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火力单元部署优化问题的现状与进展

控制理论与应用 2015年第12期32卷 1569-1581页

作者：丁舒忻陈晨辛斌陈杰北京理工大学自动化学院北京100081 复杂系统智能控制与决策国家重点实验室北京100081

随着信息技术在军事领域中的运用,以网络中心战为理论的信息化战争变得更加具有优势.火力单元部署是网络化战争中的一个重要研究内容,涉及如何充分利用有限的资源来最大化部署火力单元的防御能力.它是一种多约束非线性优化问题.本文对... 详细信息

随着信息技术在军事领域中的运用,以网络中心战为理论的信息化战争变得更加具有优势.火力单元部署是网络化战争中的一个重要研究内容,涉及如何充分利用有限的资源来最大化部署火力单元的防御能力.它是一种多约束非线性优化问题.本文对网络化火控系统中火力单元部署优化问题及其研究方法的进展进行了综述.首先介绍了火力单元部署优化问题的基本研究现状.其次从部署空间、约束条件、目标函数3个方面总结了火力单元部署的数学模型,并讨论了求解火力单元部署问题的优化方法,包括编码、约束处理、多目标处理和求解算法的研究现状.最后阐述了火力单元部署优化中的重点以及发展趋势.

关键词：网络化火控系统火力单元部署数学模型优化

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基于双目标优化的高速铁路列车运行调整

中国铁道科学 2022年第2期43卷 161-171页

作者：闫璐张琦丁舒忻王荣笙中国铁道科学研究院研究生部北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司国家铁路智能运输系统工程技术研究中心北京100081

针对高速铁路列车运行中因干扰而产生的列车运行晚点情况,以车站作业、区间运行、追踪间隔等时间为约束条件,以最小化列车总晚点时间和最小化列车到发时刻调整次数为双优化目标,构建高速铁路列车运行调整的双目标优化模型,并通过定义辅... 详细信息

针对高速铁路列车运行中因干扰而产生的列车运行晚点情况,以车站作业、区间运行、追踪间隔等时间为约束条件,以最小化列车总晚点时间和最小化列车到发时刻调整次数为双优化目标,构建高速铁路列车运行调整的双目标优化模型,并通过定义辅助矩阵将其转化为线性规划模型;设计改进的ε-约束法,通过商用求解器GUROBI求解模型。以京沪高铁北京南至泰安段为例,设计3种干扰场景,采用该模型和算法进行列车运行调整,并与其分别采用加权法和先到先服务法求解的结果进行对比验证。结果表明:提出的模型和改进的ε约束法能够有效生成不同列车到发时刻调整次数下的调度策略,为调度员提供不同偏好下的决策方案;与加权法和先到先服务法相比,改进的ε-约束法能够得到整个帕累托前沿,尤其是非凸前沿,并且在非支配解个数、逆代距和超体积3个优化性能评价指标上均具有明显优势,能得到更优的列车运行调整方案。

关键词：高速铁路列车运行调整列车晚点多目标优化 ε-约束法

基于蒙特卡罗树搜索-强化学习的列车运行智能调整方法

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中国铁道科学 2022年第5期43卷 146-156页

作者：王荣笙张琦张涛王涛丁舒忻中国铁道科学研究院研究生部北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司国家铁路智能运输系统工程技术研究中心北京100081

为提升突发事件下高速铁路应急处置效率,以列车运行图为研究对象,提出晚点场景下蒙特卡罗树搜索-强化学习(MCTS-RL)的列车运行智能调整方法,包括MCTS-RL的列车运行智能调整离线训练模型、强化学习方法、MCTS的发车次序决策方法和冲突消... 详细信息

为提升突发事件下高速铁路应急处置效率,以列车运行图为研究对象,提出晚点场景下蒙特卡罗树搜索-强化学习(MCTS-RL)的列车运行智能调整方法,包括MCTS-RL的列车运行智能调整离线训练模型、强化学习方法、MCTS的发车次序决策方法和冲突消解启发式规则。基于高速铁路列车运行调整数学模型构建强化学习环境,包括状态集、动作集、状态转移概率和奖励函数。先设计启发式规则,生成可行发车次序,作为蒙特卡罗树搜索博弈树结构的节点,应用MCTS输出列车运行调整的最优发车次序。之后再设计启发式规则,消解列车在车站和区间的运行冲突。以线路上列车总晚点时间最短为目标函数,基于MCTS-RL一次性离线训练生成在线调整模型,用于实时调整各次列车在各个车站的发车次序。以京沪高速铁路北京南—泰安段为例,设置到站晚点和发车晚点场景,分别应用先到先服务、CPLEX求解器和MCTS-RL方法进行求解。结果表明:与CPLEX求解器下的方案相比,MCTS-RL方法能在0.001 s内给出同样最优的列车运行调整方案。

关键词：高速铁路列车运行调整人工智能强化学习蒙特卡罗树搜索

基于列车到发分布的高速铁路车站到发线运用优化

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哈尔滨工业大学学报 2021年第8期53卷 137-143页

作者：任禹谋张琦袁志明王涛丁舒忻李智中国铁道科学研究院研究生部北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所北京100081

针对高速铁路车站到发线运用计划编制问题,提出了一种基于分时段多目标的到发线运用优化模型和改进的快速非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithmⅡ,NSGA-Ⅱ)。首先,考虑咽喉区进路与到发线的耦合关系,根据列车到... 详细信息

针对高速铁路车站到发线运用计划编制问题,提出了一种基于分时段多目标的到发线运用优化模型和改进的快速非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithmⅡ,NSGA-Ⅱ)。首先,考虑咽喉区进路与到发线的耦合关系,根据列车到发分布特征对研究时段进行划分,以到发线利用均衡、计划鲁棒性强和客运服务质量为优化目标,应用整数规划方法构建到发线运用优化模型。然后,引入约束支配原则,设计了带精英策略的改进算法。最后,以京沪高铁某车站的实际运行数据为例进行仿真验证。计算结果表明,在平峰时段,到发线占用费用比原方案降低了16.98%,有效提升了客运服务质量;在高峰时段,到发线占用时间方差和总冲突系数比原方案降低了48.57%和29.81%,明显提高了车站的设备利用率和到发线运用计划的鲁棒性;与整体优化方法相比,分时段优化方法能更有针对性地降低各项优化目标的函数值。因此,充分考虑列车到发分布因素对到发线运用问题的影响,可以有效改善优化指标,为制定不同繁忙程度下的车站作业方案提供决策支持。

关键词：铁路运输到发线运用改进的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ) 多目标优化列车到发分布

基于改进FMEA的高铁CTC系统自律机风险评价

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：孙延浩张涛袁志明丁舒忻杨生良中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所高速铁路与城轨交通系统技术国家工程研究中心高速铁路行车调度实验室中国铁道科学研究院研究生部

为解决高速铁路调度集中（CTC）系统自律机在故障模式及影响分析（FMEA）中存在的模糊性、不确定性以及权重忽视等诸多问题。以传统FMEA基本原理为指导，提出一种基于区间二元语义的加权逼近理想解排序（TOPSIS）风险评价模型。该模型... 详细信息

为解决高速铁路调度集中（CTC）系统自律机在故障模式及影响分析（FMEA）中存在的模糊性、不确定性以及权重忽视等诸多问题。以传统FMEA基本原理为指导，提出一种基于区间二元语义的加权逼近理想解排序（TOPSIS）风险评价模型。该模型首先利用区间二元语义来对故障的发生的概率、危害程度和检测的难易度3种风险属性进行评价。然后分别计算风险属性的主观和客观权重，再结合博弈论思想对风险属性的主观和客观权重进行博弈组合得到组合权重。接着根据群决策一致性的特点对FMEA专家团队的权重进行动态的自适应调整。在此基础上，利用属性权重和专家团队权重对评价信息进行加权集结，然后对加权集结信息进行比较遴选得到正、负理想解，最后根据不同故障模式和正、负理想解间的相似度，来获取故障模式的相对贴进度，再通过相对贴进度的大小对自律机的故障模式进行风险排序。研究结果表明：对于高速铁路CTC系统自律机而言，风险程度最高的3种故障模式分别为双机同步数据故障、主备倒机切换故障、通信通道故障，排序结果与工程实际具有较好的一致性。通过与其他模型方法的对比分析，进一步验证了改进模型的有效性和可行性。研究结果可以为进一步优化高速铁路CTC系统自律机的可靠性设计提供参考。

关键词：自律机故障模式及影响分析区间二元语义权重逼近理想解排序

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区域临时限速下列车运行态势在线推演研究

铁道运输与经济 2022年第7期44卷 127-132页

作者：王荣笙张琦闫璐丁舒忻中国铁道科学研究院研究生部北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所北京100081

针对区域临时限速情形,研究列车运行态势的在线推演,为调度员实时预测列车运行态势信息。建立列车运行态势推演模型,分析临时限速、电分相、坡度等线路条件下的列车牵引计算过程和工况转换关系,给出列车在各位置处运行加速度、速度和通... 详细信息

针对区域临时限速情形,研究列车运行态势的在线推演,为调度员实时预测列车运行态势信息。建立列车运行态势推演模型,分析临时限速、电分相、坡度等线路条件下的列车牵引计算过程和工况转换关系,给出列车在各位置处运行加速度、速度和通过时刻的计算方法。研究节时和最优节能驾驶策略下的列车运行态势离线推演方法。利用该方法下的运行态势历史信息,提出基于专家系统的在线推演方法。仿真结果表明,选取距离步长为10 m可有效保证求解精度和效率。相较于离线推演方法,在线推演方法能有效减小列车晚点时间,降低牵引能耗,提升约20倍求解效率,并为调度员实时提供列车在未来运行区间的加减速情况,预测列车到站晚点时间,辅助调度员调整阶段计划。

关键词：铁路运输临时限速列车运行态势列车驾驶策略专家系统

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基于动力学特性的列车运行态势分析

铁道运输与经济 2021年第8期43卷 64-70页

作者：闫璐张琦王荣笙丁舒忻中国铁道科学研究院研究生部北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所北京100081

针对区间临时限速下的列车运营场景,提出考虑列车动力学特性的列车运行态势分析方法。建立临时限速区域下区间运行时分、运行速度和追踪列车间隔时间等列车运行约束,根据列车最大牵引和最大制动特性,计算在限速区间的运行时分,以及在站... 详细信息

针对区间临时限速下的列车运营场景,提出考虑列车动力学特性的列车运行态势分析方法。建立临时限速区域下区间运行时分、运行速度和追踪列车间隔时间等列车运行约束,根据列车最大牵引和最大制动特性,计算在限速区间的运行时分,以及在站内限速、无限速和临时限速3个区域边界点的速度和时间等列车运行态势信息。分析晚点时间与区间缓冲时间,以及发生晚点时列车当前速度与最大制动曲线下速度之间的关系,预测列车到达前方车站的时刻和晚点时间。仿真结果表明,针对不同临时限速等级,根据列车最大牵引和最大制动特性计算得到的列车速度曲线和运行线,可以为调度员提供列车在限速区间的速度和时间等列车运行态势信息。

关键词：铁路运输列车运行态势列车动力学特性临时限速

车站封锁下基于问题知识的高速铁路列车运行实时调整方法

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中国科学：信息科学 2022年第11期52卷 2121-2140页

作者：王荣笙张琦张涛林鹏丁舒忻袁志明中国铁道科学研究院研究生部北京100081 中国铁道科学研究院集团有限公司通信信号研究所北京100081 中南大学自动化学院长沙410083 中国铁道科学研究院集团有限公司国家铁路智能运输系统工程技术研究中心北京100081

针对突发事件导致的车站封锁情况,本文以列车运行图为问题对象,以进化计算框架为基础,提出基于问题知识的运行图实时调整方法,通过减小列车总晚点时间,保证高铁运营的安全高效和旅客的满意舒适.首先,基于调整列车发车次序的运行图调整... 详细信息

针对突发事件导致的车站封锁情况,本文以列车运行图为问题对象,以进化计算框架为基础,提出基于问题知识的运行图实时调整方法,通过减小列车总晚点时间,保证高铁运营的安全高效和旅客的满意舒适.首先,基于调整列车发车次序的运行图调整策略提出排列编码方法,用于减少解空间的无效搜索.之后,根据“紧追踪”的列车运行追踪方式,设计启发式解码方法消除所有行车作业约束,提升算法求解效率.最后,将调度员调整运行图的经验作为问题知识,用于初始化进化计算的初始种群,由此提出基于问题知识的启发式种群初始化方法,加快算法前期的收敛速度并提高求解方案质量.以京津高速线为例,在北京南站设置车站封锁下20~150 min不同封锁时长的9个典型场景,选择加强精英保留遗传算法和差分进化算法,分别应用实整数编码和排列编码,与随机种群初始化和启发式种群初始化的不同组合进行仿真实验.仿真结果表明,相较于实整数编码难以获取可行解,2种进化算法应用排列编码方法后,能在9 s的平均时间内给出列车总晚点时间最小的调整方案.在启发式种群初始化的改进下,2种进化算法能更快地收敛于近似最优解.选取加强精英保留遗传算法应用排列编码和启发式种群初始化的改进变体,作为本文最优改进进化算法.针对CPLEX无法在10 min获得最优解的7个场景,该改进进化算法都能在20 s内给出近似最优解.

关键词：高速铁路列车运行调整车站封锁进化计算遗传算法排列编码优化

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平行板电容器的等效计算分析

江西科学 2011年第4期29卷 470-472页

作者：丁舒忻北京理工大学自动化学院北京100081

电容是电容器的最重要的一个参数,通过分析平行板电容器内部充有均匀或非均匀电介质的情形,类比与电阻计算中的串并联原理,对电容的计算方法进行了讨论,并提出了三维空间非均匀介质下利用微元的方式计算电容的通用方法。

关键词：平行板电容器等效计算串联并联微积分原理