雙線鐵路列車運(yùn)行圖緩沖時間優(yōu)化分配研究.pdf

1、世界上許多國家，尤其是亞洲和歐洲國家，鐵路作為一種重要的運(yùn)輸方式，在其客、貨運(yùn)市場上擔(dān)當(dāng)著重要的角色。各種運(yùn)輸方式之間的競爭主要取決于其提供的服務(wù)水平。在日趨激烈和瞬息萬變的多方式運(yùn)輸市場中，鐵路系統(tǒng)也一直在提高其服務(wù)水平。其中，準(zhǔn)時性和可靠性是關(guān)乎鐵路運(yùn)輸服務(wù)水平的兩個關(guān)鍵因素，直接影響旅客和貨主對運(yùn)輸方式的選擇決策。鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性是由運(yùn)行圖的編制質(zhì)量決定的，可按列車相對計劃時間的平均晚點(diǎn)時間或其方差來度量。因此，編制穩(wěn)定的列車

2、運(yùn)行圖能夠處理實(shí)時擾動，從而提供可靠的運(yùn)輸服務(wù)，是尤為必要的。 論文研究了中期計劃中穩(wěn)定的列車運(yùn)行圖的編制問題，考慮了調(diào)度計劃階段的實(shí)時隨機(jī)擾動作用。特別地，重點(diǎn)討論了兩方面的內(nèi)容：（1）構(gòu)建了兩階段反饋隨機(jī)最優(yōu)化模型（2）并設(shè)計了有效的求解算法。 實(shí)際列車運(yùn)行圖的編制過程中，技術(shù)人員通常假定輸入數(shù)據(jù)（如列車出發(fā)、到達(dá)和運(yùn)行時間）是精確已知的，忽略了參數(shù)不確定性對編制最優(yōu)的和可行性運(yùn)行圖的影響。然而，實(shí)時的鐵路運(yùn)營中，計

3、劃運(yùn)行圖常常受許多不可預(yù)見事件的影響，可能導(dǎo)致列車實(shí)際運(yùn)行時間嚴(yán)重偏離其計劃時間。因此，人們已普遍意識到，日常鐵路運(yùn)營中可能出現(xiàn)列車運(yùn)行時間背離某些重要約束條件限制的情形（與列車追蹤限制或區(qū)間能力限制等相關(guān)），并最終導(dǎo)致鐵路運(yùn)輸?shù)臏?zhǔn)時性不高。上述現(xiàn)象說明，穩(wěn)定的列車運(yùn)行圖在其計劃編制階段需考慮列車運(yùn)行時間的不確定性。于是，為使中期計劃和調(diào)度計劃兩階段得到系統(tǒng)地整合，本文提出了一個兩階段隨機(jī)反饋模型，將實(shí)時不確定性和調(diào)度方案整合入中期列車

4、運(yùn)行圖決策中，從而以實(shí)現(xiàn)（1）列車運(yùn)行圖內(nèi)所有列車總運(yùn)行時間最小；（2）區(qū)間運(yùn)行時間不確定條件下列車晚點(diǎn)時間期望值最小。鑒于兩個計劃階段（即運(yùn)行圖和調(diào)度）均需要解決復(fù)雜的整數(shù)優(yōu)化問題，我們進(jìn)一步研究了有效的求解算法以獲得近似最優(yōu)解。 至今，有關(guān)穩(wěn)定運(yùn)行圖編制問題的諸多方面均已取得了顯著成果。然而，設(shè)計具有更高計算效率的求解架構(gòu)對于復(fù)雜的列車運(yùn)行圖模型仍是尤為重要的。論文提出一個啟發(fā)式的分步降解算法，能夠?qū)?fù)雜問題分解為一系列的單

5、個列車的子問題?；诖怂惴?，我們能夠模擬列車晚點(diǎn)時間在區(qū)間間的傳播現(xiàn)象，以及列車間的晚點(diǎn)傳播現(xiàn)象，即，同一區(qū)間上某列車的初始晚點(diǎn)將可能引發(fā)其后跟隨列車的后效晚點(diǎn)。 進(jìn)一步，為了精確估計列車束間的后效晚點(diǎn)傳播，本文提出了一個時空網(wǎng)絡(luò)圖示法將緩沖時間的優(yōu)化分配問題表示為一個基于時間的隨機(jī)最短路問題。特別地，其子問題將尋找一個“參考”路徑，使得總的旅行時間以及隨機(jī)環(huán)境下列車運(yùn)行時間相對其計劃時間的偏離期望值最小。此外，應(yīng)用該隨機(jī)最短路

6、方法還能夠（1）以弧的形式表現(xiàn)傳播晚點(diǎn)分布；（2）利用隨機(jī)占優(yōu)規(guī)則消除先前搜索過程中的占優(yōu)分支方案。 最后，論文研究了日常調(diào)度中區(qū)間運(yùn)行時分不確定性的模擬問題。眾所周知，區(qū)間運(yùn)行時間的可能取值隨其中不可預(yù)知事件數(shù)量呈指數(shù)級增長。因此，我們提出樣本平均近似法來從大量隨意產(chǎn)生的區(qū)間運(yùn)行時分中選擇有代表性的案例，以模擬其不確定性規(guī)律。基于該方法，兩階段隨機(jī)規(guī)劃問題的期望目標(biāo)函數(shù)值通過對該區(qū)間的歷史數(shù)據(jù)平均值近似估計得到。因此，上述模型