2016博士学位论选题报告

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交通信息工程及控制研究方并行计算理论及其应用基于遗传算E法va的lu列at车io运n

o行nl图y.编制优化研究ed

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ProfileCopy报ri告ght

200罗4-201瑜1

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Ltd.人内容提要课题的研究意义、国内外现状分析课题研究目标、研究内容、拟解决的关键问题拟采取的研究方法、技术路线、及可行性研究课题的创新性计划安排、预期进展和预期成果完成论文所具备的条件Evaluation

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Ltd.2内容提要 列车运行图是用来表示列车在铁路区间运行及在车站到发或通过时刻的技术文件,它规定各次列车占用区间的程序,列车在每个车站的到达和出发（或通过）时刻,列车在区间的运行时间,列车在车站的停站时间以及机车交路、种因素制约、技术性强的综合性计划,是全路列车重量和E长va度l等ua,ti它on是o铁nl路y运.输工作中受多ed

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As组po织s列e.车Sl运id行e的s

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Ltd.3课题的研究意义急需进一步提高,以提高编图效率和质量,为铁路适应市场提供强有力的技术支撑手段。这 计算机编制列车运行图是铁路信息化的重要组成部分,国内外在该方面已进行大量的研究,取得了很大的成果,为本课题的研究提供了理论和实践基础。 目前,计算机编制列车运行图在国内已取得一定进展,并E得va到l大ua规ti模on应o用nl,y但.其智能化程度ed

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ProfileC使op得y本ri课gh题t的20研04究-具20有11了A实sp用os意e义Pt。y

Ltd.4国外究现状 国外研究利用计算机编制列车运行图,一般始于上个世纪五十年代后期。 前苏联从上世纪五十年代后期开始,对计算机编制列车运行图进行了大量的研究工作。前苏联采用的基础算法是模拟人工方法,以实用为原则,不追求运行图式。近年来日本采用人工智能与专家系统相结合的方式。 美国从上世纪五十年代后期对计算机编图进行研究,主要的技术路线是计算机模拟和逻辑判断。最优,应用计E算va机l代ua替t人io工n繁o琐nl的y运.算工作,在计算ed研with

As机po给s定e.方S案li的d基es础f上o进r行.N人E工T调3.整5直C至li满e意nt。ProfileC日op本y从ri1g96h0t年2开0始04研-究20,1日1本As主p要os采e用P人ty机L对t话d.的方5外究现状 与此同时,国外也开展了建立数学模型开发相应算法,实现运行图局部甚至全局优化的研究。目前比较典型的就是数学规划模型和人工智能。国Evaluation

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Ltd.6国内究现状 我国研究计算机编图始于上世纪六十年代初期,主要是在研究所和大学中展开。 铁路科学院运输所首先在1962年开始进行列车运行图的研究,此阶段主要是按照人工编图的过程和特点制定机器编图的规则和步骤,铺画单线非平行运行图。七十年代以后进行了全路直通客车方案的研究。得了很大的成绩。哈尔滨铁路局Ev、a兰lu州a铁ti道o学n院on、l北y.方交大等科研院所ed研withAs从po上s世e.纪S七li十d年es代f初o开r始.N对E计T算3.机5编C图li进e行nt研P究r,of取ileC西op南y交ri通g大ht学2从0上04世-纪20八1十1年As代p开os始e了P计ty算L机t编d.图的研究。1993年投入实际运用的“复线列车运行图计算机系统”,在我国第一次实现了计算机编制枢纽列车运行图和复线干线上的方向列车运行图。7国内外究现状国内外计算机编图方法数学规划沿用数学逻辑推断,对于结构明确、能定量描述的系统,可以求得最优解。而列车运行图编制由于定量、定性因素错综复杂,不能完全由数学模型描述清楚。并且由于所建的数学模型过于庞大,鉴于目前计算机速度、容量以及算法的局限,用纯数学模型解出满意实用的列车运行图还难以做到。人工智能（专家系统）描述。这种方法接近实际,其结果明确了当,但由于专家系统过于局限于规则,对于列车运行图编制这样的大规模组合问题在建立知识库和搜索知识方面存在较大困难。模拟方法对人类逻辑思维与数学方法进行结合,可以同时考虑定量与定性因素。其质量与效果在很大程度上取决于判别规则和执行过程设计的合理性与全面性。Evaluation

only.ed研withAspos•e总.结S了li编d图e人s员f的o实r践.工N作E经T验3,.是5人C类l逻ie辑n思t维P的r直o接fileCopyright

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Ltd.8第二部分课题的研究意义、国内外现状分析课题研究目标、研究内容、拟解决的关键问题拟采取的研究方法、技术路线、及可行性研究课题的创新性计划安排、预期进展和预期成果完成论文所具备的条件Evaluation

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Ltd.9课题究目标 从列车运行的需求出发,系统化描述保证列车安全、快捷运行的各种必要条件,提出相应的数学模型,并在此基础上采用E遗va传lu算a法ti对on此o模nl型y.展开优ed研withAs化po研se究.S,l以id达es到f实or用.目NE标T。3.5ClientProfileCopyright

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Ltd.10课题研究内容⑴列车运行图的数学模型列车运行图是全路与运输有关各单位的综合工作计划。因此,在编制运行图过程中,要从全局出发,统筹兼顾,正确处理列车运行与技术站作业之间的关系、列车运行与机车交路之间的关系、运输与施工之间的关系等等。根据对以上关系的研究制定列车运行图的编制原则。根据列车的运行规律和运行图的编制原则,对列车运行图进行目标函数总旅行时间最小技术站列车接续时间最小机车总消耗时间最小数学建模。在E本v课a题lu中a,t结i合o遗n传o算n法ly的.特点,构造利于遗传ed

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Aspo算s法e优.化S的li数d学e模s型f。or

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Profile约束Cop•yr区i间g列h车t运2行0时0间4约-束2.0列1车1停A站s时p分o约s束e、P列t车y间L隔t时d间.约束、同向列车越行条件约束、车站间隔时间约束、列车单独占用联弧约束、列车禁停约束、敌对径路约束、机车乘务组工作时间约束、天窗时间约束、列车到发时刻特殊要求约束、车站到发线约束11数字签名:一段唯一标识发送者并保证它所签署的消息完整性的数字代码课题研内容⑵遗传算法 构造染色体以及遗传算子（选择、杂交、变异）。针对编图中不同的优化问题,例如列车始发点分配、推线计算、运行图标准控制检查、越行会车点处理、列车接续、到发线安排、摘挂小运转方案等问题,要针对具体的问题设计染色体及遗传算子,以使优化结果、优Ev化a速lu度a达ti到o最n佳on。ly.ed究with

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Ltd.12课题研内容(3)列车运行图计算机自动编制将运行图问题分解为若干个子问题,分步骤、分阶段求解。列车运行图初始布点列车初始布点就是计算线路交会点（基点）的列车始铺到发点方案,均衡合理的确定列车在基点站的到发点方案,是计算机编制实际使用价值,而且与机车交路、车站设备能力、车站作业进度始发列车车次分配列车运行图Ev的a重l要u的a一t环i,o直n接o影n响l着y列.车运行图的编制质量与ed究with

Aspose和.车S流l来i源d有es关。for

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ProfileCopyri•g确h定t列2车0初0始4布-2点011

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Ltd.处理直通列车接续13课题研究内容(4)列车运行图计算机自动编制路网分解为子线路此,路网存在分解为子线路的可能性。列车运行图的编制在通常情况下简化为旅行时间最小的单目标规划问题。由于目前尚未有较好的求解大规模时刻表规划的优化算法,因此本课题采取通过局部的多次优化来实现全局优化。而在铁路的不同线路上运行的列车,在线路交会点有间隔约束、进路约束、到发线约束以及接续时间约束等E,v在a线lua路的t其i他o地n方o则n几ly乎.不发生任何约束。因ed

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Profile选择基点(主要干线交会点、有大量列车产生或消失的编组Copyr站i以g及ht局间2分00界4口-等2)0将1路1网A分s解p为o相se对独P立ty的子Lt线d路.。14课题研内容(5)列车运行图计算机自动编制对子线路求解在生成列车始铺到发点方案以及路网分解的基础上,对相对独立的子线路分别建模,采用优化算法求解各个子线路。机车周转图编制由于机车应用质量的优劣直接影响到列车运行图的编制质量,需要同步编制机车周转图。最有代表性的是把机车周机车看成活动。机车周转图的铺画,实质上是把资源分配通过网络变换把二维分配问题模型转化为网络流模型,用求网络最小费用最大流方法求解。实际上,牵引机车的机车分配与应用方式,与列车的性质、种类和运行方向等因素有关。因此在建立机车周转图优化模型时,必须按牵引机车类型及运用方式等特点进行分类。寻求最优机车周转图,就是使机车不牵引列车时在站停留时间最短。转图归结E为v二a维l分ua配t问i题o,n把o到n达ly机.车看作资源,把出发ed究withAspose给.活S动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拟解决关键问题

提出满足列车运行图编制规则的数学模型。列车运行图编制的自动化。Evaluation

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Ltd.16第三部分课题的研究意义、国内外现状分析课题研究目标、研究内容、拟解决的关键问题拟采取的研究方法、技术路线、及可行性研究课题的创新性计划安排、预期进展和预期成果完成论文所具备的条件Evaluation

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Ltd.17拟采取研究方法 以列车行驶规律和运行图编制原则为基础,构造利于遗传算法优化的运行图模型,将运行图问题分解为若干个子问题分步E骤va、lu分a阶ti段on求o解nl,y.实现列ed的with

As车po运se行.S图l编id制es的f自or动.化NE。T

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Ltd.18技路线 研究过程可以借鉴国内外在列车运行图计算机自动编制发展中的研究成果,同时对比其它方法,如数学规划；人工智能；模型,使之适合采用遗传算法进行优化吸取上述方E法va中lu的at有i益on思o想nl并y.结合遗传算法特ed术with

As点po提se出.S自l己id的es见f解or。.具NE体T的3.技5术Cl路i线en为t

ProfileCo•p是yr对i现gh有t的2编00图4技-2术0加11以A改s进po或s者e扩Pt展y,L改td造.数学19可行研究可行性分析本课题从提高列车运行图自动编制的智能化出发,着眼于实用原则,得到了西南交通大学博士创新基金的支持；展开,该所具有多位计算机自动编图领域的专家,本课题工作Ev将a在lu西a南ti交o通n

大on学l交y.通信息技术研究所ed性withAspo工se作.结Sl果i将de在s国f家or高.性N能ET计3算.中5心Cl(成ie都n)t验P证ro,f因ileCop此yr本i项gh目t研2究00有4较-2强0的11核A心s技po术s支e撑Pt和y实L现td手.段。20课题创新性

在全面分析列车运行需求的基础上提出一种与优化方法相结合的数学模型；在列车运行图计算机自动编图中的关键问题中引入遗传Ev算al法ua,t提io出n新on的ly优.化方案,提高ed的with

Asp列os车e.运S行li图de计s算fo机r编.N制ET的3智.5能C化li。ent

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Ltd.21第五部分课题的研究意义、国内外现状分析课题研究目标、研究内容、拟解决的关键问题拟采取的研究方法、技术路线、及可行性研究课题的创新性计划安排、预期进展和预期成果完成论文所具备的条件Evaluation

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