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作者

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铁路分组货物列车编组计划的遗传算法研究

铁路分组货物列车编组计划的遗传算法研究

引用

作者：左武中南大学

学位级别：硕士

良好的货物列车编组计划能缓和铁路运输能力紧张、加速车辆周转、降低运输耗费。货物列车编组计划的优化有利于提高铁路行车组织工作的技术水平,对提高铁路运输的运输效率和服务水平具有重要意义。本文主要讨论了技术站货物列车编组计... 详细信息

良好的货物列车编组计划能缓和铁路运输能力紧张、加速车辆周转、降低运输耗费。货物列车编组计划的优化有利于提高铁路行车组织工作的技术水平,对提高铁路运输的运输效率和服务水平具有重要意义。本文主要讨论了技术站货物列车编组计划的优化问题。首先从技术站货物列车编组计划的研究背景入手,分析了国内外货物列车编组计划问题的研究现状,介绍了单组列车编组计划和分组列车编组计划的编制问题。作为铁路车流组织的主要形式之一,分组列车具有能减少货车集结时间、减轻途中调车作业负荷和加速车辆周转等优点,引出了在技术站货物列车编组计划中同时考虑单组列车和分组列车这样两种车流组织形式的必要性,并建立了基于技术效益最大化的一体化的货物列车编组计划数学模型。通过对该编组计划的数学模型中一体化列车编组计划方案数的分析可以看到,随着方向上技术站数目的增多,一体化列车编组计划方案数呈现出组合爆炸。因此,模型的求解必须采用现代启发式方法来进行。考虑到遗传算法简单通用、鲁棒性强、不依赖初始解、全局寻优能力强等优点,设计了单亲遗传算法、双亲遗传算法和双亲自适应遗传算法分别求解同一算例的单组列车编组计划和一体化列车编组计划问题,并在Visual C++6.0平台上实现了该算法。最后,分别比较了三种遗传算法的搜索性能和单组列车编组计划与一体化编组计划的技术耗费。通过优化算法的比较,可以看出:带随机扰动机制的双亲自适应遗传算法在求解列车编组计划方面具有优良的特性,能使问题得到较优的满意解;同时,一体化列车编组计划较单组列车编组计划而言,可以获得更大的技术效益。

关键词：铁路货物运输列车编组计划分组列车编组计划遗传算法

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求解货物列车编组计划问题：肯尼亚规划铁路网案例研究

求解货物列车编组计划问题：肯尼亚规划铁路网案例研究

引用

作者： Leonard Kibet Tonui 北京交通大学

学位级别：硕士

本文以肯尼亚规划铁路网为案例,对货物列车编组计划问题进行了模型构建及求解。肯尼亚规划铁路网的各条线路将在2020年,2025年以及2040年分阶段建成。针对铁路网的不同规划年度,本文将货物列车编组计划问题构建为网络设计问题。所构建... 详细信息

本文以肯尼亚规划铁路网为案例,对货物列车编组计划问题进行了模型构建及求解。肯尼亚规划铁路网的各条线路将在2020年,2025年以及2040年分阶段建成。针对铁路网的不同规划年度,本文将货物列车编组计划问题构建为网络设计问题。所构建的数学模型属于整数非线性规划模型,本文采用优化软件LINGO 11.0的全局求解器进行求解。优化模型旨在最小化路网中所有铁路货车的时间消耗(总车小时消耗)。规划铁网的货物发送量和到达量数据来自于可行性研究报告,基于此数据,本文采用重力模型的方法来进行交通分布推算并获得货流的O-D矩阵。通过求解模型,本文可以获得规划铁路网货物列车编组计划问题的全局最优解。此最优解可直接用于铁路运营和规划过程中的决策支持。对于规划年度2040年来说,路网包含9个技术站,模型的最优解表明:为了满足路网的货运需求,每天需要提供26个直达去向。在这26个直达去向中,10个去向为非相邻技术站间开行的。对于规划年度2025年来说,每天需要提供2个直达去向,其一为从蒙巴萨到马拉巴,列车开行频率为3.44列/天;另一为从蒙巴萨到内罗毕,列车开行频率为4.60列/天。而对于近期规划年度2020年来说,每天则需要提供一个从蒙巴萨到内罗毕的直达列车服务,其开行频率为3.61列/天。利用本文优化方法所获得的计算结果可用于指导铁路网运营规划,亦可作为未来关于肯尼亚规划铁路网运营规划研究的基本框架。尽管本文所采用的传统求解器以及全局求解模块功能强大并能对小规模路网在极短时间内求取最优解,但是这种方法也存在局限性:当路网规模较为复杂或网络规模较大时,求解复杂的非线性模型会花费非常长的时间,尤其是需要获取全局最优解时。针对这些路网,巧妙设计的快速启发式算法能在较短的时间内求取质量可接受的解,这也是未来值得继续研究的问题。

关键词：列车编组计划铁路网优化整数非线性规划铁路货物运输列车连接服务肯尼亚

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铁路货运通道上的列车编组计划优化方法研究

铁路货运通道上的列车编组计划优化方法研究

引用

作者：魏夏琦太原理工大学

学位级别：硕士

本文研究了铁路货运通道上的列车编组计划优化问题。列车编组计划规定了列车的编组内容,即如何将车流组织成列流。编组计划在铁路货运组织过程中处于核心地位。铁路货运通道是铁路网络的骨干网,货运通道具有车流强度大,容易形成拥堵等特... 详细信息

本文研究了铁路货运通道上的列车编组计划优化问题。列车编组计划规定了列车的编组内容,即如何将车流组织成列流。编组计划在铁路货运组织过程中处于核心地位。铁路货运通道是铁路网络的骨干网,货运通道具有车流强度大,容易形成拥堵等特点,因此货运通道上的运能成为制约整个铁路网络运能的瓶颈。本文的工作通过研究优化货运通道上的编组计划从而提升货运通道上的运能、降低运输成本,对于提升整个铁路网络的运输能力,节约能耗具有重要意义。目前我国铁路货物运输编组计划主要依靠人工操作来执行,一般研究基于整个路网,造成模型规模庞大且算法优化速度慢,优化效果一般的问题。针对上述问题建立了货运通道上的单组列车编组计划与分组列车编组计划优化问题的相关数学模型,并设计了贪婪策略算法和遗传算法对模型进行求解,数值实验表明,本文提出的优化算法运算速度更快,且能够有效降低货物运输过程中的时间成本消耗。本文的研究内容和结论包括:(1)针对单组列车编组计划问题,建立了货运通道上的单组列车编组计划模型,并设计两种基于贪婪策略的迭代算法。在研究单组列车编组计划问题时,已有的关于一般铁路网络的列车编组计划的研究结果应用于铁路货运通道时,由于在建模时未充分考虑铁路货运通道本身的特点以及车流特征,算力资源消耗较大且优化效果一般。针对上述问题本文建立了以站内时间成本为主要优化目标的铁路货运通道上的单组列车编组计划优化模型,并且为该模型设计了两种基于贪婪策略的迭代算法。通过数值实验表明,与常用的遗传算法比较,本文所采用的方法平均节省时间成本14%,且平均计算用时降低约20%。(2)关于分组列车编组计划问题,传统分组列车编组计划模型的求解结果是在单组列车编组计划模型的求解结果上进行优化的,每个子问题的全局最优解只局限于其本身,造成分组列车模型难以找到全局最优解。针对上述问题本文分析了分组列车编组计划模型的各环节,以每列分组列车的欠轴车流量作为约束条件,建立了分组列车与单组列车的综合优化模型。在分组列车与单组列车的综合优化模型中,设计基于贪婪策略的迭代算法对模型进行求解,相比于遗传算法,本文所采用的方法在最终综合优化模型中平均节省时间成本14.4%,且平均计算用时降低约30%。

关键词：列车编组计划铁路货运通道时间成本贪婪策略

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基于分支定价算法的路网列车编组计划优化研究

基于分支定价算法的路网列车编组计划优化研究

引用

作者：李德义北京交通大学

学位级别：硕士

铁路运输与其他运输方式相比具有运量大、运输成本低、速度快、绿色环保等优点。货物列车编组计划是铁路货物运输组织的基础性技术文件,决定路网上所有重空车流如何从发站输送至到站,是影响铁路货物运输效率最重要的关键因素。因此,列... 详细信息

铁路运输与其他运输方式相比具有运量大、运输成本低、速度快、绿色环保等优点。货物列车编组计划是铁路货物运输组织的基础性技术文件,决定路网上所有重空车流如何从发站输送至到站,是影响铁路货物运输效率最重要的关键因素。因此,列车编组计划优化问题具有非常重要的现实意义。本文以路网列车编组计划为研究对象,在总结分析国内外相关研究成果的基础之上,对路网列车编组计划优化问题进行了探索。论文具体工作和结论如下:(1)对列车编组计划相关理论进行了研究。首先,对列车编组计划的概念、编制原则和编制流程进行介绍,在此基础之上对货物列车编组计划涉及到的关键因素进行了分析,最后通过对路网列车编组计划问题规模的讨论,说明了其求解的复杂性,为路网列车编组计划优化模型的建立奠定了基础。(2)建立了路网列车编组计划0-1整数规划模型。将列车编组计划问题转化为网络优化问题,基于图论的相关概念对问题进行抽象,以集结时间成本、运行时间成本、中转时间成本之和最小为目标建立路网列车编组计划优化模型。设计了小规模路网的算例,采用数学规划软件Lingo编程求解,通过该算例验证了模型的正确性。(3)基于分支定价算法的求解算法设计和实现。针对模型的特点,基于分支定价算法的基本思想设计了求解算法,具体包括模型的D-W分解策略、初始可行列的生成、限制主问题的求解、价格子问题的求解以及分支策略的设计。采用C#语言对算法编程实现,并通过对小规模路网的求解验证了算法的正确性以及求解效率。(4)基于实际路网的列车编组计划案例计算与结果分析。基于路网性编组站对全国货运铁路网进行简化,得到了包含14个大型编组站的简化路网,采用实际货运需求数据对简化路网的列车编组计划进行了求解,并从可行性、优化效果和算法效率三个方面对结果进行了分析,证明了本文提出的模型和算法具有一定的实用价值。另外,通过对包含40个编组站的较大规模路网的求解,证明本文提出的优化方法在路网规模进一步扩大情况下依然具有较好的优化效果。

关键词：路网列车编组计划车流组织列生成算法分支定价算法优化

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车辆集结与改编时间不确定条件下列车编组计划优化研究

车辆集结与改编时间不确定条件下列车编组计划优化研究

引用

作者：王妗西南交通大学

学位级别：硕士

随着经济发展,全国各地的货物运输往来更为频繁,铁路运输作为主要运输方式之一,需要承担大量运输需求。铁路固定设施的改造、扩建需要耗费大量的时间和成本,因此,在既有路网的基础上,优化运输组织方式,提高货物运输效率,增强运输时效性... 详细信息

随着经济发展,全国各地的货物运输往来更为频繁,铁路运输作为主要运输方式之一,需要承担大量运输需求。铁路固定设施的改造、扩建需要耗费大量的时间和成本,因此,在既有路网的基础上,优化运输组织方式,提高货物运输效率,增强运输时效性是当务之急。列车编组计划作为车流组织的具体体现,其优劣程度直接影响货物运输效率。本文内容如下: (1)分析总结了国内外既有研究关于列车编组计划的研究资料,对列车编组计划问题的编制原则与流程、关键因素与问题规模进行了总结概括,为后续建立列车编组计划的优化编制模型奠定了理论基础。 (2)对车辆集结时间与改编时间的不确定性进行分析。一方面,从车组到达时刻、车组到达间隔、到达车组数量和残存车数的随机性对车辆集结时间的不确定性进行分析,对车辆集结时间的波动范围进行估计。另一方面,对车辆改编时间的不确定性进行分析,主要分析了解体时间与编组时间的随机性,进而对车辆改编时间进行估计,为后续模型建立了提供理论依据。 (3)采用随机规划与模糊规划的方法考虑车辆集结与改编时间的不确定性,以列车在路网运行的总成本最小为目标函数,构建了路网列车编组计划编制优化模型。 (4)结合粒子群算法与拉格朗日算法的基本思想,设计列车编组计划模型求解算法。以粒子群算法作为主体框架,引入变异算子增强粒子的空间搜索能力,获得列车开行方案,再在每次迭代过程中引入拉格朗日松弛乘子,求得相应的车流分配方案,通过算例验证算法的实用性。 (5)以成都局区域路网构造算例,设计简化路网,从可行性和效果两方面分析结果,表明本文提出的列车编组计划优化模型和求解算法在路网列车编组计划上有良好的应用价值。

关键词：列车编组计划集结时间改编时间粒子群算法拉格朗日松弛算法

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考虑车流量波动的技术站列车编组计划优化研究

考虑车流量波动的技术站列车编组计划优化研究

引用

作者：李佳蒙中国铁道科学研究院

学位级别：硕士

随着我国铁路规模的不断扩大,尤其是高速铁路的快速建设和逐步成网,平行既有线的通道能力得到充分释放,同时“公转铁”政策带来新机遇,铁路货物运输的优势越来越明显,在提高运能的同时也对货物运输组织提出了更高的要求。作为指导货运... 详细信息

随着我国铁路规模的不断扩大,尤其是高速铁路的快速建设和逐步成网,平行既有线的通道能力得到充分释放,同时“公转铁”政策带来新机遇,铁路货物运输的优势越来越明显,在提高运能的同时也对货物运输组织提出了更高的要求。作为指导货运生产的核心技术文件之一,列车编组计划的编制质量对铁路运输组织效率及供给质量具有本质影响。目前我国铁路列车编组计划的制定将车流量、集结时间、改编时间等关键技术参数考虑为固定参数,忽略了这些参数波动实际对列车编组计划“最优性”的影响,当固定参数与实际波动参数存在较大偏差时最优列车编组计划方案难以保持最优。因此,有必要研究将关键技术参数的不确定性考虑到列车编组计划优化问题中。在铁路货运生产实际中,车流受货运需求的波动、车流的接续状况等多因素影响存在高度不确定性,本文考虑车流量波动的实际情况,对技术站列车编组计划优化问题进行了研究分析,主要研究内容如下: (1)分析了包括随机优化、鲁棒优化、分布式鲁棒优化和分布式鲁棒机会约束优化等在内的四种处理车流量不确定性的方法,通过分析四种方法的优缺点并结合波动车流量的特点,确定采用分布式鲁棒机会约束优化方法对车流量的不确定性进行数学处理。 (2)以路网总的集结消耗和改编消耗最小为优化目标,考虑车站能力、改编方案的唯一性和树形径路约束建立了传统基于确定车流量的列车编组计划优化模型,并在该确定性优化模型基础上采用分布式鲁棒机会约束优化方法,建立了基于波动车流量的列车编组计划优化模型,并通过相关理论推导证明将其中难以求解的概率约束转化为易于求解的等价约束。此外,根据模型特点设计了基于拉格朗日松弛原理的算法对模型进行求解。 (3)以华北区域实际简化路网为背景对上述确定性模型与分布式鲁棒机会约束优化模型及算法进行了实例分析,发现拉格朗日松弛算法能够实现快速求解。对两个模型的最优解进行对比分析,发现考虑车流量波动情况下的最优列车编组计划方案鲁棒性较强,更能适应日常车流的波动情况。通过实例分析证实了分布式鲁棒机会约束优化模型的可行性与正确性,表明将分布式鲁棒机会约束优化方法应用到车流量不确定下的列车编组计划优化问题中具有一定的理论应用价值。本文包括:图20幅,表24个,参考文献59篇。

关键词：列车编组计划车流波动分布式鲁棒机会约束拉格朗日松弛算法

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基于不确定参数的列车编组计划与车流径路综合优化研究

基于不确定参数的列车编组计划与车流径路综合优化研究

引用

作者：李宵寅西南交通大学

学位级别：硕士

车流组织是运输组织管理工作的基础和前提,货物列车编组计划是车流组织的具体体现。在过去的二十年中,列车编组计划的优化问题一直是热点问题,针对列车编组计划与车流径路的综合优化,更是近年来专家和学者们重点研究的对象。在传统的列... 详细信息

车流组织是运输组织管理工作的基础和前提,货物列车编组计划是车流组织的具体体现。在过去的二十年中,列车编组计划的优化问题一直是热点问题,针对列车编组计划与车流径路的综合优化,更是近年来专家和学者们重点研究的对象。在传统的列车编组计划优化方法中,影响编组计划优选的主要参数——车流量、货车集结时间、车辆改编额外消耗时间在优化过程中往往是假设固定不变的,而实际上这三个参数是随着时间的变化而波动的,这使得传统的列车编组计划优化模型所求得的“最优”编组方案在实际应用中无法达到所谓的“最优”效果。将编组计划中参数的波动性考虑到编组计划优化问题中,以寻求最优的编组方案和车流径路方案,不仅在实际运输生产中,而且在理论上都具有重要意义,这已成为车流组织研究领域中迫切需要解决的问题。本论文将车流量、货车集结时间、车辆改编额外消耗时间的波动性考虑到列车编组计划的优化问题中,利用随机模拟和模糊模拟中机会约束规划和模糊机会约束规划理论对参数的波动性进行数学处理,建立了基于不确定参数的单组技术直达列车编组计划与车流径路综合优化模型。对所建立的基于不确定参数的单组技术直达列车编组计划与车流径路综合优化模型进行了特征分析,重点进行了模型的退化,退化后的模型是目标函数为弱非线性、约束条件为弱非线性的0-1规划模型；之后针对模型的特点提出利用基于随机模拟的改进分枝定界算法来对模型求解,采用适合该模型的数学工具LINGO求解,并给出了求解模型的基本步骤。最后利用小型路网对模型和算法进行了检验,通过对未考虑和考虑车流量波动的两种情况进行模型求解发现,基于不确定参数比基于确定参数的列车编组计划与车流径路综合优化模型的最优解具有更高的稳定性,而且其优化算法的计算速度也令人满意。论文通过对参数波动情况下的编组计划与车流径路优化问题的系统研究,得出一些有益的结论,为车流组织优化提供了一种新的思路。但同时,鉴于作者的知识水平及时间的有限,考虑参数波动情况下的编组计划优化中还有很多问题需要完善和深入研究。

关键词：列车编组计划车流径路不确定参数随机模拟机会约束规划

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装车地直达列车编组计划近似优化研究

装车地直达列车编组计划近似优化研究

引用

作者：熊琴北京交通大学

学位级别：硕士

我国铁路大宗货物运输具有货流流向和流量明显而稳定的特征。随着社会经济的发展,日益旺盛的货运需求与我国铁路阶段能力不足的现状产生了矛盾。由于装车地直达运输是大宗货物运输的一种最合理、最基本的形式,而且装车地组织直达运输具... 详细信息

我国铁路大宗货物运输具有货流流向和流量明显而稳定的特征。随着社会经济的发展,日益旺盛的货运需求与我国铁路阶段能力不足的现状产生了矛盾。由于装车地直达运输是大宗货物运输的一种最合理、最基本的形式,而且装车地组织直达运输具有缓和铁路运输能力紧张、加速物资周转、降低运输成本等优势,因此,进行装车地列车编组计划优化是我国铁路货运的一种必然选择,对于国民经济持续快速协调健康发展具有重要的战略意义。本文主要讨论了装车地直达列车编组计划的优化问题。首先从确定直达运输效益的标准入手,分析了车流在装车区、途中和卸车区的费用消耗,以货物从开始集结到卸车结束过程中总换算车小时最小为优化目标,并以车流组织的唯一性条件和直达列车开行的必要条件等为约束,充分考虑了装车地直达列车的各种形式,构建了装车地直达运输非线性0-1综合优化模型,该模型还结合重载运输的特点,将重载运输作为装车地直达运输的一种特殊形式进行研究。在此基础上,针对阶梯直达列车和基地直达列车各自的组织特点,初步探讨了阶梯直达列车和基地直达列车开行方案优化方法,并建立阶梯直达列车开行方案优化模型。最后本文结合模拟算例,对装车地直达列车开行方案进行了具体的分析,验证了模型的有效性。另外,本文还专门分析了重载列车组织特点及其效益。文章最后提出应将装车地列车编组计划与技术站列车编组计划进行匹配调整,以取得系统效益最优。本文探讨了装车地车流组织优化,是在前人对始发直达列车开行方案优化研究的基础上,从货运市场的角度出发,以货物在装车地开始集结至到达卸车站卸车完毕整个过程中的换算车小时最小为优化目标,结合了装车地始发直达、阶梯直达和基地直达列车以及重载运输的组织特点,构建了相关模型。模型能够全面地描述装车地始发车流的各种组合,避免丢失更好的直达列车开行方案。本文的研究进一步丰富了装车地列车编组计划优化的理论,从而使得本文的研究具有一定的理论价值和现实意义。

关键词：装车地直达列车列车编组计划优化

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铁路装车地阶梯直达列车编组计划优化研究

铁路装车地阶梯直达列车编组计划优化研究

引用

作者：刘俊潇北京交通大学

学位级别：硕士

近年来,铁路建设融入了绿色环保发展的理念,国家大力提倡发展铁路运输,推动大宗货物和普通散货运输向铁路转移。在此背景下,提高货物运输效率、优化列车编组计划变得越来越重要。优化装车地阶梯直达列车列车编组计划是提高铁路货物运输... 详细信息

近年来,铁路建设融入了绿色环保发展的理念,国家大力提倡发展铁路运输,推动大宗货物和普通散货运输向铁路转移。在此背景下,提高货物运输效率、优化列车编组计划变得越来越重要。优化装车地阶梯直达列车列车编组计划是提高铁路货物运输效率的有效手段,装车地阶梯直达列车编组计划是铁路运输部门通过对装车地货流的统筹安排,以满足货物运输时效的需求,减轻沿途技术站的改编负担。优化装车地阶梯直达列车编组计划可以改善我国现阶段的铁路货运组织结构,加强货运营销工作,具有重要的发展意义。本文研究内容主要包括以下几个方面:(1)分析了装车地阶梯直达列车的发展趋势,概况了组织阶梯直达列车所需具备的条件,并着重剖析了直达卸车地的阶梯直达和送往非相邻技术站解体的阶梯直达两种典型组织模式的特点。(2)分别从装车站作业时间、在途中无改编作业节省时间、卸车站作业时间等方面分析了阶梯直达列车组织优化的机理,得出了阶梯直达列车适用于货流方向相对集中的多股货流组织的结论。(3)将货物作业点作业延误转化为相应的弧段消耗,设计阶梯直达组织过程中的车辆额外等待延误成本、装卸车的作业成本、途中车公里成本以及技术站改编成本之和最小化的目标函数。并研究了车流组织方案的唯一性约束、车流集结约束、车流接续约束、技术站能力等约束条件,最后构建了装车地阶梯直达列车编组计划的非线性0-1整数规划模型,为便于模型求解,对其进行线性化处理。(4)以京沪线南段沧州、泊头和东光组成的装车地为例,验证本文模型的可行性。首先,判断该区域是否适宜组织阶梯直达列车,然后将相关数据带入阶梯直达列车编组计划模型,借助优化软件LINGO求解,再通过扩大路网规模,验证软件的求解效率。结果表明,模型能够对各装车站车流分配方案、车流径路进行同时优化,为铁路运输部门制定阶梯直达列车编组计划提供参考。图28幅,表23个,参考文献65篇。

关键词：装车地阶梯直达列车列车编组计划直达列车车流组织线性化

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基于遗传算法的列车编组计划优化及变参数模型扩展

基于遗传算法的列车编组计划优化及变参数模型扩展

引用

作者：李鹏北方交通大学

学位级别：硕士

该文主要研究了技术站单组货物列车编组计划问题,重点分析了几个传统的列车编组计划优化模型,指出了它们各自的优点和不足.提出变参数编组计划概念,并详细分析了每一个变参数的意义,之后构造了两个基于变参数的编组计划模型.其中的变参... 详细信息

该文主要研究了技术站单组货物列车编组计划问题,重点分析了几个传统的列车编组计划优化模型,指出了它们各自的优点和不足.提出变参数编组计划概念,并详细分析了每一个变参数的意义,之后构造了两个基于变参数的编组计划模型.其中的变参数的编组计划模型,模型充分考虑了几种变参数的情况(集结参数随编组去向变化、改编费用随负荷变化而变化等),此外模型还考虑了调车线数量的模糊限制、车站改编能力的限制.

关键词：遗传算法列车编组计划变参数组合优化

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