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交通运输系统工程与信息 2023年第6期23卷 185-195页

作者：肖雅玲柏赟陈垚李竹君温芳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 中国铁道科学技术研究院科学技术信息研究所北京100081

城市轨道交通线路平峰时段客流需求相对较小、发车间隔较大,利用其富余的运输能力开展货运服务可以有效提高线路能力利用率与经济效益。本文在不调整客运列车运行图的前提下,同时采用客货共载与货运专列两种形式运输货物,研究考虑车底... 详细信息

城市轨道交通线路平峰时段客流需求相对较小、发车间隔较大,利用其富余的运输能力开展货运服务可以有效提高线路能力利用率与经济效益。本文在不调整客运列车运行图的前提下,同时采用客货共载与货运专列两种形式运输货物,研究考虑车底运用的双方向列车运行图与货物运输方案协同优化问题。以货运专列编组停站方案、时刻表、车底周转计划、货物运输方案和车站所需货物仓储容量为决策变量,考虑列车运行安全、车底周转、货物运输时效等约束,构建以提高货运净收益为目标的优化模型。通过线性化方法将原模型转化为混合整数线性规划模型,利用Gurobi软件进行求解。案例分析表明,相较于先优化列车运行计划和货物运输方案再优化车底周转计划的分步优化模型,本文方法可减少上线车底运营数3列,降低约23.6%的列车运营成本,使货运净收益提高10.3%。灵敏度分析表明,相较于客运列车,提高货运专列的货运空间和装卸载效率可以更有效地提高货运收益。

关键词：城市交通客货共运混合整数线性规划列车运行图车底周转计划

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铁路快运班列开行方案与车底周转一体化优化研究

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铁道学报 2020年第10期42卷 9-15页

作者：李新毅李海鹰王莹廖正文苗建瑞北京交通大学交通运输学院北京100044 中国铁路设计集团有限公司线路站场枢纽设计研究院天津300308 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

在传统动态服务网络的基础上进行拓展,引入“运输状态”维度,构建“时间-空间-状态”服务网络,以清晰地描述货物的运输过程和车底的周转过程,将问题转化为一类多商品流问题。在此基础上,同时考虑列车开行时段、编组内容、固定运行区段... 详细信息

在传统动态服务网络的基础上进行拓展,引入“运输状态”维度,构建“时间-空间-状态”服务网络,以清晰地描述货物的运输过程和车底的周转过程,将问题转化为一类多商品流问题。在此基础上,同时考虑列车开行时段、编组内容、固定运行区段、运载能力等约束,构建0-1整数规划模型,从而实现班列开行方案和车底周转计划的一体化优化。为提高模型求解效率,设计拉格朗日松弛启发式算法。算例证明了模型和算法的有效性,通过灵敏度分析给出了班列组织方式、可供运用车底数量对一体化优化方案的影响。

关键词：铁路快运班列列车开行方案车底周转计划

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基于运行等级的列车节能运行图优化

基于运行等级的列车节能运行图优化

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作者：朱松巍北京交通大学

学位级别：硕士

城市轨道交通是一种安全、高速且低碳的公共交通方式,由于运量大,单位乘客能耗在交通方式中处于较低水平。但是随着人口的增长与城市轨道交通的建设,城市轨道交通的总能耗不断提升,因此有必要对城市轨道交通的运行进行节能优化。由于列... 详细信息

城市轨道交通是一种安全、高速且低碳的公共交通方式,由于运量大,单位乘客能耗在交通方式中处于较低水平。但是随着人口的增长与城市轨道交通的建设,城市轨道交通的总能耗不断提升,因此有必要对城市轨道交通的运行进行节能优化。由于列车在站间运行过程中牵引消耗的能量根据站间运行时间以及列车的运行情况决定,为了降低牵引能耗,一方面可以在列车运行图中为部分车次分配较长的站间运行时间,另一方面可以优化列车在给定运行时间下的运行情况。在实际运营中,列车的站间运行时分取决于列车自动监控系统(Automatic Train Supervision,ATS)中预存的列车运行等级,不同等级对应于不同的站间运行时分与运行曲线。列车自动驾驶(Automatic Train Operation,ATO)系统根据与各运行等级对应的预存列车运行曲线进行列车控制,保证列车运行时间与ATS系统所给定运行等级的运行时间相同。本文首先对ATO系统中预存的列车运行曲线进行节能优化,在此基础上提出一种基于随机运营场景的列车运行等级鲁棒优化方法,并研究基于运行等级选择和再生制动能利用的列车运行图与车底周转计划一体化编制,以实现列车节能运行的目标。本文主要研究工作如下:(1)基于速度距离网络的列车运行曲线优化。根据列车动力学模型建立列车运行曲线优化模型,通过离散化速度与距离,将该模型转换为离散的速度距离网络模型。通过拉格朗日松弛,将原问题转换为最短路径问题,并使用动态规划算法求解。基于列车运行曲线特性,使用网络重构方法降低求解精度对运算时间的需求。基于亦庄线数据测试了不同算法的效果,证明了拉格朗日松弛与网络重构方法的有效性。(2)基于随机运营场景的列车运行等级鲁棒优化。以最小化各场景能耗与停站时间扰动导致的延误为目标,建立了混合整数非线性规划模型以确定各列车运行等级的运行时间。通过引入辅助变量与约束,将混合整数非线性规划模型转换为混合整数线性规划模型,使用优化软件CPLEX实现了混合整数线性规划问题的求解。本文基于亦庄线客流数据生成停站时间扰动场景,同时考虑多个扰动场景进行鲁棒性优化,并通过列车运行调整仿真对比了优化后的运行等级组合与固定时间间隔的运行等级组合在相同停站时间扰动场景下的效果,结果表明优化后的运行等级组合能更有效地降低延误。(3)城市轨道交通列车运行图节能优化。通过开行方案考虑各时间段客流需求,对各车次分配合适的运行等级以实现节能效果,建立混合整数线性规划模型进行列车运行图与车底周转计划一体优化。考虑到列车运行图的规律性,本文提出两种模型扩展以保证平峰期车次选择相同的运行等级。通过亦庄线数据对比了不同模型与实际运行图的效果,结果表明平峰期自由选择运行等级的一体化运行图与车底周转计划优化模型在所有模型中取得了最优的目标函数值。本文在运行图节能优化模型的基础上建立考虑再生制动能利用量的优化模型,并提出分步方法进行求解,仿真结果表明考虑再生制动能的运行图模型较未考虑再生制动能的模型能有效提高再生制动能利用量,且当发车间隔缩短时,再生制动能利用量的提升幅度增大。本文共有图39幅,表16个,引用参考文献65篇。

关键词：城市轨道交通列车运行等级列车运行图编制车底周转计划再生制动混合整数线性规划

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考虑车底检修计划的城市轨道交通车底运用计划编制优化研究与系统研发

考虑车底检修计划的城市轨道交通车底运用计划编制优化研究与系统...

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作者：张波北京交通大学

学位级别：硕士

近年来,我国城市轨道交通一直处于蓬勃发展阶段。一方面,客运需求与日俱增,线网规模不断扩大,对车底资源的需求越来越大;另一方面,为应对客流的时空变化特性,列车开行方案采用多种交路套跑形式也更为灵活。在此背景下,如何利用最少的车... 详细信息

近年来,我国城市轨道交通一直处于蓬勃发展阶段。一方面,客运需求与日俱增,线网规模不断扩大,对车底资源的需求越来越大;另一方面,为应对客流的时空变化特性,列车开行方案采用多种交路套跑形式也更为灵活。在此背景下,如何利用最少的车底优质地完成运输任务一直是业界关注的重点。本文以此为切入点,在归纳总结既有研究成果的基础上,对考虑车底检修计划下的车底运用计划编制优化研究与系统研发进行了探索。主要内容如下:(1)城市轨道交通车底运用理论阐述及问题分析。首先明确了车底运用的基本概念和主要分类,然后从客流特征、行车组织、检修规程三个方面对车底运用的影响因素进行了分析,最后基于既有车底运用计划编制策略的缺陷,制定了更合理的分段周期性循环求解策略,为后续模型的构建提供了明确的方向。(2)城市轨道交通车底运用计划编制模型构建。首先不考虑检修问题的影响,以车底运用接续等待成本和固定成本最低为目标建立了单日车底周转计划编制模型,并利用优化工具ILOG CPLEX进行小规模算例测试验证了该模型的准确性;然后基于此分析列车连续运行下的任务分配及检修问题,以车底运用的数量和均衡性为目标建立了车底分配与检修计划协同编制模型,从而形成了一套完整的编制模型。(3)模型求解算法设计。针对单日车底周转计划编制模型,通过分析列车运行线的接续特点,制定车底返回车场的时机选择和维持车场车底数均衡的方法,设计了改进的贪婪算法;然后在求解车底分配与检修计划协同编制模型时,结合车底运用问题的特点与既有的求解算法,最终选用了最大最小蚁群算法,并制定了智能引导策略以提升算法的准确性,为后续系统的研发提供了理论支持。(4)城市轨道交通车底运用计划编制系统设计与实现。基于上述模型的构建及求解算法设计,首先分析系统的功能需求,然后将系统设计为基础数据管理、单日车底周转计划编制、车底分配与检修计划编制三大模块,利用开发工具Microsoft Visual Studio 2017和C#编程语言研发了车底运用计划编制系统,并对各模块的界面和功能进行了详细的阐述,为后续的案例求解提供了技术手段。(5)案例分析。以某市轨道交通2号线为例,利用已研发的系统,首先分别求解出平日和双休日的车底周转计划,并对车底的有效利用率进行分析。然后以车底周转计划结果为基础数据,结合车底检修规程,求解出最终的车底分配与检修计划编制方案,最后通过对各项指标的分析验证了编制结果的合理性和高效性,表明了本文的车底运用计划编制优化方法及技术手段对于实际运营具有非常好的指导意义。图38幅,表22个,参考文献50篇。

关键词：城市轨道交通车底周转计划车底分配与检修计划贪婪算法最大最小蚁群算法系统设计与实现

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铁路快运班列开行方案与车底周转一体化优化研究

铁路快运班列开行方案与车底周转一体化优化研究

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作者：李新毅北京交通大学

学位级别：硕士

随着我国经济结构的调整与物流行业的发展,货运快速化的需求日益突出,发展适应现代物流的铁路快速货运是铁路货物运输当下和未来发展的趋势。铁路快运班列是铁路拓展快运市场的重要依托,开行方案和车底周转计划作为其运输组织计划的重... 详细信息

随着我国经济结构的调整与物流行业的发展,货运快速化的需求日益突出,发展适应现代物流的铁路快速货运是铁路货物运输当下和未来发展的趋势。铁路快运班列是铁路拓展快运市场的重要依托,开行方案和车底周转计划作为其运输组织计划的重要组成部分,研究二者的一体化优化,一方面可以减少班列回空,降低铁路部门的运营成本,提高班列运营收益;另一方面可以保障铁路快运班列日常运输组织工作的顺利开展,具有重要意义。本文的研究内容可归纳如下:(1)总结了国内外铁路快运班列的运输组织现状,通过分析国外铁路快运的发展经验,阐述国内铁路快运班列的特点与不足,结合当前铁路货运市场的新形势,提出了我国铁路快运班列的发展方向。(2)详细介绍了铁路快运班列开行方案与车底周转一体化优化的基础理论。首先,阐述了班列开行方案和车底周转计划各自的基本内容、影响因素及优化思路,界定了车底周转计划的研究边界;然后,分析了二者一体化优化的必要性,提出了优化方法应具备的特点,并给出了一体化的优化思路。(3)建立了铁路快运班列开行方案与车底周转的一体化优化模型。首先,通过分析既有的建模思路,提出将一体化优化问题转化为考虑车底周转的动态服务网络设计问题;其次,深入分析了时空网络的两种构建方式,并提出了基于网络拆分的动态服务网络构建方法,以清晰地描述货物的运输过程和车底的周转过程。基于此,以最大化铁路运营收益为目标,考虑班列开行时段、编组内容、货物中转、车底接续、运载能力等因素,构建了一体化优化的0-1整数规划网络流模型。(4)针对模型在大规模问题下的求解困难,设计了基于分解的拉格朗日松弛求解方法,通过松弛问题中的难约束以构造拉格朗日对偶问题,使原问题分解为货流和车辆流两类独立的时空最短路径子问题,从而可以借助并行计算加快求解速度。(5)在算例分析与案例验证中,首先使用CPLEX求解小规模虚拟路网下的多个计算场景,结果表明,本文的一体化优化方法不仅可以量化分析差异化运输组织方式下的班列运营收益,还可以对开行方案和车底周转计划进行一体化的优化调整,验证了模型的正确性;其次,在相同的数据集下,CPLEX与拉格朗日松弛算法的对比结果显示,本文算法在保证求解质量的同时,还提升了求解速度;最后,基于大规模铁路驮背运输案例的计算结果显示,在CPLEX已无法求解的情况下,算法仍然展现出高质高效的特点,表明本文的优化方法具有一定的实用性。

关键词：铁路快运班列列车开行方案车底周转计划动态服务网络拉格朗日松弛并行计算

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铁路驮背班列开行方案与车底周转一体化优化研究

铁路驮背班列开行方案与车底周转一体化优化研究

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中国铁路货运市场发展和多样化运输装备技术研讨会

作者：曹玥李新毅李海鹰王莹北京交通大学交通运输学院中国铁路设计集团有限公司线路站场枢纽设计研究院北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室

本文提出了基于网络拆分的动态服务网络构建方法,以清晰描述驮背运输中货物运输及车底周转过程。在考虑班列开行时段、编组内容、货物中转、车底接续、运载能力等因素的基础上,构建了一体化优化的0-1整数规划网络流模型,并利用大规模铁... 详细信息

本文提出了基于网络拆分的动态服务网络构建方法,以清晰描述驮背运输中货物运输及车底周转过程。在考虑班列开行时段、编组内容、货物中转、车底接续、运载能力等因素的基础上,构建了一体化优化的0-1整数规划网络流模型,并利用大规模铁路驮背运输案例验证方法的有效性。结果表明本文方法不仅可以量化分析差异化运输组织方式下的班列运营收益,还可以对开行方案和车底周转计划进行一体化的优化调整。

关键词：铁路驮背运输列车开行方案车底周转计划

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