铁路技术站作为铁路网范围内大量中转车流的改编作业地点,是重新组织货流、车流的重要网络节点,对于铁路运输网络的综合运输效率起着至关重要作用,我国铁路运输组织模式决定了技术站在整体铁路运输路网中无法替代的特殊地位。铁路技术站内的技术作业过程是一个包含有多层次的复杂流程,不仅需要调动技术站内大量固定设备和移动设备,也和到达列车、出发列车以及车流组成结构高度相关,同时也受到站外列车运行状况、区间能力、机车车辆配置等因素影响。铁路技术站作业计划综合优化,是从系统整体的角度合理地调动各种技术站内移动设备、固定设备及人员,优化协调技术站各种作业活动的综合时序,以实现技术站综合服务效率最优化的目标。本论文从技术站的物理结构和作业技术特点出发,以时空网络研究视角为基点,构建了基于累计流的铁路技术站系统综合建模研究框架,以实现技术站内车辆停留时间最小为优化目标,构建了技术作业计划的确定性综合优化数学模型。该综合优化模型能够反映技术站内列车、车流的连续运动过程和系统状态的动态变化,并融合考虑调车线运用方案、调车线空间能力等多种重要实践约束。针对干扰技术站作业的随机扰动因素,论文进一步提出基于离散随机场景的技术站作业随机性综合优化模型。该随机优化模型是将服从已知概率分布下的随机扰动构建为离散随机场景,求得保证作业目标函数最优的鲁棒性离线决策方案,即该决策方案能保证随机干扰下的作业计划质量期望最优。在分析综合优化模型数学特性和技术作业特点基础上,分别提出了基于有效不等式的模型强化方法和基于集聚配流的启发式简化求解方法,形成了一整套技术站作业计划综合优化理论方法,为优化技术站作业流程实践提供了理论依据。本文的研究内容涵盖以下几个方面:1.首先分析了铁路技术站作业计划问题及其内涵。论文分析了技术站在铁路运输中的重要作用,对技术站作业计划综合优化问题进行了界定,并且阐述了技术站作业计划综合优化研究的复杂挑战性和重要实践意义。在技术站系统内运动的作业对象具有多商品流的性质,作业计划优化问题需要保证不同作业对象流的性质转换过程满足网络流平衡原则,合理协调前后接续作业和作业对象在设备之间的衔接。从时空网络研究的视角看,充分考虑技术站到达作业、解体作业、集结过程、编组作业及出发作业的技术要求,能够充分反映技术站内主要技术设备的动态状态和作业对象的连续运动过程。2.阐述了基于累计流的技术站作业系统综合优化建模框架及应用。基于技术站主要作业内容的系统分析,从时间依赖性的资源分配角度解析技术站作业优化目标的时空特性和作业要求,提出了基于累计流的技术站作业系统综合建模框架。该方法融合技术站内时空资源分配的思想,能够合理描述技术站作业活动机理和作业特点,适应于技术站多层次的网络结构特点。在累计流建模理论理念框架下,对技术站时空系统作业对象的运动过程、系统的动态状态以及多系统间协同关系等进行刻画,并给相关数学表达式。在此基础上,总结了技术站系统累计流建模框架的适应性要求,分析了适用交通系统的共同典型特征。3.建立了铁路技术站作业确定性综合优化模型。在基于累计流的综合建模框架下,主要阐述了技术站作业综合计划优化目标和技术站作业过程中关键约束的数学意义,构建了确定性综合优化数学模型,统筹考虑包括到达作业、解体作业、集结过程、编组作业和出发作业的各种关键作业要求,该模型是一个多层次的混合整数规划数学模型,融合考虑调车场内运用方案及调车线空间能力约束,能够反映技术站内运动对象的运动过程和系统的动态状态。4.提出了基于有效不等式的模型强化方法和基于集聚配流的启发式简化求解算法。针对数学模型的整数规划模型特点,构建原综合优化模型的线性松弛模型,降低原模型整数变量规模,构建技术站作业优化模型的有效不等式对松弛模型进行强化,去掉关键决策变量中无意义的非整数优化解,从而保证最终优化解的有效性。针对技术站作业中车流的供需关系特性,构建简化的技术站作业优化的线性集聚配流模型,依据“先到先分配”作业原则设计基于“最急迫解体参数”的解体顺序优选启发式算法,利用配流模型优化解推算具有显著优化偏好的解体顺序决策变量取值,减少整数变量的优化解搜索空间,加快优化模型的求解速度。5.建立了铁路技术站作业随机性综合优化模型。技术站作业计划常受到多种随机因素的扰动,会造成车流不能按时接续、出发列车不能按计划出发或被取消等问题,对技术作业计划方案质量和可执行性有着重大影响。本论文分析了技术站作业流程中的多种随机扰动因素及其影响,以到达列车晚点对整体技术作业计划的影响为代表随机干扰因素,采用基于离散场景的随机规划方法,围绕解体作业顺序关键决策的鲁棒性,构建了技术站作业计划随机性综合优化模型,求解抗随机干扰性的鲁棒性决策方案。该模型考虑了解体作业顺序和车流接续,协调解体作业过程和编组作业过程,采用鲁棒性优化的角度强化作业计划来应对离散随机场景定义的不确定性干扰。6.采用运筹学与管理科学协会提供的技术站作业优化数据集,对论文所提出的理论方法进行了算例验证,对技术站作业确定性综合优化模型、技术站作业随机性综合优化模型进行了多种测试,并对比分析了求解模型的各种强化解法的效果。通过总结分析算例集的优化结果,论证了研究成果的可行性和有效性,为论文的研究成果提供了实证依据。