模型的復(fù)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(shí)

5、,考慮到魯棒性(抗干擾能力)是鐵路大型客運(yùn)站到發(fā)線分配優(yōu)化問題應(yīng)該考慮的主要問題之一,對(duì)占用同一到發(fā)線的兩相鄰列車最小時(shí)間間隔的取值進(jìn)行了分析,提出了緩沖時(shí)間取值的方法。所建的鐵路大型客運(yùn)站到發(fā)線分配優(yōu)化模型,不但考慮了鐵路大型客運(yùn)站站內(nèi)技術(shù)作業(yè)的協(xié)調(diào)性、旅客和鐵路大型客運(yùn)站雙方之間的利益,同時(shí)還考慮了到發(fā)線分配與車底運(yùn)用模式間耦合關(guān)系。
　　不考慮隨機(jī)因素?cái)_動(dòng)影響條件下,鐵路大型客運(yùn)站階段計(jì)劃根據(jù)已確定好的日班計(jì)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(diào)度問題。但由于鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)
　　是一個(gè)復(fù)雜、開放的大系統(tǒng),極易受到設(shè)備臨時(shí)故障、突發(fā)事件、自然災(zāi)害等隨機(jī)因素的擾動(dòng)影響,不可避免地會(huì)造成計(jì)劃實(shí)際執(zhí)行偏離既定運(yùn)輸計(jì)劃,進(jìn)而直接影響鐵路大型客運(yùn)站作業(yè)組織秩序,相應(yīng)地需調(diào)整原有作業(yè)計(jì)劃,此時(shí)的鐵路大型客運(yùn)站到發(fā)線分配優(yōu)化可視為一類動(dòng)態(tài)調(diào)度問題?？紤]到“時(shí)間短、少變化、早恢復(fù)”的到發(fā)線分配計(jì)劃調(diào)整優(yōu)化原則,以所有旅客列車實(shí)際到發(fā)時(shí)間與圖定計(jì)劃到發(fā)時(shí)間之間

7、的偏離程度最小為第一優(yōu)化目標(biāo)、以盡量減少變換占用到發(fā)線和接車進(jìn)路的旅客列車數(shù)為第二優(yōu)化目標(biāo),建立了鐵路大型客運(yùn)站到發(fā)線分配計(jì)劃調(diào)整的多目標(biāo)優(yōu)化模型(ModelⅡ),使最終調(diào)整方案能在保持性能較優(yōu)的基礎(chǔ)上,維持客運(yùn)站運(yùn)輸組織生產(chǎn)的穩(wěn)定性。
　　在此基礎(chǔ)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(shí)際問題,依據(jù)鐵路大型客運(yùn)站日常作業(yè)計(jì)劃遵循“計(jì)劃編制+計(jì)劃調(diào)整”的模式,將滾動(dòng)時(shí)域理論與方法引入鐵路大型客運(yùn)站到發(fā)線分配計(jì)劃的動(dòng)態(tài)調(diào)整

8、,提出了一種基于滾動(dòng)時(shí)域的鐵路大型客運(yùn)站到發(fā)線分配計(jì)劃實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整策略,將持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的到發(fā)線分配計(jì)劃實(shí)時(shí)調(diào)整問題,分割成若干個(gè)較短的時(shí)間段來處理,從而降低了子問題的求解規(guī)模和計(jì)算時(shí)間,可得到一系列能反映外界環(huán)境擾動(dòng)變化的動(dòng)態(tài)調(diào)度方案?；跐L動(dòng)時(shí)域的到發(fā)線動(dòng)態(tài)調(diào)整策略,不僅能克服隨機(jī)因素對(duì)鐵路大型客運(yùn)站到發(fā)線分配計(jì)劃的擾動(dòng)影響,而且能使調(diào)整方案盡可能小地偏離原始計(jì)劃,其優(yōu)化結(jié)果也符合鐵路大型客運(yùn)站到發(fā)線分配計(jì)劃動(dòng)態(tài)調(diào)整的實(shí)際需求,為鐵路

9、大型客運(yùn)站到發(fā)線分配計(jì)劃動(dòng)態(tài)調(diào)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(shì),借鑒模擬退火算法及多目標(biāo)優(yōu)化理論的一般理論與方法,運(yùn)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(biāo)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(yùn)用 Matlab編程計(jì)算進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證。通過對(duì)計(jì)算結(jié)果的全面分析,驗(yàn)證了優(yōu)化模型的合理性和可行性。實(shí)證分析結(jié)