树枝形专用线取送车模型及算法
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f l ( x ) , l = 1 , 2,
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式中 , L 为与车站衔接的专用线总数。 otion 定义 4 函数 f locom b ( x ) 称为第 b 批取送作业调 机牵引车辆数查询函数 , 可以通过该函数求得在执行 方案 x 中第 b 批取送作业时调机牵引车辆数最大值。 函数形式如下:
Model and Algorithm of Taking - out and Placing - in Shunting on Branch -shaped Sidings
MU F eng, WANG Ci guang, XU E F eng
( School of T raf f ic and T ran sport at ion, Sout hw est Ji aot ong U niver sit y, Ch engdu 610031, C hina)
2
铁
[ 4]
道
学
报
第 31 卷
算法
对该模型进行求解。
1
问题的分析与描述
就取出车流的出发形式而言, 主要分为可随就近
专用线回到站内 ( 含分解完车组) 的时分。 ( 8) t完 id 表示车组 f c ( i d) 的货物作业完毕时分。 ( 9) t编 id 表示车组 f c ( i d) 取回站内后 , 所挂运列车 的最晚编组时分。 ( 10) t ( a) 为第 a 项取送作业挑选车组完毕时分 ( 若为取车作业 , 此为假设时分 ) 。 ( 11) t收 ( a) 为进行第 a 项取送作业时 , 在专用线 收集车辆完毕时分( 若为送车作业 , 此为假设时分 ) 。 1. 3 解的表示方法 解 x = { id 序号集合。例如 : x = { id 1 , id 2 , id 3 , , id A } 式中 , 下标表示取送作业的顺序序号 s( id ) , 而每一个 id p ( p = 1, 2, , A ) 唯一对应一个数组 , 有 f ( id p ) = ( i, j , q, m, c, t ) 该编码方式将一个时段内的全部取送作业视为整 体, 以便找出该时段的最佳取送车顺序。 1. 4 数学模型 为建立该问题的数学模型 , 引入同批取送作业、 专 s( i d) S } , 其中 S 为取送作业顺序
omotion f loc b : x
f locomotion b ( x ) , b = 1, 2 ,
unnecess
,B
, A } ; A 表示取送作业总数, 其中
定义 5
函数 f
( id ) 被称为不必要走行判断
取车和送车各计为一次作业。 ( 3) tid 表示编号为 id 的取送作业所对应车组所 需货物作业时间。 ( 4) 将挑选车组、 对货位、 收集车辆和分解车组的 作业时间分别假设为定值 g 00 、 g 01 、 g 10 和 g 11 。 ( 5) tid 表示取送作业 i d 对应车组解体完成时分; t 表示第 k 号出发列车允许的最晚编组时分。 ( 6) t ( a) 为调机进行第 a 项取送作业的实际入 线( 含对货位) 时分。 ( 7) t ( a) 为调机完成第 a 项取送作业后, 从相应
回 到 1 k 0
函数 , 其被用以判断车组 f c ( i d) 在取送作业过程中是 否产生不必要走行。当在同一批取送作业过程中, 调 机牵引车组 f c ( id) 从专用线 f j ( i d) 离开 , 去往其他若 干专用线进行取送作业后, 牵引车组 f c ( i d) 再次回到 专用线 f j ( id) 进行取送作业时, 车组 f c ( id) 便产生了 不必要走行, 则有 f 0。 定义 6 函数 f
收稿日期 : 2009 -02 -16; 修回日期 : 2009 -05 -18 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 ( 60776824) 作者简介 : 牟峰 ( 1980 ) , 男 , 四川成都人 , 博士研究生。 E -mail: circl eone1980@ hotm ail . com
第 31 卷 第 5 期 2 0 0 9 年 10 月
铁 道 学 报 JOU R NA L OF T H E CH IN A RA ILW A Y SO CI ET Y
V ol. 31 October
N o. 5 2009
文章编号 : 1001 - 8360( 2009) 05 -0001 - 07
Abstract: Based on t he char act ers of taking - o ut and placing - in shunt ing ( T PS) on branch - shaped siding s, the mat hemat ical m odel of T PS f or all kinds of w ag on f low in t he case o f several t rains arriving successively in the railw ay st at ion is built . In this paper , t he special shif t - mo ving shunting nam ed t he span - shift - m oving is de f ined, and it is seen as a mo de o f T P S. T he mo del can aut om atically select v ar io us suit able mode of T P S. T hrough calculat ing t he model, t he operat io n sequence, mom ent and number o f collect ion and deliv ery shunt ing can be found. T he t ime - dist ance ex pect at ion - heurist ic - inf orm at ion w eig ht is defined. It is used t o describe accu r at ely t he priorit y of operat ions of T P S and be heuristic in sear ching optim izat ion t o improv e the operat ion effi ciency of the alg orit hm . At last , an ef fect ive algor it hm mo del t aking advance of a skillful encoding m et hod is designed and called ACGA w it h self - adaptat ion adjustm ent of param et ers based on cloud m odels. T he simula t ion r esult show s t he validit y o f t he m odel and t he algorit hm. Key words: t aking - out and placing - in shunt ing; t ree - like sidings; A CGA; clo ud m odel 树枝形专用线是一种常见的专用线布置形式, 其 特点为调机在同一批取送车作业过程 中不必返回车 站, 且各线车辆入线时分不同 , 取回站内时分相同。对 于寻求树枝形专用线最佳取送车顺序的问题 , 已有一 定的研究成果[ 1- 3] , 这些成果以调机走行时间最短为总 的优化目标, 在某种取送作业方式和某种车流到发方 式下 , 将一列列车到达车站的情况抽象为一类特殊的 T SP 问题。但是 , 这些文献模型的建立没有考虑取送
树枝形专用线取送车模型及算法
牟
摘
峰,
王慈光,
薛
锋
610031)
( 西南交通大学 交通运输学院 , 四 川 成都
பைடு நூலகம்
要 : 基于树枝形专用线取送车作业的特点 , 针对多次列车 相继到达 车站情 况下各 种车流到 发方式 的取送 车
问题建立统一的数学模型。对一种特殊的调移作业 , 即 跨调作业 , 进行界 定 , 并 将其纳入模 型的处 理范围。该 模 型可根据问题的具体情况自适应的选择各种合理的取送作 业方式 , 通过求解 模型 , 可以得到合 理的取送 车顺序、 取送批次和取送车时机。提出时距期望启发式信息的概念 , 它 在准确刻画取送车流优先级别的同时 , 也被运用 于 算法的 寻优过程 , 从而改善算法的求解效率。最后 , 针对模型的具体特点 , 设计模 型解的编码方式 , 并采用基于 云 模型的参数自适应蚁群遗传算法进行仿真 , 结果表明 了模型和算法的有效性。 关键词 : 取送车 ; 树枝形专用线 ; 蚁群遗传算法 ; 云模型 中图分类号 : U 292. 2 文献标志码 : A doi: 10. 3969/ j. issn. 1001 - 8360. 2009. 05. 001
车系统的一些重要作业时间因素, 如货物作业时间 , 使 得在压缩停时的效果上受到很大制约。对于多次列车 相继到达车站情况下 , 如何确定合理的取送顺序、 取送 时机和取送次数的问题, 更是鲜有文献论述。因此 , 本 文在文献 [ 1] 的基础上, 对树枝形专用线的取送车问题 做出进一步探索 , 得到问题的数学模型。该模型以货 车在站停留所产生的总车小时消耗最小为优化目标, 将多次列车相继到达车站情况下的合理取送顺序、 取 送时机和取送次数的问题有机的集成为一个系统进行 处理。最后, 采用基于云模型的参数自适应蚁群遗传
挑
列车挂走的车流和明确指定挂运车次的车流。为简便 起见 , 将前者称为 普通 车流 , 而后者 称为 指 定车 流 。 取送作业系统 内部也存在各种作业方式 , 如: 单 送、 单取、 送取结合、 送调取结合等。其中, 调 是指调 移作业, 通常是指在同一货场 ( 专用线) 内, 将卸后的双 重货物作业车从卸车地点调动至装车地点的作业。但 在实际工作中, 还存在将 卸后的货车从一货场 ( 专用 线) 调移至另一货场 ( 专用线 ) 装车的情况。为在模型 中能方便地处理这类特殊情况 , 定义 跨调作业 概念。 定义 1 1. 1 把不同货场( 专用线) 之间的调移作业称 为跨调作业, 简称跨调。 设定条件 车站衔接的专用线数及其往返走行时间已知, 各 线装卸车数及其作业时间已知, 一台调机担当取送车 作业任务。 1. 2 变量描述 ( 1) 对每项取送车作业按升序编号且同一车组所 对应取送作业的编号紧邻, 记为 i d, 则每一编号唯一 对应一组数对, 即 f ( id ) = ( i , j , q, m, c, t) = ( f i ( id ) , f j ( id ) , f q ( id ) , f m ( id ) , f c ( id ) , f t ( id ) ) 式中 , i 表示第 i 号到达列车 ; j 表示第 j 号专用线 ; q 表示作业性质, 1、 3 和 3. 1 分别为送车、 跨调送车和调 移送车, 2 、 2. 1 和 4 分别为 取车、 调 移取车和 跨调取 车, 且有 q Q = { 1, 2 , 3, 4, 2. 1, 3. 1} ; m 表示该车 组所含车辆数 ; c 表示车组号 ; t 表示车组 f c ( i d) 被编 入列车的最晚编组时分( 普通车流有 f t ( i d) = 0) 。 ( 2) s( id) 表示编号为 i d 的取送作业顺序序号 , 且 有 s( i d) { 1, 2, 3,
货
用线货车数查询函数、 调机牵引车辆数查询函数、 不必 要走行判断函数和车组作业总数查询函数的概念。 定义 2 同批取送作业指调机从站 内出发, 经由 调机摘解或连挂的车组所涉及专用线后 , 再回到站内 ( 有取车作业时 , 含分解车组的时间 ) 的作业过程。 定义 3 函数 f l ( x ) 称为专用线 l 货车数查询函 数, 利用该函数能求得在执行方案 x 时专用线 l 中同 时进行装卸作业的货车数最大值。函数形式如下 : f
: x
f l ( x ) , l = 1 , 2,
spot
,L
式中 , L 为与车站衔接的专用线总数。 otion 定义 4 函数 f locom b ( x ) 称为第 b 批取送作业调 机牵引车辆数查询函数 , 可以通过该函数求得在执行 方案 x 中第 b 批取送作业时调机牵引车辆数最大值。 函数形式如下:
Model and Algorithm of Taking - out and Placing - in Shunting on Branch -shaped Sidings
MU F eng, WANG Ci guang, XU E F eng
( School of T raf f ic and T ran sport at ion, Sout hw est Ji aot ong U niver sit y, Ch engdu 610031, C hina)
2
铁
[ 4]
道
学
报
第 31 卷
算法
对该模型进行求解。
1
问题的分析与描述
就取出车流的出发形式而言, 主要分为可随就近
专用线回到站内 ( 含分解完车组) 的时分。 ( 8) t完 id 表示车组 f c ( i d) 的货物作业完毕时分。 ( 9) t编 id 表示车组 f c ( i d) 取回站内后 , 所挂运列车 的最晚编组时分。 ( 10) t ( a) 为第 a 项取送作业挑选车组完毕时分 ( 若为取车作业 , 此为假设时分 ) 。 ( 11) t收 ( a) 为进行第 a 项取送作业时 , 在专用线 收集车辆完毕时分( 若为送车作业 , 此为假设时分 ) 。 1. 3 解的表示方法 解 x = { id 序号集合。例如 : x = { id 1 , id 2 , id 3 , , id A } 式中 , 下标表示取送作业的顺序序号 s( id ) , 而每一个 id p ( p = 1, 2, , A ) 唯一对应一个数组 , 有 f ( id p ) = ( i, j , q, m, c, t ) 该编码方式将一个时段内的全部取送作业视为整 体, 以便找出该时段的最佳取送车顺序。 1. 4 数学模型 为建立该问题的数学模型 , 引入同批取送作业、 专 s( i d) S } , 其中 S 为取送作业顺序
omotion f loc b : x
f locomotion b ( x ) , b = 1, 2 ,
unnecess
,B
, A } ; A 表示取送作业总数, 其中
定义 5
函数 f
( id ) 被称为不必要走行判断
取车和送车各计为一次作业。 ( 3) tid 表示编号为 id 的取送作业所对应车组所 需货物作业时间。 ( 4) 将挑选车组、 对货位、 收集车辆和分解车组的 作业时间分别假设为定值 g 00 、 g 01 、 g 10 和 g 11 。 ( 5) tid 表示取送作业 i d 对应车组解体完成时分; t 表示第 k 号出发列车允许的最晚编组时分。 ( 6) t ( a) 为调机进行第 a 项取送作业的实际入 线( 含对货位) 时分。 ( 7) t ( a) 为调机完成第 a 项取送作业后, 从相应
回 到 1 k 0
函数 , 其被用以判断车组 f c ( i d) 在取送作业过程中是 否产生不必要走行。当在同一批取送作业过程中, 调 机牵引车组 f c ( id) 从专用线 f j ( i d) 离开 , 去往其他若 干专用线进行取送作业后, 牵引车组 f c ( i d) 再次回到 专用线 f j ( id) 进行取送作业时, 车组 f c ( id) 便产生了 不必要走行, 则有 f 0。 定义 6 函数 f
收稿日期 : 2009 -02 -16; 修回日期 : 2009 -05 -18 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 ( 60776824) 作者简介 : 牟峰 ( 1980 ) , 男 , 四川成都人 , 博士研究生。 E -mail: circl eone1980@ hotm ail . com
第 31 卷 第 5 期 2 0 0 9 年 10 月
铁 道 学 报 JOU R NA L OF T H E CH IN A RA ILW A Y SO CI ET Y
V ol. 31 October
N o. 5 2009
文章编号 : 1001 - 8360( 2009) 05 -0001 - 07
Abstract: Based on t he char act ers of taking - o ut and placing - in shunt ing ( T PS) on branch - shaped siding s, the mat hemat ical m odel of T PS f or all kinds of w ag on f low in t he case o f several t rains arriving successively in the railw ay st at ion is built . In this paper , t he special shif t - mo ving shunting nam ed t he span - shift - m oving is de f ined, and it is seen as a mo de o f T P S. T he mo del can aut om atically select v ar io us suit able mode of T P S. T hrough calculat ing t he model, t he operat io n sequence, mom ent and number o f collect ion and deliv ery shunt ing can be found. T he t ime - dist ance ex pect at ion - heurist ic - inf orm at ion w eig ht is defined. It is used t o describe accu r at ely t he priorit y of operat ions of T P S and be heuristic in sear ching optim izat ion t o improv e the operat ion effi ciency of the alg orit hm . At last , an ef fect ive algor it hm mo del t aking advance of a skillful encoding m et hod is designed and called ACGA w it h self - adaptat ion adjustm ent of param et ers based on cloud m odels. T he simula t ion r esult show s t he validit y o f t he m odel and t he algorit hm. Key words: t aking - out and placing - in shunt ing; t ree - like sidings; A CGA; clo ud m odel 树枝形专用线是一种常见的专用线布置形式, 其 特点为调机在同一批取送车作业过程 中不必返回车 站, 且各线车辆入线时分不同 , 取回站内时分相同。对 于寻求树枝形专用线最佳取送车顺序的问题 , 已有一 定的研究成果[ 1- 3] , 这些成果以调机走行时间最短为总 的优化目标, 在某种取送作业方式和某种车流到发方 式下 , 将一列列车到达车站的情况抽象为一类特殊的 T SP 问题。但是 , 这些文献模型的建立没有考虑取送
树枝形专用线取送车模型及算法
牟
摘
峰,
王慈光,
薛
锋
610031)
( 西南交通大学 交通运输学院 , 四 川 成都
பைடு நூலகம்
要 : 基于树枝形专用线取送车作业的特点 , 针对多次列车 相继到达 车站情 况下各 种车流到 发方式 的取送 车
问题建立统一的数学模型。对一种特殊的调移作业 , 即 跨调作业 , 进行界 定 , 并 将其纳入模 型的处 理范围。该 模 型可根据问题的具体情况自适应的选择各种合理的取送作 业方式 , 通过求解 模型 , 可以得到合 理的取送 车顺序、 取送批次和取送车时机。提出时距期望启发式信息的概念 , 它 在准确刻画取送车流优先级别的同时 , 也被运用 于 算法的 寻优过程 , 从而改善算法的求解效率。最后 , 针对模型的具体特点 , 设计模 型解的编码方式 , 并采用基于 云 模型的参数自适应蚁群遗传算法进行仿真 , 结果表明 了模型和算法的有效性。 关键词 : 取送车 ; 树枝形专用线 ; 蚁群遗传算法 ; 云模型 中图分类号 : U 292. 2 文献标志码 : A doi: 10. 3969/ j. issn. 1001 - 8360. 2009. 05. 001
车系统的一些重要作业时间因素, 如货物作业时间 , 使 得在压缩停时的效果上受到很大制约。对于多次列车 相继到达车站情况下 , 如何确定合理的取送顺序、 取送 时机和取送次数的问题, 更是鲜有文献论述。因此 , 本 文在文献 [ 1] 的基础上, 对树枝形专用线的取送车问题 做出进一步探索 , 得到问题的数学模型。该模型以货 车在站停留所产生的总车小时消耗最小为优化目标, 将多次列车相继到达车站情况下的合理取送顺序、 取 送时机和取送次数的问题有机的集成为一个系统进行 处理。最后, 采用基于云模型的参数自适应蚁群遗传
挑
列车挂走的车流和明确指定挂运车次的车流。为简便 起见 , 将前者称为 普通 车流 , 而后者 称为 指 定车 流 。 取送作业系统 内部也存在各种作业方式 , 如: 单 送、 单取、 送取结合、 送调取结合等。其中, 调 是指调 移作业, 通常是指在同一货场 ( 专用线) 内, 将卸后的双 重货物作业车从卸车地点调动至装车地点的作业。但 在实际工作中, 还存在将 卸后的货车从一货场 ( 专用 线) 调移至另一货场 ( 专用线 ) 装车的情况。为在模型 中能方便地处理这类特殊情况 , 定义 跨调作业 概念。 定义 1 1. 1 把不同货场( 专用线) 之间的调移作业称 为跨调作业, 简称跨调。 设定条件 车站衔接的专用线数及其往返走行时间已知, 各 线装卸车数及其作业时间已知, 一台调机担当取送车 作业任务。 1. 2 变量描述 ( 1) 对每项取送车作业按升序编号且同一车组所 对应取送作业的编号紧邻, 记为 i d, 则每一编号唯一 对应一组数对, 即 f ( id ) = ( i , j , q, m, c, t) = ( f i ( id ) , f j ( id ) , f q ( id ) , f m ( id ) , f c ( id ) , f t ( id ) ) 式中 , i 表示第 i 号到达列车 ; j 表示第 j 号专用线 ; q 表示作业性质, 1、 3 和 3. 1 分别为送车、 跨调送车和调 移送车, 2 、 2. 1 和 4 分别为 取车、 调 移取车和 跨调取 车, 且有 q Q = { 1, 2 , 3, 4, 2. 1, 3. 1} ; m 表示该车 组所含车辆数 ; c 表示车组号 ; t 表示车组 f c ( i d) 被编 入列车的最晚编组时分( 普通车流有 f t ( i d) = 0) 。 ( 2) s( id) 表示编号为 i d 的取送作业顺序序号 , 且 有 s( i d) { 1, 2, 3,
货
用线货车数查询函数、 调机牵引车辆数查询函数、 不必 要走行判断函数和车组作业总数查询函数的概念。 定义 2 同批取送作业指调机从站 内出发, 经由 调机摘解或连挂的车组所涉及专用线后 , 再回到站内 ( 有取车作业时 , 含分解车组的时间 ) 的作业过程。 定义 3 函数 f l ( x ) 称为专用线 l 货车数查询函 数, 利用该函数能求得在执行方案 x 时专用线 l 中同 时进行装卸作业的货车数最大值。函数形式如下 : f