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原文传递铁路大型客运站到发线分配耦合优化及时域调整研究

论文题名：	铁路大型客运站到发线分配耦合优化及时域调整研究
关键词：	铁路客运站;到发线分配;多目标优化;时域调整
摘要：	到发线分配计划的编制和动态调整是铁路大型客运站技术作业计划的核心环节,必须考虑与旅客流线、咽喉区作业进路以及旅客列车车底运用模式等影响要素之间的相互耦合关系,具有约束条件复杂和多目标等特点,是一类大规模的组合优化问题。实现到发线分配计划的自动编制与动态调整,直接影响着铁路大型客运站的运输组织生产效率和作业能力,也是铁路大型客运站调度指挥自动化的关键环节和理论难点。　　本论文在借鉴既有相关领域研究成果的基础上,全面综述了铁路大型客运站到发线分配优化以及相关领域研究的现状和发展动向,在继承前辈学者研究成果可鉴之处的同时,客观地分析了既有研究尚存在的不足及亟待进一步解决的关键问题。通过分析铁路大型客运站技术作业组织过程、日(班)作业计划及阶段计划编制的依据和内容,剖析了影响铁路大型客运站到发线分配优化的主要要素、各要素对铁路大型客运站到发线分配优化影响的内在耦合机理,以及旅客列车晚点、晚点传播对铁路大型客运站到发线分配计划优化影响的内在机理。　　基于此,将取送车底作业时刻分别看作为始发旅客列车、终到旅客列车的到达、终到时刻,由此可获得任一旅客列车占用到发线、咽喉区作业进路的时间窗,并根据影响铁路大型客运站到发线分配的主要要素、追求优化目标函数的内在机理,综合考虑到发线分配的基本约束条件、到发线与作业进路耦合分配约束、到发线分配与铁路大型客运站客流之间的耦合约束、到发线分配与旅客列车车底运用模式耦合约束等约束条件,以所有到发线占用时间的均衡性和旅客乘降的便捷性为第一优化目标,以接发旅客列车选择作业进路的交叉干扰最小为第二优化目标,建立了铁路大型客运站到发线分配计划多目标优化模型(ModelⅠ)。考虑到决策变量数量对铁路大型客运站到发线分配优化模型复杂程度的影响,本论文通过引入“虚拟到发线”的概念,提出了基于虚拟到发线的铁路大型客运站到发线分配优化的改进模型(Improved-ModelⅠ),使铁路大型客运站到发线分配和作业进路分配进一步有机耦合,简化了模型的复杂度,使到发线分配优化模型(ModelⅠ)具有更好的可解性。同时,考虑到鲁棒性(抗干扰能力)是铁路大型客运站到发线分配优化问题应该考虑的主要问题之一,对占用同一到发线的两相邻列车最小时间间隔的取值进行了分析,提出了缓冲时间取值的方法。所建的铁路大型客运站到发线分配优化模型,不但考虑了铁路大型客运站站内技术作业的协调性、旅客和铁路大型客运站双方之间的利益,同时还考虑了到发线分配与车底运用模式间耦合关系。　　不考虑随机因素扰动影响条件下,铁路大型客运站阶段计划根据已确定好的日班计划安排到发线,该情况下的到发线分配可视为一类静态调度问题。但由于铁路运输系统　　是一个复杂、开放的大系统,极易受到设备临时故障、突发事件、自然灾害等随机因素的扰动影响,不可避免地会造成计划实际执行偏离既定运输计划,进而直接影响铁路大型客运站作业组织秩序,相应地需调整原有作业计划,此时的铁路大型客运站到发线分配优化可视为一类动态调度问题。考虑到“时间短、少变化、早恢复”的到发线分配计划调整优化原则,以所有旅客列车实际到发时间与图定计划到发时间之间的偏离程度最小为第一优化目标、以尽量减少变换占用到发线和接车进路的旅客列车数为第二优化目标,建立了铁路大型客运站到发线分配计划调整的多目标优化模型(ModelⅡ),使最终调整方案能在保持性能较优的基础上,维持客运站运输组织生产的稳定性。　　在此基础上,考虑到全局静态优化规模庞大、求解困难等存在的实际问题,依据铁路大型客运站日常作业计划遵循“计划编制+计划调整”的模式,将滚动时域理论与方法引入铁路大型客运站到发线分配计划的动态调整,提出了一种基于滚动时域的铁路大型客运站到发线分配计划实时动态调整策略,将持续时间较长的到发线分配计划实时调整问题,分割成若干个较短的时间段来处理,从而降低了子问题的求解规模和计算时间,可得到一系列能反映外界环境扰动变化的动态调度方案。基于滚动时域的到发线动态调整策略,不仅能克服随机因素对铁路大型客运站到发线分配计划的扰动影响,而且能使调整方案尽可能小地偏离原始计划,其优化结果也符合铁路大型客运站到发线分配计划动态调整的实际需求,为铁路大型客运站到发线分配计划动态调整问题提出了一种新的解决思路。　　考虑到模拟退火算法具有能够跳出局部最优、收敛速度快等优势,借鉴模拟退火算法及多目标优化理论的一般理论与方法,运用快速非支配排序和密度比较算子以及精英策略,提出了基于精英策略的模拟退火多目标优化模型的求解算法。最后,以兰州站为例,利用本文提出的优化模型和算法,运用 Matlab编程计算进行了实例验证。通过对计算结果的全面分析,验证了优化模型的合理性和可行性。实证分析结果表明:本论文所建的铁路大型客运站到发线分配计划优化模型、计划调整优化模型及其时域调整策略合理、有效。优化算法一次求解得到的Pareto最优解集,可为铁路大型客运站决策者提供多样性的方案选择。
作者：	朱昌锋
专业：	交通运输规划与管理
导师：	李引珍
授予学位：	博士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文