动车组运用和检修方案的快速智能优化方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提出了一种动车组运用和检修方案的快速智能优化方法，通过基础数据集成和计划编制参数设置；快速智能优化算法获得初步的动车组运用和检修方案；人工微调；约束校验等步骤获得合理的运用检修方案。同时还提供了一种可实现该方法的系统。本发明确保动车组检修项目的“不漏项、不超期”，合理统筹动车组的运用和检修之间的矛盾，尽量减少动车组的使用数量，提高动车组利用率，减少提前检修量，降低检修成本，合理均衡动车运用所的工作量，高效利用动车运用所的关键检修资源，提高检修吞吐量，实现计划的自动化编制，减轻调度人员繁重的计划编制任务。
【专利说明】动车组运用和检修方案的快速智能优化方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及动车检修及运用自动排程相关技术，特别是涉及一种动车组运用和检修方案的快速智能优化方法及系统。
【背景技术】
[0002]我国逐步建成了“四纵四横”的高速铁路体系，作为高速铁路的唯一运载工具的动车组，制定其运用和检修方案是高速铁路运输组织的重要环节。然而动车组的运用和检修规则复杂，涉及交路、车型、定员、检修项目、检修周期等多个维度的约束条件，并且动车组的运用和检修方案相互影响、相互制约，使得编制动车组的运用检修方案成为一类大规模的组合优化问题。目前还没有成熟的软件产品实现该方案的自动优化求解，辅助动车组的运用检修调度工作。在实践中全部采用人工编制，耗时较长，难以合理的安排动车组的运用和检修，一旦遇到突发问题也难以调整方案。导致动车组的运用效率不高，检修成本较大，制约了我国闻速铁路运力的进一步提升。
[0003]因此，研发适用于我国动车组运用检修业务的计划优化方法和软件产品对于严格卡控动车组的检修情况，提高动车组的利用率，降低动车组检修成本，提高动车组运维单位的检修吞吐量，确保闻速铁路的安全运营，提闻闻速铁路效益具有重要的意义。
【发明内容】
[0004]本发明提出一种动车组运用和检修方案的快速智能优化方法及系统，解决了现有技术中耗时长、编制不合理、调整难的问题，提高动车组的运用和检修工作质量。
[0005]本发明中的动车组运用计划内容为:针对给定的时间段(多个计划日)，在动车运用所(动车组的日常运用检修单位)配属的动车组和运用交路(多个车次的接续组合)已知的条件下，为每日的运用交路分配状态良好的动车组，从而完成给定的运输任务。
[0006]编制动车组运用计划时的考虑因素包括:
[0007]1.为每个计划日的每条运用交路安排一列或两列状态良好的动车组，确保完成给定的运输任务。
[0008]2.需要为给定的运用交路安排特定车型的动车组。
[0009]3.需要为给定的运用交路安排特定定员数目的动车组。
[0010]4.需要为给定的运用交路安排特定头向的动车组。
[0011]5.如果运用交路有重联要求，则需要为其安排两列同样车型的动车组。
[0012]编制动车组运用计划时，主要的编制目标有:
[0013]1.将动车固定在交路上运用。
[0014]2.减少一段时间内动车组的总使用数量。
[0015]本发明中的动车组检修计划内容为:针对给定的时间段，在运用所的配属动车组、检修能力和运用交路计划已知的条件下，根据各车型I级、2级检修规程，结合动车组历史检修数据和运用情况，安排动车组在某时间点进行某项检修作业，从而确保动车组处于良好的运用状态。
[0016]编制动车组检修计划时的考虑因素包括:
[0017]1.动车组日常运用检修包括2个修程，每个修程定义了多个检修项目，各个检修项目具有检修周期要求。周期类型包括时间类型周期和里程类型周期。
[0018]2.要求对动车组的各个检修项目实施“不超期、不漏项”检修。该因素可解释为两点具体要求，第一，检修计划中需要涵盖全部给定检修项目；第二，每列动车组的每个检修项目不能超期检修，即每项检修项目检修后至下一次该项目检修时，累计的运行时间和走行里程不得超过该项目修周期限度值(最多可以不超过规定检修周期的10%)，可以在检修周期内提前检修，但不能超期检修周期的1.1倍。
[0019]3.不同的检修项目有特定的检修时间要求，例如I级检修项目一般在晚上进行，2级检修项目一般在白天进行检修。
[0020]4.同一时间段为运用所安排的总检修项目不能超过该运用所的检修能力。
[0021]编制动车组检修计划时，主要的编制目标有:
[0022]1.尽量安排检修项目贴近周期上限进行检修，以充分利用动车组运力，降低检修成本。
[0023]2.均衡运用所的检修安排。
[0024]本发明中的 运用计划和检修计划具有如下关系:
[0025]动车组检修项目的运用时间和走行里程依据运用计划中安排的运用交路累加计
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[0026]如果存在一个检修项目的累计时间或里程超过其给定周期，则该动车组在超_期时刻不能安排运用。
[0027]在同一时刻，动车组要么安排担当运用交路，要么进行检修。
[0028]本发明的技术方案是这样实现的:
[0029]一种动车组运用和检修方案的快速智能优化方法，包括以下步骤:
[0030]步骤1:基础数据集成和计划编制参数设置；
[0031]步骤2:根据步骤I的条件，通过快速智能优化算法得到初步的动车组运用和检修方案；
[0032]步骤3:在初步的动车组运用和检修方案基础上进行人工微调；
[0033]步骤4:对人工微调后的动车组运用和检修方案进行约束校验并给出提示，若校验不通过则返回步骤2或步骤3。
[0034]进一步地，所述步骤I中的基础数据包括:
[0035]I)动车组信息:涵盖车型、定员、头向、当前累计里程和上线时间信息，该数据要求在全路进行数据同步，确保数据在全路范围的一致性；
[0036]2)检修规程信息:涵盖I级、2级检修中定义的全部检修项目，以及各个项目的检修周期、检修耗时、检修开始时间和检修工作量的属性信息；
[0037]3)运用交路信息:涵盖运用交路的名称、所需运行时间和走行里程、始发终到时间、始发终到车站、要求的车型、包含的车次及各个车次属性信息；
[0038]4)运用所检修信息:涵盖运用所的检修能力、班组、检修工作日历和检修设备信息；[0039]所述步骤I中的计划编制参数包括:
[0040]I)运用和检修方案的时间范围；
[0041]2)快速智能优化算法的参数设置，包含最大迭代次数、最大计算时长配置数据。
[0042]进一步地，所述步骤2具体为:
[0043]子步骤1:建立动车组运用方案和检修方案一体化编制的优化模型；
[0044]子步骤2:根据优化模型生成动车组运用和检修接续网络；
[0045]子步骤3:应用蚁群智能优化的方法，令人工蚂蚁在动车组运用和检修接续网络上迭代寻优，寻得最优或次优调度序列；
[0046]子步骤4:将最优或次优调度序列转化为初步的动车组运用和检修方案。
[0047]进一步地，所述步骤3中的人工微调具体为下述步骤中的一项或多项:
[0048]I)为动车组在某个具体时间安排/取消安排某个运用交路；
[0049]2)为运用交路在某个具体时间安排/取消安排具体动车组；
[0050]3)为动车组在某个具体时间安排/取消安排某个检修项目的检修工作；
[0051]4)安排动车组在一段时间的运用计划；
[0052]5)单独计算某列动车组的检修情况。
[0053]进一步地，所述步骤4的约束校验包括:
[0054]I)校验是否为全部的运用交路安排了动车组；
[0055]2)校验运用交路和所安排动车组之间的车型、定员、头向匹配关系；
[0056]3)校验运用交路需要的车组数量是否得到满足；
[0057]4)校验各列动车组是否满足检修项目的“不超期、不漏项”要求；
[0058]5)校验运用所的检修能力是否满足。
[0059]一种动车组运用和检修方案的快速智能优化系统，包括以下模块:
[0060]数据共享模块:集成配置运用和检修方案所需要的基础数据和计划编制参数；
[0061]优化引擎模块:根据基础数据和计划编制参数，调用方案优化逻辑，输出初步的动车组运用和检修方案；
[0062]用户交互模块:提供多视图的计划编制交互界面，用以展示、调整运用和检修方案；
[0063]方案校验模块:根据动车组运用和检修规则，对编制的方案进行校验。
[0064]进一步地，所述数据共享模块具体包括:
[0065]运用交路管理逻辑:实现固定交路和临时交路信息在全路的统一录入、发布和同步共孚;
[0066]动车组信息管理逻辑:实现动车组及其配件信息在全路的维护与共享；
[0067]检修规程管理逻辑:实现I级、2级检修项目基础信息的维护与共享；
[0068]动车运用所检修信息管理逻辑:实现运用所检修设备、股道、人员信息的维护；
[0069]方案数据管理逻辑:保存、编辑、输出动车组运用和检修方案数据。
[0070]进一步地，所述优化引擎模块具体包括:
[0071]算法参数控制逻辑:提供优化算法、参数修改的统一接口 ；
[0072]动车组运用和检修网络构造逻辑:根据动车组信息、运用交路信息、检修规程、计划时间范围参数，生成动车组运用和检修接续网络，作为优化算法的基础；[0073]优化迭代逻辑:通过人工蚂蚁在动车组运用和检修接续网络上的反复迭代，逐步求得最优或次优的动车组运用和检修方案。
[0074]进一步地，所述用户交互模块具体包括:
[0075]方案数据展示模块:通过视图展示动车组运用和检修方案数据；
[0076]用户操作接口:通过菜单、工具栏、鼠标操作方式，提供运用和检修的自动、手动编制操作接口；
[0077]报表导出模块:提供运用和检修方案的报表导出功能。
[0078]进一步地，所述方案校验模块的校验点包括:
[0079]I)校验是否为全部的运用交路安排了动车组；
[0080]2)校验运用交路和所安排动车组之间的车型、定员、头向匹配关系；
[0081]3)校验运用交路需要的车组数量是否得到满足；
[0082]4)校验各列动车组是否满足检修项目的“不超期、不漏项”要求；
[0083]5)校验运用所的检修能力是否满足。
[0084]本发明的有益效果为:
[0085]本发明实现的动车组运用和检修方案的快速智能优化方法及系统，辅助计划编制人员制定合理的运用检修计划，达到了以下效果:
[0086]1.确保动车组的检修项目在规定周期内得到检修，严格执行I级、2级检修规程，实现动车组检修项目的“不漏项、不超期”，为保障动车组安全运行打下基础。
[0087]2.合理统筹动车组的运用和检修之间的矛盾，确保完成给定的运输任务。
[0088]3.在严格执行检修规程和完成运输任务的基础上，尽量减少动车组的使用数量，提高动车组利用率。
[0089]4.充分利用检修项目的检修周期，减少提前检修量，降低检修成本。
[0090]5.合理均衡动车运用所的工作量，以利于动车运用所的生产组织。
[0091]6.高效利用动车运用所的关键检修资源，提高检修吞吐量。
[0092]7.实现计划的自动化编制，减轻调度人员繁重的计划编制任务。
【专利附图】
【附图说明】
[0093]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0094]图1为本发明一个实施例的流程图；
[0095]图2为本发明另一个实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0096]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0097]实施例1
[0098]如图1所示，本实施例中一种动车组运用和检修方案的快速智能优化方法，包括以下步骤:
[0099]步骤1:基础数据集成和计划编制参数设置；
[0100]步骤2:根据步骤I的条件，通过快速智能优化算法得到初步的动车组运用和检修方案；
[0101]步骤3:在初步的动车组运用和检修方案基础上进行人工微调；
[0102]步骤4:对人工微调后的动车组运用和检修方案进行约束校验并给出提示，若校验不通过则返回步骤3。
[0103]其中，步骤I中的基础数据包括:
[0104]I)动车组信息:涵盖车型、定员、头向、当前累计里程和上线时间信息，该数据要求在全路进行数据同步，确保数据在全路范围的一致性；
[0105]2)检修规程信息:涵盖I级、2级检修中定义的全部检修项目，以及各个项目的检修周期、检修耗时、检修开始时间和检修工作量的属性信息；
[0106]3)运用交路信息:涵盖运用交路的名称、所需运行时间和走行里程、始发终到时间、始发终到车站、要求的车型、包含的车次及各个车次属性信息；
[0107]4)运用所检修信息:涵盖运用所的检修能力、班组、检修工作日历和检修设备信息；
[0108]其中，步骤I中的计划编制参数包括:
[0109]I)运用和检修方案的时间范围；
[0110]2)快速智能优化算法的参数设置，包含最大迭代次数、最大计算时长配置数据。
[0111]其中，步骤2具体为:
[0112]子步骤1:建立动车组运用方案和检修方案一体化编制的优化模型；
[0113]子步骤2:根据优化模型生成动车组运用和检修接续网络；
[0114]子步骤3:应用蚁群智能优化的方法，令人工蚂蚁在动车组运用和检修接续网络上迭代寻优，寻得最优或次优调度序列；
[0115]子步骤4:将最优或次优调度序列转化为初步的动车组运用和检修方案。
[0116]所述子步骤I的优化模型基本形式为带状态约束的旅行商问题模型，定义如下:
[0117]给定N个城市以及任何两城市之间距离，假设旅行商连续旅行距离限度值为T。令旅行商从其中某城市出发，要经过每个城市一次，且只能经过一次，最后必须返回出发城市；旅行过程中，旅行商在访问若干个城市后，其累计的旅行距离达到了限度值T，旅行商必须转入休息状态，旅行商在两次相邻的休息状态之间连续的旅行距离不得超过限度值T。尽量减少该旅行商的巡游距离和休息次数。
[0118]设图G= (V, A)，V= {i I i=l,2,..., N}为城市集合,用 1、j 表示城市；A={(i, j) | i,j e V, i j}为边的集合,表示城市之间的连通关系,定义dij,表示边(i, j), i, j e V,i幸j的距离，旅行商连续旅行距离限度值为T。
[0119]xij为0-1变量，表示城市之间的接续关系，当旅行商经过城市i后立即选择访问城市j时，xij为I ;否则为O。
[0120]yi为0-1变量,如果旅行商访问完城市i后，转入休息状态，yi=l ;否则yi=0。[0121]将带状态约束的旅行商问题描述为:
[0122]
【权利要求】
1.一种动车组运用和检修方案的快速智能优化方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:基础数据集成和计划编制参数设置；步骤2:根据步骤I的条件，通过快速智能优化算法得到初步的动车组运用和检修方案； 步骤3:在初步的动车组运用和检修方案基础上进行人工微调； 步骤4:对人工微调后的动车组运用和检修方案进行约束校验并给出提示，若校验不通过则返回步骤2或步骤3。
2.如权利要求1所述的一种动车组运用和检修方案的快速智能优化方法，其特征在于， 所述步骤 I中的基础数据包括: 1)动车组信息:涵盖车型、定员、头向、当前累计里程和上线时间信息，该数据要求在全路进行数据同步，确保数据在全路范围的一致性； 2)检修规程信息:涵盖I级、2级检修中定义的全部检修项目，以及各个项目的检修周期、检修耗时、检修开始时间和检修工作量的属性信息； 3)运用交路信息:涵盖运用交路的名称、所需运行时间和走行里程、始发终到时间、始发终到车站、要求的车型、包含的车次及各个车次属性信息；4)运用所检修信息:涵盖运用所的检修能力、班组、检修工作日历和检修设备信息； 所述步骤I中的计划编制参数包括: 1)运用和检修方案的时间范围； 2)快速智能优化算法的参数设置，包含最大迭代次数、最大计算时长配置数据。
3.如权利要求1所述的一种动车组运用和检修方案的快速智能优化方法，其特征在于，所述步骤2具体为: 子步骤1:建立动车组运用方案和检修方案一体化编制的优化模型； 子步骤2:根据优化模型生成动车组运用和检修接续网络； 子步骤3:应用蚁群智能优化的方法，令人工蚂蚁在动车组运用和检修接续网络上迭代寻优，寻得最优或次优调度序列； 子步骤4:将最优或次优调度序列转化为初步的动车组运用和检修方案。
4.如权利要求1所述的一种动车组运用和检修方案的快速智能优化方法，其特征在于，所述步骤3中的人工微调具体为下述步骤中的一项或多项: O为动车组在某个具体时间安排/取消安排某个运用交路； 2)为运用交路在某个具体时间安排/取消安排具体动车组； 3)为动车组在某个具体时间安排/取消安排某个检修项目的检修工作； 4)安排动车组在一段时间的运用计划； 5)单独计算某列动车组的检修情况。
5.如权利要求1所述的一种动车组运用和检修方案的快速智能优化方法，其特征在于，所述步骤4的约束校验包括: 1)校验是否为全部的运用交路安排了动车组； 2)校验运用交路和所安排动车组之间的车型、定员、头向匹配关系； 3)校验运用交路需要的车组数量是否得到满足；4)校验各列动车组是否满足检修项目的“不超期、不漏项”要求； 5)校验运用所的检修能力是否满足。
6.一种动车组运用和检修方案的快速智能优化系统，其特征在于，包括以下模块: 数据共享模块:集成配置运用和检修方案所需要的基础数据和计划编制参数； 优化引擎模块:根据基础数据和计划编制参数，调用方案优化逻辑，输出初步的动车组运用和检修方案； 用户交互模块:提供多视图的计划编制交互界面，用以展示、调整运用和检修方案； 方案校验模块:根据动车组运用和检修规则，对编制的方案进行校验。
7.如权利要求6所述的一种动车组运用和检修方案的快速智能优化系统，其特征在于，所述数据共享模块具体包括: 运用交路管理逻辑:实现固定交路和临时交路信息在全路的统一录入、发布和同步共 动车组信息管理逻辑:实现动车组及其配件信息在全路的维护与共享； 检修规程管理逻辑:实现I级、2级检修项目基础信息的维护与共享； 动车运用所检修信息管理逻辑:实现运用所检修设备、股道、人员信息的维护； 方案数据管理逻辑:保存、编辑、输出动车组运用和检修方案数据。
8.如权利要求6所述的一种动车组运用和检修方案的快速智能优化系统，其特征在于，所述优化引擎 模块具体包括: 算法参数控制逻辑:提供优化算法、参数修改的统一接口 ； 动车组运用和检修网络构造逻辑:根据动车组信息、运用交路信息、检修规程、计划时间范围参数，生成动车组运用和检修接续网络，作为优化算法的基础； 优化迭代逻辑:通过人工蚂蚁在动车组运用和检修接续网络上的反复迭代，逐步求得最优或次优的动车组运用和检修方案。
9.如权利要求6所述的一种动车组运用和检修方案的快速智能优化系统，其特征在于，所述用户交互模块具体包括: 方案数据展示模块:通过视图展示动车组运用和检修方案数据； 用户操作接口:通过菜单、工具栏、鼠标操作方式，提供运用和检修的自动、手动编制操作接口 ； 报表导出模块:提供运用和检修方案的报表导出功能。
10.如权利要求6所述的一种动车组运用和检修方案的快速智能优化系统，其特征在于，所述方案校验模块的校验点包括: 1)校验是否为全部的运用交路安排了动车组； 2)校验运用交路和所安排动车组之间的车型、定员、头向匹配关系； 3)校验运用交路需要的车组数量是否得到满足； 4)校验各列动车组是否满足检修项目的“不超期、不漏项”要求； 5)校验运用所的检修能力是否满足。
【文档编号】G06Q10/04GK103714396SQ201310728098
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年12月25日
【发明者】王忠凯, 张惟皎, 李樊, 王辉, 郭悦, 詹珂昕 申请人:中国铁道科学研究院电子计算技术研究所, 北京经纬信息技术公司