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原文传递高速铁路成网条件下动车组运用计划编制理论与算法研究

论文题名：	高速铁路成网条件下动车组运用计划编制理论与算法研究
关键词：	动车组;车辆运用计划;检修方式;运行图;遗传算法
摘要：	动车组作为高速铁路运载工具，其运用效率是影响高速铁路客运组织效率的主要因素之一。动车组运用计划编制是高速铁路客运组织的关键任务，直接决定列车运行图能否实现，同时还影响和决定高速铁路运行安全、客运服务质量和企业收益。动车组运用问题一直是铁路运输组织理论的难点之一。此外，随着我国高速铁路网络的逐步形成，更加剧了问题的复杂程度及求解的困难程度，动车组运用计划编制问题面临着新的挑战。本文主以高速铁路成网为研究背景，旨在探索成网条件下动车组运用及检修方式和运用计划编制的理论方法。本论文的主要研究内容包括以下三个方面: 　　(1)以我国现阶段固定配属段的动车组检修模式为背景，研究引入异地检修模式下动车组运用计划优化问题。受检修标准、检修能力等因素影响，目前我国动车组采用配属检修基地的检修模式，即当动车组累计运行里程或时间达到检修标准时，必需返回其配属检修地点进行检修工作。该要求作为动车组运用的强约束，在编制动车组运用计划时往往是制约计划优化的关键因素之一。因此，本论文旨在通过引入异地检修模式，释放该约束，有效提高动车组运用效率。随着我国标准化动车组的不断推进，动车组的检修标准、检修设备和检修配件得到了统一，为异地检修的实现提供了可能。　　本论文从理论研究角度，提出动车组异地检修模式，并以此为基础，构建了适应多种车型的动车组运用计划优化模型。为求解该模型，设计了多种群遗传算法，并以京沪、京津和胶济客运专线的部分运行图为实例，检验了模型及算法的可行性。通过与传统蚁群算法及标准遗传算法的对比发现，本论文提出的多种群遗传算法在求解效率、求解稳定性及获得的动车组运用计划质量方面均有较大优势。此外，通过对比异地检修模式及配属检修基地模式的优化结果发现，完成相同的运行图任务，异地检修模式下可节省17列动车组，检修次数也减少了17次，因此，可以说引入动车组异地检修能够有效地提高动车组运用效率。基于研究成果，在本论文中探讨了我国实施异地检修模式的困难及需要准备的基本工作。　　(2)以我国高速铁路逐渐成网为背景，研究成网条件下动车组运用计划编制优化问题。随着我国高速铁路建设进程的不断加快，我国高速铁路网络已初具规模。动车组作为高速铁路载运工具，高速铁路成网对动车组运用方式及运用效率均提出了新的挑战。成网条件下，动车组运用问题规模急剧增加，运用计划编制难度加大，尤其是如何能够在短时间内获得优质的动车组运用计划成为了动车组运用的难点问题。此外，为适应成网条件下大规模运算，迫切需要相关研究理论与方法指导实现成网条件下动车组运用计划计算机智能编制。　　本论文在考虑异地检修的前提下，以最小化接续总时间为优化目标，构建了成网条件下动车组运用计划编制优化模型。在模型求解过程中，本论文基于两阶段求解思想，设计了求解质量稳定且求解速度高效的两阶段算法，为实现成网条件下动车组运用计划计算机智能编制奠定了理论基础。为检验模型及算法的可行性，本论文以京津城际铁路部分运行图为小规模实例求解了动车组运用计划，并与传统蚁群算法的计算结果进行了比较，结果表明两阶段算法在求解效率、求解质量及求解稳定性等方面均优于传统蚁群算法。此外，以京沪线、胶济线、沪宁线、沪杭线及宁杭线等五条高速铁路线路所组成的网络为大规模实例进行验算，结果表明，本章节提出的模型与算法能够很好地适应高铁成网条件下的动车组运用计划编制需求。　　(3)以我国现阶段动车组运用模式为背景，研究考虑枢纽内站间调拨的动车组运用计划优化问题。传统动车组运用时，由于高速铁路线路往往都是单线，且早期动车组数目较少，动车组运用方式较为简单，基本都是接续同一车站运行任务。但是，随着高速铁路引入客运枢纽，部分传统铁路车站和新建的高速铁路车站都具备办理高速铁路列车作业的能力，且通常枢纽内车站之间有联络线联络。因此，传统的动车组运用方式具有一定的局限性。基于此，本论文从提出了枢纽内站间调拨的动车组运用方式，以适应高速铁路成网，提高动车组运用效率。　　本论文在考虑异地检修的前提下，以综合最小化动车组使用数量及动车组的检修次数为优化目标，构建了考虑枢纽内站间调拨的动车组运用计划优化模型。为求解模型，本论文在传统遗传算法的基础上，结合动车组运用问题特征，设计了改进遗传算法，并以京沪高铁上南京枢纽与上海枢纽为实例，获得了给定运行图的动车组运用计划。通过对比考虑枢纽内站间调拨及不考虑枢纽内站间调拨两种动车组运用模式所获得的动车组计划可知，当动车组可在枢纽内站间调拨时，其运用效率有了显著的提高，为完成相同的给定运行图，该方式可以减少2列动车组需求数量，同时，动车组运用效率将提高2％。
作者：	周宇
专业：	交通运输规划与管理
导师：	周磊山
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文