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《北京交通大学》 2017年
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动车组运用与检修计划综合优化方法研究

李建  
【摘要】:动车组作为一种铁路旅客运输资源,是高速铁路系统的重要组成部分。随着近年来我国高速铁路的快速发展,投入运营的动车组数量日益增多,如何加强动车组的运用与检修管理也愈发地受到动车组管理部门的重视。动车组运用计划和检修计划是加强动车组管理的直接体现,并且二者之间相互关联、相互影响。因此,有必要将动车组运用计划和检修计划协同起来进行综合优化,以提高计划的编制质量,这对于进一步提高动车组的运用效率,降低动车组运营成本和检修费用等都具有重要意义。论文结合动车组运用与检修管理的实际情况,围绕动车组运用与检修计划综合优化的目标,对以下几个方面的内容进行了研究:(1)结合我国动车组运用与检修管理的实际情况,着重从高铁发展概况、动车组运用模式、动车组修程修制、动车组运用计划和检修计划的编制及其相互关系等方面入手,分析了动车组运用与检修的基本业务,为后续动车组运用与检修计划综合优化方法的研究奠定基础。(2)以列车运行图中的列车车次为计划编制的最小单元,采用时空网络理论研究了动车组运用与检修计划的综合优化方法。首先,考虑动车组运用、检修、库停等状态的转移,从时间、空间和状态三个维度,构建了动车组的连续时间的时空网络,网络中的每一条径路表示了动车组在计划编制周期内的作业环节,并通过动车组的径路组合方案体现动车组的运用与检修计划。然后,在动车组径路集合生成的基础上,采用"弧-路"模型的思想构建动车组径路组合方案的优化模型,并设计了动车组径路集合的生成策略和模型的求解算法。最后,通过算例研究发现问题的粒度划分越细研究的难度就会越大,进而将问题分解为基于列车车次的动车组交路计划优化和基于交路的动车组运用与检修计划优化两个阶段。(3)针对基于列车车次的动车组交路计划优化的问题,考虑列车车次之间的接续关系和一级检修周期的约束条件,先将动车组交路表示成包含列车车次接续和检修作业的闭合回路,然后进一步将所有动车组交路通过检修作业连接起来,形成列车车次接续网络中包含一级检修的唯一闭合回路。在此基础上,以列车车次接续总时间最小化和动车组交路运行里程最大化为优化目标,采用网络优化的基本理论和方法,构建动车组交路计划优化的0-1整数规划模型。考虑在具体应用中列车车次的编号及其在网络中的位置,基于粒子群算法设计了模型的启发式求解算法,并进行了算例研究分析。(4)在动车组交路给定的前提下,以"分钟"为最小时间单位,基于动车组交路连续接续的思想,将动车组的运用与检修抽象为一种特殊的多旅行商问题,并通过为每一列动车组设置虚拟开始交路和虚拟结束交路构建了包含一级和二级检修的动车组交路接续网络。然后,针对单车种、单基地、单编组的动车组运用与检修问题,着重考虑动车组的交路担当和检修周期等约束条件,以交路之间总接续时间和动车组检修时损失的可用里程最小化为优化目标,构建了在交路给定下的动车组运用与检修计划综合优化的0-1整数规划模型。参照动车组交路编号的设置,基于粒子群算法设计了模型的求解策略,并通过算例研究分析验证了模型和算法的有效性。(5)针对基于交路的动车组运用与检修计划的优化问题,进一步结合动车组担当交路的实际情况,以"天"为最小时间单位,从离散的视角基于指派问题理论分析了动车组与交路之间的指派关系。然后,考虑交路运行时间和扣修时间超过一天的情况,分别为动车组的运用与检修设置主要决策变量、辅助决策变量以及状态决策变量,并以此构建了动车组运用与检修计划综合优化的0-1整数规划模型。在该模型中以减少动车组运用数量和动车组检修时损失的可用里程最小化为优化目标,且除了交路担当和检修周期约束以外,还考虑了动车运用所检修能力等约束条件。在模型的求解方面,设计了基于二进制离散粒子群算法的求解策略,并在统一问题边界的基础上进行案例研究,进而对在交路给定下的两种动车组运用与检修计划的综合优化方法进行了对比分析。通过论文相关模型以及算法的研究,从不同的角度形成了动车组运用与检修计划的综合优化方法,可为实际运输生产中动车组运用与检修计划的编制提供理论上的辅助参考依据。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U269;U268

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