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铁路物流中心的合理规划设计及运营对提高铁路物流服务竞争力具有重要作用，由于铁路物流中心建设周期长，投资巨大，计算机仿真成为解决其规划设计及运营组织相关问题的重要手段。运输作业是铁路物流中心作业内容中的基础环节，研究铁路物流中心运输核心作业的仿真建模及优化方法具有紧迫性和必要性。本文综合考虑铁路物流中心运输核心作业的流程及特点，结合离散系统仿真、最优化理论、Petri网等领域的研究成果，研究运输核心作业仿真建模中所涉及的相关方法和技术。论文重点考虑铁路物流中心的列车运转作业、货运卡车作业以及场站作业，针对其中的关键环节进行精细化仿真设计，引入数学优化模型对仿真进程进行优化控制，在此基础上建立铁路物流中心运输核心作业仿真模型，并开发相应仿真系统，以期为我国铁路物流中心的规划设计及作业组织提供有效的辅助决策工具。
本文的主要研究内容包括以下几个方面：
(1)铁路物流中心运输核心作业仿真及优化的理论和方法。首先对铁路物流中心的相关概念和运输核心作业的涵义进行界定。基于离散事件系统仿真相关理论，梳理铁路物流中心运输核心作业的仿真重点，并分析仿真建模中需重点考虑的决策优化问题。在此基础上，确定了运输核心作业仿真及优化研究的基本内容。最后，提出铁路物流中心仿真环境及拓扑网络创建方法，进而搭建起铁路物流中心运输核心作业仿真建模及优化的理论框架。
(2)考虑队列组织策略的门区作业精细化仿真。在分析解析模型局限性的基础上，基于多智能体仿真技术构建门区作业仿真模型，模型中重点考虑货运卡车到达频率波动性、门区服务时间异质性、检查异常事件、起停附加时间等随机波动因素对门区作业的影响，设计相应的仿真模块和仿真机制。最后，基于算例对池化和非池化队列组织策略的适用性进行了对比分析，并对一系列影响门区作业水平的因素进行了敏感性分析。
(3)轨道式门吊装卸作业集成调度优化方法。基于时空网络建模方法，构建门吊和车辆装卸作业分层时空网络，以装卸作业总完成时间最小为目标，建立门吊装卸作业集成调度优化模型。为克服分层时空网络耦合约束带来的求解复杂性，设计基于ADMM的对偶分解求解算法，通过对原问题中复杂约束进行对偶松弛及线性化处理，将原问题分解为一系列时空路径搜索子问题。最后，基于算例，验证了模型的有效性，并进一步通过与RCPSP模型进行对比，验证了ADMM对偶分解算法在求解质量和求解效率方面的优势，为装卸作业仿真进程的优化控制提供决策方法支撑。
(4)铁路物流中心运输核心作业仿真模型构建及系统设计。在关键作业环节精细化仿真及决策优化方法研究的基础上，考虑铁路物流中心运输核心作业的整体流程，建立基于赋时着色Petri网的仿真逻辑框架。通过梳理各类仿真事件的逻辑结构特点，设计三种通用变迁类型，以此为基础，构建铁路物流中心运输核心作业仿真模型。进一步，考虑复杂决策优化方法在仿真模型中的嵌入问题，提出基于滚动时域机制的门吊装卸作业调度优化方法。最后，在此基础上开发铁路物流中心运输核心作业仿真系统，并对主要功能进行阐述。
(5)选取我国东南地区某综合型铁路物流中心为案例进行分析，对仿真模型及系统有效性进行验证，并对案例铁路物流中心设备配置及作业组织的相关问题进行仿真分析，提出优化建议，进一步验证了论文研究的有效性和实用性。
本文的主要研究内容包括以下几个方面：
(1)铁路物流中心运输核心作业仿真及优化的理论和方法。首先对铁路物流中心的相关概念和运输核心作业的涵义进行界定。基于离散事件系统仿真相关理论，梳理铁路物流中心运输核心作业的仿真重点，并分析仿真建模中需重点考虑的决策优化问题。在此基础上，确定了运输核心作业仿真及优化研究的基本内容。最后，提出铁路物流中心仿真环境及拓扑网络创建方法，进而搭建起铁路物流中心运输核心作业仿真建模及优化的理论框架。
(2)考虑队列组织策略的门区作业精细化仿真。在分析解析模型局限性的基础上，基于多智能体仿真技术构建门区作业仿真模型，模型中重点考虑货运卡车到达频率波动性、门区服务时间异质性、检查异常事件、起停附加时间等随机波动因素对门区作业的影响，设计相应的仿真模块和仿真机制。最后，基于算例对池化和非池化队列组织策略的适用性进行了对比分析，并对一系列影响门区作业水平的因素进行了敏感性分析。
(3)轨道式门吊装卸作业集成调度优化方法。基于时空网络建模方法，构建门吊和车辆装卸作业分层时空网络，以装卸作业总完成时间最小为目标，建立门吊装卸作业集成调度优化模型。为克服分层时空网络耦合约束带来的求解复杂性，设计基于ADMM的对偶分解求解算法，通过对原问题中复杂约束进行对偶松弛及线性化处理，将原问题分解为一系列时空路径搜索子问题。最后，基于算例，验证了模型的有效性，并进一步通过与RCPSP模型进行对比，验证了ADMM对偶分解算法在求解质量和求解效率方面的优势，为装卸作业仿真进程的优化控制提供决策方法支撑。
(4)铁路物流中心运输核心作业仿真模型构建及系统设计。在关键作业环节精细化仿真及决策优化方法研究的基础上，考虑铁路物流中心运输核心作业的整体流程，建立基于赋时着色Petri网的仿真逻辑框架。通过梳理各类仿真事件的逻辑结构特点，设计三种通用变迁类型，以此为基础，构建铁路物流中心运输核心作业仿真模型。进一步，考虑复杂决策优化方法在仿真模型中的嵌入问题，提出基于滚动时域机制的门吊装卸作业调度优化方法。最后，在此基础上开发铁路物流中心运输核心作业仿真系统，并对主要功能进行阐述。
(5)选取我国东南地区某综合型铁路物流中心为案例进行分析，对仿真模型及系统有效性进行验证，并对案例铁路物流中心设备配置及作业组织的相关问题进行仿真分析，提出优化建议，进一步验证了论文研究的有效性和实用性。