高速铁路列车开行方案备选集关键技术研究与系统开发
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摘要
列车开行方案影响因素较多,直接求解和优化非常困难。列车开行方案备选集有助于高效地求解列车开行方案,给开行方案优化提供合理的求解空间。关于列车开行方案备选集,国外已取得了一定的研究成果,而国内这方面的研究还比较少见。因此,本文对高速铁路列车开行方案备选集进行了积极探索。
本文对国内外有关于列车开行方案备选集的研究进行了分析和总结,对开行方案备选集的要素进行了界定,深入研究了备选集的生成方法及应用方法,构建了列车开行方案备选集评价指标,并且设计开发列车开行方案备选集计算机管理系统,应用系统进行案例分析。论文主要研究工作如下：
1、对列车开行方案备选集进行定义,界定备选集包含列车起讫点、列车径路、列车速度等级、列车编组、列车频率、列车推荐级别、车流匹配效用这七个要素,并与开行方案进行比较,设计备选集的表现形式。
2、采用“先要素生成,再整体生成”的研究思路研究备选集的生成。即先研究各要素的生成确定问题,后研究备选集的整体生成。对列车开行模式进行了初步的研究和总结。采用了基于节点重度和主成分分析法的方法研究了客运节点等级划分。借鉴网络工程学中路由器和子网的概念,提出了基于设置交叉节点和划分子网的铁路网络路径搜索方法。研究了列车起讫点和列车径路的生成,列车编组和速度等级的确定。给出应用双向递归算法的乘车方案搜索方法、车流匹配效用计算方法、列车频率计算方法和列车推荐级别确定方法。基于单要素的分析,研究备选集的生成目标和生成策略,最后提出备选集的整体生成方法。
3、给出由备选集到初始列车开行方案的生成方法,其中以确定列车频率和停站方案为重点。构建了四项无量纲的列车开行方案备选集总体评价指标和五项单项评价指标。
4、基于以上的研究,设计和开发了列车开行方案备选集计算机管理系统。系统采用Visual Studio2008为开发平台,C#为开发语言,结构层次清晰。最后以京沪高速铁路及与相关线路为案例背景,使用系统求解出了相应的列车开行方案备选集和初始开行方案,取得了较好的效果。
Line planning is main matter of the organization of railway passenger transportation. It can reflect the business strategy and service quality of passenger transport. Line planning is very hard to solve and optimize directly. Potential line set can help to solve line planning efficiently, and also be beneficial to line planning optimization. So, key technologies of potential line set are deeply researched in this article.
According to the current research, definitions of potential line set elements are given in this paper. Generation and application methods about potential line set are deeply researched and its evaluation system is constructed as well. The major topics are as follows:
1. Current research on potential line set is analyzed and summarized. Potential line set is defined, and it includes seven elements. They are train OD, path, speed, formation, frequency, recommended level, effectives between train and flow.
2. Using the method—"Analyze element and then synthesize systematically", the generation of potential line set is researched. Firstly study three issues (train mode, classification of passenger transport nodes and railway network path search). Solve train origin, destination and path, consider flow, and generate train stops, frequency, formation, speed, effectiveness and recommended level, then form complete potential line set.
3. Potential line set application is researched and generation method of initial train plan using potential line set is given out. Nine evaluation indexes of potential line set are built.
4. Based on the research above, potential line set computer management system with clear structure levels and desired functions is designed and developed by using Visual Studio2008C#. Then use Beijing-Shanghai high-speed railway and with related railways as case background, solve the corresponding potential line set and initial recommended train plan, and get a good result.
本文对国内外有关于列车开行方案备选集的研究进行了分析和总结,对开行方案备选集的要素进行了界定,深入研究了备选集的生成方法及应用方法,构建了列车开行方案备选集评价指标,并且设计开发列车开行方案备选集计算机管理系统,应用系统进行案例分析。论文主要研究工作如下：
1、对列车开行方案备选集进行定义,界定备选集包含列车起讫点、列车径路、列车速度等级、列车编组、列车频率、列车推荐级别、车流匹配效用这七个要素,并与开行方案进行比较,设计备选集的表现形式。
2、采用“先要素生成,再整体生成”的研究思路研究备选集的生成。即先研究各要素的生成确定问题,后研究备选集的整体生成。对列车开行模式进行了初步的研究和总结。采用了基于节点重度和主成分分析法的方法研究了客运节点等级划分。借鉴网络工程学中路由器和子网的概念,提出了基于设置交叉节点和划分子网的铁路网络路径搜索方法。研究了列车起讫点和列车径路的生成,列车编组和速度等级的确定。给出应用双向递归算法的乘车方案搜索方法、车流匹配效用计算方法、列车频率计算方法和列车推荐级别确定方法。基于单要素的分析,研究备选集的生成目标和生成策略,最后提出备选集的整体生成方法。
3、给出由备选集到初始列车开行方案的生成方法,其中以确定列车频率和停站方案为重点。构建了四项无量纲的列车开行方案备选集总体评价指标和五项单项评价指标。
4、基于以上的研究,设计和开发了列车开行方案备选集计算机管理系统。系统采用Visual Studio2008为开发平台,C#为开发语言,结构层次清晰。最后以京沪高速铁路及与相关线路为案例背景,使用系统求解出了相应的列车开行方案备选集和初始开行方案,取得了较好的效果。
Line planning is main matter of the organization of railway passenger transportation. It can reflect the business strategy and service quality of passenger transport. Line planning is very hard to solve and optimize directly. Potential line set can help to solve line planning efficiently, and also be beneficial to line planning optimization. So, key technologies of potential line set are deeply researched in this article.
According to the current research, definitions of potential line set elements are given in this paper. Generation and application methods about potential line set are deeply researched and its evaluation system is constructed as well. The major topics are as follows:
1. Current research on potential line set is analyzed and summarized. Potential line set is defined, and it includes seven elements. They are train OD, path, speed, formation, frequency, recommended level, effectives between train and flow.
2. Using the method—"Analyze element and then synthesize systematically", the generation of potential line set is researched. Firstly study three issues (train mode, classification of passenger transport nodes and railway network path search). Solve train origin, destination and path, consider flow, and generate train stops, frequency, formation, speed, effectiveness and recommended level, then form complete potential line set.
3. Potential line set application is researched and generation method of initial train plan using potential line set is given out. Nine evaluation indexes of potential line set are built.
4. Based on the research above, potential line set computer management system with clear structure levels and desired functions is designed and developed by using Visual Studio2008C#. Then use Beijing-Shanghai high-speed railway and with related railways as case background, solve the corresponding potential line set and initial recommended train plan, and get a good result.
引文
[1]聂磊等,客运专线运输组织技术[M],北京：北京交通大学出版社,2008.04：36-41
[2]付慧伶、聂磊等,基于备选集的高速铁路列车开行方案优化方法研究[J],铁道学报,2010,32(6)：1-8
[3]李力,高速铁路旅客列车开行方案研究[硕士学位论文],成都：西南交通大学,2010.3
[4]付慧伶、聂磊、杨浩、佟璐,高速铁路列车开行方案编制流程分析[J],铁道运输与经济,2009,31(10)：4-7
[5]Bussieck, M.R..Optimal lines in public rail transport[D]. Braunschweig, Germany: Technical Uiversity Braunschweig,1998.
[6]Bussieck, M.R, Linder, T., Liibbecke, M.E. A fast algorithm for near cost optimal lines plans. Mathematical Methods of Operations Research, 2004,59(3): 205-220.
[7]Claessens, M.T., van Dijk, N.M., Zwaneveld, P.J.,Cost optimal allocation of passenger lines. European Journal of Operational Research 1998,(110),474-489.
[8]Goossens, J.H.M, 2004b. Models and Algorithms for Railway Line Planning Problems [Dissertation], University of Maastricht.
[9]Bussieck, M., Winter, T., Zimmermann, U.,1997. Discrete optimization in public rail transport, TU Braunschweig.
[10]Scholl, S., 2005. Customer-oriented Line Planning [Dissertation], University of Kaiserslautern.
[11]Sonntag,H.,1977.Linienplanung im offentlichen Personennahverkehr [Dissertation], Technische Universitat Berlin, (in German).
[12]Bussieck, M., Linder, T., Liibbecke, M.,2004. A fast algorithm for near cost optimal lines plans. Mathematical Methods of Operations Research 59(3), 205-220. [13]Puhl, C., Stiller, S.,2007. The maximum capacity of a line plan is inapproximable. ftp://ftp.math.tu-berlin.de/pub/Preprints/combi/Report-028-2007.pdf.
[14]Bussieck, M., Winter, T., Zimmermann, U.,1997. Discrete optimization in public rail transport, TU Braunschweig.
[15]Scholl, S.,2005. Customer-oriented Line Planning [Dissertation], University of Kaiserslautern.
[16]付慧伶,高速铁路列车开行方案编制理论与方法研究[博士学位论文],北京交通大学,2010.10
[17]刘杰、何世伟、宋瑞等,基于运输方式备选集的多式联运动态路径优化研究,铁道学报,2011.10,33(10)
[18]陈钉均、张述能等,基于粗糙主成分析法的铁路网客运节点重要度决策,铁道运输与经济,2011.5,33(8)
[19]杜欣、牛永涛、韩宝明等,基于节点重要度的客运专线旅客列车开行方案,北京交通大学学报,2010.12,34(6)
[20]付慧伶、聂磊,基于枢纽的客运专线列车运行方案研究,综合运输,2008.7
[21]王爽、赵鹏、刘晨光,客运节点等级划分方法及列车开行方案求解策略研究,铁道学报,2011.3,33(3)
[22]刘晨光,快速客运网旅客列车运行区段确定方法研究[硕士学位论文],北京交通大学,2010.6
[23]王爽,快速客运网旅客列车开行方案编制理论与方法研究[博士学位论文],北京交通大学,2010.12
[24]王华,季令.我国铁路客运合理径路选择研究[J].上海铁道大学学报,1999,20(4)：51-54.
[25]史峰、马均培、向联慧等,客运中转径路的换乘模型和算法[J],铁道学报,1999,21(5)：1-4
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[27]付梦印,李杰,邓志红.限制搜索区域的距离最短路径规划算法.北京理工大学学报.24(10)：881-884.
[28]何胜学,范炳全.公交网络最优路径求解算法[J].交通运输工程与信息学报,2007,5(1)：22-27.
[29]荣玮,基于道路网的最短路径算法的研究和表现[D].武汉：武汉理工大学,2005.
[30]胡必松,基于列车开行方案的服务网络构建及路径搜索技术研究与系统开发[硕士学位论文],北京交通大学,2011.6
[31]张琦,客运专线列车开行模式确定方法,大连交通大学学报,2010.12,31(6)：6-10
[32]赵鹏、杨浩,京沪高速铁路列车开行模式的研究,北京交通大学学报,2006.6,30(3)：5-9
[33]张曙光,京沪高速铁路系统优化研究.北京中国铁道出版社.2009
[34]张铱莹、彭其渊,客运专线列车经济合理开行距离的研究.交通科技与经济.2006.33(1)：109-110
[35]谢美全,聂磊.周期性列车运行图编制模型研究.铁道学报.2009.31(4).7-13
[36]汪波,杨浩,张志华.基于周期运行图的京津城际铁路列车开行方案研究.铁道学报.2007.29(2).8-13
[37]周伟、姚志刚等,基于节点重要度的公路运输站场建设序列,长安大学学报(自然科学版),2006.3,26(2)
[38]贾强,晏克非等,基于节点重要度与交通区位的公路运输枢纽布局研究,山东交通 科技,2008.4：4-9
[39]邓延伟,基于评价指标体系的客运专线客流节点聚类分析,铁道运输与经济,32(5)：21-24
[40]缪江华、袁振洲等,综合评价法在确定公路网节点重要度中的应用,交通科技,2005.5
[41]林和平、杨晨,模糊主成分分析方法的研究与分析,航空计算技术,2006.6,36(6)：16-30
[42]余祖德、周明友等,基于模糊主成分分析法的供应商评价与选择决策,重庆交通学院学报,2006.6,25(3)：11-115
[43]周全、何先平,运用聚类分析法对我国农村居民人均纯收入的评估,湖北农业科学,2011.12,50(23)
[44]彭其渊等,客运专线运输组织,科学出版社,北京,2006
[45]张萧萧,高速铁路旅客列车开行方案评价方法及系统开发[硕士学位论文],北京交通大学,2011.6
[46]徐涛、王进勇,基于遗传算法的城际客运专线列车开行方案研究,铁道经济研究,2010.2：32-35
[47]颜颖、韩宝明等,高速铁路周期化列车开行方案研究,铁道运输与经济,2012,33(11)：35-39
[48]史峰、邓连波等,旅客列车开行方案的双层规划模型和算法,中国铁道科学,2007.28(3)：110-116
[49]史峰、周文梁等,基于弹性需求的旅客列车开行方案优化研究,铁道学报,2008.30(3)：1-6
[50]周文梁、史峰等,客运专线网络列车开行方案与运行图综合优化方法,铁道学报,2011.33(2)：1-7
[51]Keivan Ghoseiri,Ferenc Szidarovszkya,Mohammad Jawad Asgharpour, A multi-objective train scheduling model and solution, Transportation Research Part B:Methodological, 2004.12(38):927~952
[52]Bo-Liang Lina,Zhi-Mei Wang,Li-Jun Jia,etc,Optimizing the freight train connection service network of a large-scale rail system,Transportation Research Part B: Methodological,2012.7(46):649~667
[53]Yu-Hern Chang, Chung-Hsing Yeh,Ching-Cheng Shen, A multiobjective model for passenger train services planning: application to Taiwan's high-speed rail line,2000.2(34):91~106
[54]马金虎,Visual C#图形图像编程之一——基础知识及基本绘图方法,电脑编程技巧与维护,2004.8：12-16
[55]刘文东,GDI+技术在编程实践中的应用,无线互联科技,2011.5：24-25
[56]李志学,基于C#.NET的Excel表格数据访问与创建,基于C#.NET的Excel表格数 据访问与创建,2011.2：75-77
[57]王二暖,基于C#的Excel 2010文档自动生成系统,脑编程技巧与维护,2011.21：25-26
[58]李忠雄等,基于C#.NET的学生信息管理系统设计与实现,电脑与电信,2011.7：52-53
[2]付慧伶、聂磊等,基于备选集的高速铁路列车开行方案优化方法研究[J],铁道学报,2010,32(6)：1-8
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