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面向多目标优化的高速铁路列车运行调整方法研究
| 论文题名： | 面向多目标优化的高速铁路列车运行调整方法研究 |
| 关键词： | 高速铁路;列车运行;调整方法;多目标优化 |
| 摘要： | 作为国家重大战略工程，高速铁路为促进经济建设、协调城市可持续发展和服务旅客运营等提供重要支撑。随着客运量的不断增长及其对高铁服务质量需求的不断提升，如何有效保障行车作业效率和线路通过能力正在面临着前所未有的巨大挑战。目前在高铁实际运营过程中，调度员在面临着时变非线性和复杂强耦合的列车运行状态信息的同时，需要兼顾铁路运营、旅客服务和列车运行调整成本等不同需求，凭人工经验调整运行图，自动化程度亟需提高。虽然国内外大量学者开展了针对列车运行调整问题的研究，但大多针对单一目标，缺乏对不同优化目标的协同考虑。 本文从列车运行晚点恢复的实际需求出发，针对线路区域封锁以及临时限速情形，以列车目标速度曲线、到发线运用方案和列车运行图为研究对象，结合进化算法，围绕列车运行态势和到发线运用协同下的多目标列车运行调整方法展开研究，论文主要内容如下： 首先，针对区域临时限速下的列车晚点场景，提出一种基于动力学特性的列车运行态势分析方法。研究区间缓冲时间与到站晚点时间的耦合作用机理，建立列车在车站的接发车时刻约束，以及在区间的追踪间隔时间约束。考虑列车牵引制动特性建立列车动力学方程，以列车运行准点率、旅客舒适度和晚点时间等为优化目标，计算列车运行加速度、速度、通过时刻和实际区间运行时间等运行态势信息，为列车运行调整预测到站晚点时间。 其次，针对含有列车到站晚点和部分到发线故障占用的高速铁路客运站到发线运用方案调整问题，建立了以最小化列车总晚点时间和最小化到发线调整次数的多目标优化模型。针对模型中到发线作业安全间隔时间约束、接发车进路冲突约束等复杂约束，设计了融合整数编码和排列编码的混合编码方式。根据不同类型冲突场景，设计了冲突消解方法，提出了到发线占用以及到发时刻解码策略。针对混合编码特征设计了种群初始化方法、个体交叉和变异策略。实验算例结果表明，所提出方法能够短时间内得到列车到发线调整方案，能有效为列车运行调整预测发车晚点时间。 最后，针对含有列车到站和发车晚点的高速铁路列车运行调整问题，建立了以最小化列车总晚点时间和最小化列车到发时刻调整次数的多目标优化模型。提出了一种多排列编码下的非支配排序遗传算法。针对模型中列车到发间隔时间约束等复杂约束，设计了含有多个排列的编码方式。根据列车在不同区间的运行次序，提出了列车到发时刻解码策略。仿真实验说明了所提出算法的有效性，为调度员提供了快速合理的列车运行调整方案。 |
| 作者： | 闫璐 |
| 专业： | 交通信息工程及控制 |
| 导师： | 张琦 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 中国铁道科学研究院 |
| 学位年度： | 2022 |
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