用于铁路日常车辆周转计划的量子与经典算法

该研究团队针对区域客运网络中电力动车组(EMU)的日常周转规划展开研究,重点探讨了相同型号EMU在特定线路上可双组联挂运行的场景。基于波兰西里西亚铁路公司的运营需求,研究人员建立了以天为周期的无环混合整数线性规划模型,该模型包含车辆段平衡约束、需求驱动的座位及自行车载运量限制(这是地区运营商和当地乘客协会提出的新要求)以及简化版乘务可用性约束。该模型既能支持基准规划,也可应对客流激增时的应急处置。 通过采用列车交路与单/双组EMU运行的图-超图表示方法,该团队首先使用经典整数线性规划(ILP)求解器解决问题。随后推导出适用于量子优化的二次无约束二进制优化(QUBO)重构模型,并分别通过D-Wave Advantage系统的量子退火算法和经典量子启发式VeloxQ求解器进行评估。基于西里西亚铁路网络实际数据的计算实验(含最多404个车次和11种EMU类型)表明:ILP方法能在40分钟内获得高质量日周转计划,而当前量子及量子启发式求解器因嵌入限制和QUBO规模问题,仅能处理显著缩小的子问题(分别最多51和78个车次)。这些结果量化了基于QUBO方法的动车组周转规划当前技术边界,并为混合决策支持架构指明了方向——在该架构中,量子或量子启发式优化器仅负责经典规划框架中的局部子问题求解。
作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2025-12-22 12:36

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