铁路大型客运站到发线分配耦合优化及时域调整研究

【摘要】到发线分配计划的编制和动态调整是铁路大型客运站技术作业计划的核心环节，必须考虑与旅客流线、咽喉区作业进路以及旅客列车车底运用模式等影响要素之间的相互耦合关系，具有约束条件复杂和多目标等特点，是一类大规模的组合优化问题。实现到发线分配计划的自动编制与动态调整，直接影响着铁路大型客运站的运输组织生产效率和作业能力，也是铁路大型客运站调度指挥自动化的关键环节和理论难点。本论文在借鉴既有相关领域研究成果的基础上，全面综述了铁路大型客运站到发线分配优化以及相关领域研究的现状和发展动向，在继承前辈学者研究成果可鉴之处的同时，客观地分析了既有研究尚存在的不足及亟待进一步解决的关键问题。通过分析铁路大型客运站技术作业组织过程、日（班）作业计划及阶段计划编制的依据和内容，剖析了影响铁路大型客运站到发线分配优化的主要要素、各要素对铁路大型客运站到发线分配优化影响的内在耦合机理，以及旅客列车晚点、晚点传播对铁路大型客运站到发线分配计划优化影响的内在机理。基于此，将取送车底作业时刻分别看作为始发旅客列车、终到旅客列车的到达、终到时刻，由此可获得任一旅客列车占用到发线、咽喉区作业进路的时间窗，并根据影响铁路大型客运站到发线分配的主要要素、追求优化目标函数的内在机理，综合考虑到发线分配的基本约束条件、到发线与作业进路耦合分配约束、到发线分配与铁路大型客运站客流之间的耦合约束、到发线分配与旅客列车车底运用模式耦合约束等约束条件，以所有到发线占用时间的均衡性和旅客乘降的便捷性为第一优化目标，以接发旅客列车选择作业进路的交叉干扰最小为第二优化目标，建立了铁路大型客运站到发线分配计划多目标优化模型（ModelⅠ）。考虑到决策变量数量对铁路大型客运站到发线分配优化模型复杂程度的影响，本论文通过引入虚拟到发线的概念，提出了基于虚拟到发线的铁路大型客运站到发线分配优化的改进模型（Improved-ModelⅠ），使铁路大型客运站到发线分配和作业进路分配进一步有机耦合，简化了模型的复杂度，使到发线分配优化模型（ModelⅠ）具有更好的可解性。同时，考虑到鲁棒性（抗干扰能力）是铁路大型客运站到发线分配优化问题应该考虑的主要问题之一，对占用同一到发线的两相邻列车最小时间间隔的取值进行了分析，提出了缓冲时间取值的方法。所建的铁路大型客运站到发线分配优化模型，不但考虑了铁路大型客运站站内技术作业的协调性、旅客和铁路大型客运站双方之间的利益，同时还考虑了到发线分配与车底运用模式间耦合关系。不考虑随机因素扰动影响条件下，铁路大型客运站阶段计划根据已确定好的日班计划安排到发线，该情况下的到发线分配可视为一类静态调度问题。但由于铁路运输系统是一个复杂、开放的大系统，极易受到设备临时故障、突发事件、自然灾害等随机因素的扰动影响，不可避免地会造成计划实际执行偏离既定运输计划，进而直接影响铁路大型客运站作业组织秩序，相应地需调整原有作业计划，此时的铁路大型客运站到发线分配优化可视为一类动态调度问题。考虑到时间短、少变化、早恢复的到发线分配计划调整优化原则，以所有旅客列车实际到发时间与图定计划到发时间之间的偏离程度最小为第一优化目标、以尽量减少变换占用到发线和接车进路的旅客列车数为第二优化目标，建立了铁路大型客运站到发线分配计划调整的多目标优化模型（ModelⅡ），使最终调整方案能在保持性能较优的基础上，维持客运站运输组织生产的稳定性。在此基础上，考虑到全局静态优化规模庞大、求解困难等存在的实际问题，依据铁路大型客运站日常作业计划遵循计划编制+计划调整的模式，将滚动时域理论与方法引入铁路大型客运站到发线分配计划的动态调整，提出了一种基于滚动时域的铁路大型客运站到发线分配计划实时动态调整策略，将持续时间较长的到发线分配计划实时调整问题，分割成若干个较短的时间段来处理，从而降低了子问题的求解规模和计算时间，可得到一系列能反映外界环境扰动变化的动态调度方案。基于滚动时域的到发线动态调整策略，不仅能克服随机因素对铁路大型客运站到发线分配计划的扰动影响，而且能使调整方案尽可能小地偏离原始计划，其优化结果也符合铁路大型客运站到发线分配计划动态调整的实际需求，为铁路大型客运站到发线分配计划动态调整问题提出了一种新的解决思路。考虑到模拟退火算法具有能够跳出局部最优、收敛速度快等优势，借鉴模拟退火算法及多目标优化理论的一般理论与方法，运用快速非支配排序和密度比较算子以及精英策略，提出了基于精英策略的模拟退火多目标优化模型的求解算法。最后，以兰州站为例，利用本文提出的优化模型和算法，运用Matlab编程计算进行了实例验证。通过对计算结果的全面分析，验证了优化模型的合理性和可行性。实证分析结果表明：本论文所建的铁路大型客运站到发线分配计划优化模型、计划调整优化模型及其时域调整策略合理、有效。优化算法一次求解得到的Pareto最优解集，可为铁路大型客运站决策者提供多样性的方案选择。
【作者】朱昌锋；
【导师】李引珍；
【作者基本信息】兰州交通大学，交通运输规划与管理，2014，博士
【关键词】铁路客运站；到发线分配；多目标优化；时域调整；

【参考文献】
[1]徐鑫.双峰数据模型和高尔顿钉板试验的模拟及其在Excel中的实现[D].云南师范大学,概率论与数理统计,2013,硕士.
[2]王晓峰.任意截面空间薄壁梁的有限元模型[D].北京交通大学,2009.
[3]金亦挺.基于双目视觉的角点检测与匹配研究及其在涂胶机器人中的应用[D].浙江工业大学,计算机应用技术,2012,硕士.
[4]胡贵锋.行星齿轮振动信号分离及故障诊断技术研究[D].南昌航空大学,航空宇航制造工程,2013,硕士.
[5]张金娟.企业员工培训效果评价研究[D].天津财经学院,企业管理,2004,硕士.
[6]殷建军.工程移民中的土地整理研究[D].河海大学,技术经济及管理,2004,硕士.
[7]施佳琛.数量特征敏感问题两种RRT模型下分层二阶段整群抽样调查的统计方法及应用[D].苏州大学,公共卫生（专业学位）,2014,硕士.
[8]黄娇玲,谢芝勋,罗思思,谢志勤,谢丽基,刘加波,庞耀珊,范晴.基于纳米材料的电化学免疫传感器检测H5N1亚型禽流感病毒的研究[A].中国畜牧兽医学会家畜传染病学分会、解放军军事医学科学院军事兽医研究所.中国畜牧兽医学会家畜传染病学分会第八届全国会员代表大会暨第十五次学术研讨会论文集[C].中国畜牧兽医学会家畜传染病学分会、解放军军事医学科学院军事兽医研究所:,2013:7.
[9]张应波,张骥东.地震岩性预测新方法探索[J].石油地球物理勘探,1999,06:711-722+734.
[10]孟雨薇.山东省居民消费结构问题研究[D].山东财经大学,统计学,2012,硕士.
[11]张明.伊春市依托资源优势发展特色文化产业的政策研究[D].吉林大学,公共管理,2014,硕士.
[12]石教娟.基于节能减排的污水处理厂绩效评估体系的研究[D].暨南大学,环境工程,2013,硕士.
[13]卓彩琴.贫弱群体的生产机制和消解策略——基于社会排斥视角分析[J].理论月刊,2014,02:168-172.
[14]唐凤凰.新能源汽车上市公司财务竞争力评价的研究[D].首都经济贸易大学,企业管理,2013,硕士.
[15]叶浩鸣.LJ465Q可变长度进气歧管的研究[D].广西科技大学,机械设计及理论,2013,硕士.
[16]黄清松.广西特色旅游商品设计开发研究[D].广西师范大学,美术学,2013,硕士.
[17]刘轶靖.全反式维甲酸对胶质瘤干细胞的影响及相关调节机制研究[D].南方医科大学,神经外科学,2012,硕士.
[18]何宣虎,王玮,倪平浩,周刚,王伟.基于温度和倾角测量的供电线路覆冰在线监测研究[J].电测与仪表,2014,14:62-66.
[19]赵唤.中国特色社会福利思想研究[D].浙江理工大学,马克思主义基本原理,2012,硕士.
[20]杨乐.金融创新与科技型企业的发展探讨[D].南京大学,政治经济学,2013,硕士.
[21]鄂旭,李建革,杨健,沈德海,侯建.一种食品安全信息系统缺失数据填补方法[J].计算机技术与发展,2014,04:193-195.
[22]杨梅.从神经语言学角度论述第二语言习得关键期假说——基于中国非英语专业学生抽样调查分析[D].吉林大学,英语语言文学,2004,硕士.
[23]梁杰生.几种半导体电致化学发光体系的构建及其污染物检测应用[D].湖南大学,2014.
[24]胡亚楠.反胶束溶液中的酶学性质研究[D].中南民族大学,分析化学,2013,硕士.
[25]申珊妹.政府对网络舆情的应对研究[D].河南科技大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[26]高亚红.杭州西湖环湖景区的园林植物景观研究[D].浙江大学,风景园林（专业学位）,2012,硕士.
[27]梁林.基于非线性部分最小二乘的软测量建模方法研究[D].清华大学,控制理论与控制工程,2000,硕士.
[28]闫晨.福州三坊七巷外部空间的地域性文化特征研究[D].北京林业大学,城市规划与设计,2013,硕士.
[29]杨渊.抗日战争时期中国共产党在陕甘宁边区的民主政权建设研究[D].内蒙古师范大学,马克思主义基本原理,2013,硕士.
[30]江海宁.完善我国重点企业排污定额监管制度研究[D].广西师范大学,法学理论,2013,硕士.
[31]张学超.基于非线性动力学的金融危机传染过程内生结构突变分析[D].哈尔滨工业大学,金融学,2014,硕士.
[32]姜宗飞.古代先问亲邻制度研究[D].内蒙古大学,法律,2014,硕士.
[33]孙国梓,郁鼎文,吴志军.基于粗糙集的全局产品结构模型研究[J].计算机学报,2005,03:392-401.
[34]汪洋.断路器数据采集系统的实现研究[D].北方工业大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[35]汤儒平.添加剂对煤着火点影响的研究[D].东北大学,应用化学,2010,硕士.
[36]董淋淋.清入关前与朝鲜间“刷还”问题研究[D].东北师范大学,中国古代史,2012,硕士.
[37]张霄霄.云南三大高原湖泊广州管圆线虫流行病学研究及其地理信息系统构建[D].大理学院,病原生物学,2013,硕士.
[38]康爽.结构参数对光子晶体光纤布拉格光栅慢光的影响[D].兰州理工大学,物理电子学,2013,硕士.
[39]李蕾.西安市科技资源的优化配置与创新体系建设研究[D].西北工业大学,马克思主义理论与思想政治教育,2004,硕士.
[40]卓文焱.关于随机回报风险模型的研究[D].湖南师范大学,概率论与数理统计,2014,硕士.
[41]韩凌.房地产信息管理系统的分析与设计[D].云南大学,软件工程,2012,硕士.
[42]张丽娟.我国农民工工资差异的影响因素分析[D].华中科技大学,政治经济学,2012,硕士.
[43]刘贞报.空中格斗作战三维数字模拟系统设计[D].西北工业大学,电力电子与电力传动,2004,硕士.
[44]李树光.1996-2005年重症肌无力函诊病案中用药规律分析[D].广州中医药大学,中药学,2013,硕士.
[45]程丹.高中语文阅读教学策略探究[D].华中师范大学,学科教学,2014,硕士.
[46]苗龙.面向分布式环境的自动化集成测试平台的设计与实现[D].哈尔滨工业大学,软件工程,2013,硕士.
[47]洪泰连.698例体检者连续3年血脂水平变化及相关性研究[D].大连医科大学,老年医学,2012,硕士.
[48]黄攀,高新华,谢善益,鲁栗.变压器中性线直流电流监测系统的设计和应用[J].电力系统自动化,2007,01:96-99.
[49]李绣宝.论周来祥审美关系说[D].西南大学,美学,2014,硕士.
[50]王锦,龚春辰,曹百川,刘德民,曹成艳,丁红.铁路机务段含油污水处理及污泥处置调研分析[J].铁路节能环保与安全卫生,2014,01:12-14.