探析客運(yùn)專線列車運(yùn)行調(diào)整模型及算法研究

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1、西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文客運(yùn)專線列車運(yùn)行調(diào)整模型及算法研究姓名：王慧妮申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：交通信息工程及控制指導(dǎo)教師：彭其淵20060301西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1頁(yè)1．1課題的研究意義第1章緒論對(duì)于鐵路這樣龐大的開(kāi)放性時(shí)變系統(tǒng)，隨著技術(shù)進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展，特別是電子計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，鐵路運(yùn)營(yíng)管理自動(dòng)化已成為鐵路現(xiàn)代化的主要方向和主要標(biāo)志。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及應(yīng)用，各國(guó)都致力于把鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)系統(tǒng)的各個(gè)系統(tǒng)用計(jì)算機(jī)統(tǒng)一管理起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)鐵路運(yùn)輸綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)用計(jì)算機(jī)輔助列車運(yùn)行調(diào)整系統(tǒng)是我國(guó)鐵路運(yùn)輸管理現(xiàn)代化的必然要求。但是，由于我國(guó)鐵

2、路線路的銜接關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，列車種類及運(yùn)行要求紛繁多變，隨機(jī)擾動(dòng)頻繁，使得開(kāi)發(fā)適合我國(guó)鐵路特點(diǎn)的計(jì)算機(jī)輔助行車調(diào)度指揮運(yùn)行調(diào)整系統(tǒng)仍存在許多技術(shù)難點(diǎn)問(wèn)題，這主要在于這個(gè)系統(tǒng)不僅要有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)處理能力，還必須要用一個(gè)表現(xiàn)豐富，操作靈活可靠、適應(yīng)性強(qiáng)的人機(jī)交互系統(tǒng)，它必須能直觀、全面、準(zhǔn)確、快速地表現(xiàn)列車運(yùn)行調(diào)整的各個(gè)作業(yè)過(guò)程，并具有通用性，以適應(yīng)各種線路條件、各種車流結(jié)構(gòu)、各種行車組織方法，且可運(yùn)行于多種操作平臺(tái)。在這樣的系統(tǒng)中，編制列車運(yùn)行調(diào)整計(jì)劃的調(diào)度算法是系統(tǒng)能否實(shí)用的關(guān)鍵所在。當(dāng)前我國(guó)的列車運(yùn)行調(diào)整工作主要由調(diào)度員手工完成，在進(jìn)行調(diào)度的過(guò)程中，調(diào)度員必

3、須熟悉與行車有關(guān)的人員和技術(shù)設(shè)備，熟悉列車運(yùn)行圖、列車編組計(jì)劃、車站行車工作細(xì)則和有關(guān)的規(guī)章制度，善于針對(duì)不同的條件和列車運(yùn)行情況靈活使用各種運(yùn)行調(diào)整方法，以盡快恢復(fù)列車的正常運(yùn)行。一個(gè)調(diào)整方案質(zhì)量的好壞，在很大程度上取決于調(diào)度人員的素質(zhì)。但是研究表明：調(diào)度員80％的時(shí)間用于搜索信息等常規(guī)性工作，而僅有20％的時(shí)間用于制定調(diào)度決策，這就決定了他們很難采用優(yōu)化的方式來(lái)進(jìn)行列車運(yùn)行調(diào)整，而且不同的調(diào)度員采取的策略和調(diào)整的效果也不盡相同。這種狀況嚴(yán)重影響了鐵路運(yùn)輸能力的充分發(fā)揮，同時(shí)也給行車安全帶來(lái)了隱患。隨著高速鐵路、鐵路智能交通工程等的興起，現(xiàn)有的行車指揮方

4、法已無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代化的需求，因此采用智能決策理論為調(diào)度員提供有效的決策支持是十分必要的?，F(xiàn)有的列車運(yùn)行調(diào)整輔助決策系統(tǒng)主要用于客貨混行的線路，其鐵路通西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第4頁(yè)者開(kāi)始了用運(yùn)籌學(xué)解決列車運(yùn)行調(diào)整問(wèn)題的研究。OR方法以目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)為中心，其代表性的方法有分支界限法(B＆B)、整數(shù)規(guī)劃法(IP)。B．szpigel于1973年率先提出了“最優(yōu)列車調(diào)度問(wèn)題”【3】，利用線性規(guī)劃技術(shù)和分支定界法解決單線鐵路上列車的調(diào)度問(wèn)題。其后Kraya等人又開(kāi)發(fā)了考慮不同速度和燃料消耗的更為完整的模型，進(jìn)行了更為深入的研究。sauder等于1983年提出了

5、一個(gè)優(yōu)化的列車調(diào)度模型，并開(kāi)發(fā)了一個(gè)用于單線鐵路的全局優(yōu)化方法，該方法使用分支界限法部分列舉出可能的交會(huì)、越行方案。Jovanovic于1989年提出了一個(gè)將啟發(fā)式技術(shù)引入整數(shù)規(guī)劃的行車調(diào)度方法，該方法顯著地減少了搜索節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，從而大大提高了求解速度。時(shí)a”等提出了一個(gè)在干擾情況下產(chǎn)生優(yōu)化調(diào)度的在線行車指揮方法。他們把調(diào)度問(wèn)題視為O—l混合整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題，并基于產(chǎn)生式系統(tǒng)方法得到一個(gè)次優(yōu)解，然后以該解為初始上界，利用B＆B法產(chǎn)生一個(gè)優(yōu)化解。Cury等為SaoPaulo地鐵公司開(kāi)發(fā)了一個(gè)時(shí)刻表自動(dòng)生成系統(tǒng)，對(duì)列車和乘客的運(yùn)動(dòng)建立了分析模型，并通過(guò)拉格朗日松弛

6、法把復(fù)雜問(wèn)題分解為若干個(gè)子問(wèn)題，再通過(guò)分層方式求解子問(wèn)題。但當(dāng)約束和環(huán)境比較復(fù)雜時(shí)拉格朗日松弛技術(shù)將難以應(yīng)用。對(duì)于列車運(yùn)行調(diào)整自動(dòng)化理論，我國(guó)學(xué)者也做了深入研究。程宇博士對(duì)已有的理論研究方法和運(yùn)行調(diào)整問(wèn)題本身進(jìn)行了深入研究后認(rèn)為，列車運(yùn)行調(diào)整計(jì)劃編制問(wèn)題屬于劣構(gòu)問(wèn)題(111．stmcturedproblem)，即具有非數(shù)值性、不適應(yīng)性、離散性和信息開(kāi)放性，依賴于有經(jīng)驗(yàn)專家判斷的情況較多、指出利用數(shù)學(xué)模型方法解決是極其困難的。其原因主要是，在列車運(yùn)行調(diào)整中，存在大量非常規(guī)決策(帶有人的意志決策以及社會(huì)因素的決策)，這些非常規(guī)決策往往起著全面性、決定性的作用，

7、在列車運(yùn)行調(diào)整中占用重要地位，往往難以用數(shù)學(xué)方法描述：對(duì)于常規(guī)決策部分，有一部分難以描述成數(shù)學(xué)模型，有的即使描述成數(shù)學(xué)模型，可能求解時(shí)間也難以滿足實(shí)時(shí)性要求；另外對(duì)于運(yùn)行調(diào)整這一多目標(biāo)問(wèn)題，很難轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)；數(shù)學(xué)模型的修改將花費(fèi)大量的時(shí)間和費(fèi)用，數(shù)學(xué)模型建立后一般要求相對(duì)穩(wěn)定，但隨著人們對(duì)運(yùn)行調(diào)整認(rèn)識(shí)的不斷發(fā)展，若不經(jīng)常修改和補(bǔ)充，在新的條件下仍使用舊的數(shù)學(xué)模型，就不能做出適應(yīng)新情況的最佳決策?；谏鲜稣J(rèn)識(shí)，1988年程宇博士提出了“組合界限法”編制列車運(yùn)行調(diào)整計(jì)劃【4】。該方法的思路是：先編制出客車運(yùn)行調(diào)整計(jì)劃，由其在運(yùn)行圖上的到發(fā)時(shí)刻構(gòu)成客車界線。所謂

8、界線就是列車的到發(fā)時(shí)刻在運(yùn)行圖上對(duì)應(yīng)點(diǎn)酉南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論