高速铁路车站工作组织智能决策系统理论与方法研究

The high-efficiency strategy of station operation organization is the important guarantee of capacity utilization of high-speed railway station and network. As the significant part of intelligent railway system, the intelligent decision making system of high-speed railway station organization can offer effective method to solve the problems in high-speed railway station operation. Studying the intelligent decision making theory and method to solve problem of routing, track application, train-set connection planning in high-speed railway station operation in China is the main target of this subject. The high-speed railway station yard model which suit for different various of stations and the intelligent modeling method based on the operation research and pattern recognition theory will be studied first, and then the intelligent decision making theory of high-speed railway station operation process control based on simulation optimization method will be established which solve the routing and track application problem synthetically. The multi-agent model of high-speed railway station train-set connection planning and the intelligent decision making theory of train-set connection planning will be studied base on artificial intelligence theory then. With the theory and method mentioned above, the high-speed railway station operation organization intelligent decision making theoretical system will be established to afford theory support for the intelligent decision making system of high-speed railway station operation.

高效的车站工作组织策略是高速铁路车站及整体路网能力发挥的重要保障，高速铁路车站工作组织智能决策系统是智能铁路系统的重要组成部分，其方法能够为高铁车站工作组织中各类问题提供有效决策手段。本课题拟综合运用高速铁路运输组织、运筹学、最优化理论、人工智能、模式识别、系统仿真等领域理论针对我国高速铁路车站工作组织中的进路排列、到发线运用、动车组站内接续等问题的智能决策理论与方法进行系统研究。结合铁路站场及枢纽规范研究适用于不同类型高速铁路车站的站场图模型及智能建模方法；运用仿真优化理论研究统筹解决进路排列问题与到发线运用问题的高铁车站作业过程控制的智能决策理论与方法；基于人工智能理论建立高速铁路车站动车组接续的多智能体模型，研究使用多智能体模型求解动车组站内接续方案的智能决策理论与方法。从而建立高速铁路车站工作组织智能决策理论方法体系，为高速铁路车站工作组织智能决策系统建立提供理论支撑。

截止2015年底,我国铁路营业里程达到12.1万公里,居世界第二位。其中,高速铁路1.9万公里,居世界第一位。高速铁路车站是连接高铁系统与经济文化、人民生活连接的纽带，其能力发挥是保证高铁网络整体能力的重要保障。课题研究了高速铁路车站工作组织智能决策系统理论、方法论，提出了理论、方法论应用的解决方案并在实际高速铁路车站中展开应用。在高速铁路车站站场布置图模型方面，分析了已有模型在精度、敌对关系描述方面的不足，提出了能够与设计图精度保持一致的进路冲突图模型，研究车站咽喉区进路与设备占用与冲突的时间空间原理，提出了时间冲突度以描述进路敌对关系，并研究了时间冲突度的生成方法；在站场图智能建模方法方面，研究了以图形、图像文件为输入的智能建模方法，分析了已站场布置图图像文件的图像特征与几何信息特征，研究了边搜索、交点集合搜索、顶点精度修正算子与基于图像的站场图智能建模方法，识别顶点坐标精确度达99.4%，道岔的辙叉号识别率100%；在铁路进路与到发线统筹优化理论方面，结合车站进路冲突图模型，提出了高速铁路进路与到发线统筹优化混合整数规划模型，该优化模型在7条到发线、29列列车的算例中耗时15秒获得最优解，在进路选择问题中研究并提出了时空网络中的时空最短路动态规划算法；在始发终到站动车组接续问题研究中，建立了具有进路自动选择、设备状态感知、运动自动控制的列车智能体模型，结合进路到发线统筹优化方法，建立了动车组接续问题的多智能体仿真模型，并对34条到发线的大规模高铁车站进行了仿真并分析了车站设备能力瓶颈。车站拓扑结构模型、车站设备的时空冲突原理在加深高速铁路车站设备运用原理的认知方面具有很好的科学意义，站场图模型智能建模方法、进路与到发线统筹优化和动车组接续多智能体仿真等在高铁车站工作组织方面具有良好的理论意义与实用价值。课题组在上述理论研究的基础上，与铁三院、西安北站等合作，将成果应用到了济南西、西安北等大规模高速铁路车站评估与运营中，对所提出理论方法论进行了验证，并为实际设计、运营工作中提供决策参考。