网络运营条件下城市轨道交通轨检车径路优化模型及算法研究

Periodical inspection with track geometry cars is one of most important tasks to subway maintenance-of-way departments. There are several different inspection cycles on an entire subway network due to different launching times, structure configurations and transportation conditions for subway lines. After a urban rail transit enters into the ear of network operation, maintenance-of-way departments of the urban rail transit have to route their track geometry cars at network level to complete prescribed track inspections so that the inspection cost is minimized and inspections for each track are as equally as possible distributed in time dimension within a planning horizon. This proposal will formulate a multi-vehicle bi-objective multi-period nonlinear routing model based on graph theory, and capacitated arc routing problem (CARP). A memetic-algorithm-based heuristic algorithm will be proposed to solve the model. The urban rail transit network of Beijing will be used to validate the developed model and the proposed algorithm. The research in this proposal will facilitate future researches on this area and will enrich CARP theory. Meanwhile, it will provide a solid theoretical base and a useful tool for maintenance-of-way departments to save inspection costs and improve the time distribution for track inspections.

利用轨检车对城市轨道交通路网的轨道进行定期检测是城市轨道交通工务部门最重要的生产工作之一。由于线路的开通时间、结构特点和运输条件等的差异，城市轨道交通路网上各线路有着不同的轨检车检测周期。在满足施工作业安全规定前提下，以较低成本利用轨检车完成规定次数检测的同时，尽可能确保路网上每条轨道检测的时间均衡性是城市轨道交通进入网络运营后工务设备管理领域亟待解决的重要基础问题之一。本项目综合运用图论和能力受限径路优化问题CARP，构建多车辆双目标多检测周期的径路优化非线性规划模型，设计基于文化基因算法的启发式求解算法，并以北京市轨道交通网为背景开展实例验证。本项目研究将有助于推动城市轨道交通轨检车径路优化、为降低轨检车的运行成本、提高路网上轨检车检测的时间均衡性提供理论指导和工具支撑。

网络运营条件下城市轨道交通检测车径路优化模型与方法，需要首先明确检测车作业过程的约束条件和优化目标。在规划周期内，检测车须对所有地铁线路完成不少于规定次数的检测（检测频率约束）。在规划周期伊始，检测车从检修车库驶出作业，在完成规划周期内所有检查任务后，必须返回该车库（起终点约束）。为不影响客运业务，检测车只能在每天晚上固定时长的天窗时间内运行（天窗约束）。在天窗结束前，检测车必须停靠在车库，并在下一个工作日中从该车库驶出（车库约束）。为方便研究人员根据检测车所采集的数据对轨道状态进行分析，生产管理要求检测车应尽可能不间断检测完成每一条线路，不应为了检测时间均衡性将一条线路的一次检测分成几段完成（检测完整性约束）。我国地铁路网多采用立体交汇方式，检测车只能经由联络线从一条线转到另一条线作业（线路连通性约束）。由于车库数量有限，检测车在地铁路网上移库行驶（调车）是难免的，为最大程度的降低检测车的调车里程，我们需要建立最小化调车里程的目标。为了能够及时发现轨道超限，线路上相邻两次检测之间的时间间隔应尽可能一致，还需建立时间均衡性目标。以上为规划单个城市轨道检测车辆时需要满足的约束条件和目标函数，而对于那些拥有多辆检测车的地铁公司来说还有额外的要求：为避免各车辆在作业过程中路径冲突，在天窗时间内，一条轨道上只能有一辆检测车作业（简称安全性约束）。由于不限定车辆的使用数量，在规划多辆检测车路径时还需要考虑最小化车辆使用数和最短的完工时间两个目标。.主要内容：(1)在检测周期内某些线路需要重复检测的情况下，规划出单辆检测车的走行路径；(2)在检测周期内某些线路需要重复检测的情况下，规划出多辆检测车的走行路径；(3)在检测周期内某些线路需要重复检测且不同功能的检测车需要连挂的情况下，规划出多辆检测车的走行路径。.已完成研究内容，培养1名青年教师晋升高级职称、博生生2名，硕士生3名，其中已毕业2名。研究成果发表情况：.(1) R. Yang, Peng Xu*, L. Chen, and Y. Yang, “Recursive Hybrid Heuristic Algorithm for Routing a Track-Geometry Car through a Large-Scale Urban Subway Network,” Journal of Transportatio