高速铁路车站进路分配问题优化研究

摘要

高速铁路车站是高铁线路上带有配线的节点和作业场所，其车站通过能力的大小将直接决定着整个路网的畅通与否。相较于既有线客运站，高速铁路车站技术设备更为先进，运输组织方式更为现代化，对旅客的服务也更为优质。进路分配问题是在动车组运用计划、列车运行图以及车站布置方式等确定的前提下，为了提高车站通过能力而进行的进路优化研究。高速铁路车站进路分配方案编制的自动化，对于提高运输组织效率、技术作业安全性以及车站通过能力都有着重要意义。　　本文根据高速铁路车站实际生产现状，构建高速铁路车站网络模型与进路分配问题优化模型，采用遗传算法进行求解。本文研究的内容主要包括以下几个方面：　　(1)高速铁路车站技术作业分析。对高铁站的分类以及站场、客运等设备进行介绍，对始发、终到、停站通过、本线折返和转线折返等几类列车的技术作业流程进行分析，对动车组占用咽喉区和到发线的时间标准进行梳理。　　(2)构建高速铁路车站网络模型。通过定义承载点与衔接点，构建高速铁路车站网络模型，为了表示动车组在接车、到站停留和发车阶段所占用的进路情况建立动车组占用信息集，最后根据狄克斯特拉算法生成车站进路明细表。　　(3)构建进路分配问题优化模型。通过对时间片的划分，得到动车组在高速铁路车站作业的时空约束关系。综合考虑到发线与接发车进路的一致性和唯一性约束，到发线作业间隔和进路冲突约束以及不停站通过动车组由正线接发约束等为约束条件，以到发线缓冲时间均衡、到发线均衡使用以及旅客站内走行距离最短为优化目标，建立高速铁路车站进路分配问题优化模型。　　(4)设计遗传算法对模型求解。由于进路分配问题是一个NP-Hard问题，难以用多项式算法对其求解，本文采用遗传算法进行求解。在算法设计上面，编码方式采用自然数；对各子目标采用无量纲化处理，依据子目标的权值计算适应度函数值；采用轮盘赌策略进行选择，并通过最优保存策略确保最优个体能够遗传下去；通过运用时间片思想，在交叉、变异等操作上面保证了后代个体的可行性，提高了算法效率。　　(5)以济南西站为研究对象，采用Matlab编程对遗传算法进行实现，得到了济南西站进路分配方案。将优化方案与原方案进行比较分析，证明了本文所提供的进路分配模型与算法是有效可行的。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究综述

1.3 论文研究内容

1.4 论文技术路线

2 高速铁路车站技术作业分析

2.1 高速铁路车站的分类

2.2 高速铁路车站技术设备

2.3 高速铁路车站列车技术作业流程

2.4 动车组技术作业时间分析

3 高速铁路车站网络模型的建立

3.1 车站站场模型的建立

3.2 进路模型的建立

4 进路分配问题优化模型的建立

4.1问题描述

4.2 目标函数的构建

4.3 约束的构建

5 进路分配问题算法研究

5.1 搜索方法

5.2 遗传算法

5.3 进路分配问题算法设计

6 案例分析

6.1 案例资料

6.2 数据预处理

6.3 进路分配方案的编制与分析

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果