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内蒙古自治区呼和浩特市赛罕区大学西街235号 邮编: 010021
作者单位:北京交通大学
学位级别:博士
导师姓名:刘世峰
授予年度:2019年
学科分类:12[管理学] 0202[经济学-应用经济学] 02[经济学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 020205[经济学-产业经济学] 081104[工学-模式识别与智能系统] 08[工学] 082303[工学-交通运输规划与管理] 0835[工学-软件工程] 0811[工学-控制科学与工程] 0812[工学-计算机科学与技术(可授工学、理学学位)] 0823[工学-交通运输工程]
主 题:铁路货物门到门运输 经由设计 复杂系统建模与仿真 群集智能算法 多目标优化
摘 要:随着铁路货运组织改革的实施和铁路公司制改革的坚定不移地推进,推动国铁企业由运输生产型向运输经营型转型发展,铁路货运将全面走向市场,促使铁路运输企业提高运输质量和效益,以扎实深入推进铁路运输供给侧结构性改革,全面提高铁路运输供给质量和供给效率,推动各种交通方式优势互补、融合发展,从而进一步降低全社会物流成本。铁路运输企业扩展货物站到站运输到门到门运输,经由设计变得更为复杂,面对新的复杂的实际应用环境,利用已被广泛应用于各种实际应用领域的群集智能算法,在合理的时间内给出优化结果,为铁路运输企业经由设计提供决策支持,以降低系统的运输成本和运输时间,具有理论意义和实际应用价值。本文在综述群集智能算法并分析其在铁路货物门到门运输经由设计问题中的适应性后,分析铁路货物门到门运输全过程,以铁路整车货物门到门运输为具体研究对象,构建铁路整车货物门到门运输经由设计系统优化模型,并应用改进的离散多目标群集智能算法和改进的连续多目标群集智能算法分别求解该模型,进而考虑资源可扩展,假设始发站和终到站的位置未知或待确定,构建资源扩展型铁路整车货物门到门运输经由设计系统优化模型,并应用改进的连续多目标群集智能算法求解该扩展模型,定量和定性对比分析改进的算法的优化性能,并将改进的算法获得的优化结果输入到Simio中仿真分析。主要研究内容为:首先,综述群集智能算法及其应用和改进。从单目标优化和多目标优化两个角度,从优化算法与优化问题关系的本质上和群集智能算法在实际应用中得到实践检验两个方面,分析群集智能算法应用于求解铁路货物门到门运输经由设计问题的适应性。在总结介绍多目标优化特点、技术以及性能度量后,提出改进覆盖率,并基于快速非支配排序方法提出多目标优化种群熵用于衡量多目标优化算法寻优过程中种群的多样性。其次,从复杂系统和多agent建模的角度详细分析了铁路货物门到门运输过程后,按照作业成本法的基本要求,将铁路货物门到门运输过程划分为发送、运行、中转、到达和两端服务共五个作业环节。根据文献和实际需求确定运输成本和运输时间为铁路货物门到门运输经由设计的关键影响因素,并按照作业成本法的基本要求,确定每个作业环节的作业量指标及其作业量计算公式,以及每个作业环节的作业时间计算公式。基于铁路运输企业的角度,以铁路整车货物门到门运输为具体研究对象,从系统上构建为多个托运人安排其货物的始发站和终到站的最小化系统运输成本和运输时间的铁路整车货物门到门运输经由设计系统优化模型。再次,将选取的随机蛙跳算法和智能水滴算法与路径重连算法结合,并引入随机块插入、随机块交换与2-opt三种随机多邻域排序结构和随机替换、随机生成与随机关键替换或生成三种随机多邻域分配结构,提出改进的多目标随机蛙跳算法和改进的多目标智能水滴算法。基于柔性作业车间调度问题离散编码系统,改进的多目标随机蛙跳算法和改进的多目标智能水滴算法,应用于求解柔性作业车间调度问题基准实例,验证其性能。基于铁路货物门到门运输经由设计问题离散编码系统,改进的多目标随机蛙跳算法与改进的多目标智能水滴算法,应用于求解本文构建的铁路整车货物门到门运输经由设计系统优化模型。然后,从优化参数设置、改进个体位置更新公式和引入变异操作等方面,改进多相粒子群优化算法和量子行为粒子群优化算法,提出改进的多目标多相粒子群优化算法和改进的多目标量子行为粒子群优化算法。基于柔性作业车间调度问题连续编码系统,改进的多目标多相粒子群优化算法和改进的多目标量子行为粒子群优化算法,应用于求解柔性作业车间调度问题基准实例,验证其求解组合优化问题性能。基于铁路货物门到门运输经由设计问题连续编码系统,改进的多目标多相粒子群优化算法和改进的多目标量子行为粒子群优化算法,应用于求解本文构建的铁路整车货物门到门运输经由设计系统优化模型。定量和定性对比分析四种改进的多目标群集智能算法的性能,并将优化结果输入到Simio中仿真分析,验证改进的算法的性能。最后,考虑资源可扩展,假设始发站和终到站的位置未知或待确定,构建资源扩展型铁路整车货物门到门运输经由设计系统优化模型,探讨铁路整车货物门到门运输中铁路和公路的运输距离的变化对系统优化的影响。改进的多目标多相粒子群优化算法和改进的多目标量子行为粒子群优化算法,经过ZDT函数实例验证其求解连续优化问题性能后,基于资源扩展型铁路货物门到门运输经由设计问题编码系统,应用于求解资源扩展型铁路整车货物门到门运输经由设计系统优化模型。定量和定性对比分析资源扩展型模型与原模型的优化结果,并将资源扩展型模型的优化结果输入到Simio仿真软件中,验证改进的算法的性能。本文从复杂系统的角度,对铁路货物门到门运输经由设计进行建模与仿真,并通过改进的多目标群集智能算法求解,丰富了铁路货物门到门运输经由设计和群集智能算法的研究,提供铁路运输企业的铁路货