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原文传递高速铁路列车运行冲突管理研究

论文题名：	高速铁路列车运行冲突管理研究
关键词：	高速铁路;列车运行冲突管理;调度指挥系统;仿真分析;信息熵理论;工作流网
摘要：	高速铁路列车运行冲突管理问题是高速铁路运输组织的关键技术之一，是铁路行车指挥的重要内容。铁路行车调度的主要任务是要判定列车运行冲突的类型和冲突程度，按照一定的优化目标消解冲突，确定合理的列车运行次序，对列车运行计划进行优化调整。高速铁路列车运行冲突管理基于列车运行的动态运行信息，实现对潜在列车运行冲突的判定、度量、预测和消解，为列车运行调整提供辅助支持。列车运行冲突管理研究对于提高我国高速铁路的运输组织水平、完善综合调度指挥系统功能和实现调度指挥智能化具有深远的意义。　　由于高速铁路调度指挥智能化对列车运行调整的高要求给高速铁路的列车运行冲突管理的时效性和有效性提出了更高的要求。因此，相比于既有铁路，需要更加重视对高速铁路列车运行冲突的管理，重点消解好各类冲突。　　本论文分析了高速铁路列车运行冲突的特点，阐述了高速铁路列车运行冲突管理的内涵。提出了各类冲突的判定方法，研究了高速铁路列车运行冲突的产生机理，提出了高速铁路列车运行冲突程度的度量方法及预测方法，建立了基于冲突消解的列车运行调整优化模型并设计了求解算法。具体完成了以下研究工作: 　　(1)通过参阅大量的研究文献和成果，归纳并分析了列车运行冲突管理的研究历程及国内外对列车运行冲突管理问题研究的现状。国内外相关研究对列车运行管理问题的研究主要是依托列车运行图优化和调度指挥系统开发而进行的，对列车运行冲突管理问题专门和系统的研究尚缺，没有能够适合我国国情和路情的高速铁路列车运行冲突管理体系。　　(2)在定义高速铁路列车运行冲突的基础上，对高速铁路列车运行冲突从4个不同角度进行了分类。冲突分析、神突消解和基于冲突管理的列车运行调整方法及运行图优化技术等问题是我国高速铁路冲突管理的主要内涵。　　(3)为了研究高速铁路列车运行冲突的产生机理，研究了列车运行干扰及冗余时间对列车运行冲突的作用过程并进行了高速铁路列车运行冲突机理的仿真分析。通过分析列车运行随机干扰的分布规律及累积效应，得到了列车运行干扰条件下偏离运行计划的状态转移图及转移矩阵。分析了运行图冗余时间的分布规律及对列车运行冲突吸收作用的机理，得到了列车运行计划恢复状态转移图及转移矩阵。运用易语言开发的“列车运行干扰-冗余时间-冲突”仿真程序对4个车站和3个区间内的5列高速列车在给定的仿真情景下进行了仿真。研究和仿真表明:高速铁路列车运行冲突与列车运行干扰正相关，而与运行图冗余时间负相关。　　(4)根据高速铁路列车运行冲突的判定依据，分别给出了7类列车运行冲突的IF-THEN产生式规则判定方法，运用时间拓扑矩阵理论实现了高速铁路列车事件的时间逻辑判断，为列车运行冲突的计算机实现奠定了基础，阐述了高速铁路到发线运用冲突及其他类型冲突的判定思路和步骤。冲突判定方法和算法能够实现对高速铁路列车运行冲突的实时判断。　　(5)为了测度列车运行冲突的严重程度，提高铁路行车指挥水平，对列车运行冲突进行了静态和动态度量方法研究。从宏观层面和微观层面对各类列车运行冲突程度进行了静态度量，重点对同类型冲突的动态度量方法进行了详细阐述。从实绩运行图获得列车运行数据建立列车运行调整决策表，运用信息熵理论考察各条件属性对减小决策不确定性的作用，确定各列车运行调整条件属性的重要性排序，选取评估冲突列车运行状态的5个指标并给予模糊评分，并计算各指标熵权，提出了各类型同类冲突严重程度的动态度量方法。　　(6)构建了高速铁路列车运行三角模糊数时间工作流网，分析了列车运行工作流网顺序模式和选择模式的内涵。将高速铁路列车运行冲突的预测归结为工作流网时间一致性验证问题，根据列车当前的列车运行状态及列车未来各活动的三角模糊数时间，建立冲突预测链表，通过工作流网活动结束时间与截止期限的比较，计算出高速铁路列车运行各类冲突可能性，从而实现高速铁路列车运行冲突的预测。　　(7)提出了基于列车运行冲突消解的高速铁路列车运行调整流程，分析了平移运行线、交换运行线、变更停站和越行方案以及数学规划四种冲突消解策略的作用原理。建立了基于最小列车运行冲突消解代价的高速铁路列车运行调整问题数学规划模型，该模型以冲突消解代价最小为优化目标，根据模型特点设计了基于实数编码的遗传算法求解模型并编写了相应的matlab程序，通过对不同程度列车晚点情况下的列车运行调整计划编制验证了算法的有效性。利用matlab与易语言混合编程开发了“列车运行调整计划评价系统”，用于对列车运行调整计划编制质量的评价。
作者：	文超
专业：	交通运输规划与管理
导师：	彭其渊
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文