动态不确定条件下紧邻既有线施工天窗的鲁棒优化方法

In this project, we focus on the dynamic uncertain feature in the synthesis construction time (SCT) schedule for construction and transportation organization which neighbor to existing railway. Different to traditional methods, our key idea is that we rethink this issue from an innovative robust optimization point of view, i.e. we do not track the optimization solution which locate at bound, but find a robust solution which lies in the interior of feasible space and can immune to the perturbation. The robust solution can minimum the conflict between the construction and transportation organization and get the balance between the feasible and optimization. The idea of this project is including three basic steps: 1) Analyzing the dynamic uncertain of the construction and transportation organization, then proposal a description method of process of construction and transportation organization and a model the measure the dynamic uncertain character of them. 2) Constructing a robust optimization method of SCT schedule under a small perturbation to handle the dynamic of construction and transportation organization. 3) Building a local self-adapting modification method for the robust optimization under big perturbation condition which the pre-robust optimization solution is no longer immunity to the change of construction and transportation organization. Our project provided a new angle of view to SCT schedule problem.

施工与运输组织的综合协调是关系到铁路运输安全的关键，紧邻或跨越既有线开展施工，使得新线施工与既有线运输在时间和空间的矛盾更加突出。本项目研究动态不确定环境下的紧邻既有线施工和运输组织中天窗设置的协同优化问题，突破传统天窗优化方法抗动态干扰差的缺点，从鲁棒优化全新角度来思考该问题：通过求解能最大适应施工和运输组织动态非确定变化的鲁棒解，将施工和运输组织的动态冲突降到最小，达到可行与最优的平衡。项目首先分析施工和运输组织动态不确定性特性，提出施工和运输组织描述方法及其不确定性度量模型；针对传统的天窗设置的方法不能适用于施工和运输组织的动态性缺点，构建小扰动条件下施工天窗设置的鲁棒优化模型和方法；针对大扰动条件下，原鲁棒解不能适应新的需求的情况下，建立大扰动条件下的施工天窗设置的局部自适应鲁棒优化方法。实现动态非确定环境下天窗设置的协同优化的目标，为天窗最优化设置的研究提供全新的角度和思路。

针对传统天窗优化方法抗动态干扰差的缺点，从鲁棒优化全新角度来思考动态不确定环境下的紧邻既有线施工和运输组织中天窗设置的协同优化问题：通过求解能最大适应施工和运输组织动态非确定变化的鲁棒解，将施工和运输组织的动态冲突降到最小，达到可行与最优的平衡，为天窗最优化设置的研究提供全新的角度和思路，取得了如下创新性成果：.（1）通过分析紧邻既有线施工和运输组织过程中的逻辑关系、时序关系、空间关系，及其这些关系的不确定因素，提出基于天空地一体化的协同观测技术和基于贝叶斯网络的施工风险分析方法；基于贝叶斯网络施工和运输组织描述方法实现施工和运输组织的数学建模，基于情境空间建立基于区间函数的紧邻既有线施工天窗设置动态不确定性度量模型。.（2）综合考虑紧邻既有线施工和运输组织条件下的效用最大化，提出紧邻既有线施工天窗优化配置的关键影响指标及其量化分析方法。建立小扰动条件下施工天窗优化分析模型，进而提出动态不确定条件下施工天窗鲁棒优化方法，并开展基于鲁棒优化方法的既有线车站股道垮坡事故维修天窗配置模拟实验。.（3）针对鲁棒解自身的适应性具备有限性的特点，从大扰动区和扰动临界区模型出发，利用扰动理论、拉普拉斯矩阵和聚类的思想重新审视并界定天窗设置鲁棒优化的扰动边界。通过影响域分析，提出基于最小影响域的天窗设置自适应调整策略。基于大扰动条件下的天窗设置鲁棒优化微扰理论，得到大扰动条件下天窗设置的动态优化方法。.（4）建立集“施工天窗设置方案生成、方案动态调整、施工组织与设计、交通运输组织”等多模块于一体的紧邻既有线施工天窗设置协同优化原型系统，使得该智能协同优化系统具备“天窗设置、施工组织、交通运输等信息管理、方案生成与优化、动态调整及可视化”等主要功能，达到降低动态多变因素对天窗设置方案的影响。