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原文传递铁路编组站阶段计划优化研究

论文题名：	铁路编组站阶段计划优化研究
关键词：	铁路工程;编组站;阶段计划;作业效率;稳定性
摘要：	作业计划的优化编制与动态调整是编组站综合自动化系统的关键技术，同时，计划编制质量的好坏直接关系到货物车辆在编组站的停留时间，进而对铁路货物运输效率产生直接影响。在编组站三级调度指挥体系中，作业计划的核心环节阶段计划既是一个班(12h)中各阶段(3～4h)工作的具体安排，又是编制调车作业计划的主要依据，对车站一个阶段时间内的各种作业和资源进行统筹调度和分配。　　目前关于编组站阶段计划优化的研究主要局限于确定解编顺序与配流等子问题，无法满足编组站全局优化的要求;有的优化模型中没有充分考虑复杂多变的作业环境，算法中没有使用论域化简技术，导致模型的适应性和算法的求解效率都不高;同时，有的研究中没有考虑异常事件对阶段计划的影响，使得阶段计划的鲁棒性较差。这些导致以往的理论成果大多未能投入实际应用，使得目前编组站阶段计划仍停留在计算机辅助编制的层面，调度指挥智能化水平不高。本论文以提高编组站作业效率和阶段计划的稳定性为目标，对铁路编组站阶段计划优化中的以下关键内容展开研究: 　　(1)基于随机Petri网建模与分析理论，从定性和定量两个层面分析了编组站作业过程性能。首先，建立了编组站作业过程随机Petri网模型，定性分析了作业过程的动态特性和冲突关系。在定性分析的基础上，考虑由于共享有限资源而产生作业等待的情况，建立了编组站作业过程资源共享随机Petri网模型，给出了各种参数计算方法和模型化简技术。最后，通过时间Petri网仿真工具和MATLAB定量地求解基础设施配置与作业性能的关系，并给出提高作业性能的措施。　　(2)在编组站作业性能分析的基础上，综合运用了基于约束的累积调度、字典序多目标优化、整数规划和多目标两阶段优化理论，联合求解了自编始发列车动态配流问题。首先，按照配流成功的出发列车优先级总和最大、车辆平均停留时间最短和资源利用率最高三个目标的字典序，采用约束谓词方法建立初步动态配流字典序多目标约束优化模型;之后，设计了约束传播和多点构造性搜索的混合迭代算法。在初始动态配流方案基础上，按照配流照顾实际解编调车作业原则，以每列出发列车车流来源总数最少为目标，建立二次配流整数规划模型，并设计贪婪算法优化初步动态配流方案。此分层优化方法提高了调车作业效率和配流方案的兑现率。　　(3)以自编始发列车动态配流为核心，综合运用基于约束的累积调度、整数规划和字典序多目标多阶段优化理论，求解了编组站作业调度和资源分配问题。首先，建立无改编中转列车和配流剩余到达解体列车的约束优化模型，并设计约束传播与多点构造性搜索的混合算法确定各作业的起止时间。在此基础上建立资源分配整数规划模型，并设计了贪婪算法为每一个作业分配资源。最后，建立了车流按方向集结阶段计划字典序多目标多阶段优化模型，实现了动态配流、作业调度和资源分配的综合优化。　　(4)在解编作业确定的基础上，综合考虑了调车场车流随着解编作业动态变化、调车场股道的容量和解编作业时序限制等，设计了“开口”算法将到达解体车列划分为若干车组，以车组在调车场的集结股道为变量，建立调车场股道活用整数规划模型，并设计了变量取值动态排序的启发式回溯算法。最后，建立了车流按调车线集结阶段计划字典序多目标多阶段优化模型，实现了动态配流、作业调度、资源分配和调车场股道活用的综合优化。　　(5)在编组站静态阶段计划优化的基础上，基于最小摄动动态调度理论，求解了编组站阶段计划鲁棒性动态调整问题。首先，以调整前后阶段计划之间继承性最高为主目标、编组站的作业效率最高为次目标，建立编组站阶段计划鲁棒性动态调整模型。之后，按照异常事件的类型，分别设计了模型随着异常事件动态修订的启发式规则。最后，通过约束传播与改进回溯的混合算法快速调整阶段计划。　　(6)为了将编组站阶段计划优化的理论成果应用到实际，采用了面向对象程序技术计并实现了编组站阶段计划优化系统，最后将此系统嵌入到编组站综合自动化系统中。　　论文对编组站作业系统性能分析、自编始发列车动态配流优化、阶段计划综合优化和阶段计划鲁棒性动态调整等关键问题进行了深入研究，取得了丰硕的理论成果，并使用计算机软件技术实现了编组站阶段计划优化系统。通过现场试验表明系统具有较高的适应性、可靠性和高效性，能够自动地、智能地辅助车站调度员组织车站作业。
作者：	马亮
专业：	交通信息工程及控制
导师：	郭进
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文