[發明專利]基于到發車流接續差鄰域搜索法的技術站間貨物列車協同配流優化方法

在審

• 申請號: 202211022034.1
• 申請日: 2022-08-24
• 公開（公告）號: CN115438845A
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 薛鋒;李海;楊曉明;程代兵;單霄;王金成;吳林鴻
• 申請（專利權）人: 西南交通大學;國家鐵路局市場監測評價中心
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/08
• 代理公司: 北京云嘉湃富知識產權代理有限公司 11678
• 代理人: 劉士暢

1.一種基于到發車流接續差鄰域搜索法的技術站間貨物列車協同配流優化方法，其特征在于，包括：

模型構建：設置目標函數，構建相鄰技術站間考慮列車解編時間隨機性與出發時刻柔性約束的隨機機會約束規劃模型；

模型求解：將機會約束轉化為確定性等價類，再基于到發車流接續差的鄰域搜索算法實現相鄰技術站的協同配流。

2.根據權利要求1所述的基于到發車流接續差鄰域搜索法的技術站間貨物列車協同配流優化方法，其特征在于，所述目標函數如下：

minG＝G₁+G₂ (1)

3.根據權利要求2所述的基于到發車流接續差鄰域搜索法的技術站間貨物列車協同配流優化方法，其特征在于，約束規劃模型的約束條件包括：列車解體時刻約束、列車編組時刻約束、車流接續約束、列車滿軸約束、協同配流約束和出發列車編組內容調整約束。

4.根據權利要求3所述的基于到發車流接續差鄰域搜索法的技術站間貨物列車協同配流優化方法，其特征在于，所述約束條件具體如下：

(A)列車解體時刻約束：

對于解體順序為Y_h的到達列車，其最早解體時刻為列檢結束時刻，且該列車實際解體時刻不得早于該列車列檢結束時刻，由于列車解體時間為服從正態分布的隨機變量，因此機會約束式(6)以一定概率α成立，同時，該列車實際解體時刻也必須早于前一解體列車的解體結束時刻：

(B)列車編組時刻約束：

對于編組順序為Z_l的出發列車，其最晚編組結束時刻為該列車出發時刻減去出發技術作業檢查時間，且該列車實際編組結束時刻不得晚于其最晚編組結束時刻；由于列車編組時間為服從正態分布的隨機變量，因此機會約束式(10)以一定概率β成立，同時，該列車實際編組結束時刻也必須早于后一列車的開始編組時刻：

(C)車流接續約束:

①單個技術站內，如果到達列車i能夠為出發列車j提供接續車流，則出發列車j的編組開始時刻必須大于到達列車i的解體結束時刻:

式中M為一個較大的常數；

②到達列車i為出發列車提供的車流組號為k的列車數不能超過該到達列車包含的對應車組數量:

③到達列車i為出發列車j提供的車流必須是j列車所包含的車組:

該式中M可以取值為出發列車j的編成輛數；

(D)列車滿軸約束：

出發列車j要想成功發出，至少滿足滿重或滿長其中一個滿軸約束；

(E)協同配流約束：

如果前一個技術站的出發列車j對應后一個技術站的到達列車i”且能夠為后一個技術站的出發列車j'提供接續車流，則應滿足：

(F)出發列車編組內容調整約束：

如果后一個技術站的出發列車j'不滿足列車出發滿軸約束，且前一個技術站存在丟線列車j，對應為后一個技術站的到達列車i”，同時前一個技術站未配流成功的車流中存在與后一個技術站的出發列車j'編組內容相同的車流，則考慮對前一個技術站的丟線列車編組內容進行調整，該調整應滿足：

前一個技術站出發列車j編組內容未進行調整前：

前一個技術站出發列車j編組內容調整后：

其中，O表示技術站，其中O＝1為前一個技術站，O＝2為后一個技術站，i為到達列車，i＝1,2,…,n；j為出發列車，j＝1,2,…,m；為技術站O的到達列車i的到達時刻；為出發列車j的規定出發時刻；為技術站O的階段結束時刻；為技術站O的到達技術作業時間；為技術站O的出發技術作業時間；為技術站O的到達列車i的解體作業時間；為技術站O的出發列車j的編組作業時間；Y₁，Y₂，Y_h，…，Y_n為列車解體順序，對應列車到達順序i＝1,2,…,n的一種排列；Z₁，Z₂，Z_l，…，Z_m為列車編組順序，對應列車出發順序j＝1,2,…,m的一種排列；為技術站O的出發列車j偏離正點時間，其值為正表示晚點發車，其值為負，表示該列車提前發車；為技術站O的到達列車i的最早解體開始時刻；為技術站O的到達列車i的實際解體開始時刻；為技術站O的到達列車i的解體結束時刻；為技術站O的出發列車j的編組開始時刻；為技術站O的出發列車j的最晚編組結束時刻；為技術站O的出發列車j的實際編組結束時刻；為0-1變量，當技術站O內到達列車i能夠為出發列車j提供接續車流時，其值取1，否則為0；k表示車流組號，K為全部車流組號集合，表示技術站O的到達列車i為出發列車j提供的車流組號為k的車輛數；表示技術站O的到達列車i中車流組號為k的車流總數；為0-1變量，表示出發列車j是否含有k編組去向，如果包含取1，否則為0；為0-1變量，表示出發列車j調整編組內容后是否含有k'編組去向，如果包含取1，否則為0；和為技術站O的出發列車j對應最大車輛數和最小車輛數；和為技術站O的出發列車j對應最大換重和最小換重；w_k表示車流組號k的車組對應換重；為0-1變量，表示技術站O出發列車j是否滿足最小編成輛數要求；為0-1變量，表示技術站O出發列車j是否滿足最小換重要求；為0-1變量，表示技術站O出發列車j是否成功發出，是取1；L_CD為相鄰技術站之間的距離；v為貨物列車運行速度。

5.根據權利要求4所述的基于到發車流接續差鄰域搜索法的技術站間貨物列車協同配流優化方法，其特征在于，所述的基于到發車流接續差的鄰域搜索算法具體包括以下步驟：

步驟1、依據列車到發時刻，出發列車調整值各類技術作業時間，分別計算出相鄰兩個技術站的理想到發接續車流矩陣；

步驟2、選定初始解，以各技術站當前列車到發順序作為列車解編順序，進行配流，得到初始解Z，令初始Z_best＝Z，Z_now＝Z，將列車到發順序作為初始最優解編順序，當前最優解編順序；

步驟3、計算最優解編順序下，實際到發接續車流矩陣，到發接續車流差矩陣，并找出到發接續車流差矩陣中所有大于0的位置，生成解編調整點候選集U，同時u₁為候選集中的第一個調整點，調整點總數為N_TZ；

步驟4、鄰域構造，從解編調整候選集U中依次選取調整點u_i，每次只針對其中一個點進行鄰域構造，初始時i＝1，對選出的解編調整點進行計算，得出最優解編順序下，該點對應到達列車解體順序調整對應解體時間提前量，結果為n行1列的列向量，以及該點對應出發列車編組順序調整對應編組時間推遲量，結果為1行m列的行向量；同時計算出解編調整點對應的到達列車與出發列車之間的接續時間差CZ，該值為負，從時間變化矩陣中找到滿足變化值恰好大等于該點列車接續時間差絕對值的所有合適的列車解編順序調整量，從而生成當前解的領域；

步驟5、當前解的更新，依次將所有鄰域解的配流結果與當前解進行比較，如果鄰域解結果好于當前解，則將該鄰域解結果賦值給當前解Z_now，相應的解編順序作為當前解編順序，如果沒有鄰域解結果好于當前解，則保持當前結果不變不變；

步驟6、如果i＜N_TZ，令i＝i+1，返回步驟4，如果i＝N_TZ，判斷Z_now與前一最優解Z_best大小，如果Z_now＜Z_best，令Z_best＝Z_now，最優解編順序更新為Z_now對應解編順序，返回步驟3；否則，輸出Z_best，Z_best對應列車解編順序，得到技術站配流結果；

步驟7、根據單技術站配流結果，對后一站未能成功發出的列車進行優化，考慮協同配流約束與列車出發時刻調整約束，判斷能否通過調整前一站出發列車出發時刻及編組內容，從而實現兩技術站協同配流，如果不存在，輸出兩技術站單獨配流結果，算法結束；如果存在，計算出相應列車出發調整時刻并對出發列車編組內容進行調整，同時返回步驟1，重新進行計算，得到協同配流結果，算法結束。