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基于动态罚函数的铁路车流分配与径路优化模型

薛锋,刘泳博,户佐安,陈逸飞

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薛锋, 刘泳博, 户佐安, 陈逸飞. 基于动态罚函数的铁路车流分配与径路优化模型[J]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 2022, 57(5): 941-948, 959. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210226
引用本文: 薛锋, 刘泳博, 户佐安, 陈逸飞. 基于动态罚函数的铁路车流分配与径路优化模型[J]. 江南娱乐网页版入口官网下载安装学报, 2022, 57(5): 941-948, 959.doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20210226
XUE Feng, LIU Yongbo, HU Zuoan, CHEN Yifei. Railcar Traffic Distribution and Route Optimization Model Based on Dynamic Penalty Function[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2022, 57(5): 941-948, 959. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20210226
Citation: XUE Feng, LIU Yongbo, HU Zuoan, CHEN Yifei. Railcar Traffic Distribution and Route Optimization Model Based on Dynamic Penalty Function[J].Journal of Southwest Jiaotong University, 2022, 57(5): 941-948, 959.doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20210226

基于动态罚函数的铁路车流分配与径路优化模型

doi:10.3969/j.issn.0258-2724.20210226
基金项目:国家自然科学基金(61203175);四川省自然科学基金(2022NSFSC0471);四川省科技计划(2021YJ0067,2021YJ0077)
详细信息
    作者简介:

    薛锋(1981— ),男,副教授,博士,研究方向为运输组织理论与系统优化,E-mail:xuefeng.7@163.com

    通讯作者:

    户佐安(1979— ),男,副教授,博士,研究方向为运输组织理论与系统优化,E-mail:huzuoan@swjtu.edu.cn

  • 中图分类号:U292.3

Railcar Traffic Distribution and Route Optimization Model Based on Dynamic Penalty Function

  • 摘要:

    为解决铁路车流分配与径路优化模型中的难约束问题,避免群智能算法在应对该问题时难以求解的不足,提出了一种基于惩罚函数的约束优化方法. 首先,在车流分配及径路优化基本模型的基础上设置虚拟弧,在目标函数中增加惩罚项的方式松弛掉模型中的弧段能力约束,同时对惩罚项中的惩罚力度和惩罚因子设计动态更新的策略;然后,将改进灰狼算法(improved grey wolf algorithm,IGWO)应用于车流分配与径路优化模型的求解;最后,结合某一地区的路网数据,对改进前、后的模型和算法进行对比分析. 算例结果表明:与改进前的模型相比,引入惩罚项之后,IGWO可以在限定的范围内找到满足弧段能力约束的可行解;与灰狼算法(gray wolf algorithm,GWO)相比,IGWO计算所得的配流方案使OD (origin-destination)货流的平均绕行率和货物总走行公里数分别下降了2.6%和5.2%.

  • 图 1简化路网

    Figure 1.Simplified railway network

    图 2两种方式下初始种群的分布

    Figure 2.Distribution of initial population in two modes

    图 3编码操作

    Figure 3.Encoding operation

    图 4IGWO在求解模型Q的流程

    Figure 4.Flowchart of IGWO solving model Q

    图 5某区域简化路网

    Figure 5.Simplified railway network of a certain area

    图 6GWO和IGWO的求解示意

    Figure 6.Solution illustration of GWO and IGWO

    表 1路网相关参数

    Table 1.Railway network parameters

    弧段 里程/km 线路容量/
    ( × 104车)
    弧段 里程/km 线路容量/
    ( × 104车)
    (1,2) 210 300 (6,10) 246 300
    (1,4) 265 300 (6,11) 280 300
    (2,3) 232 300 (9,12) 503 300
    (2,6) 123 300 (10,11) 130 300
    (3,9) 480 380 (10,13) 115 300
    (4,5) 109 300 (11,12) 336 300
    (4,7) 190 300 (11,14) 218 300
    (5,6) 172 300 (13,14) 158 300
    (5,8) 149 380 (7,8) 117 380
    (6,9) 368 380 (8,10) 220 400
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    表 2年车流OD量

    Table 2.Annual OD volume of cargo flow

    发站 到站 年 OD 量/
    (× 104车)
    发站 到站 年 OD 量/
    ( × 104车)
    3 7 55 3 11 52
    7 9 35 10 3 40
    7 14 50 2 12 50
    12 7 45 4 9 45
    8 9 64 11 4 46
    8 12 52 5 13 70
    1 8 60 5 12 68
    1 14 40 14 5 62
    12 1 50 3 13 50
    3 8 65 10 1 45
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    表 3车流径路的优化方案

    Table 3.Optimization scheme of cargo flow route

    发站 到站 优化后的车流径路
    3 7 3→2→1→4→5→8→7
    7 9 7→8→5→6→2→3→9
    7 14 7→8→10→13→14
    12 7 12→11→6→2→1→4→7
    8 9 8→5→4→1→2→6→9
    8 12 8→5→6→9→12
    1 8 1→4→7→8
    1 14 1→4→5→8→10→13→14
    12 1 12→9→3→2→1
    3 8 3→9→6→10→8
    3 11 3→9→6→10→11
    10 3 10→6→2→3
    2 12 2→6→11→12
    4 9 4→7→8→10→6→9
    11 4 11→14→13→10→8→7→4
    5 13 5→8→10→11→14→13
    5 12 5→8→10→13→14→11→12
    14 5 14→11→6→5
    3 13 3→9→6→11→10→13
    10 1 10→6→2→1
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    表 4区间通过流量统计

    Table 4.Interval traffic statistics

    弧段 区间车流量/( × 104车) 线路利用率/%
    (1,2) 256 86.33
    (1,4) 264 88.00
    (2,3) 180 60.00
    (2,6) 279 93.00
    (3,9) 252 66.32
    (4,5) 119 39.67
    (4,7) 236 78.67
    (5,6) 149 49.67
    (5,8) 344 90.53
    (6,9) 328 86.31
    (6,10) 247 82.33
    (6,11) 207 69.00
    (9,12) 102 34.00
    (10,11) 172 57.33
    (0,13) 254 84.67
    (11,12) 163 54.33
    (11,14) 246 82.00
    (13,14) 274 91.33
    (7,8) 331 87.11
    (8,10) 384 96.00
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    表 5改进前后模型的车流总走行公里

    Table 5.Cargo flow kilometers before and after improving model

    模型 算法 车流总走行数/
    (车 • km)
    模型 P GWO 无法在限定范围内找
    到可行解
    IGWO
    模型 Q GWO 1132405
    IGWO 1073973
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    表 6两种算法的质量指标

    Table 6.Quality metrics for two algorithms

    算法 平均绕
    行率
    选择最短路径的
    OD 数/个
    车流总走行数/
    (车 • km)
    GWO 1.55 3 1132405
    IGWO 1.51 6 1073973
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出版历程
  • 收稿日期:2021-03-29
  • 修回日期:2021-12-13
  • 网络出版日期:2022-08-02
  • 刊出日期:2021-12-16

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