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原文传递基于遗传算法的轨道综合养护决策系统的研究

论文题名：	基于遗传算法的轨道综合养护决策系统的研究
关键词：	基于遗传算法;轨道几何不平顺;养护计划;计划模型;最优综合;养路机械作业;轨道状态;线性预测模型;决策系统;高低不平顺;约束条件;轨道检查车;行为理论;检测数据;作业特点;作业计划;种群;程序设计;科学管理;恢复模型
摘要：	随着我国既有铁路的大面积提速和重载铁路的扩能，列车的速度、质量、密度均较以前有大幅度地提高，有碴轨道几何不平顺的养护工作量和养护时间之间的矛盾愈加突出。为了保证有碴轨道几何状态良好，必须实现轨道几何不平顺的科学管理和大型养路机械的合理使用。本论文根据轨道几何不平顺行为理论、遗传算法原理、大型养路机械的性能及作业特点、轨道检查车几何不平顺动态检测数据，研究我国大型养路机械对轨道几何不平顺进行年度综合养护时的配置方法和决策系统。为实现该目的，首先要建立轨道几何不平顺的恶化模型和恢复模型；其次要结合大型养路机械固有性能及现场作业特点，建立轨道状态最优综合养护计划模型；在完成理论分析和建模的基础上，选择合适的计算方法，进行结果的求解，科学、合理地安排大型养路机械作业计划，对作业计划的合理性进行评估。主要研究内容为： (1)轨道几何不平顺行为理论的研究和分析。轨道几何不平顺行为理论分为恶化理论和养护恢复理论，论文中分析了相应的线性、非线性预测模型，确定采用结构简洁、符合轨道几何不平顺实际发展的线性预测模型；模型评价指标采用轨道几何参数标准差，结合轨道检查车几何不平顺检测数据，提出几何不平顺恶化和养护恢复线性预测模型的表达式。 (2)轨道状态最优综合养护计划模型的改进和参数选取。轨道几何不平顺恶化和养护恢复线性预测模型是实现轨道状态科学管理的基础，同时还需要通过合理的现场作业来完成，后者是由轨道状态最优综合养护计划模型来实现的。在轨道状态最优综合养护计划模型中有众多的参数和约束条件，从系统工程的角度出发，改进轨道状态最优综合养护计划模型的结构、变量和约束条件；计算出各区段线路的年度几何不平顺恶化速度和养护改善量，并作为综合养护计划模型的输入参数；分析我国普遍使用的主型养路机械特别是捣固车的特点和实际作业情况，确定大型养路机械相关参数，如作业时间、作业效率等，作为综合养护计划模型的约束条件。 (3)基于遗传算法的轨道状态最优综合养护计划模型的设计。在模型的求解过程中利用遗传算法作为优化方法。研究遗传算法计算流程、编码、种群、适应度函数、遗传过程、控制参数等环节，设计采用矩阵编码、初始种群预处理、罚函数控制种群个体优良度、矩阵列变换的交叉、变异方式进行模型解析。 (4)基于遗传算法理论的轨道最优综合养护计划模型的程序设计。采用 MATLAB程序设计遗传算法的解析过程；针对遗传算法的初期“早熟”和后期收敛缓慢等缺点，详细分析了代表大型养路机械作业配置的种群个体的特点及实现、适应度函数特点、遗传操作改善方法和约束条件的处理方法。 (5)轨道综合养护决策系统的实现和应用效果评价。采用MATLAB程序实现面向用户的轨道综合养护计划计算机决策系统；以高低不平顺养护为例，结合轨道检查车津浦线动态检测数据进行轨道最优综合养护计划的仿真计算，结果表明：实施经过决策系统编制的综合养护计划，目标线路的年度高低不平顺基本维持在快速铁路高低不平顺标准以下，并且高低不平顺年末值低于年初值，可以保证线路高低不平顺的良好状态。关键词：铁道工程，轨道几何不平顺，轨道几何不平顺恶化模型，轨道几何不平顺恢复模型，轨道几何不平顺发展率，轨道最优综合养护计划模型，捣固车，遗传算法，决策系统
作者：	周宇
专业：	道路与铁道工程
导师：	练松良;许玉德
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学交通运输工程学院
学位年度：	2006
正文语种：	中文