铁路货物门到门运输经由设计的多目标群集智能算法研究

发布时间：2020-08-14 17:06

【摘要】：随着铁路货运组织改革的实施和铁路公司制改革的坚定不移地推进,推动国铁企业由运输生产型向运输经营型转型发展,铁路货运将全面走向市场,促使铁路运输企业提高运输质量和效益,以扎实深入推进铁路运输供给侧结构性改革,全面提高铁路运输供给质量和供给效率,推动各种交通方式优势互补、融合发展,从而进一步降低全社会物流成本。铁路运输企业扩展货物站到站运输到门到门运输,经由设计变得更为复杂,面对新的复杂的实际应用环境,利用已被广泛应用于各种实际应用领域的群集智能算法,在合理的时间内给出优化结果,为铁路运输企业经由设计提供决策支持,以降低系统的运输成本和运输时间,具有理论意义和实际应用价值。本文在综述群集智能算法并分析其在铁路货物门到门运输经由设计问题中的适应性后,分析铁路货物门到门运输全过程,以铁路整车货物门到门运输为具体研究对象,构建铁路整车货物门到门运输经由设计系统优化模型,并应用改进的离散多目标群集智能算法和改进的连续多目标群集智能算法分别求解该模型,进而考虑资源可扩展,假设始发站和终到站的位置未知或待确定,构建资源扩展型铁路整车货物门到门运输经由设计系统优化模型,并应用改进的连续多目标群集智能算法求解该扩展模型,定量和定性对比分析改进的算法的优化性能,并将改进的算法获得的优化结果输入到Simio中仿真分析。主要研究内容为:首先,综述群集智能算法及其应用和改进。从单目标优化和多目标优化两个角度,从优化算法与优化问题关系的本质上和群集智能算法在实际应用中得到实践检验两个方面,分析群集智能算法应用于求解铁路货物门到门运输经由设计问题的适应性。在总结介绍多目标优化特点、技术以及性能度量后,提出改进覆盖率,并基于快速非支配排序方法提出多目标优化种群熵用于衡量多目标优化算法寻优过程中种群的多样性。其次,从复杂系统和多agent建模的角度详细分析了铁路货物门到门运输过程后,按照作业成本法的基本要求,将铁路货物门到门运输过程划分为发送、运行、中转、到达和两端服务共五个作业环节。根据文献和实际需求确定运输成本和运输时间为铁路货物门到门运输经由设计的关键影响因素,并按照作业成本法的基本要求,确定每个作业环节的作业量指标及其作业量计算公式,以及每个作业环节的作业时间计算公式。基于铁路运输企业的角度,以铁路整车货物门到门运输为具体研究对象,从系统上构建为多个托运人安排其货物的始发站和终到站的最小化系统运输成本和运输时间的铁路整车货物门到门运输经由设计系统优化模型。再次,将选取的随机蛙跳算法和智能水滴算法与路径重连算法结合,并引入随机块插入、随机块交换与2-opt三种随机多邻域排序结构和随机替换、随机生成与随机关键替换或生成三种随机多邻域分配结构,提出改进的多目标随机蛙跳算法和改进的多目标智能水滴算法。基于柔性作业车间调度问题离散编码系统,改进的多目标随机蛙跳算法和改进的多目标智能水滴算法,应用于求解柔性作业车间调度问题基准实例,验证其性能。基于铁路货物门到门运输经由设计问题离散编码系统,改进的多目标随机蛙跳算法与改进的多目标智能水滴算法,应用于求解本文构建的铁路整车货物门到门运输经由设计系统优化模型。然后,从优化参数设置、改进个体位置更新公式和引入变异操作等方面,改进多相粒子群优化算法和量子行为粒子群优化算法,提出改进的多目标多相粒子群优化算法和改进的多目标量子行为粒子群优化算法。基于柔性作业车间调度问题连续编码系统,改进的多目标多相粒子群优化算法和改进的多目标量子行为粒子群优化算法,应用于求解柔性作业车间调度问题基准实例,验证其求解组合优化问题性能。基于铁路货物门到门运输经由设计问题连续编码系统,改进的多目标多相粒子群优化算法和改进的多目标量子行为粒子群优化算法,应用于求解本文构建的铁路整车货物门到门运输经由设计系统优化模型。定量和定性对比分析四种改进的多目标群集智能算法的性能,并将优化结果输入到Simio中仿真分析,验证改进的算法的性能。最后,考虑资源可扩展,假设始发站和终到站的位置未知或待确定,构建资源扩展型铁路整车货物门到门运输经由设计系统优化模型,探讨铁路整车货物门到门运输中铁路和公路的运输距离的变化对系统优化的影响。改进的多目标多相粒子群优化算法和改进的多目标量子行为粒子群优化算法,经过ZDT函数实例验证其求解连续优化问题性能后,基于资源扩展型铁路货物门到门运输经由设计问题编码系统,应用于求解资源扩展型铁路整车货物门到门运输经由设计系统优化模型。定量和定性对比分析资源扩展型模型与原模型的优化结果,并将资源扩展型模型的优化结果输入到Simio仿真软件中,验证改进的算法的性能。本文从复杂系统的角度,对铁路货物门到门运输经由设计进行建模与仿真,并通过改进的多目标群集智能算法求解,丰富了铁路货物门到门运输经由设计和群集智能算法的研究,提供铁路运输企业的铁路货物门到门运输经由设计决策支持以及新建车站选址与车站布局优化决策参考。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP18;F532
【图文】：

大和市场竞争力增大促进运输体系逐步完善的过程中，铁路货运业的市场份额却逡逑逐年下降，主要体现在货运市场和货运产品占有的比重逐年下降。国家统计局和逡逑《中华人民共和国２０１７年国民经济和社会发展统计公报》［１８］的数据显示，见图１－２，逡逑２０１１－２０１７年，在全社会货运量和货物周转量波动上升情况下，铁路货运量和货物逡逑周转量却逐年下降，即铁路货运市场和货运产品占有比重逐年下降；公路运输占有逡逑市场份额大而水运、公路运输占有货运产品份额大，其他运输方式的发展，对铁路逡逑货运市场和货运产品占有形成激烈竞争。因此，要求铁路运输企业考虑货物运输组逡逑织优化，提尚运输效率与效益，提闻铁路运输竞争力。逡逑３逡逑

逦２０１７逡逑年份／邋Ｙｅａｒ逡逑图１－１铁路营业里程逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ邋ｍｉｌｅａｇｅ邋ｏｆ邋ｒａｉｌｗａｙｓ逡逑铁路运输作为我国运输行业的骨干［１７】，随着铁路基础设施的建设，特别是高逡逑速铁路建设，推进客货分离实现货运能力增大，本应凭借其自身优势在货运市场获逡逑得更多的市场份额，然而，随着市场经济的迅速发展，在其他运输方式不断崛起壮逡逑大和市场竞争力增大促进运输体系逐步完善的过程中，铁路货运业的市场份额却逡逑逐年下降，主要体现在货运市场和货运产品占有的比重逐年下降。国家统计局和逡逑《中华人民共和国２０１７年国民经济和社会发展统计公报》［１８］的数据显示，见图１－２，逡逑２０１１－２０１７年，在全社会货运量和货物周转量波动上升情况下，铁路货运量和货物逡逑周转量却逐年下降

其他邋／邋Ｏｔｈｅｒｓ逡逑图２＿１现有优化算法的分类逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋２－１邋Ｔｈｅ邋ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｅｘｉｓｔｉｎｇ邋ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ邋ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ逡逑基于群集智能的优化算法，在目前的文献中大约有４０多种不同的优化算法［６

本文编号：2793305