【摘 要】
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随着城市轨道交通的繁荣发展,城市轨道交通运营机构如何提高运营管理水平、降低运营管理费用也显得更加重要,乘务排班计划编制作为城市轨道交通运营工作的重要一环也越来越受到业内人士的关注。在现场工作中,乘务排班计划往往是由相关人员手动编制完成,不但耗费时间长,而且排班计划在运营成本和乘务人员的非必要劳动时间两方面上也有着较大的优化空间。基于此,本文以降低运营机构的乘务相关费用和乘务人员的非必要劳动时间为目
【基金项目】
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国家重点研发计划(项目号:2019YFB1600200);
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随着城市轨道交通的繁荣发展,城市轨道交通运营机构如何提高运营管理水平、降低运营管理费用也显得更加重要,乘务排班计划编制作为城市轨道交通运营工作的重要一环也越来越受到业内人士的关注。在现场工作中,乘务排班计划往往是由相关人员手动编制完成,不但耗费时间长,而且排班计划在运营成本和乘务人员的非必要劳动时间两方面上也有着较大的优化空间。基于此,本文以降低运营机构的乘务相关费用和乘务人员的非必要劳动时间为目标,对乘务排班计划的自动编制和优化进行探索,主要研究内容如下:(1)系统地对城市轨道交通乘务排班问题的相关理论进行了介绍,尤其是对乘务排班问题的特点和计划编制的流程进行了归纳总结,为接下来乘务排班计划编制的优化奠定了坚实的理论基础。(2)构建了城市轨道交通乘务排班计划编制优化模型。首先,将城市轨道交通乘务排班问题转化为时空状态网络下的车辆路径问题,并定义了五种不同的有向弧来对乘务工作人员的相关行为进行描述。其次,以乘务人员总数目和乘务人员非必要劳动时间两者的平衡为目标进行了目标函数的设定。最后,通过将每个乘务人员所等价的非必要劳动时间的值转化为车辆路径问题中的车辆固定使用成本,完成了目标的统一,通过将最长在班时间、休息和就餐等相关约束嵌入到车辆路径问题的时间窗和车辆能力等固有约束中,实现了模型约束的化简。(3)设计了改进的交替方向乘子法求解乘务排班问题。首先,对优化模型进行了对偶、增广化和分解等重构,为了便于求解增广拉格朗日形式下的车辆子问题,提出了一种将其所包含的二次项线性化的方法,并且设计了前向动态规划算法来求解车辆的子问题。其次,为了评价解的质量,根据原问题的拉格朗日对偶形式总是小于等于原问题最优值的性质设计了一种求下界的方法。最后,通过开源的所罗门数据集验证了改进的交替方向乘子法的优越性能。(4)设计研发了城市轨道交通乘务排班计划编制系统,实现了乘务排班计划的自动编制等各项功能,并基于西部某城市轨道交通四号线的数据进行了验证。首先通过与运营机构既有的排班计划进行比较,证明了系统自动编制的排班计划在运营成本和工作休息平衡等多项指标上实现了优化,可以为相关技术人员提供辅助管理支持。最后对比了本文改进的交替方向乘子法与标准的拉格朗日松弛算法的迭代过程,证明了本文算法在解决大规模乘务排班问题上的优越性。图34幅,表10个,参考文献60篇。
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