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近日，汽车与交通工程学院龙建成教授课题组的五位师生首次代表学校参加2022年美国运筹学和管理学研究协会年会（2022 INFORMS Annual Meeting）铁路应用分部（Railway Applications Section，RAS）铁路优化专题竞赛（Problem Solving Competition，PSC），斩获第三名并受邀在INFORMS RAS分会上对问题求解方案作相关报告。

The Institute for Operations Research and the Management Sciences（INFORMS）是世界范围内运筹学和管理科学领域规模最大、最具影响力的学术组织，INFORMS RAS是其直属分部。每年举办的铁路优化专题竞赛（INFORMS RAS PSC）旨在提供一个解决轨道交通领域大规模复杂决策问题的平台，推动运筹学和管理科学技术在轨道交通中的应用，以提升轨道交通行业的管理水平和运作效率。

INFORMS RAS奖牌

首次参加该项国际赛事就获得了好成绩，这支师生团队背后有哪些故事呢？跟随冰糖一起去了解。

赛事契合科研方向 首次参赛充满信心

课题组指导老师徐小明副教授介绍说，INFORMS协会是运筹优化领域内的一个权威协会，铁路应用分会(RAS)及其举办的国际赛事在相关研究领域和业界一直具有广泛的影响力。

今年的竞赛主题是聚焦城市轨道交通系统的实时交通管理。赛题以英国伦敦新伊丽莎白线（new Elizabeth line）为应用场景，该线日营运车次数量达1100余次，配备动车组数量76列，要求参赛队伍提出能实时调整列车时刻表及列车周转计划的运筹优化技术与方法，以应对延迟发车、区间降速及站内突发状况等不同类型的干扰情境，并尽可能保证线路的服务水平，减少经济损失。

经过课题组讨论分析，大家一致认为赛题与交通网络优化课题组主攻的科研方向和研究内容比较契合，轨道交通运营管理的运筹优化技术与理论研究原本就是课题组的一个重要研究方向，在日常科研中，课题组已积累与储备了较为充足的铁路运营管理相关技术，大家都很有信心解决赛题，于是决定报名参赛。

师生联合组建战队 齐心协力积极备赛

首次参加这项国际赛事，课题组高度重视，由龙建成、徐小明两位导师担任指导老师，遴选了许震山、于雨田、刘子杰、盛明安四位硕士研究生作为队员共同组成参赛队伍。龙建成教授带领团队剖析解题思路，完善技术细节，徐小明副教授则具体指导团队的研究推进和报告撰写等，许震山负责算法的具体实现，于雨田和刘子杰参与技术细节的讨论，提供辅助性工作如软硬件调试等，盛明安负责与组委会对接，跟进报名、提交赛题报告和解决方案、会务安排等工作。团队团结一心、分工明确、务实高效、积极备赛。

基于科研成果，课题组自主研发了地铁列车运行图铺画软件，能够在1分钟内一次性铺画出一条地铁线路的整天时刻表和地铁列车周转计划，相比于市面上类似软件需要编图人员手工拼接一天中不同峰段的列车时刻表，团队研发的软件大大提高了地铁编图工作人员的工作效率。为了完善研究成果的实际应用，团队还经常深入到合肥地铁等轨道交通运营单位调研，这些实践经历都为成功解决赛题奠定了扎实基础。

课题组自主研发的列车运行图铺画软件

团队学生讨论研究竞赛细节

复杂技术困难重重 经受考验勇于挑战

徐小明

本次赛题来源于实际运营场景，涉及各方面的运营约束较多，问题规模大、复杂度高，需要参赛团队有足够的精力和耐力来分析问题、开发问题的求解算法。课题组从今年6月中旬开始工作，9月上旬提交初步的比赛解决方案，进入决赛后，9月下旬提交加赛的解决方法，10月份参加答辩和在INFORMS年会作报告。整个赛程持续近4个月，在此期间，团队师生的工作状态始终保持高度紧张，牺牲了绝大部分的周末和假期，在思想情绪方面也遭受了巨大的考验。作为指导老师，我不仅要指导团队的技术研究，还时刻关注同学们的精神状态，不断给大家加油打气，帮助他们克服畏难、倦怠等消极情绪。

徐小明、许震山参加RAS网络答辩

许震山

在过去几年中，课题组针对传统列车时刻表问题的求解技术已经比较成熟。这次RAS比赛的问题，是在传统列车时刻表的基础上，考虑了列车的调车计划问题，对时间规模和精度都有了更高的要求，且约束更多，细节更复杂。这些对于团队来说有相当的挑战，但是经过大家的不断讨论分析，最终确定使用两阶段的方式对该问题进行求解，即针对时刻表优化问题，使用基于拉格朗日松弛的启发式算法；针对调车计划问题，使用基于时序冲突疏解的贪婪算法进行求解。

赛题求解方案示例：某条线路的整天列车时刻表

于雨田

在对时刻表优化问题进行求解的过程中，相比于传统列车时刻表问题以分钟为单位，本次竞赛将时间间隔精确到了秒，且车站数量也大大增加，同时在每个车站中也增加了不同的轨道，以上这些条件导致了时空网络的规模十分巨大运筹学与技术经济学，在之后使用动态规划方法寻找列车的最短路时，出现了内存空间不足的情况。针对这个难题，团队判别出原时空网络中不必要的点和弧的类型，削减了时空网络的规模，最终成功解决了该难题，使算法的运行效率得到了显著提高。

赛题求解方案示例：某五组地铁列车的周转方案

及其服务车次的时刻表

拼搏收获理想战绩 团队回顾感受良多

刘子杰

自研究生入学以来，虽然在老师的带领下开展了全面的编程训练，但在处理大规模复杂问题的能力以及经验方面还有所欠缺。本次竞赛则提供了详尽的基础数据以及多种不同类型干扰情景，是对研究生阶段学习深度与广度的实践检验。在面对如此复杂的实际问题时，是否能够针对性构建数学模型，是否能够准确高效地求解运筹学与技术经济学，对同学们来说都是一个不小的挑战。面对这些挑战，不是直接把教科书里的理论知识搬过来就能用的，需要具备将理论与实践相结合的能力，而这个能力正是在比赛中才会得到充分锻炼。

盛明安

此次竞赛带给团队成员的提升是多方面的。从大量的原始数据中提炼出关键信息，挖掘信息背后隐含的意义，增强了队员处理、梳理、输出数据方面的能力；在INFORMS RAS分会上作汇报并与国内外学者讨论交流，拓展了解决问题的思路，开阔了国际视野，为今后参加国际赛事积累了宝贵经验。

许震山

最大的收获是能够经历理解问题、分析问题、算法开发、落地测试、迭代优化，这样一个完整的解决问题全过程。这个经验对于团队的每一位成员来说都是弥足珍贵的。竞赛也让我们认识到了运筹学超强的实践性，面对复杂的实际问题，从系统的观点出发，寻求最佳的行动方案，最终为决策者提供建设性意见。

许震山同学进行RAS线上汇报

徐小明

日常的科研训练中，从最简单的拓扑排序、动态规划，到系统的学习启发式方法、交通分配这些交通学科的常用方法，再到细化学习拉格朗日松弛、代理模型等不同领域的专项知识，同学们扎扎实实的基本功和较强的思考动手能力，在这次大赛中获得了良好的检验和提升。

首次参赛就获得了优异成绩，大家欣喜之余，确实从心底里真切体会到了合工大人厚德、笃学、崇实、尚新的精神。科学高效的人才培养体系，教学相长、言传身教、踏实勤奋的教风学风，没有这样的精神和作风，就不会有团队在国际赛场上出色的表现。

交通网络优化课题组简介

交通网络优化课题组由国家杰青龙建成教授指导，汇聚了“海外优青”、“黄山学者优秀青年”以及来自北京交大、西南交大、北航、东南、同济、中科大、大连海事、香港大学、荷兰代尔夫特理工大学、新加坡国立大学以及南洋理工大学等国内外著名高校的优秀博士毕业生。课题组的研究方向包括城市交通网络优化与管理、城市动态交通分配理论与方法、轨道交通系统建模与优化、交通大数据与智能信息处理、智慧交通系统等。近年来，承担了国家重点研发计划、国家自然科学基金项目（包括青年基金、面上、优青、杰青）、安徽省重大科技专项、中国博士后科学基金项目以及安徽省自然科学基金项目等30余项，在《Operations Research》、《Transportation Research Part A/B/C/D/E》、《Transportation Science》等运筹优化和交通领域顶级期刊发表论文50余篇，获授权专利和软著登记等近百项，荣获2018年教育部自然科学一等奖、2021年安徽省教学成果二等奖等奖项。

课题组部分发表论文封面、获授权专利软著

课题组的研究生培养体系健全，专门编写了编程训练讲义，科学指导学生循序渐进地开展编程训练。同时鼓励研究生走出校园，积极参与竞赛，到企事业单位参访拓展视野。近年来，团队学生科研水平逐步提升，陆续在《Transportation Research Part B/C/E》等交通顶级刊物上发表论文，获得了“华为杯”中国研究生数学建模竞赛一等奖和三等奖、“蓝桥杯大赛”省级一等奖等奖项。毕业生也基于个人优势获得了阿里、小米、蔚来、科大讯飞和中国通号集团等高新技术企业和上海铁路局、芜湖市交通局等行政事业单位的工作机会。

课题组学生部分获奖证书

素材来源 | 汽车与交通工程学院

学生编辑 | 查静敏