基于模糊优化方法的高速列车运行调整问题研究

【摘要】：随着我国高速铁路进入快速发展时期,到2012年我国将建成12500km的高速铁路,届时将形成“四纵四横”的高速铁路网基本架构。高速铁路由于列车密度大、速度高、运输生产节奏快、整体性强,当出现各种随机干扰时,运行调整难度大,易出现大规模列车晚点状况。并且我国高速铁路在运营初期采用的“高中混行”运输组织模式,也使高速铁路列车运行过程更易受到各种不确定因素的干扰。传统的方法更多考虑的是确定变量环境下的优化问题,无法适应受不确定性影响显著的高速铁路实际运行生产环境。因此,考虑引入不确定性因素的优化模型与方法来解决高速列车运行调整问题将是我们亟需深入研究的问题。 本文首先基于国内外研究现状,结合我国高速铁路的运行实际,分析了高速列车运行调整的产生原因、特性、影响因素、原则与措施以及高速列车运行图等基本问题,并借鉴经典列车运行调整模型既有成果,深入分析高速列车运行过程中各种随机干扰下的参数及约束特性,确定了列车区间运行时分、列车停站时分及列车的区间追踪间隔此等约束的模糊性及分布,以总晚点时间最少和晚点列车数最少为组合优化目标,建立基于模糊不确定性约束条件下的高速列车运行调整优化模型。然后根据基于Zimmermann对称模型求解思想的容差法,设计模糊模型的求解步骤,并利用分枝定界方法对求解步骤中的确定性传统数学规划问题进行求解。最后选取京沪高铁沪宁段运行调整问题为实例,基于IBM ILOG优化平台及JAVA开发环境进行二次开发,建立起以本文提出模型及算法为基础的全新高速列车运行调整仿真环境,搭建出晚点、限速及其复合状态下的运行场景,分别进行求解,验证了本文所述模型及算法的有效性。 本文为模糊环境约束条件下的高速列车运行调整问题提供了一套解决方案,是对高速列车运行调整理论的探索和补充,为我国高速铁路列车运行自动调整提供决策支持。