2016博士學(xué)位論選題報(bào)告

博

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授指導(dǎo)教師專

業(yè)

交通信息工程及控制研究方并行計(jì)算理論及其應(yīng)用基于遺傳算E法va的lu列at車io運(yùn)n

o行nl圖y.編制優(yōu)化研究ed

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200羅4-201瑜1

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Ltd.人內(nèi)容提要課題的研究意義、國內(nèi)外現(xiàn)狀分析課題研究目標(biāo)、研究內(nèi)容、擬解決的關(guān)鍵問題擬采取的研究方法、技術(shù)路線、及可行性研究課題的創(chuàng)新性計(jì)劃安排、預(yù)期進(jìn)展和預(yù)期成果完成論文所具備的條件Evaluation

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Ltd.2內(nèi)容提要 列車運(yùn)行圖是用來表示列車在鐵路區(qū)間運(yùn)行及在車站到發(fā)或通過時(shí)刻的技術(shù)文件,它規(guī)定各次列車占用區(qū)間的程序,列車在每個(gè)車站的到達(dá)和出發(fā)（或通過）時(shí)刻,列車在區(qū)間的運(yùn)行時(shí)間,列車在車站的停站時(shí)間以及機(jī)車交路、種因素制約、技術(shù)性強(qiáng)的綜合性計(jì)劃,是全路列車重量和E長va度l等ua,ti它on是o鐵nl路y運(yùn).輸工作中受多ed

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As組po織s列e.車Sl運(yùn)id行e的s

f基o礎(chǔ)r.。NET

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Ltd.3課題的研究意義急需進(jìn)一步提高,以提高編圖效率和質(zhì)量,為鐵路適應(yīng)市場提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐手段。這 計(jì)算機(jī)編制列車運(yùn)行圖是鐵路信息化的重要組成部分,國內(nèi)外在該方面已進(jìn)行大量的研究,取得了很大的成果,為本課題的研究提供了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。 目前,計(jì)算機(jī)編制列車運(yùn)行圖在國內(nèi)已取得一定進(jìn)展,并E得va到l大ua規(guī)ti模on應(yīng)o用nl,y但.其智能化程度ed

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ProfileC使op得y本ri課gh題t的20研04究-具20有11了A實(shí)sp用os意e義Pt。y

Ltd.4國外究現(xiàn)狀 國外研究利用計(jì)算機(jī)編制列車運(yùn)行圖,一般始于上個(gè)世紀(jì)五十年代后期。 前蘇聯(lián)從上世紀(jì)五十年代后期開始,對計(jì)算機(jī)編制列車運(yùn)行圖進(jìn)行了大量的研究工作。前蘇聯(lián)采用的基礎(chǔ)算法是模擬人工方法,以實(shí)用為原則,不追求運(yùn)行圖式。近年來日本采用人工智能與專家系統(tǒng)相結(jié)合的方式。 美國從上世紀(jì)五十年代后期對計(jì)算機(jī)編圖進(jìn)行研究,主要的技術(shù)路線是計(jì)算機(jī)模擬和邏輯判斷。最優(yōu),應(yīng)用計(jì)E算va機(jī)l代ua替t人io工n繁o瑣nl的y運(yùn).算工作,在計(jì)算ed研with

As機(jī)po給s定e.方S案li的d基es礎(chǔ)f上o進(jìn)r行.N人E工T調(diào)3.整5直C至li滿e意nt。ProfileC日op本y從ri1g96h0t年2開0始04研-究20,1日1本As主p要os采e用P人ty機(jī)L對t話d.的方5外究現(xiàn)狀 與此同時(shí),國外也開展了建立數(shù)學(xué)模型開發(fā)相應(yīng)算法,實(shí)現(xiàn)運(yùn)行圖局部甚至全局優(yōu)化的研究。目前比較典型的就是數(shù)學(xué)規(guī)劃模型和人工智能。國Evaluation

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Ltd.6國內(nèi)究現(xiàn)狀 我國研究計(jì)算機(jī)編圖始于上世紀(jì)六十年代初期,主要是在研究所和大學(xué)中展開。 鐵路科學(xué)院運(yùn)輸所首先在1962年開始進(jìn)行列車運(yùn)行圖的研究,此階段主要是按照人工編圖的過程和特點(diǎn)制定機(jī)器編圖的規(guī)則和步驟,鋪畫單線非平行運(yùn)行圖。七十年代以后進(jìn)行了全路直通客車方案的研究。得了很大的成績。哈爾濱鐵路局Ev、a蘭lu州a鐵ti道o學(xué)n院on、l北y.方交大等科研院所ed研withAs從po上s世e.紀(jì)S七li十d年es代f初o開r始.N對E計(jì)T算3.機(jī)5編C圖li進(jìn)e行nt研P究r,of取ileC西op南y交ri通g大ht學(xué)2從0上04世-紀(jì)20八1十1年As代p開os始e了P計(jì)ty算L機(jī)t編d.圖的研究。1993年投入實(shí)際運(yùn)用的“復(fù)線列車運(yùn)行圖計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”,在我國第一次實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)編制樞紐列車運(yùn)行圖和復(fù)線干線上的方向列車運(yùn)行圖。7國內(nèi)外究現(xiàn)狀國內(nèi)外計(jì)算機(jī)編圖方法數(shù)學(xué)規(guī)劃沿用數(shù)學(xué)邏輯推斷,對于結(jié)構(gòu)明確、能定量描述的系統(tǒng),可以求得最優(yōu)解。而列車運(yùn)行圖編制由于定量、定性因素錯(cuò)綜復(fù)雜,不能完全由數(shù)學(xué)模型描述清楚。并且由于所建的數(shù)學(xué)模型過于龐大,鑒于目前計(jì)算機(jī)速度、容量以及算法的局限,用純數(shù)學(xué)模型解出滿意實(shí)用的列車運(yùn)行圖還難以做到。人工智能（專家系統(tǒng)）描述。這種方法接近實(shí)際,其結(jié)果明確了當(dāng),但由于專家系統(tǒng)過于局限于規(guī)則,對于列車運(yùn)行圖編制這樣的大規(guī)模組合問題在建立知識庫和搜索知識方面存在較大困難。模擬方法對人類邏輯思維與數(shù)學(xué)方法進(jìn)行結(jié)合,可以同時(shí)考慮定量與定性因素。其質(zhì)量與效果在很大程度上取決于判別規(guī)則和執(zhí)行過程設(shè)計(jì)的合理性與全面性。Evaluation

only.ed研withAspos?e總.結(jié)S了li編d圖e人s員f的o實(shí)r踐.工N作E經(jīng)T驗(yàn)3,.是5人C類l邏ie輯n思t維P的r直o接fileCopyright

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Ltd.8第二部分課題的研究意義、國內(nèi)外現(xiàn)狀分析課題研究目標(biāo)、研究內(nèi)容、擬解決的關(guān)鍵問題擬采取的研究方法、技術(shù)路線、及可行性研究課題的創(chuàng)新性計(jì)劃安排、預(yù)期進(jìn)展和預(yù)期成果完成論文所具備的條件Evaluation

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Ltd.9課題究目標(biāo) 從列車運(yùn)行的需求出發(fā),系統(tǒng)化描述保證列車安全、快捷運(yùn)行的各種必要條件,提出相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,并在此基礎(chǔ)上采用E遺va傳lu算a法ti對on此o模nl型y.展開優(yōu)ed研withAs化po研se究.S,l以id達(dá)es到f實(shí)or用.目NE標(biāo)T。3.5ClientProfileCopyright

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Ltd.10課題研究內(nèi)容⑴列車運(yùn)行圖的數(shù)學(xué)模型列車運(yùn)行圖是全路與運(yùn)輸有關(guān)各單位的綜合工作計(jì)劃。因此,在編制運(yùn)行圖過程中,要從全局出發(fā),統(tǒng)籌兼顧,正確處理列車運(yùn)行與技術(shù)站作業(yè)之間的關(guān)系、列車運(yùn)行與機(jī)車交路之間的關(guān)系、運(yùn)輸與施工之間的關(guān)系等等。根據(jù)對以上關(guān)系的研究制定列車運(yùn)行圖的編制原則。根據(jù)列車的運(yùn)行規(guī)律和運(yùn)行圖的編制原則,對列車運(yùn)行圖進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)總旅行時(shí)間最小技術(shù)站列車接續(xù)時(shí)間最小機(jī)車總消耗時(shí)間最小數(shù)學(xué)建模。在E本v課a題lu中a,t結(jié)i合o遺n傳o算n法ly的.特點(diǎn),構(gòu)造利于遺傳ed

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Aspo算s法e優(yōu).化S的li數(shù)d學(xué)e模s型f。or

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Profile約束Cop?yr區(qū)i間g列h車t運(yùn)2行0時(shí)0間4約-束2.0列1車1停A站s時(shí)p分o約s束e、P列t車y間L隔t時(shí)d間.約束、同向列車越行條件約束、車站間隔時(shí)間約束、列車單獨(dú)占用聯(lián)弧約束、列車禁停約束、敵對徑路約束、機(jī)車乘務(wù)組工作時(shí)間約束、天窗時(shí)間約束、列車到發(fā)時(shí)刻特殊要求約束、車站到發(fā)線約束11數(shù)字簽名:一段唯一標(biāo)識發(fā)送者并保證它所簽署的消息完整性的數(shù)字代碼課題研內(nèi)容⑵遺傳算法 構(gòu)造染色體以及遺傳算子（選擇、雜交、變異）。針對編圖中不同的優(yōu)化問題,例如列車始發(fā)點(diǎn)分配、推線計(jì)算、運(yùn)行圖標(biāo)準(zhǔn)控制檢查、越行會車點(diǎn)處理、列車接續(xù)、到發(fā)線安排、摘掛小運(yùn)轉(zhuǎn)方案等問題,要針對具體的問題設(shè)計(jì)染色體及遺傳算子,以使優(yōu)化結(jié)果、優(yōu)Ev化a速lu度a達(dá)ti到o最n佳on。ly.ed究with

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Ltd.12課題研內(nèi)容(3)列車運(yùn)行圖計(jì)算機(jī)自動編制將運(yùn)行圖問題分解為若干個(gè)子問題,分步驟、分階段求解。列車運(yùn)行圖初始布點(diǎn)列車初始布點(diǎn)就是計(jì)算線路交會點(diǎn)（基點(diǎn)）的列車始鋪到發(fā)點(diǎn)方案,均衡合理的確定列車在基點(diǎn)站的到發(fā)點(diǎn)方案,是計(jì)算機(jī)編制實(shí)際使用價(jià)值,而且與機(jī)車交路、車站設(shè)備能力、車站作業(yè)進(jìn)度始發(fā)列車車次分配列車運(yùn)行圖Ev的a重l要u的a一t環(huán)i,o直n接o影n響l著y列.車運(yùn)行圖的編制質(zhì)量與ed究with

Aspose和.車S流l來i源d有es關(guān)。for

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ProfileCopyri?g確h定t列2車0初0始4布-2點(diǎn)011

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Ltd.處理直通列車接續(xù)13課題研究內(nèi)容(4)列車運(yùn)行圖計(jì)算機(jī)自動編制路網(wǎng)分解為子線路此,路網(wǎng)存在分解為子線路的可能性。列車運(yùn)行圖的編制在通常情況下簡化為旅行時(shí)間最小的單目標(biāo)規(guī)劃問題。由于目前尚未有較好的求解大規(guī)模時(shí)刻表規(guī)劃的優(yōu)化算法,因此本課題采取通過局部的多次優(yōu)化來實(shí)現(xiàn)全局優(yōu)化。而在鐵路的不同線路上運(yùn)行的列車,在線路交會點(diǎn)有間隔約束、進(jìn)路約束、到發(fā)線約束以及接續(xù)時(shí)間約束等E,v在a線lua路的t其i他o地n方o則n幾ly乎.不發(fā)生任何約束。因ed

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Profile選擇基點(diǎn)(主要干線交會點(diǎn)、有大量列車產(chǎn)生或消失的編組Copyr站i以g及ht局間2分00界4口-等2)0將1路1網(wǎng)A分s解p為o相se對獨(dú)P立ty的子Lt線d路.。14課題研內(nèi)容(5)列車運(yùn)行圖計(jì)算機(jī)自動編制對子線路求解在生成列車始鋪到發(fā)點(diǎn)方案以及路網(wǎng)分解的基礎(chǔ)上,對相對獨(dú)立的子線路分別建模,采用優(yōu)化算法求解各個(gè)子線路。機(jī)車周轉(zhuǎn)圖編制由于機(jī)車應(yīng)用質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到列車運(yùn)行圖的編制質(zhì)量,需要同步編制機(jī)車周轉(zhuǎn)圖。最有代表性的是把機(jī)車周機(jī)車看成活動。機(jī)車周轉(zhuǎn)圖的鋪畫,實(shí)質(zhì)上是把資源分配通過網(wǎng)絡(luò)變換把二維分配問題模型轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)流模型,用求網(wǎng)絡(luò)最小費(fèi)用最大流方法求解。實(shí)際上,牽引機(jī)車的機(jī)車分配與應(yīng)用方式,與列車的性質(zhì)、種類和運(yùn)行方向等因素有關(guān)。因此在建立機(jī)車周轉(zhuǎn)圖優(yōu)化模型時(shí),必須按牽引機(jī)車類型及運(yùn)用方式等特點(diǎn)進(jìn)行分類。尋求最優(yōu)機(jī)車周轉(zhuǎn)圖,就是使機(jī)車不牽引列車時(shí)在站停留時(shí)間最短。轉(zhuǎn)圖歸結(jié)E為v二a維l分ua配t問i題o,n把o到n達(dá)ly機(jī).車看作資源,把出發(fā)ed究withAspose給.活S動li。d目e前s的f算o法r有.采N用E解T分3配.模5型C的l特ie殊n匈t牙P利r算o法f,ileCopyright

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Ltd.15擬解決關(guān)鍵問題

提出滿足列車運(yùn)行圖編制規(guī)則的數(shù)學(xué)模型。列車運(yùn)行圖編制的自動化。Evaluation

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Ltd.16第三部分課題的研究意義、國內(nèi)外現(xiàn)狀分析課題研究目標(biāo)、研究內(nèi)容、擬解決的關(guān)鍵問題擬采取的研究方法、技術(shù)路線、及可行性研究課題的創(chuàng)新性計(jì)劃安排、預(yù)期進(jìn)展和預(yù)期成果完成論文所具備的條件Evaluation

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Ltd.17擬采取研究方法 以列車行駛規(guī)律和運(yùn)行圖編制原則為基礎(chǔ),構(gòu)造利于遺傳算法優(yōu)化的運(yùn)行圖模型,將運(yùn)行圖問題分解為若干個(gè)子問題分步E驟va、lu分a階ti段on求o解nl,y.實(shí)現(xiàn)列ed的with

As車po運(yùn)se行.S圖l編id制es的f自or動.化NE。T

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Ltd.18技路線 研究過程可以借鑒國內(nèi)外在列車運(yùn)行圖計(jì)算機(jī)自動編制發(fā)展中的研究成果,同時(shí)對比其它方法,如數(shù)學(xué)規(guī)劃；人工智能；模型,使之適合采用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化吸取上述方E法va中l(wèi)u的at有i益on思o(jì)想nl并y.結(jié)合遺傳算法特ed術(shù)with

As點(diǎn)po提se出.S自l己id的es見f解or。.具NE體T的3.技5術(shù)Cl路i線en為t

ProfileCo?p是yr對i現(xiàn)gh有t的2編00圖4技-2術(shù)0加11以A改s進(jìn)po或s者e擴(kuò)Pt展y,L改td造.數(shù)學(xué)19可行研究可行性分析本課題從提高列車運(yùn)行圖自動編制的智能化出發(fā),著眼于實(shí)用原則,得到了西南交通大學(xué)博士創(chuàng)新基金的支持；展開,該所具有多位計(jì)算機(jī)自動編圖領(lǐng)域的專家,本課題工作Ev將a在lu西a南ti交o通n

大on學(xué)l交y.通信息技術(shù)研究所ed性withAspo工se作.結(jié)Sl果i將de在s國f家or高.性N能ET計(jì)3算.中5心Cl(成ie都n)t驗(yàn)P證ro,f因ileCop此yr本i項(xiàng)gh目t研2究00有4較-2強(qiáng)0的11核A心s技po術(shù)s支e撐Pt和y實(shí)L現(xiàn)td手.段。20課題創(chuàng)新性

在全面分析列車運(yùn)行需求的基礎(chǔ)上提出一種與優(yōu)化方法相結(jié)合的數(shù)學(xué)模型；在列車運(yùn)行圖計(jì)算機(jī)自動編圖中的關(guān)鍵問題中引入遺傳Ev算al法ua,t提io出n新on的ly優(yōu).化方案,提高ed的with

Asp列os車e.運(yùn)S行l(wèi)i圖de計(jì)s算fo機(jī)r編.N制ET的3智.5能C化li。ent

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Ltd.21第五部分課題的研究意義、國內(nèi)外現(xiàn)狀分析課題研究目標(biāo)、研究內(nèi)容、擬解決的關(guān)鍵問題擬采取的研究方法、技術(shù)路線、及可行性研究課題的創(chuàng)新性計(jì)劃安排、預(yù)期進(jìn)展和預(yù)期成果完成論文所具備的條件Evaluation

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