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研究生: 羅煥然
Lo, Huan-Jan
論文名稱: 列車規則性班表排程之研究
A Study on Periodic Railway Timetabling
指導教授: 林佐鼎
Lin, Tzuoo-Ding
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 管理學院 - 交通管理科學系
Department of Transportation and Communication Management Science
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 72
中文關鍵詞: 數學規劃規則性排程台灣高鐵
外文關鍵詞: mathematical programming, periodic timetabling, Taiwan High Speed Rail system
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  • 規則性排程(Periodic timetabling)問題之研究,國外已行之有年,唯國內尚無相關之研究。且許多歐洲國家及日本的軌道系統,均採用規則性之班表。所以本研究藉由建立一規則性班表排程之數學模式而希望能夠對於規則性班表排程問題進行一深入之研究,以探討其特性,及其優、缺點。而後以高鐵為例子進行模式的測試與驗證,以及測試傳統之數學規劃法是否能夠有效率的求解本研究所建立之模式。
    規則性排程模式與一般傳統的排程模式差別在於,規則性排程模式在求解上僅需求解一個週期內之排程問題,而傳統之排程問題則是必須求解一整天之排程,在規模上規則性排程問題遠小於傳統之排程問題。而另外則是因為規則性排程問題比起傳統排程問題要多了週期這個特性,因此在模式建立上,必須加入許多週期性之變數與限制式,所以在求解上,規則性排程問題之複雜度要比傳統之排程問題複雜的多。
    本研究所建立之模式為一混合整數規劃之數學模式(Mixed Integer Problem, MIP),其假設前提是一靜態排班,單方向複線運轉之軌道系統。其中關於週期性之整數變數超過總變數數量的一半。以高鐵為例子進行模式驗證與數學規劃法求解測試,高鐵系統單一方向下行線上十一個車站,每小時發八班車的模式規模來看,程式僅需約100秒左右即可求出最佳解。結果顯示傳統之數學規劃法仍能有效率的求解規則性排程之模式。而另外在本模式之假設前提下,高鐵系統一個小時之系統容輛為10部車。

    Periodic timetabling problem has already been researched several years abroad, but there is no relative research at home. There are many countries in Europe and Japan who adopt periodic timetable as their railway timetable. This research studies about the properties of periodic timetabling problem by trying to build a periodic railway timetabling model. And then take Taiwan High Speed Rail system as an example to test the model we built. Finally, test the efficiency of mathematical programming method for solving the model.
    There are some differences between periodic timetabling problem and traditional timetabling problem. One of them is that the scale of periodic timetabling problem is much smaller than traditional timetabling problem because the scale of periodic timetabling problem is only about one period, like one hour, but the scale of traditional timetabling problem is about one day. The other difference between them is that periodic timetabling problem is much more complex than traditional timetabling problem because the former need lots of integer variables to describe the property of period.
    The model is a mixed integer problem, and it hypothesize that it’s a static timetabling, and only consider about one-way track in multiple tracks system. We take Taiwan High Speed Rail system as the example and taking a hour as a period. We find that solving the model with scale of 8 trains and crossing 11 stations by using mathematical operation method only need about 100 seconds to find the optimal solution. This tells that the mathematical programming method still can solve the model efficiently. Finally, we test the capacity of Taiwan High Speed Rail system. The result shows that the capacity of one hour is about 10 trains.

    目錄 目錄 I 表目錄 III 圖目錄 IV 第一章 緒論 1 1.1研究背景與動機 1 1.2研究目的 1 1.3研究範圍 2 1.4研究方法 2 1.5研究流程 2 第二章 文獻回顧 4 2.1排程概念 4 2.1.1列車運行時空圖 4 2.1.2排程類別 4 2.1.3排程目標 5 2.2規則性班表簡介 6 2.3規則性班表排程之求解方法回顧 9 第三章 最佳化規則性列車排班模式之建立 11 3.1基本假設、目標與限制 11 3.2數學模式 14 3.2.1決策變數 14 3.2.2目標函數 23 3.2.3限制式 25 3.2.4完整數學模式 36 3.2.5模式規模 42 3.3 規則性排程模式與一般排程模式之比較 47 第四章 實證分析 50 4.1 輸入參數 50 4.1.1車站內股道使用與容量 50 4.1.2營運車種組成與權重係數 52 4.1.3期望班表 55 4.2 數學規劃法求解 59 4.3 容量與執行效率測試 62 第五章 結論與建議 66 5.1 結論 66 5.2 建議 67 參考文獻 68 參考網頁 72 表目錄 表3.1 決策變數定義 14 表3.2 規則性列車排班混合整數規劃模式之規模 42 表3.3 規則性排程模式與一般性排程模式限制式比較 48 表4.1 台灣高鐵車站下行線里程及站內股道數 51 表4.2 台灣高鐵車站下行線方向各車站內股道佈設方式 51 表4.3 高鐵各車站之各項安全時隔 52 表4.4 高鐵列車停站模式 53 表4.5 各停站模式下之相對站間運轉時分及站內停靠時間 54 表4.6 各站間基準運轉時分、餘裕時分及進離站增運轉時分 55 表4.7 模式輸入之各項權重值 56 表4.8 八列車之期望班表 57 表4.9 八次車十一車站之相對期望班表 57 表4.10 八次車十一車站之相對最佳班表 60 表4.11 數學規劃法求解結果 62 表4.12 容量與執行效率測試 63 表4.13 模式規模與求解效率關係表 63 表4.14 平均模式規模與求解效率關係表 64 圖目錄 圖1.1 研究流程圖 3 圖2.1 列車運行時空圖範例 4 圖2.2 單方向之規則性列車運行時空圖範例 6 圖2.3 一週期之規則性列車運行時空圖 7 圖2.4 一週期之相對規則性列車運行時空圖 8 圖3.1 列車運轉安全時隔 13 圖3.2 列車t於始發車站之發車時間與期望發車時間差距 16 圖3.4 列車於預定不停之車站停站與否決策變數示意圖 17 圖3.5 兩列車離站先後順序決策變數示意圖 19 圖3.6 兩列車於同一車站到離站先後順序 19 圖3.7 列車運行途中跨越週期示意圖 20 圖3.8 列車運行跨越週期示意圖 21 圖3.9 列車於車站間之基準運轉時分及餘裕時間示意圖 23 圖3.10 列車於始發車站之發車時間限制 26 圖3.11 列車於非預期停站之車站停靠之運行圖 28 圖3.12 同向離站時隔及周期限制 31 圖3.13 同向到站時隔及週期限制 33 圖3.14 同股道到開時隔及周期限制 34 圖4.1 八次車十一車站之期望班表之列車運行時空圖 59 圖4.2 八次車十一車站之最佳化班表之列車運行時空圖 61 圖4.3 模式規模與不可行解數關係圖 63 圖4.4 模式規模與平均程式求解迴圈次數關係圖 65 圖4.5 模式規模與平均程式求解執行時間關係圖 65

    參考文獻
    1. 交通部運輸研究所,台鐵車輛排程最適化之研究,交通部運輸研究所,民94
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    4. 黃士哲,高速鐵路列車衝突解決與績效評估之研究,國立成功大學交通管理科學研究所碩士論文,民90
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    參考網頁
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    3. Wikipedia, URL:http://en.wikipedia.org/wiki/Constraint_programming

    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2007-08-24公開
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