博士学位论文选题报告

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1、博士学位论文选题报告报告人罗瑜指导教师何大可教授专业交通信息工程及控制研究方向并行计算理论及其应用基于遗传算法的列车运行图编制优化研究内容提要课题的研究意义、国内外现状分析课题研究目标、研究内容、拟解决的关键问题拟采取的研究方法、技术路线、及可行性研究课题的创新性计划安排、预期进展和预期成果完成论文所具备的条件内容提要列车运行图是用来表示列车在铁路区间运行及在车站到发或通过时刻的技术文件，它规定各次列车占用区间的程序，列车在每个车站的到达和出发（或通过）时刻，列车在区间的运行时间，列车在车站的停站时间

2、以及机车交路、列车重量和长度等，它是铁路运输工作中受多种因素制约、技术性强的综合性计划，是全路组织列车运行的基础。课题的研究意义计算机编制列车运行图是铁路信息化的重要组成部分，国内外在该方面已进行大量的研究，取得了很大的成果，为本课题的研究提供了理论和实践基础。目前，计算机编制列车运行图在国内已取得一定进展，并得到大规模应用，但其智能化程度急需进一步提高，以提高编图效率和质量，为铁路适应市场提供强有力的技术支撑手段。这使得本课题的研究具有了实用意义。国外研究现状国外研究利用计算机编制列车运行图，一般始

3、于上个世纪五十年代后期。前苏联从上世纪五十年代后期开始，对计算机编制列车运行图进行了大量的研究工作。前苏联采用的基础算法是模拟人工方法，以实用为原则，不追求运行图最优，应用计算机代替人工繁琐的运算工作，在计算机给定方案的基础上进行人工调整直至满意。日本从1960年开始研究，日本主要采用人机对话的方式。近年来日本采用人工智能与专家系统相结合的方式。美国从上世纪五十年代后期对计算机编图进行研究，主要的技术路线是计算机模拟和逻辑判断。国外研究现状与此同时，国外也开展了建立数学模型开发相应算法，实现运行图局部

4、甚至全局优化的研究。目前比较典型的就是数学规划模型和人工智能。国内研究现状我国研究计算机编图始于上世纪六十年代初期，主要是在研究所和大学中展开。铁路科学院运输所首先在1962年开始进行列车运行图的研究，此阶段主要是按照人工编图的过程和特点制定机器编图的规则和步骤，铺画单线非平行运行图。七十年代以后进行了全路直通客车方案的研究。哈尔滨铁路局、兰州铁道学院、北方交大等科研院所从上世纪七十年代初开始对计算机编图进行研究，取得了很大的成绩。西南交通大学从上世纪八十年代开始了计算机编图的研究。1993年投入实际

5、运用的“复线列车运行图计算机系统”，在我国第一次实现了计算机编制枢纽列车运行图和复线干线上的方向列车运行图。国内外研究现状国内外计算机编图方法数学规划沿用数学逻辑推断，对于结构明确、能定量描述的系统，可以求得最优解。而列车运行图编制由于定量、定性因素错综复杂，不能完全由数学模型描述清楚。并且由于所建的数学模型过于庞大，鉴于目前计算机速度、容量以及算法的局限，用纯数学模型解出满意实用的列车运行图还难以做到。人工智能（专家系统）总结了编图人员的实践工作经验，是人类逻辑思维的直接描述。这种方法接近实际，其结

6、果明确了当，但由于专家系统过于局限于规则，对于列车运行图编制这样的大规模组合问题在建立知识库和搜索知识方面存在较大困难。模拟方法对人类逻辑思维与数学方法进行结合，可以同时考虑定量与定性因素。其质量与效果在很大程度上取决于判别规则和执行过程设计的合理性与全面性。第二部分课题的研究意义、国内外现状分析课题研究目标、研究内容、拟解决的关键问题拟采取的研究方法、技术路线、及可行性研究课题的创新性计划安排、预期进展和预期成果完成论文所具备的条件课题研究目标从列车运行的需求出发，系统化描述保证列车安全

7、、快捷运行的各种必要条件，提出相应的数学模型，并在此基础上采用遗传算法对此模型展开优化研究，以达到实用目标。课题研究内容⑴列车运行图的数学模型列车运行图是全路与运输有关各单位的综合工作计划。因此，在编制运行图过程中，要从全局出发，统筹兼顾，正确处理列车运行与技术站作业之间的关系、列车运行与机车交路之间的关系、运输与施工之间的关系等等。根据对以上关系的研究制定列车运行图的编制原则。根据列车的运行规律和运行图的编制原则，对列车运行图进行数学建模。在本课题中，结合遗传算法的特点，构造利于遗传算法优化的数学模

8、型。约束区间列车运行时间约束、列车停站时分约束、列车间隔时间约束、同向列车越行条件约束、车站间隔时间约束、列车单独占用联弧约束、列车禁停约束、敌对径路约束、机车乘务组工作时间约束、天窗时间约束、列车到发时刻特殊要求约束、车站到发线约束目标函数总旅行时间最小技术站列车接续时间最小机车总消耗时间最小课题研究内容⑵遗传算法构造染色体以及遗传算子（选择、杂交、变异）。针对编图中不同的优化问题，例如列车始发点分配、推线计算、运行图标准控制检查、越行会车点处理、列车