區(qū)段站到發(fā)線運(yùn)用優(yōu)化研究

摘 要：在既有的站場(chǎng)技術(shù)設(shè)備、技術(shù)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和列車運(yùn)行圖等條件確定的情況下，為提高鐵路運(yùn)輸組織效率，通過(guò)構(gòu)建整數(shù)規(guī)劃模型，對(duì)到發(fā)線運(yùn)用問(wèn)題進(jìn)行求解。以到發(fā)線占用時(shí)間最短為優(yōu)化目標(biāo)，以到發(fā)線占用滿足時(shí)空沖突、單一列車占用單一到發(fā)線為約束，使用遺傳算法進(jìn)行求解。通過(guò)構(gòu)建到發(fā)線占用時(shí)間片，疏解列車與到發(fā)線占用時(shí)空沖突。研究表明，本文建立的整數(shù)規(guī)劃模型可行，并具有較高的求解效率，能較好地對(duì)到發(fā)線占用問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：區(qū)段站；到發(fā)線運(yùn)用；遺傳算法

中圖分類號(hào)：O224 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）08-0124-02

Study on the Optimization of the Application of the

Section Station to the Hair Line

LIU Yuan

（Zhengzhou Railway Bureau Xinxiang Branch，Xinxiang Henan 453000）

Abstract： In order to improve the efficiency of railway transportation organization， the integer programming model is applied to solve the problem of arrival and departure line operation under the condition that the existing station technology equipment， technical operation standard and train diagram and other conditions are determined. Taking the shortest occupation time of arrival line as the optimization objective， we use genetic algorithm to solve the problem of occupying line occupancy to meet the conflict of time and space， single train occupancy to single line. The time - space conflict between the train and the hair line is solved by building up the time slice of the hair line.

Keywords： section stations；use of hair line；genetic algorithm

隨著列車運(yùn)行速度的不斷提高，鐵路干線通過(guò)能力的差距在不斷擴(kuò)大，鐵路車站技術(shù)作業(yè)效率已經(jīng)成為提高列車通過(guò)能力的瓶頸。鐵路區(qū)段站主要承擔(dān)著鐵路運(yùn)輸任務(wù)的到發(fā)解編，是運(yùn)行線上的重要運(yùn)輸節(jié)點(diǎn)。在既有的站場(chǎng)技術(shù)設(shè)備、技術(shù)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和列車運(yùn)行圖等條件確定的情況下，對(duì)到發(fā)線運(yùn)用進(jìn)行優(yōu)化能顯著提高鐵路區(qū)段站的作業(yè)效率。

1 問(wèn)題描述

區(qū)段站到發(fā)線運(yùn)用問(wèn)題優(yōu)化研究需滿足以下基本條件[1]：①某列車只可占用一條到發(fā)線；②某到發(fā)線只可占用一列列車；③接發(fā)車及調(diào)車進(jìn)路占用咽喉區(qū)時(shí)間、空間不相互沖突。

2 到發(fā)線模型的建立

2.1 模型定義

某區(qū)段站某到發(fā)場(chǎng)每日接發(fā)列車集合為N，[N=N1，N2，N3，…，Nn]，[i∈1，n]，[n]代表每日到達(dá)列車總數(shù)，[Ni]代表第[i]列到達(dá)的列車；到發(fā)線集合為M，[M=M1，M2，M3，…，Mm]，[j∈1，m]，m代表到發(fā)場(chǎng)到發(fā)線總數(shù)，[Mj]代表第[j]條到發(fā)線；咽喉區(qū)進(jìn)路集合為Y，[Y=Y1，Y2，Y3，…，Yy]，[k∈1，y]，[k]代表咽喉區(qū)進(jìn)路總數(shù)，Yk代表咽喉區(qū)第y條進(jìn)路。

2.2 到發(fā)線占用因素分析

在研究區(qū)段站到發(fā)線運(yùn)用問(wèn)題時(shí)，需明確占用到發(fā)線及咽喉區(qū)的時(shí)間關(guān)系。影響占用到發(fā)線及咽喉區(qū)時(shí)間的因素包括：列車等級(jí)、列車進(jìn)路的選擇、機(jī)車交路、列檢作業(yè)、貨檢作業(yè)、列車技術(shù)作業(yè)類別、列車到達(dá)時(shí)間和列車出發(fā)時(shí)間。

根據(jù)以上影響因素建立區(qū)段站列車信息集，設(shè)區(qū)段站到達(dá)第i列列車Ni包含以下信息：

[Ni=N1i，N2i，N3i，N4i，N5i，N6i，N7i，N8i，N9i] （1）

[N1i]代表列車等級(jí)，[N2i]代表接車方向及進(jìn)路選擇，[N3i]代表發(fā)車方向及進(jìn)路選擇，[N4i]代表機(jī)車換乘或換掛狀態(tài)，[N5i]代表是否需要列檢作業(yè)，[N6i]代表是否需要貨檢作業(yè)，[N7i]代表列車是否到達(dá)解體或編組始發(fā)，[N8i]代表到達(dá)時(shí)間，[N9i]代表出發(fā)時(shí)間。

2.3 區(qū)段站到發(fā)線運(yùn)用模型的建立

建立以到發(fā)線占用時(shí)間最短為優(yōu)化目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型。

[Z=i=1nN9i-N8i] （2）

其中：

[N9i-N8i0] （3）

[j=1mxij=1] （4）

[j=1myij=1] （5）

式（3）中，[N8i]表示到達(dá)時(shí)間，[N9i]表示出發(fā)時(shí)間，本式表示列車出發(fā)時(shí)間要大于等于到達(dá)時(shí)間。式（4）中，[xij]表示列車占用到發(fā)線的關(guān)系，若列車Ni占用到發(fā)線j則[xij=1]，否則[xij=0]，本式表示列車只可占用一條到發(fā)線。式（5）中，[yij]表示超限列車是否占用固定到發(fā)線，若超限列車Ni接入可接發(fā)超限列車的到發(fā)線j，則[yij=1]，否則[yij=0]，本式表示超限列車只可接入固定到發(fā)線。

3 到發(fā)線問(wèn)題算法研究

遺傳算法是一種基于隱式表達(dá)解空間的方法，其中優(yōu)化問(wèn)題的解空間并沒(méi)有相對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)形式，而只是通過(guò)設(shè)計(jì)染色體的編碼規(guī)則，使染色體經(jīng)過(guò)遺傳操作后有可能對(duì)應(yīng)解空間中的任一解，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)解空間進(jìn)行搜索。到發(fā)線運(yùn)用模型是一個(gè)二次0-1規(guī)劃模型，約束條件較為復(fù)雜，具有空間和時(shí)間二維特性。遺傳算法作為一種智能算法，能夠很好地優(yōu)化發(fā)線運(yùn)用問(wèn)題。

3.1 編碼

建立模型和染色體之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將到發(fā)線占用關(guān)系通過(guò)染色體的形式表達(dá)出來(lái)。由于二進(jìn)制編碼具有操作簡(jiǎn)單易行的優(yōu)點(diǎn)，采用二進(jìn)制編碼形式，構(gòu)建有n列列車的集合，集合中每個(gè)元素代表該列車占用的到發(fā)線。

3.2 設(shè)計(jì)遺傳算子

采用最佳保留選擇的選擇方式，將種群中的最優(yōu)個(gè)體完整復(fù)制給下一代種群，這樣做能保證迭代過(guò)后，最終選擇的染色體是歷次迭代中的最優(yōu)個(gè)體。采用均勻交叉的方式，將兩個(gè)配對(duì)的個(gè)體每個(gè)基因座上的基因都已相同的交叉概率進(jìn)行交換，從而形成兩個(gè)新的個(gè)體。采用基礎(chǔ)為變異，每一個(gè)基因座上的值都具有相同的變異概率。完成變異操作后，根據(jù)時(shí)間片的對(duì)應(yīng)關(guān)系，判斷出染色體是否可行，若不可行，則刪除此條染色體，并重新生成新的染色體。

4 案例分析

新鄉(xiāng)車站南運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)上行到發(fā)場(chǎng)銜接新菏線、新焦線、京廣上行外包線，擁有到發(fā)線9條，主要承擔(dān)京廣上行線、新菏線、新焦線到達(dá)解體和編組始發(fā)列車的到發(fā)解編。其中，新焦線日均發(fā)車81列，新菏線日均到達(dá)66列，京廣上行外包線日均到發(fā)139列。南運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)上行到發(fā)場(chǎng)每日最繁忙時(shí)段為12：00—15：00，對(duì)此進(jìn)行到發(fā)線運(yùn)用優(yōu)化。為簡(jiǎn)化計(jì)算，假設(shè)到發(fā)場(chǎng)內(nèi)有股道時(shí)，立即接受后方站預(yù)告，本站技術(shù)作業(yè)后，向前方站預(yù)告時(shí)，前方站立即接受預(yù)告。

遺傳算法的參數(shù)設(shè)置：迭代次數(shù)為350代，種群規(guī)模取60，交叉概率取0.74，變異概率取0.03。利用MATLAB軟件進(jìn)行計(jì)算并得到帕累托解。

以到發(fā)線占用時(shí)間最短為優(yōu)化目標(biāo)，經(jīng)計(jì)算，12：00—15：00時(shí)段內(nèi)，列車占用時(shí)間優(yōu)化后為18：14，較優(yōu)化前的23：20，占用時(shí)間減少了21.9%。

5 結(jié)論

對(duì)于區(qū)段站到發(fā)線運(yùn)用問(wèn)題，考慮到列車技術(shù)作業(yè)對(duì)接發(fā)列車的影響，并利用時(shí)間片表達(dá)列車約束關(guān)系，提高計(jì)算效率。通過(guò)構(gòu)建以占用到發(fā)線時(shí)間最短為優(yōu)化目標(biāo)的到發(fā)線優(yōu)化模型，設(shè)計(jì)了遺傳算法進(jìn)行求解。通過(guò)案例分析表明，構(gòu)建的模型和算法能夠達(dá)到整體優(yōu)化區(qū)段站到發(fā)線運(yùn)用的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉源.高鐵站到發(fā)線運(yùn)用模型與算法[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2015（4）：69-73.