CN110288168B - 一种高速动车组司机乘务交路优化编制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高速动车组司机乘务交路优化编制方法，包括：S1、根据高速动车组的运行区段及其到发点，结合高速动车组司机乘务交路的约束条件，构建乘务片段接续时间矩阵；S2、依据预先构建的0‑1整数规划模型和所述接续时间矩阵，进行模型求解，输出高速动车组司机乘务交路优化编制结果。还提供一种高速动车组司机乘务交路优化编制装置，包括乘务片段数据采集模块、中央处理模块、数据存储模块、供电模块、构建接续时间矩阵模块、构建数学模型模块和求解算法模块。可在几秒钟内输出质量稳定的编制结果，大大提高了编制效率；并且能够处理高速动车组乘务交路中的3种情形，实现乘务交路编制的全面优化。

Description

一种高速动车组司机乘务交路优化编制方法及装置

技术领域

本发明涉及高速动车组乘务交路编制技术领域，尤其涉及一种高速动车组司机乘务交路优化编制方法及装置。

背景技术

铁路机车(包括普速列车和高速动车组)乘务交路是指机车司机担当值乘任务的固定周转区段，即司机从机务段所在站到折返站之间往返值乘的线路区段。铁路机车乘务交路编制得是否合理，直接关系到机车司机的需要数及其相关作息时间安排。

高速动车组司机乘务交路计划，与普速列车司机乘务交路计划一样，是以值乘的高速动车组(列车)运行区段及其到发点为依据，安排司机的值乘车次、出退勤时间和地点等计划，以确保列车开行计划顺利实现。其编制可划分为3个阶段：1、根据高速动车组的运行区段及其到发点确定乘务片段；2、根据乘务片段构建乘务交路；3、根据乘务交路编制乘务交路循环。其中，乘务片段是指司机在退勤休息或间休前连续值乘的“一个单程或立即折返(简称立折)交路”，且限定旅行时间一般不超过4h，是编制乘务交路计划的基本单元；根据乘务片段的时长和是否有可接续的乘务片段，多数情况下，乘务交路由1对“往返”的乘务片段组成(有1次间休)，有时由1个或3个乘务片段组成(相应地，无间休或有2次间休)，是司机一天的工作安排(日计划)；乘务交路循环由固定周期内轮流值乘的多个乘务交路连接组成。

目前，我国铁路机车运用和乘务工作组织采用的是长交路、轮乘制。在此制度下，普速机车司机乘务交路基本上是由1对往返的乘务片段组成。然而，随着我国高铁基本成网后，开行高速列车数的增多以及交路区段划分、列车运行速度、乘务作息时间等方面的不同，除了由1对往返的乘务片段组成的非立即折返高速动车组乘务交路外，还出现了由大量立即折返乘务片段组成的带立折乘务片段的高速动车组乘务交路。若此时仍采用传统的“先到先走”方法来编制(即先到的“去程”乘务片段优先接续下一个“返程”乘务片段)，则所需要的司机人数(乘务交路数)或乘务片段间总接续时间往往不是最少的。

因此，亟需一种高速动车组司机乘务交路优化编制方法及装置。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供了一种高速动车组司机乘务交路优化编制方法及装置。可在几秒钟内输出质量稳定的编制结果，大大提高了编制效率；并且能够处理高速动车组乘务交路中的3种情形：①是所有乘务片段都能相互配对接续构成乘务交路；②存在某些乘务片段，不能与其他任何乘务片段配对形成乘务交路，称其为单乘务片段“交路”，且不安排便乘；③由3个以上乘务片段组成乘务交路。实现乘务交路编制的全面优化。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种高速动车组司机乘务交路优化编制方法，包括以下步骤：

步骤S1、根据高速动车组的运行区段及其到发点，结合高速动车组司机乘务交路的约束条件，构建乘务片段的接续时间矩阵。

步骤S2、依据预先构建的0-1整数规划模型和所述接续时间矩阵，对所述0-1整数规划模型进行求解，输出高速动车组司机乘务交路优化编制结果。

0-1整数规划模型的构建包括：

以乘务交路数K为优化目标，第一目标函数为：

其中，n为乘务片段总数目；

以乘务片段总接续时间Z最短为优化目标，第二目标函数为：

其中，C_ij为乘务片段之间的接续时间；

任一目标函数的约束条件包括：

C_ijx_ij<M

其中，i,j为乘务片段编号，i,j＝1,2,...,n；M为一个大于或等于1440的整数。

作为本发明方法的一种改进，构建的乘务片段的接续时间矩阵，包括：

其中，

分别表示乘务片段i的起始站和终到站，

分别表示乘务片段i的开始时间和结束时间。

所述目标函数的约束条件还包括：

其中，w_i为值乘乘务片段i时司机的工作时长；W为日工作时长限制。

作为本发明方法的一种改进，在构建乘务片段接续时间矩阵的过程中，将从折返站出勤又在折返站退勤的交路接续视为无效接续。

作为本发明方法的一种改进，0-1整数规划模型以所述第一目标函数为首要优化目标，以所述第二目标函数为次要优化目标。

作为本发明方法的一种改进，将第一目标函数和第二目标函数转化为以下单优化目标函数：

作为本发明方法的一种改进，采用预先设计的禁忌搜索算法对0-1整数规划模型进行求解；预先设计的禁忌搜索算法包括：

ⅰ、解的表示：解为0和各乘务片段的序号(1,2,…,n)的一种排列，且每个乘务片段的序号出现且仅出现一次。

ⅱ、初始解构建：根据乘务片段的接续时间矩阵和传统的“先到先走”方法，获得传统高速动车组司机乘务交路方案，并将其作为初始解。

ⅲ、邻域结构：①点向前插入：将所挑选的第一个乘务片段从当前位置中取出，并将其插入到所挑选的第二个乘务片段之前；②点向后插入：将所挑选的第一个乘务片段从当前位置中取出，并将其插入到所挑选的第二个乘务片段之后；③点交换：将所挑选的两个乘务片段的位置互换；④尾部向前或向后插入：若所挑选的两个乘务片段位于不同的乘务交路中，则将所挑选的第一个乘务片段及其随后的乘务片段从当前位置中取出，并将其插入到所挑选的第二个乘务片段之前或之后。

ⅳ、解的评价：设置解的评价公式为

其中，R为该解中不可行的乘务交路数；p为惩罚系数，p∈[2，20000]开始时等于100，并通过一个自调整参数来加权：每隔10次迭代测试一次，若前面的10个解都是可行的，则将其除于2；若所有的10个解都是不可行的，则将其乘于2。

ⅴ、算法参数：

①禁忌长度：将上述邻域结构中的4种邻域变换作为禁忌对象，禁忌长度在5～10间随机选取。

②每次迭代时的候选解个数：设定为150+2n。

③终止准则：算法设定2个参数作为终止准则，即总迭代次数达到12000+20n，或在3500+2n次连续迭代步数内当前的最好解没有改变。

一种高速动车组司机乘务交路优化编制装置，包括乘务片段数据采集模块、中央处理模块、数据存储模块、供电模块、构建接续时间矩阵模块、构建数学模型模块和求解算法模块；乘务片段数据采集模块的输出端电连接中央处理模块的输入端，中央处理模块的输出端电连接构建接续时间矩阵模块的输入端，构建接续时间矩阵模块的输出端电连接构建数学模型模块的输入端，构建数学模型模块的输出端电连接求解算法模块的输入端；数据存储模块与中央处理模块双向电连接，供电模块的输出端电连接中央处理模块的输入端。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

1、本发明提出的编制方法充分考虑了我国高速动车组司机乘务交路编制工作的基本要求和优化目标，从新的角度对问题的本质进行了提炼和抽象，构建了新的数学模型及其求解算法。在完成乘务交路片段数据采集后，调用本发明提出的高速动车组司机乘务交路优化编制方法计算机程序，可在几秒钟内输出质量稳定的编制结果，大大提高了编制效率。

2、本发明针对目前我国高速动车组乘务交路中出现较多立即折返乘务片段的新情况，能同时处理以下三种情形：1、所有乘务片段都能相互配对接续构成乘务交路；2、存在某些乘务片段，不能与其他任何乘务片段配对形成乘务交路，称其为单乘务片段“交路”，且不安排便乘；3、由3个以上乘务片段组成乘务交路。使得在满足相关约束条件下，所需要的乘务员(司机)数为最少和乘务交路总接续时间最短，弥补现有方法只考虑非立即折返类型、或只能处理上述带立折的高速动车组乘务交路第一种情形的缺陷，为最终优化编制乘务交路循环(乘务排班计划)提供基础。

附图说明

本发明借助于以下附图进行描述：

图1为本发明间休折返型高速动车组司机乘务交路示意图；

图2为本发明纯立即折返型高速动车组司机乘务交路示意图；

图3为本发明混合折返型高速动车组司机乘务交路示意图；

图4为本发明高速动车组司机乘务交路优化编制方法流程图；

图5为本发明按“先到先走”方法构建的南昌机务段乘务交路实验列表图；

图6为本发明方法构建的南昌机务段乘务交路实验列表图；

图7为本发明方法构建的海南铁路公司乘务交路实验列表图；

图8为本发明高速动车组司机乘务交路优化编制装置的结构示意图。

【附图标记】

1：乘务片段数据采集模块；2：中央处理模块；3：数据存储模块；4：供电模块；5：构建接续时间矩阵模块；6：构建数学模型模块；7：求解算法模块。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

高速动车组司机乘务交路可分为以下3种类型：

1、间休折返型。指司机从机务段所在站(本段站)出勤值乘去程(非立折)乘务片段，到达折返站后按规定间休，再值乘另一返程(非立折)乘务片段返回机务段所在站。该类型的乘务交路的编制与普速机车乘务交路的编制本质相同，只是乘务片段和间休的时间长短略有差异，如图1所示。

2、纯立即折返型。指司机从机务段所在站出勤值乘，到达折返站作短暂停留后(一般不超过90分钟)，且往返总旅行时间(含立折接续时间)不超过4小时的情况下，立即值乘另一车次(一般为同一动车组)返回机务段所在站，形成一个立折乘务片段，间休后再值乘另一立折乘务片段，再次返回机务段所在站，然后退勤，如图2所示。与间休折返型不同，此情形下的乘务片段不分去、返程，即每个立折乘务片段既可被其他立折乘务片段接续，也可接续其他立折乘务片段。

3、混合折返型。由立折乘务片段和非立折乘务片段混合组成，即司机从机务段所在站(或折返站)出发，值乘“去程”乘务片段，按规定间休后，再值乘一“返程”乘务片段到达折返站(或机务段所在站)终止的“交路”，如图3所示。

由于立折乘务片段在起点站同时有起始时刻和终止时刻，使得在编制带立折乘务片段的乘务交路时，需确定每一个立折乘务片段是接续其他乘务片段(另一个立折或非立折乘务片段)，还是被其他乘务片段接续，有多种接续组合，所以带立折的高速动车组司机乘务交路的编制比间休折返型的要复杂。因此，在编制带立折的高速动车组司机乘务交路时，由于列车到发点的原因，会出现以下3种情形：1、所有乘务片段都能相互配对接续构成乘务交路；2、存在某些乘务片段，不能与其他任何乘务片段配对形成乘务交路，称其为单乘务片段“交路”，且不安排便乘；3、由3个以上乘务片段组成乘务交路。

本发明提出了一种能同时处理上述3种情形的高速动车组司机乘务交路优化编制 方法，如图4所示，包括以下步骤：

步骤S1、根据高速动车组的运行区段及其到发点，结合高速动车组司机乘务交路的约束条件，构建乘务片段的接续时间矩阵。

根据规定，高速动车组司机乘务交路以0点为界划分每一天；高速动车组司机值乘两个乘务片段之间的休息时间(间休时间)不小于90min，可称其为最短接续时间；司机一次出乘工作时间不超过日工作时长限制(一般为8h)。因此，当两个乘务片段不在同一天(以0点作为划分)接续、或在同一天接续但接续时间小于90min或超过日工作时长限制时，视该两乘务片段间不能接续，即为无效接续。故乘务片段之间接续时间C_ij的计算如下：

其中，

分别表示乘务片段i的起始站和终到站，

分别表示乘务片段i的开始时间和结束时间，M为一个大于或等于1440的整数，1440是一天24小时的分钟数，表示两乘务片段之间不能接续。

通过给定0-24点的高速动车组运行时刻表，结合乘务片段之间接续时间C_ij的计算方法，获得乘务片段的接续时间表，见表1。根据乘务片段的接续时间表，获取乘务片段的接续时间矩阵。

优选地，在构建乘务片段接续时间矩阵的过程中，考虑一些人性化规则，根据实际需要，将从折返站出勤又在折返站退勤的交路接续视为无效接续或有效接续。比如为了让司机更好地休息，可要求所编排的乘务交路不出现司机连续在折返站过两夜的情形，即从折返站出勤的必须安排在本段站退勤，此时可将从折返站出勤又在折返站退勤的交路接续视为无效接续，用整数M表示接续时间。

表1乘务片段的接续时间表

表1中，P_i(i＝1,...,a)表示立折乘务片段；Q_i(i＝a+1,...,a+b)表示从折返站返回的非立折乘务片段；R_i(i＝a+b+1,...,a+b+c)表示从机务段所在站出发的非立折乘务片段，令乘务片段数目n＝a+b+c为乘务片段总数目。

步骤S2、依据乘务片段的接续时间矩阵和预先构建的0-1整数规划模型，采用预先设计的禁忌搜索算法对0-1整数规划模型进行求解，输出高速动车组司机乘务交路优化编制结果。

0-1整数规划模型的构建如下：

ⅰ、设定

ⅱ、考虑到动车组司机资源紧缺、成本高，以最小化乘务交路数(司机需要数)为首要优化目标建立第一目标函数：

对于1个乘务交路最多只能由1对“往返”的乘务片段组成(只有1次间休)的情形，其最小值的下限为n/2。

ⅲ、以乘务片段总接续时间最短(乘务员冗余的休息时间为最少)为次要优化目标建立第二目标函数：

使得乘务片段间的接续尽量紧凑，有利于司机退勤后能有更多的时间集中休息。

ⅳ、建立如下约束条件：

表示乘务片段i最多接续或被接续一次；求和式为0时表示该乘务片段未能与其它乘务片段配对接续，成为单乘务片段“乘务交路”。因此，乘务片段都能相互配对接续构成乘务交路和部分乘务片段相互间不能配对接续构成乘务交路的两种情形都已被该模型所涵盖，更具通用性。

C_ijx_ij<M,i,j＝1,2,…,n (4)

表示乘务片段间的接续必须是可行的，即均为有效接续。

表示每个乘务交路中司机的工作时长不能超过给定的日工作时长限制，由3个以上乘务片段组成乘务交路时主要受此约束条件限制。

其中，i,j为乘务片段编号，i，j＝1，2，...，n；w_i为值乘乘务片段i时司机的工作时长；W为日工作时长限制；K为乘务交路数。

优选地，上式(1)和(2)转化为如下的单优化目标函数：

式(6)中的第二项表示对乘务片段未配对接续形成乘务交路的惩罚值。显然，乘务片段两两配对接续形成有效的乘务交路数越多，该惩罚值就越小，当所有的乘务片段都两两配对接续形成有效的乘务交路时，惩罚值为0，与上式(1)和(2)的优化目标一致。

本发明所构建的0-1整数规划模型与集合分解模型相似，但目标函数和约束条件更复杂，可当作是集合分解模型的一种拓展。集合分解问题已被证明为NP-难问题，显然，本发明所构建的0-1整数规划模型也为NP-难问题。

计算复杂性理论已经证明，对于NP-难问题，用相应的精确算法求解时，其计算量一般随问题规模的增大呈指数增长，特别是对于较大规模的NP-难问题，在可接受的计算机运算时间内用精确算法求出这类问题的最优解是非常困难的，因此其精确算法在实际应用中具有局限性。从应用的角度考虑，普遍接受的明智做法是设计相应的启发式算法来求出问题的近优解或最优解。由于实际工作中的乘务交路构建问题规模往往较大，因此本发明 设计了一个求解高速动车组司机乘务交路优化编制问题的禁忌搜索算法：

ⅰ、解的表示

解为0和各乘务片段的序号(1,2,…,n)的一种排列，且每个乘务片段的序号出现且仅出现一次。相邻两个0之间包含多个非0序号时，表示相应的乘务片段相互接续构成乘务交路；相邻两个0之间包含一个乘务片段序号表示该乘务片段需单独值乘。例如解(0 1 30 4 5 2 0…0 6 0)表示乘务片段1、3和4、5、2分别接续组合为乘务交路，乘务片段6为单乘务片段“乘务交路”，需单独值乘。

ⅱ、初始解构建

根据乘务片段的接续时间矩阵和传统的“先到先走”方法，获得传统高速动车组司机乘务交路方案，并将其作为初始解。

由于禁忌搜索算法对初始解有一定的依赖性，选用较好的初始解有助于在解空间内搜寻到的较优最终解。

ⅲ、邻域结构

每次随机挑选解中的2个乘务片段(下面示例中有下划线者)，再随机挑选其中一种进行邻域操作对当前解进行变换。邻域操作后，若相邻两个元素都为0，且该新解又是可行解时，则删去其中一个，表示由单乘务片段组成的“乘务交路”减少了，而乘务片段配对接续形成的有效乘务交路增加了，即式(1)所代表的目标函数得到了改善。

邻域结构包括：

①点向前插入。将所挑选的第一个乘务片段从当前位置中取出，并将其插入到所挑选的第二个乘务片段之前，如(0 1 3 0 4 5 0 2 0 6 0)→(0 3 0 4 5 0 1 2 0 6 0)；(0 1 3 0 4 5 0 2 0 6 0)→(0 1 3 0 4 5 02 6 0)。

②点向后插入。将所挑选的第一个乘务片段从当前位置中取出，并将其插入到所挑选的第二个乘务片段之后，如(0 1 3 0 4 5 0 2 0 6 0)→(0 3 0 4 5 0 2 1 0 6 0)；(0 1 3 0 4 5 0 2 0 6 0)→(0 1 3 0 4 5 062 0)。

③点交换。将所挑选的两个乘务片段的位置互换，如两乘务交路间：(0 1 3 0 4 50 2 0 6 0)→(0 2 3 0 4 5 0 1 0 6 0)；同一乘务交路内：(0 1 3 0 4 5 0 2 0 6 0)→(0 3 1 0 4 5 0 2 0 6 0)。

④尾部向前或向后插入。若所挑选的两个乘务片段位于不同的乘务交路中，则将所挑选的第一个乘务片段及其随后的乘务片段(尾部)从当前位置中取出，并将其插入到所挑选的第二个乘务片段之前或之后，如(0 1 0 4 5 0 2 6 3 0)→(0 1 6 3 0 4 5 0 20)。

优选地，当随机挑选2个乘务片段位于不同的乘务交路时，4种邻域操作都可以进行；当随机挑选2个乘务片段在同一乘务交路内时，只进行邻域操作③，这是由于邻域操作①、②和④的结果是不变的。

此种邻域结构增强了禁忌搜索算法的寻优能力，以便能在减少司机需要数和司机冗余的休息时间两个方面都能得到更好的改进。

ⅳ、解的评价

从乘务片段的接续时间矩阵[C_ij]和上述4种邻域操作中可以看出，当算法搜索进程越接近问题的最优解时，从一个可行解经一次邻域变换操作产生另一个新解也为可行解将越难。为了充分对解空间进行搜索，本发明将算法设计为接受导致不可行解的变换，设置解的评价公式为：

其中，R为该解中不可行的乘务交路数；p为惩罚系数，p∈[2，20000]开始时等于100，并通过一个自调整参数来加权：每隔10次迭代测试一次，若前面的10个解都是可行的，则将其除于2；若所有的10个解都是不可行的，则将其乘于2。

这种机制可以产生一种可行解和不可行解的混合，有利于通过不可行解的过渡，找到更好的可行解，减少陷入局部最优的可能性。

ⅴ、算法参数

该算法的主要参数设置如下：

①禁忌长度：将上述邻域结构中的4种邻域变换作为禁忌对象，禁忌长度在5～10间随机选取。

②每次迭代时的候选解个数：设定为150+2n。

③终止准则：算法设定2个参数作为终止准则，即总迭代次数达到12000+20n，或在3500+2n次连续迭代步数内当前的最好解没有改变。

基于上述设计，本发明禁忌搜索算法描述如下：

1：初始化。

2：读入基础数据和各参数的设定值。

3：按照“先到先走”策略生成的方案作为初始解，并置该解为当前解和当前最好解。

4：While算法终止准则未满足do

5：While候选解个数未满do

6：随机挑选两个顶点。

7：随机挑选四种邻域变换之一。

8：将所挑选的变换作用于当前解，把所产生的新解加入到候选解集中。

9：End while.

10：从候选解集中选择非禁忌的最佳候选解；或若存在一个优于当前最好解的禁忌候选解，则解禁该候选解，并将其作为最佳候选解。若无非禁忌的候选解，则将禁忌候选解中的最佳者解禁，并将其作为最佳候选解。

11：置新最佳候选解为当前解。

12：更新禁忌表中各禁忌对象的任期。

13：End while.

仿真实验

以中国铁路南昌局集团公司南昌机务段值乘的部分高速动车组司机乘务交路编制问题，以及海南铁路公司值乘的环岛高速动车司机组乘务交路编制问题为算例，对本发明提出的编制方法进行了测试。

南昌机务段值乘南昌-九江之间带立即折返的值乘任务，共18个乘务片段，若按1个乘务交路最多只能由1对“往返”的乘务片段组成(只有1次间休)来构建乘务交路，则乘务交路数的下限为9个。若用铁路现场目前常用的“先到先走”方法构建，需要11个乘务交路，如图5所示，即每天需派出11位司机值乘。若用本发明提出的编制方法来构建，则只需要9个乘务交路(全部配对)，达到最少，如图6所示。

海南铁路公司值乘的环岛高速动车组有80个乘务片段，其中有26个是带立即折返的。由于动车组司机紧缺，且部分乘片段的旅行时较短(约1.5h)，因此，允许某些乘务交路由3个乘务片段组成(即允许每天有2次间休)，以及个别乘务片段的旅行时间可略超过4h(最大值是4.8h)、个别乘务交路的司机日工作时长可超过8h(最大值是旅行时间10.13h，加上出退勤辅助时间后是14.6h)。按照这些要求，现场编制人员人工编制的结果是每天有36个乘务交路，并已按此方案实施；按照同样的限制条件，用本文的禁忌搜索算法运行约5s，输出的结果是只需33个乘务交路，可节省3个，其中的一个方案如图7所示。

本发明还提供一种高速动车组司机乘务交路优化编制装置，如图8所示，包括乘务片段数据采集模块1、中央处理模块2、数据存储模块3、供电模块4、构建接续时间矩阵模块5、构建数学模型模块6和求解算法模块7，其中供电模块的型号为WHYX-R3000E80，乘务片段数据采集模块1的输出端电连接中央处理模块2的输入端，中央处理模块2的输出端电连接构建接续时间矩阵模块5的输入端，构建接续时间矩阵模块5的输出端电连接构建数学模型模块6的输入端，构建数学模型模块6的输出端电连接求解算法模块7的输入端。

其中，中央处理模块为用于控制整个高速动车组司机乘务交路优化编制流程的操作，以使与中央处理模块输出端连接的各模块对乘务片段数据采集模块采集到的数据进行处理，输出高速动车组司机乘务交路优化编制结果。

优选地，求解算法模块8采用禁忌搜索算法进行求解。

优选地，数据存储模块3与中央处理模块2双向电连接，供电模块4的输出端电连接中央处理模块2的输入端。数据存储模块用于存储“与司机作息时间有关的基础数据”、“所采集的乘务片段数据”、“所构建的接续时间矩阵数据”、以及“最后编制出来的乘务交路数据(结果)”。

需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种高速动车组司机乘务交路优化编制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、根据高速动车组的运行区段及其到发点，结合高速动车组司机乘务交路的约束条件，构建乘务片段的接续时间矩阵；

步骤S2、依据预先构建的0-1整数规划模型和所述接续时间矩阵，对所述0-1整数规划模型进行求解，输出高速动车组司机乘务交路优化编制结果；

其中，预先构建的0-1整数规划模型包括：

以K为优化目标，第一目标函数为：

其中，n为乘务片段总数目；

以乘务片段总接续时间Z最短为优化目标，第二目标函数为：

其中，C_ij为乘务片段之间的接续时间；

任一目标函数的约束条件包括：

C_ijx_ij<M

其中，i,j为乘务片段编号，i,j＝1,2,...,n；M为一个大于或等于1440的整数；

其中，采用预先设计的禁忌搜索算法对所述0-1整数规划模型进行求解；

所述预先设计的禁忌搜索算法包括：

ⅰ、解的表示：解为0和各乘务片段的序号(1,2,…,n)的一种排列，且每个乘务片段的序号出现且仅出现一次；

ⅱ、初始解构建：根据乘务片段的接续时间矩阵和传统的“先到先走”方法，获得传统高速动车组司机乘务交路方案，并将其作为初始解；

iii、邻域结构：①点向前插入：将所挑选的第一个乘务片段从当前位置中取出，并将其插入到所挑选的第二个乘务片段之前；②点向后插入：将所挑选的第一个乘务片段从当前位置中取出，并将其插入到所挑选的第二个乘务片段之后；③点交换：将所挑选的两个乘务片段的位置互换；④尾部向前或向后插入：若所挑选的两个乘务片段位于不同的乘务交路中，则将所挑选的第一个乘务片段及其随后的乘务片段从当前位置中取出，并将其插入到所挑选的第二个乘务片段之前或之后；

ⅳ、解的评价：设置解的评价公式为

其中，R为该解中不可行的乘务交路数；p为惩罚系数，p∈[2，20000]开始时等于100，并通过一个自调整参数来加权：每隔10次迭代测试一次，若前面的10个解都是可行的，则将其除于2；若所有的10个解都是不可行的，则将其乘于2；

ⅴ、算法参数：

①禁忌长度：将上述邻域结构中的4种邻域变换作为禁忌对象，禁忌长度在5～10间随机选取；

②每次迭代时的候选解个数：设定为150+2n；

③终止准则：算法设定2个参数作为终止准则，即总迭代次数达到12000+20n，或在3500+2n次连续迭代步数内当前的最好解没有改变。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，构建的乘务片段的接续时间矩阵，包括：

其中，

分别表示乘务片段i的起始站和终到站，

分别表示乘务片段i的开始时间和结束时间；

所述目标函数的约束条件还包括：

其中，w_i为值乘乘务片段i时司机的工作时长；W为日工作时长限制。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在构建乘务片段接续时间矩阵的过程中，

将从折返站出勤又在折返站退勤的交路接续视为无效接续。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述0-1整数规划模型以所述第一目标函数为首要优化目标，以所述第二目标函数为次要优化目标。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，

将所述第一目标函数和第二目标函数转化为以下单优化目标函数：

6.一种高速动车组司机乘务交路优化编制装置，其特征在于，所述装置用于执行如权利要求1至5任一项所述的高速动车组司机乘务交路优化编制方法。

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