高速鐵路列車運(yùn)行圖網(wǎng)絡(luò)協(xié)同編制優(yōu)化方法與關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、列車運(yùn)行圖編制問題涉及部門眾多、決策空間龐大，一直是鐵路運(yùn)輸組織理論方法的難點(diǎn)問題。目前，我國高速鐵路系統(tǒng)得到了快速的發(fā)展，與既有線相比，其高標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量要求需要高速鐵路運(yùn)營管理部門能夠隨著旅客運(yùn)輸市場的不斷變化，統(tǒng)籌考慮列車運(yùn)行計劃、動車交路計劃和車站進(jìn)路生成計劃，快速形成科學(xué)、合理的一體化運(yùn)輸組織方案。高速鐵路列車運(yùn)行圖編制要求已經(jīng)超越了單元編圖系統(tǒng)和編圖個體的能力。
　　以不斷快速發(fā)展的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展而來的列

2、車運(yùn)行圖網(wǎng)絡(luò)協(xié)同編制模式，將為高速鐵路列車運(yùn)行圖編制工作提出更高效的解決方案，它能夠根據(jù)運(yùn)輸市場的頻繁變動，快速的組建運(yùn)行圖編制動態(tài)聯(lián)盟，經(jīng)濟(jì)、有效的制定高速鐵路時空資源優(yōu)化配置方案。不過，從目前國內(nèi)外的研究進(jìn)展和工作實(shí)踐來看，高速鐵路列車運(yùn)行圖網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同編制的研究還剛剛起步，其編制模式與協(xié)同工作機(jī)理、適應(yīng)列車運(yùn)行圖網(wǎng)絡(luò)協(xié)同編制的數(shù)學(xué)模型、同步編制的實(shí)時求解方法、基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同調(diào)整方法還很不成體系，應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)等問題還需要大量的

3、技術(shù)創(chuàng)新。
　　鑒于此，本文根據(jù)當(dāng)前高速鐵路列車運(yùn)行圖編制的特點(diǎn)和要求，對高速鐵路列車運(yùn)行圖網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同編制的相關(guān)理論和關(guān)鍵技術(shù)展開研究和探討，以期得到對高速鐵路列車運(yùn)行圖編制工作有益的研究成果。具體研究內(nèi)容為：
　　首先，在對高速鐵路列車運(yùn)行圖網(wǎng)絡(luò)協(xié)同編制的定義、內(nèi)涵進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了列車運(yùn)行圖網(wǎng)絡(luò)協(xié)同編制的三維協(xié)同模型，從對象、時間和空間三個維度上，探討了列車運(yùn)行圖網(wǎng)絡(luò)協(xié)同編制的理論體系，指出了實(shí)現(xiàn)高速鐵路列車運(yùn)行圖

4、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同編制的關(guān)鍵要素。
　　其次，針對網(wǎng)絡(luò)協(xié)同環(huán)境下高速鐵路列車運(yùn)行圖編制問題呈現(xiàn)的空間分布特征，在運(yùn)用資源分配理論分析了列車運(yùn)行計劃、動車組交路計劃和車站進(jìn)路安排計劃的問題屬性的基礎(chǔ)上，基于約束滿足理論(CSP)構(gòu)建了該問題的分布式約束滿足模型，設(shè)計了同步回溯求解框架，制定了軟約束網(wǎng)絡(luò)協(xié)作調(diào)整策略。為了滿足網(wǎng)絡(luò)協(xié)同編制對問題求解效率的要求，根據(jù)問題特點(diǎn)，結(jié)合約束滿足求解方法和分布并行計算技術(shù)，分別設(shè)計了三個子問題優(yōu)化方法：

5、r>　　(1)在列車運(yùn)行計劃問題求解研究中，本文利用協(xié)作網(wǎng)絡(luò)計算資源，根據(jù)各分枝子問題無關(guān)性特點(diǎn)，設(shè)計了并行分支定界算法。利用析取圖描述了列車運(yùn)行過程，提出了基于弧一致性約束傳播的區(qū)間占用沖突檢測方法，給出了子任務(wù)生成策略，設(shè)計了基于拉格朗日算法的并行任務(wù)求解方法，研究了并行算法的實(shí)現(xiàn)機(jī)制和加速機(jī)制。
　　(2)在動車交路計劃編制問題求解研究中，本文根據(jù)問題的多階段決策特性，提出了基于蟻群算法的求解思路。針對隨著運(yùn)行線數(shù)量的增加，

6、解構(gòu)造圖的規(guī)模以及螞蟻生成解的計算量均成指數(shù)增長的情況，設(shè)計了粗粒度并行蟻群算法，以列車運(yùn)行圖網(wǎng)絡(luò)協(xié)同編制系統(tǒng)為計算環(huán)境，利用分布式并行計算技術(shù)，將蟻群的搜索任務(wù)放置在不同的計算機(jī)上并行執(zhí)行，互相合作的完成整個計算任務(wù)。
　　(3)在車站進(jìn)路生成問題的求解的研究中，本文針對站場結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的大型車站的進(jìn)路生成問題，設(shè)計了一種并行回退算法，將原來十分集中的計算任務(wù)和較大的內(nèi)存需求分配到參與并行計算的各臺計算機(jī)上，有效縮短因發(fā)生回退而

7、產(chǎn)生的額外搜索時間。
　　在針對軟約束的網(wǎng)絡(luò)協(xié)作調(diào)整研究中，本文分析了高速鐵路列車運(yùn)行圖網(wǎng)絡(luò)協(xié)同編制人機(jī)交互操作過程，詳細(xì)討論了協(xié)作調(diào)整過程中的數(shù)據(jù)一致性維護(hù)和死鎖現(xiàn)象，給出了導(dǎo)致死鎖產(chǎn)生的并發(fā)對象沖突和并發(fā)邏輯沖突定義，并提出了運(yùn)行圖協(xié)同編制環(huán)境下并發(fā)沖突的檢測方法，設(shè)計了自動疏解、雙方協(xié)商和第三方仲裁的分層并發(fā)控制機(jī)制。
　　最后，在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和工程實(shí)踐方面，闡述了基于 NET平臺的高速鐵路列車運(yùn)行圖網(wǎng)絡(luò)協(xié)同編制原型系統(tǒng)框