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第44卷,第5期202

第44卷,第5期2023年9月

Vol.44No.5September,2023

CHINARAILWAYSCIENCE

文章编号2023引用格式:林柏梁,沈姚铭,钟文健,等.车底数最小化的动车组交路计划优化[J].中国铁道科学,2023,44(5):210221.

Citation:LINBoliang,SHENYaoming,ZHONGWenjian,etal.OptimizationoftheElectricMultipleUnitsCirculationPlanwiththeMinimumNumberofTrainSet[J].ChinaRailwayScience,2023,44(5):210221.

车底数最小化的动车组交路计划优化

林柏梁1,沈姚铭1,钟文健1,王振宇1,郭倩倩2,3

(1.北京交通大学交通运输学院,北京100044;

2.河北省交通安全与控制重点实验室,河北石家庄050043;

3.石家庄铁道大学交通运输学院,河北石家庄050043)

摘要:基于现场生产需求,研究动车组交路计划优化问题。首先,界定动车组交路定义,分别以交路数最少、列车接续时间最短和车底数最少作为优化方向,分析3种目标下交路计划优化的不同效果,以及动车组交路计划的限制条件;然后,以所有动车组交路所需车底数最少为主要目标、以交路总时间最短为次要目标,考虑列车接续和动车组检修等约束条件,构建车底数最小化的动车组交路计划优化模型;最后,对整数非线性规划模型进行线性化处理,并依托上海局实际列车数据,对模型开展案例研究。结果表明:该模型可灵活转换优化目标,具有较好的灵活性和通用性;相比人工交路计划,该模型得到的优化计划减少车底数1列,缩短交路总时间420min;通过模型参数的灵敏度分析验证不同优化目标间的分歧性,并得出3条交路计划优化建议分别是,在保障动车组设备安全的前提下延长检修周期、提高车站作业效率并缩短动车组在站停留时间和压缩检修作业时间。

关键词:动车组;交路计划;车底;整数非线性规划;灵敏度分析

中图分类号:U292.6文献标识码:Adoi:10.3969/j.issn.2023.05.21

动车组交路计划是高速铁路运输组织中的基本计划之一,它依托于列车运行图,是制定动车组日常运用和检修计划的基础。动车组交路计划中包括了多条动车组交路,每1条交路将不同的列车(即车次)按照一定规则有序地衔接在一起,这种衔接关系的优化是1个复杂的组合优化问题,随着列车数的增多,方案数会呈现爆炸式增长。目前,我国动车组交路计划是由人工勾画编制的,并根据所得交路计划的质量不断调整列车运行图,从而反馈得到新的交路计划,其本质是两者的相互妥协。这样的做法虽然能提高交路计划的质量,但无法保证找到最优解,而且由于涉及列车运行图调整,会导致计划编制的用时和工作量不断增加。

随着世界各国高速铁路运输组织技术的发展,国内外学者对动车组交路计划优化进行了广泛且深入的研究。文献[1]分析了动车组交路计划的约

束因素,并在列车运行图已知的基础上研究了交路计划编制的模型与算法。文献[2]建立了动车组交路计划优化的多目标整数规划模型,针对求解设计了改进的蚁群算法。文献[3]在优化交路计划时考虑了枢纽内的车底调拨,提高了计划编制的灵活性。文献[4]将动车组交路计划优化分为两步,先在不考虑动车组检修限制的前提下寻找到候选方案,再在候选方案中加入合适的检修作业,从而得到优化方案。文献[5]在交路计划中考虑了动车组的重联和解编,构建了基于路径和基于弧的2个整数线性规划模型。由于动车组交路具有抽象性,因此很多学者在研究交路优化时对问题进行了转化或处理。例如,文献[6-7]将该问题转化为特殊的旅行商问题(TravellingSalesmanProblem,TSP),文献[8]通过构造接续网络来描述交路内列车的接续关系,文献[9]把所有列车进行连接

收稿日期修订日期基金项目:国家自然科学基金铁路基础研究联合

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