基于逻辑程序的编组站配流问题研究

摘要

编组站的配流问题是人工智能领域的一个重点研究问题。编组站的调度工作都是在技术人员所编制的作业计划下指导完成的，作业计划能使车站的各个环节都协调有序的开展，它是整个编组站运输组织和工作的依据。本文主要讨论了解体调机和编组调机都只有一台的单解单编编组站工作过程。在作业计划的编制过程中，存在一个急需解决的重点就是到达车流与出发车流之间的匹配问题，即配流问题。这个问题的解决对于实现铁路运输的自动化和网路的畅通运行起着举足轻重的作用。
　　在现实场景的配流过程中，调度员经常受到不确定信息的干扰，如到达列车时间的不确定、调机作业任务的不确定以及调机占用资源的不确定等，或因涉及到多方因素而难以构建成一个完整的数学模型，而目前的配流方法都不能很好的解决此类问题。逻辑程序设计(LP)是一种陈述性的程序设计方法，与传统的程序设计方法有较大的差异。目前主流的方法有回答集程序设计(ASP)、约束逻辑程序设计(CLP)等。由于 LP具有模型表达能力强，人工经验可以有效的转变成规则表示的知识库以及编码紧凑，编码方式容易理解等优点，使其越来越受到重视。
　　为了更好的编制配流方案，本文采用基于 LP的编码方法解决配流问题。先将配流分解成两个子问题——列车组成问题和单个调机运用问题，然后分别对其进行讨论并求得原问题的可行解。最终得到的配流计划不仅符合出发车流和到达车流之间的匹配关系而且缩短了单个调机的等待时间，提高了列车在编组站的中转效率。本文的研究内容如下：
　　(1)列车组成问题的求解。首先将所给的到达计划、站存车辆数以及出发计划的数据转换成CLP的事实，然后把编组计划约束、编成车辆数约束等约束条件转变成CLP的约束规则，最后通过构建的推理机制得到符合约束规则的列表，即出发列车的编组内容以及车流来源。
　　(2)单个调机运用问题的求解。以缩短调机的等待时间为目标，改变列车的编组方案。首先通过出发列车的最晚必须编组时刻以及编组时间间隔等数据寻找相邻列车之间调整的条件，然后将该类条件转变成CLP的约束规则，通过实例得到新的编组方案。在确定编组顺序后，再在对单个调机的移动路径进行规划。
　　(3)实现了以上两个问题的优化解后，得到满足调机编组顺序的配流方案，并与遗传算法进行了对比。结果表明本文的方法能有效的节约调机在编组站的等待时间，提高了列车在编组站的中转效率。利用ASP和CLP规则对调机路径规划问题进行描述，在轨道规模增大的情况下，讨论了ASP和CLP解决调机移动路径问题的效率以及相对应求解器的运行规律。实验结果表明 ASP在此类问题的解决上比CLP有更优的表现，对应的 DLV求解器也比其他的求解器能更有效克服轨道数目增加带来的影响。

目录

声明

第一章 绪论

§1.1论文研究课题来源

§1.2选题背景

§1.3研究现状

§1.4研究内容

§1.5研究思路

§1.6论文结构

第二章 相关基础知识概述

§2.1约束逻辑程序设计

§2.2回答集程序设计

§2.3本章小结

第三章 编组站作业系统分析

§3.1编组站各子系统概述

§3.2编组站作业计划分析

§3.3配流问题分析

§3.4本章小节

第四章 列车组成问题

§4.1问题描述

§4.2推理机制

§4.3约束规则

§4.4推理实例及结果

§4.5本章小结

第五章 单个调机运用问题

§5.1调机编组顺序的确定

§5.2约束规则

§5.3实例以及结果

§5.4单个调机的路径规划

§5.5约束规则

§5.6运行结果

§5.7本章小结

第六章 实验

§6.1配流结果

§6.2路径规划的比较研究

§6.3本章小结

第七章 总结与展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间的主要研究成果