高速鐵路成網(wǎng)條件下動車組運用計劃編制理論與算法研究.pdf

1、動車組作為高速鐵路運載工具，其運用效率是影響高速鐵路客運組織效率的主要因素之一。動車組運用計劃編制是高速鐵路客運組織的關(guān)鍵任務(wù)，直接決定列車運行圖能否實現(xiàn)，同時還影響和決定高速鐵路運行安全、客運服務(wù)質(zhì)量和企業(yè)收益。動車組運用問題一直是鐵路運輸組織理論的難點之一。此外，隨著我國高速鐵路網(wǎng)絡(luò)的逐步形成，更加劇了問題的復(fù)雜程度及求解的困難程度，動車組運用計劃編制問題面臨著新的挑戰(zhàn)。本文主以高速鐵路成網(wǎng)為研究背景，旨在探索成網(wǎng)條件下動車組運用及

2、檢修方式和運用計劃編制的理論方法。本論文的主要研究內(nèi)容包括以下三個方面:
　　(1)以我國現(xiàn)階段固定配屬段的動車組檢修模式為背景，研究引入異地檢修模式下動車組運用計劃優(yōu)化問題。受檢修標準、檢修能力等因素影響，目前我國動車組采用配屬檢修基地的檢修模式，即當動車組累計運行里程或時間達到檢修標準時，必需返回其配屬檢修地點進行檢修工作。該要求作為動車組運用的強約束，在編制動車組運用計劃時往往是制約計劃優(yōu)化的關(guān)鍵因素之一。因此，本論文旨在通

3、過引入異地檢修模式，釋放該約束，有效提高動車組運用效率。隨著我國標準化動車組的不斷推進，動車組的檢修標準、檢修設(shè)備和檢修配件得到了統(tǒng)一，為異地檢修的實現(xiàn)提供了可能。
　　本論文從理論研究角度，提出動車組異地檢修模式，并以此為基礎(chǔ)，構(gòu)建了適應(yīng)多種車型的動車組運用計劃優(yōu)化模型。為求解該模型，設(shè)計了多種群遺傳算法，并以京滬、京津和膠濟客運專線的部分運行圖為實例，檢驗了模型及算法的可行性。通過與傳統(tǒng)蟻群算法及標準遺傳算法的對比發(fā)現(xiàn)，本論文

4、提出的多種群遺傳算法在求解效率、求解穩(wěn)定性及獲得的動車組運用計劃質(zhì)量方面均有較大優(yōu)勢。此外，通過對比異地檢修模式及配屬檢修基地模式的優(yōu)化結(jié)果發(fā)現(xiàn)，完成相同的運行圖任務(wù)，異地檢修模式下可節(jié)省17列動車組，檢修次數(shù)也減少了17次，因此，可以說引入動車組異地檢修能夠有效地提高動車組運用效率?；谘芯砍晒?，在本論文中探討了我國實施異地檢修模式的困難及需要準備的基本工作。
　　(2)以我國高速鐵路逐漸成網(wǎng)為背景，研究成網(wǎng)條件下動車組運用計劃

5、編制優(yōu)化問題。隨著我國高速鐵路建設(shè)進程的不斷加快，我國高速鐵路網(wǎng)絡(luò)已初具規(guī)模。動車組作為高速鐵路載運工具，高速鐵路成網(wǎng)對動車組運用方式及運用效率均提出了新的挑戰(zhàn)。成網(wǎng)條件下，動車組運用問題規(guī)模急劇增加，運用計劃編制難度加大，尤其是如何能夠在短時間內(nèi)獲得優(yōu)質(zhì)的動車組運用計劃成為了動車組運用的難點問題。此外，為適應(yīng)成網(wǎng)條件下大規(guī)模運算，迫切需要相關(guān)研究理論與方法指導(dǎo)實現(xiàn)成網(wǎng)條件下動車組運用計劃計算機智能編制。
　　本論文在考慮異地檢修

6、的前提下，以最小化接續(xù)總時間為優(yōu)化目標，構(gòu)建了成網(wǎng)條件下動車組運用計劃編制優(yōu)化模型。在模型求解過程中，本論文基于兩階段求解思想，設(shè)計了求解質(zhì)量穩(wěn)定且求解速度高效的兩階段算法，為實現(xiàn)成網(wǎng)條件下動車組運用計劃計算機智能編制奠定了理論基礎(chǔ)。為檢驗?zāi)Ｐ图八惴ǖ目尚行?，本論文以京津城際鐵路部分運行圖為小規(guī)模實例求解了動車組運用計劃，并與傳統(tǒng)蟻群算法的計算結(jié)果進行了比較，結(jié)果表明兩階段算法在求解效率、求解質(zhì)量及求解穩(wěn)定性等方面均優(yōu)于傳統(tǒng)蟻群算法。此

7、外，以京滬線、膠濟線、滬寧線、滬杭線及寧杭線等五條高速鐵路線路所組成的網(wǎng)絡(luò)為大規(guī)模實例進行驗算，結(jié)果表明，本章節(jié)提出的模型與算法能夠很好地適應(yīng)高鐵成網(wǎng)條件下的動車組運用計劃編制需求。
　　(3)以我國現(xiàn)階段動車組運用模式為背景，研究考慮樞紐內(nèi)站間調(diào)撥的動車組運用計劃優(yōu)化問題。傳統(tǒng)動車組運用時，由于高速鐵路線路往往都是單線，且早期動車組數(shù)目較少，動車組運用方式較為簡單，基本都是接續(xù)同一車站運行任務(wù)。但是，隨著高速鐵路引入客運樞紐，部

8、分傳統(tǒng)鐵路車站和新建的高速鐵路車站都具備辦理高速鐵路列車作業(yè)的能力，且通常樞紐內(nèi)車站之間有聯(lián)絡(luò)線聯(lián)絡(luò)。因此，傳統(tǒng)的動車組運用方式具有一定的局限性?；诖?，本論文從提出了樞紐內(nèi)站間調(diào)撥的動車組運用方式，以適應(yīng)高速鐵路成網(wǎng)，提高動車組運用效率。
　　本論文在考慮異地檢修的前提下，以綜合最小化動車組使用數(shù)量及動車組的檢修次數(shù)為優(yōu)化目標，構(gòu)建了考慮樞紐內(nèi)站間調(diào)撥的動車組運用計劃優(yōu)化模型。為求解模型，本論文在傳統(tǒng)遺傳算法的基礎(chǔ)上，結(jié)合動車組