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基于时变区间断面需求的高铁网络列车开行方案优化

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铁道科学与工程学报 2023年第12期20卷 4461-4472页

作者：钟林环徐光明武润发魏堂建史峰中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075 华东交通大学交通运输工程学院江西南昌330013

列车开行方案与客流需求匹配与否在很大程度上决定高铁运输服务质量和市场竞争力。为使高铁列车的开行方案与旅客的时变需求相吻合,在基于连续运输能力的高铁客流均衡分配获得区段时变断面需求的基础上,引入列车发车时间,提出基于区段... 详细信息

列车开行方案与客流需求匹配与否在很大程度上决定高铁运输服务质量和市场竞争力。为使高铁列车的开行方案与旅客的时变需求相吻合,在基于连续运输能力的高铁客流均衡分配获得区段时变断面需求的基础上,引入列车发车时间,提出基于区段列车生成和列车拼接组合的开行方案设计思路,解决大规模高铁网络列车开行方案的优化问题。首先,根据列车始发终到站需要配备动车段或存车线的特征,以配备相关设施的车站为界,将高铁网络分解为若干个互不重合的区段,并以区段为单位,提出吻合时变区间断面需求的区段开行方案生成方法和列车拼接组合策略。其次,针对网络化列车开行方案中需要满足的始发站发车能力约束、终到站终到能力约束、区间通过能力约束和列车总数约束,以高铁运营收入、高铁运营成本与旅客需求偏差的惩罚费用加权和为优化目标,构建基于时变区间断面需求的高速铁路列车开行方案优化模型,并通过4种列车调整策略和5种综合方案调整策略构造邻域解,设计模拟退火求解算法。最后,以京广高速铁路、沪汉蓉高速铁路以及郑西高速铁路为例验证模型和算法的有效性。结果表明,优化产生的列车开行方案与时变客流吻合程度高,同时也具有较高的运算效率和收敛性,适用于大规模高铁网络开行方案的设计和优化。

关键词：高速铁路列车开行方案时变断面需求列车拼接模拟退火算法

“一日一图”模式下高速列车开行方案与票额分配协同优化方法

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铁道学报 2023年第8期45卷 10-17页

作者：赵翔武晋飞单杏花中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所北京100081

列车开行方案与票额分配分别在列车层面和席位层面调整铁路运力资源,既有研究中二者在运输组织的不同阶段进行优化。“一日一图”运输模式下,基于不同时期的客流变化,综合优化列车开行方案和票额分配更有利于整体运力资源的合理配置。... 详细信息

列车开行方案与票额分配分别在列车层面和席位层面调整铁路运力资源,既有研究中二者在运输组织的不同阶段进行优化。“一日一图”运输模式下,基于不同时期的客流变化,综合优化列车开行方案和票额分配更有利于整体运力资源的合理配置。考虑我国列车运行图编制的实际背景,构建高速列车开行方案与票额分配协同优化模型,并针对模型特点设计一种遗传算法进行求解。对我国东北部真实路网进行案例分析,结果显示:综合优化列车开行方案和票额分配可以有效提高客运收益和资源利用率。对比开行方案给定下的票额分配方法,本文方法提高客票收益比例超过5.6%。本研究能够为“一日一图”模式下按流开车和按流分票提供理论和方法支撑。

关键词：高速铁路列车开行方案票额分配协同优化遗传算法

基于多日需求情景的高铁列车开行方案鲁棒优化

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铁道科学与工程学报 2022年第7期19卷 1810-1819页

作者：周文梁康静李莎黄裕中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075

同一列车开行方案往往需要实施于多个运营日,但是各运营日出行需求在出行总量、时空分布上均具有一定差异。为了使实施于多个运营日的同一列车开行方案能够有效适应各运营日的差异性需求,基于多日需求情景的高铁列车开行方案鲁棒优化问... 详细信息

同一列车开行方案往往需要实施于多个运营日,但是各运营日出行需求在出行总量、时空分布上均具有一定差异。为了使实施于多个运营日的同一列车开行方案能够有效适应各运营日的差异性需求,基于多日需求情景的高铁列车开行方案鲁棒优化问题展开研究。将每个运营日的需求分布描述为一种需求情景,从而生成适应多日需求的统一候选列车集。在此基础上,通过分析列车开行成本、旅客出行费用的构成,以两者总成本的“后悔值”衡量鲁棒方案应用于各需求情景下产生的目标值与最优目标值的偏差,构建以最小化最大后悔值为目标的高铁列车开行方案鲁棒优化模型。在构造面向多日需求情景的邻域解搜索策略基础上,设计模拟退火算法求解模型。以宁杭高铁线路为算例,分析可得:鲁棒方案与各运营日分别实施其满意方案的目标值相比仅相差0.56%,并且从各需求情景的满意方案中任意选择一个实施于所有运营日,其总成本均大于鲁棒方案,所以鲁棒方案能有效地适应多日的时变出行需求。所提出的列车开行方案鲁棒优化方法具有一定有效性和可行性。

关键词：多日需求情景列车开行方案鲁棒优化模拟退火算法

基于改进TRG方法的管内零散货物快运列车开行方案研究

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铁道学报 2022年第6期44卷 1-10页

作者：易晨阳查伟雄李剑张清雅石俊刚华东交通大学交通运输工程学院江西南昌330013 广深铁路股份有限公司广州车务段广东广州510000

针对管内零散货物快运列车开行方案问题,分析运输组织模式,在货物运到期限、车站服务等约束的基础上,考虑区间通过能力、车站接发列车能力、中转作业能力3种约束,构建上层目标为管内零散货物快运运营成本最小、下层目标为大货流OD服务... 详细信息

针对管内零散货物快运列车开行方案问题,分析运输组织模式,在货物运到期限、车站服务等约束的基础上,考虑区间通过能力、车站接发列车能力、中转作业能力3种约束,构建上层目标为管内零散货物快运运营成本最小、下层目标为大货流OD服务频率最大的列车开行方案双层规划模型。设计基于节点并入判断的改进列车径路组合生成方法,结合单亲遗传算法求解模型。以南昌局路网为参照构建管内零散快运网络进行算例分析,验证了模型和算法的有效性。研究结果表明,该算法具有较高的求解效率,得到的列车开行方案不仅具有较小的运营成本,而且在大货流OD上具备较好的运输稳定性。

关键词：管内零散货物快运列车开行方案双层规划模型列车径路组合生成单亲遗传算法

基于不确定旅客需求的高速铁路鲁棒列车开行方案研究

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交通运输系统工程与信息 2022年第1期22卷 115-123页

作者：张春田戚建国杨立兴高原高自友北京交通大学交通运输学院北京100044 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100044 北京理工大学管理与经济学院北京100081

针对现实中旅客需求的不确定性,将旅客需求划分为必须满足的确定性旅客需求和可适当满足的波动性旅客需求,以极小化铁路运营公司总运营成本为目标,利用轻鲁棒技术,构建不确定旅客需求下高速铁路鲁棒列车开行方案优化模型。本文所提出的... 详细信息

针对现实中旅客需求的不确定性,将旅客需求划分为必须满足的确定性旅客需求和可适当满足的波动性旅客需求,以极小化铁路运营公司总运营成本为目标,利用轻鲁棒技术,构建不确定旅客需求下高速铁路鲁棒列车开行方案优化模型。本文所提出的优化模型无需事先给出线路备选集,只需提前输入铁路走廊相关参数和旅客需求分布,即可得到旅客需求驱动的列车开行方案,避免了备选集合设置不合理对列车开行方案质量的影响。另外,通过引入线性化技术将模型转化为整数线性规划模型,利用MATLAB平台调用GUROBI进行求解。最后,将模型应用到武汉-广州高速铁路走廊上,验证了其有效性。结果表明,优化后的方案能更好地处理旅客出行需求的不确定性,为编制高速铁路鲁棒列车开行方案提供一定的理论依据。

关键词：铁路运输列车开行方案不确定旅客需求轻鲁棒技术

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一般树型线条件下的列车开行方案优化研究

华南理工大学学报（自然科学版） 2022年第11期50卷 44-51,81页

作者：魏润斌贾顺平童瑞咏张书婧北京交通大学交通运输学院北京100044 北京交通大学综合交通运输大数据应用技术交通运输行业重点实验室北京100044

轨道交通成网运行背景下,简单的线路形态和交路组织已难以满足多样化的乘客出行需求;为应对复杂方向上客流出行带来的交通供给与需求不匹配问题,文中借鉴既有对Y型线的研究,提出了一般树型线的轨道交通线路形式,并参照实际运营的线路案... 详细信息

轨道交通成网运行背景下,简单的线路形态和交路组织已难以满足多样化的乘客出行需求;为应对复杂方向上客流出行带来的交通供给与需求不匹配问题,文中借鉴既有对Y型线的研究,提出了一般树型线的轨道交通线路形式,并参照实际运营的线路案例将其分为直径型和半径型两种类型。首先,设计了一般树型线的线路拓扑形态,并以发车频率为决策变量,以乘客出行时间与企业运营成本最小为目标函数,考虑乘客在不同交路列车之间的分配问题,构建了一般树型线条件下的列车开行方案优化模型;然后设计了带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行求解,并以巴黎RERA线为例对模型与算法进行了验证;最后,将优化方案与分线运营的方案进行了对比。结果表明:算法可求得开行方案的帕累托前沿解,乘客出行时间与企业运营成本呈现明显的负相关性;得到的优化方案与分线方案相比,在乘客出行时间和企业运营成本方面都有显著的减少,可使乘客候车时间减少1.76%~12.90%、乘客换乘时间减少33.63%~34.98%,列车总走行里程减少7.69%~21.67%,上线车底数减少9~19列。

关键词：城市轨道交通树型线列车开行方案 NSGA-Ⅱ算法出行时间运营成本

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多网融合条件下市域列车开行方案编制方法

交通信息与安全 2023年第2期41卷 129-138页

作者：李依娜孟学雷秦永胜韩正王越兰州交通大学交通运输学院兰州730070 中铁上海设计院集团有限公司上海200070

为解决铁路系统中市域铁路与其他制式轨道交通之间列车的到发时序及运能的匹配性问题,研究了多网融合条件下的市域列车开行方案编制方法。考虑枢纽站的跨制式换乘客流需求,根据客流的时间分布特征及不同乘客的时间价值对客流精细划分,... 详细信息

为解决铁路系统中市域铁路与其他制式轨道交通之间列车的到发时序及运能的匹配性问题,研究了多网融合条件下的市域列车开行方案编制方法。考虑枢纽站的跨制式换乘客流需求,根据客流的时间分布特征及不同乘客的时间价值对客流精细划分,以最小化列车总运营成本、旅客广义总出行成本、跨制式换乘客流对研究线路的短时冲击性为目标;考虑列车满载率、各时段区间通过能力、各类时间间隔、列车到发时刻、不同时段各类旅客的换乘协调性等约束,构建了分时段精细化编制列车开行方案的多目标非线性整数规划模型。采用线性加权法将多目标转化为单目标,引入模糊精英保留策略并对逃逸能量更新策略进行非线性化处理,以改进基本哈里斯鹰算法,降低算法陷入局部最优解的可能,提高模型的求解质量。以台州市域铁路S1线及其衔接高速铁路的相关数据为例进行实验,结果表明:与算法初始解相比,模型的总目标函数值降低36.7%;与基本哈里斯鹰算法相比,列车运营成本、旅客总广义出行成本、模型总目标函数值分别降低8.09%,7.04%,7.56%。验证了所设计的算法适合模型的特点,且具有较高的求解质量;所建模型可在不同时段兼顾列车运能与乘客换乘效率,有助于提升多网融合条件下不同制式轨道交通之间的协同作用。

关键词：交通规划市域铁路列车开行方案哈里斯鹰算法多网融合

考虑空车调配协调的货物列车开行方案优化研究

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交通运输系统工程与信息 2021年第2期21卷 180-188,204页

作者：刘晓伟晏启鹏倪少权吕苗苗吕红霞西南交通大学交通运输与物流学院成都610031 西南交通大学综合交通运输智能化国家地方联合工程实验室成都610031 西南交通大学综合交通大数据应用技术国家工程实验室成都610031 四川旅游学院成都610100

为实现空车调配与货物列车开行方案协调优化,结合基本运行图架构与车流径路,构建货运时空服务拓展网络。考虑配空与装卸取送、集编发等环节的时间接续要求,节点与区段不对流空车要求,以重车流全程运送与空车配送等广义总费用最少为目标... 详细信息

为实现空车调配与货物列车开行方案协调优化,结合基本运行图架构与车流径路,构建货运时空服务拓展网络。考虑配空与装卸取送、集编发等环节的时间接续要求,节点与区段不对流空车要求,以重车流全程运送与空车配送等广义总费用最少为目标,建立整数规划弧路模型。针对既有算法设计局限性,结合重车或空车配空的时间接续要求,提出将不同的k短路重车流方案与空车配空方案相关联的改进可行解构造方法,设计混合差分进化求解算法。实例研究表明,考虑空车调配进行重车、空车流组织协调优化,能够减少空车走行费用,及时满足装车需求,有效保证作业车流配合中转车流集结编组及时挂线,提高方案可实施性。

关键词：铁路运输列车开行方案差分进化算法空车调配时空网络

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高速铁路列车开行方案与票价票额综合优化

交通运输系统工程与信息 2024年第3期24卷 151-163页

作者：周文梁蒋志刚柴乃杰徐光明中南大学交通运输工程学院长沙410075

为提升高速铁路的运营组织水平和盈利能力,本文提出高铁列车开行方案与票价票额综合优化方法。首先,构建分时客流需求与票价间弹性需求函数,并分析包括出发时段偏差、乘车耗时及票价的旅客广义出行成本,进而采用多项式Logit模型描述分... 详细信息

为提升高速铁路的运营组织水平和盈利能力,本文提出高铁列车开行方案与票价票额综合优化方法。首先,构建分时客流需求与票价间弹性需求函数,并分析包括出发时段偏差、乘车耗时及票价的旅客广义出行成本,进而采用多项式Logit模型描述分时弹性客流的列车选择行为。在此基础上,以客票总收入与运营总成本之差最大为目标构建三者综合优化模型。其次,利用OD总收益关于列车票价的偏导构造票价方案搜索策略,使票价邻域解和列车开行方案邻域解相适应,并运用Cplex求解对应的最优票额分配方案,设计模拟退火算法求解模型。最后,基于郑西高速铁路进行算例分析,结果表明:在7个不同弹性系数下进行综合优化,旅客出行成功率和列车平均客座率均在90%以上,优化解的列车开行方案、票价方案及票额分配方案均高度匹配;在5组不同规模算例中,三者综合优化的运营净收益相比于固定票价下的开行方案与票额联合优化和固定开行方案下的票价与票额联合优化,分别提高了4.11%~15.25%和3.17%~13.42%,且人均单位里程出行成本亦分别降低了1.69%~4.96%和0.97%~4.35%,表明综合优化更好地提升了高速铁路的运营收益和旅客服务水平。

关键词：铁路运输综合优化模拟退火算法列车开行方案差异化定价票额分配