探析客运专线列车运行调整模型及算法研究

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1、西南交通大学硕士学位论文客运专线列车运行调整模型及算法研究姓名：王慧妮申请学位级别：硕士专业：交通信息工程及控制指导教师：彭其渊20060301西南交通大学硕士研究生学位论文第1页1．1课题的研究意义第1章绪论对于铁路这样庞大的开放性时变系统，随着技术进步和社会发展，特别是电子计算技术的发展，铁路运营管理自动化已成为铁路现代化的主要方向和主要标志。随着计算机技术和网络的发展及应用，各国都致力于把铁路运输生产系统的各个系统用计算机统一管理起来，构成一个铁路运输综合自动化系统。实现用计算机辅助列车运行调整系统是我国铁路运输管理现代化的必然要求。但是，由于我国铁

2、路线路的衔接关系错综复杂，列车种类及运行要求纷繁多变，随机扰动频繁，使得开发适合我国铁路特点的计算机辅助行车调度指挥运行调整系统仍存在许多技术难点问题，这主要在于这个系统不仅要有很强的实时处理能力，还必须要用一个表现丰富，操作灵活可靠、适应性强的人机交互系统，它必须能直观、全面、准确、快速地表现列车运行调整的各个作业过程，并具有通用性，以适应各种线路条件、各种车流结构、各种行车组织方法，且可运行于多种操作平台。在这样的系统中，编制列车运行调整计划的调度算法是系统能否实用的关键所在。当前我国的列车运行调整工作主要由调度员手工完成，在进行调度的过程中，调度员必

3、须熟悉与行车有关的人员和技术设备，熟悉列车运行图、列车编组计划、车站行车工作细则和有关的规章制度，善于针对不同的条件和列车运行情况灵活使用各种运行调整方法，以尽快恢复列车的正常运行。一个调整方案质量的好坏，在很大程度上取决于调度人员的素质。但是研究表明：调度员80％的时间用于搜索信息等常规性工作，而仅有20％的时间用于制定调度决策，这就决定了他们很难采用优化的方式来进行列车运行调整，而且不同的调度员采取的策略和调整的效果也不尽相同。这种状况严重影响了铁路运输能力的充分发挥，同时也给行车安全带来了隐患。随着高速铁路、铁路智能交通工程等的兴起，现有的行车指挥方

4、法已无法适应现代化的需求，因此采用智能决策理论为调度员提供有效的决策支持是十分必要的。现有的列车运行调整辅助决策系统主要用于客货混行的线路，其铁路通西南交通大学硕士研究生学位论文第4页者开始了用运筹学解决列车运行调整问题的研究。OR方法以目标函数最优为中心，其代表性的方法有分支界限法(B＆B)、整数规划法(IP)。B．szpigel于1973年率先提出了“最优列车调度问题”【3】，利用线性规划技术和分支定界法解决单线铁路上列车的调度问题。其后Kraya等人又开发了考虑不同速度和燃料消耗的更为完整的模型，进行了更为深入的研究。sauder等于1983年提出了

5、一个优化的列车调度模型，并开发了一个用于单线铁路的全局优化方法，该方法使用分支界限法部分列举出可能的交会、越行方案。Jovanovic于1989年提出了一个将启发式技术引入整数规划的行车调度方法，该方法显著地减少了搜索节点的数目，从而大大提高了求解速度。时a”等提出了一个在干扰情况下产生优化调度的在线行车指挥方法。他们把调度问题视为O—l混合整数规划问题，并基于产生式系统方法得到一个次优解，然后以该解为初始上界，利用B＆B法产生一个优化解。Cury等为SaoPaulo地铁公司开发了一个时刻表自动生成系统，对列车和乘客的运动建立了分析模型，并通过拉格朗日松弛

6、法把复杂问题分解为若干个子问题，再通过分层方式求解子问题。但当约束和环境比较复杂时拉格朗日松弛技术将难以应用。对于列车运行调整自动化理论，我国学者也做了深入研究。程宇博士对已有的理论研究方法和运行调整问题本身进行了深入研究后认为，列车运行调整计划编制问题属于劣构问题(111．stmcturedproblem)，即具有非数值性、不适应性、离散性和信息开放性，依赖于有经验专家判断的情况较多、指出利用数学模型方法解决是极其困难的。其原因主要是，在列车运行调整中，存在大量非常规决策(带有人的意志决策以及社会因素的决策)，这些非常规决策往往起着全面性、决定性的作用，

7、在列车运行调整中占用重要地位，往往难以用数学方法描述：对于常规决策部分，有一部分难以描述成数学模型，有的即使描述成数学模型，可能求解时间也难以满足实时性要求；另外对于运行调整这一多目标问题，很难转化为单目标；数学模型的修改将花费大量的时间和费用，数学模型建立后一般要求相对稳定，但随着人们对运行调整认识的不断发展，若不经常修改和补充，在新的条件下仍使用旧的数学模型，就不能做出适应新情况的最佳决策。基于上述认识，1988年程宇博士提出了“组合界限法”编制列车运行调整计划【4】。该方法的思路是：先编制出客车运行调整计划，由其在运行图上的到发时刻构成客车界线。所谓

8、界线就是列车的到发时刻在运行图上对应点酉南交通大学硕士研究生学位论