列车运行图与施工天窗一体化编制模型与算法

摘要

我国铁路网规模的不断增大，以及高速度、高密度、高负荷列车的开行，加重了线路养护维修作业任务。为线路维修和施工作业开设的天窗占用了大量的行车资源，对线路通过能力造成了较大影响，其与人民日益增长的出行需求相冲突。寻找科学合理的方法制定列车运行图图与施工天窗计划，对提高线路通过能力，具有重要意义。
　　既有研究大多将列车运行图与施工天窗分开研究，忽视了两者的相互影响关系;同时，施工天窗作业设置的列车放行条件对列车运行图的编制影响往往也被忽视，使得列车运行图与施工天窗编制研究具有一定的局限性。
　　本文以既有线施工天窗为研究背景，建立列车运行图与施工天窗一体化编制模型，并基于施工天窗的放行条件，对模型进行扩展，然后基于最早冲突法和领域搜索算法求解模型，通过实验验证上述模型和算法。
　　本文主要工作内容如下:
　　(1)分析国内外关于列车运行图与施工天窗编制的研究，总结现状和研究趋势，明确列车运行图与施工天窗一体化编制对提高铁路运输能力的理论意义和价值。
　　(2)建立列车运行图与施工天窗一体化编制模型(P1)。通过对列车运行问题进行数学语言抽象，建立假设条件，为建立模型奠定基础;分析天窗作业和列车运行两者之间的联系与区别，将施工天窗进行“虚拟列车”处理，建立模型。
　　(3)以P1模型为基础，建立考虑列车放行条件的列车运行图与施工天窗一体化编制扩展模型(P2)。分析现行施工作业的列车放行条件，将其归纳为列车限速次序放行条件(P2-1)、列车限速时间放行条件(P2-2)、列车限速次序和限速时间相结合放行条件(P2-3)、相邻线路列车放行条件(P2-4)四种方式，利用“虚拟列车”与列车的关系，实现上述四种放行条件。
　　(4)列车运行图与施工天窗一体化编制求解算法。基于本文约束众多，采用先松弛限速约束之后再添加进行冲突疏解的思想对模型进行求解。首先，利用最早冲突法实现P1模型的列车运行图制定，然后，再利用最早冲突法对引入限速约束产生的新冲突进行疏解。由于列车运行次序对运行效率具有较大影响，结合邻域搜索对可行解进行优化。
　　(5)算例分析。设置不同的施工天窗作业场景，利用CPLEX软件对模型的正确性、优越性、复杂度三方面进行分析。以京广既有线为背景，对固定施工天窗编制与一体化编制进行对比分析。实验表明，①本文建立的列车运行图与施工天窗一体化编制模型与固定天窗开设时刻相比较，能够很好地提高列车运输效率;②列车放行条件中列车运行次序的判断对求解效率影响比较大。

目录

声明

致谢

摘要

相关符号含义

1．1 研究背景

1．2 研究意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 不考虑施工天窗计划的列车运行图编制研究

1．3．2 不考虑列车运行图的施工天窗计划编制研究

1．3．3 列车运行图与施工天窗一体化编制研究

1．3．4 既有研究成果总结

1．4 论文研究思路

1．5 研究目标与内容

1．5．1 研究目标

1．5．2 研究内容

1．6 本章小结

2 列车运行图与施工天窗一体化问题分析

2．1 列车运行图概述

2．1．1 列车运行图

2．1．2 列车运行图编制要求

2．2 施工天窗概述

2．2．1 天窗及天窗修

2．2．2 施工天窗时间构成

2．3 施工天窗开设对列车运行图编制的影响

2．3．1 施工天窗开设形式对列车运行图的影响

2．3．2 放行条件对列车运行图的影响

2．4 不同施工天窗编制方法对比分析

2．5 本章小结

3 列车运行图与施工天窗一体化编制模型

3．1 建模基础

3．1．1 问题描述

3．1．2 模型假设

3．2 模型构成

3．2．1 目标函数

3．2．2 列车运行约束

3．2．3 施工天窗作业约束

3．3 本章小结

4 列车运行图与施工天窗一体化编制扩展模型

4．1 列车限速次序放行条件

4．1．1 放行策略分析

4．1．2 列车限速次序约束

4．2 列车限速时间放行条件

4．2．1 放行策略分析

4．2．2 列车限速时间约束

4．3 列车限速次序和列车限速时间相结合放行条件

4．3．1 放行策略分析

4．3．2 列车限速次序和限速时间相结合放行约束

4．4 相邻线路列车放行条件

4．4．1 放行策略分析

4．4．2 相邻线路列车放行约束

4．5 本章小结

5 列车运行图与施工天窗一体化编制模型求解算法

5．1 列车运行图与施工天窗一体化编制模型(P1)求解算法

5．2 列车运行图与施工天窗一体化扩展模型(P2)求解算法

5．3 算法整体结构

5．4 本章小结

6 算例分析

6．1 利用商业软件求解小规模路网问题

6．1．1 模型验证

6．1．2 一体化编制与分步编制对比

6．1．3 模型复杂度分析

6．2 基于京广线的算例验证

6．2．1 算例设计

6．2．2 结果分析

6．3 本章小结

7．1 论文主要工作

7．2 创新性研究成果

7．3 研究展望

参考文献

附录

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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