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原文传递高速铁路乘务计划编制方法优化研究

论文题名：	高速铁路乘务计划编制方法优化研究
关键词：	高速铁路;乘务计划;自动化编制;时空接续网络;网络流
摘要：	随着我国高速铁路网络化运营格局的不断形成，其运输组织问题逐步趋于精细化、复杂化。乘务计划作为高速铁路运输组织问题的重要子问题之一，其编制工作亦倾向于背景复杂化、过程高效化和结果人性化。现行的乘务计划大多数采用效率低下的手工方式编制，其编制效果往往取决于编制人员的经验，且不便于调整。因此，研究一套科学、高效的高速铁路乘务计划自动化编制方法对提高我国高速铁路的运输组织效率，降低运营管理成本有着重要的意义。　　首先，基于时空接续网络构建了可以刻画“相对时间”约束的一般模型，借助该模型分析探讨了既有研究的局限性，并结合高速铁路乘务计划的问题特征，对乘务交路计划问题和乘务值乘计划问题的求解策略进行了研究。对于乘务交路计划问题，首次考虑了乘务组午、晚餐“固定时间窗”用餐规则，将该问题归类为考虑“混合时间”约束的大规模组合优化问题，并提出了基于时空状态网络和拉格朗日松弛的求解策略。对于乘务值乘计划问题，首次提出了“闭环排班”和“非闭环排班”的概念以界定单一循环乘务值乘计划的两种合理值乘方案，将该问题归类为仅考虑“相对时间”约束的组合优化问题，并提出了基于时空接续网络和网络流模型的求解策略。　　其次，对乘务交路计划问题的优化方法进行了研究。通过定义该问题在时空状态网络中的“状态”维度和两种“固定时间窗”用餐方式，将乘务规则转化为“点”生成策略——时空节点状态坐标递推原则和“弧”生成策略——乘务任务可行转化判定条件，并基于此构建时空状态网络，使乘务规则在网络中完全得到刻画，从而控制网络规模并简化数学模型。然后，建立了基于时空状态网络的网络流模型，设计了拉格朗日松弛算法求解，将乘务交路计划问题由多乘务交路组合优化问题分解为单乘务交路时空最短路径问题的集合。针对该问题存在“强对称”和“超松弛”的特性，提出了“打破对称性”和“控制超松弛”的线性不等式约束，以加速算法收敛并提升下界质量。　　第三，对乘务值乘计划问题的优化方法进行了研究。针对单一循环乘务值乘计划问题的特征，建立了可以刻画乘务组不同休息类型的时空接续网络，将该问题转化为考虑中途休息的旅行商问题。基于时空接续网络，构建了乘务值乘计划问题的网络流模型，设计了嵌入CPLEX求解引擎的迭代优化算法求解，并与既有研究结果进行对比，分析了该方法的求解效果。针对问题规模大、求解时间长的现象，提出了设置乘务规则时间窗的加速求解策略，并给出该策略合理性的证明过程。　　最后，分别以单条城际铁路和区域高速铁路网为实例，利用本文提出的方法对不同路网结构和问题规模的乘务计划问题进行求解。结果表明，本文提出的方法可以高质高效地求解高速铁路乘务交路计划这类考虑“混合时间”约束的大规模组合优化问题和仅考虑“相对时间”约束的乘务值乘计划问题。
作者：	张哲铭
专业：	交通运输规划与管理
导师：	王莹
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文