高速鐵路乘務計劃編制方法優(yōu)化研究.pdf

1、隨著我國高速鐵路網絡化運營格局的不斷形成，其運輸組織問題逐步趨于精細化、復雜化。乘務計劃作為高速鐵路運輸組織問題的重要子問題之一，其編制工作亦傾向于背景復雜化、過程高效化和結果人性化。現(xiàn)行的乘務計劃大多數(shù)采用效率低下的手工方式編制，其編制效果往往取決于編制人員的經驗，且不便于調整。因此，研究一套科學、高效的高速鐵路乘務計劃自動化編制方法對提高我國高速鐵路的運輸組織效率，降低運營管理成本有著重要的意義。
　　首先，基于時空接續(xù)網絡構

2、建了可以刻畫“相對時間”約束的一般模型，借助該模型分析探討了既有研究的局限性，并結合高速鐵路乘務計劃的問題特征，對乘務交路計劃問題和乘務值乘計劃問題的求解策略進行了研究。對于乘務交路計劃問題，首次考慮了乘務組午、晚餐“固定時間窗”用餐規(guī)則，將該問題歸類為考慮“混合時間”約束的大規(guī)模組合優(yōu)化問題，并提出了基于時空狀態(tài)網絡和拉格朗日松弛的求解策略。對于乘務值乘計劃問題，首次提出了“閉環(huán)排班”和“非閉環(huán)排班”的概念以界定單一循環(huán)乘務值乘計劃的

3、兩種合理值乘方案，將該問題歸類為僅考慮“相對時間”約束的組合優(yōu)化問題，并提出了基于時空接續(xù)網絡和網絡流模型的求解策略。
　　其次，對乘務交路計劃問題的優(yōu)化方法進行了研究。通過定義該問題在時空狀態(tài)網絡中的“狀態(tài)”維度和兩種“固定時間窗”用餐方式，將乘務規(guī)則轉化為“點”生成策略——時空節(jié)點狀態(tài)坐標遞推原則和“弧”生成策略——乘務任務可行轉化判定條件，并基于此構建時空狀態(tài)網絡，使乘務規(guī)則在網絡中完全得到刻畫，從而控制網絡規(guī)模并簡化數(shù)學模

4、型。然后，建立了基于時空狀態(tài)網絡的網絡流模型，設計了拉格朗日松弛算法求解，將乘務交路計劃問題由多乘務交路組合優(yōu)化問題分解為單乘務交路時空最短路徑問題的集合。針對該問題存在“強對稱”和“超松弛”的特性，提出了“打破對稱性”和“控制超松弛”的線性不等式約束，以加速算法收斂并提升下界質量。
　　第三，對乘務值乘計劃問題的優(yōu)化方法進行了研究。針對單一循環(huán)乘務值乘計劃問題的特征，建立了可以刻畫乘務組不同休息類型的時空接續(xù)網絡，將該問題轉化為

5、考慮中途休息的旅行商問題?；跁r空接續(xù)網絡，構建了乘務值乘計劃問題的網絡流模型，設計了嵌入CPLEX求解引擎的迭代優(yōu)化算法求解，并與既有研究結果進行對比，分析了該方法的求解效果。針對問題規(guī)模大、求解時間長的現(xiàn)象，提出了設置乘務規(guī)則時間窗的加速求解策略，并給出該策略合理性的證明過程。
　　最后，分別以單條城際鐵路和區(qū)域高速鐵路網為實例，利用本文提出的方法對不同路網結構和問題規(guī)模的乘務計劃問題進行求解。結果表明，本文提出的方法可以高質