鐵路網(wǎng)車流推算及動態(tài)車流組織方法研究.pdf

1、車流推算是日常鐵路行車組織極為關(guān)注的一個問題。若要保證運輸秩序有條不紊地進行，必須事先推算未來路網(wǎng)的車流，掌握未來車流的變化情況，作為編制運輸計劃和進行車流調(diào)整的依據(jù)。而現(xiàn)行的車流推算方法仍然局限于傳統(tǒng)的對于運到期限的粗略計算和基于歷史經(jīng)驗的人工判斷，導致行車部門對于未來路網(wǎng)車流分布信息的掌握存在明顯的滯后性，經(jīng)常出現(xiàn)編組站或分界口堵塞、車站產(chǎn)生保留列車等不利局面，在目前的綜合運輸體系中，鐵路運輸已成為制約經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸環(huán)節(jié)。因此，在鐵

2、路信息化建設日趨完善的條件下，實時準確的車流推算，將使得行車組織部門有預見地掌握路網(wǎng)車流的變化趨勢，制定合理高效的應對決策，從而有利于保證路網(wǎng)車流的合理分布、實現(xiàn)運力資源的優(yōu)化配置。
　　車流推算與動態(tài)車流組織之間存在著相輔相成、相互依存的關(guān)系，一方面，車流推算結(jié)論可為動態(tài)車流組織計劃的制定提供數(shù)據(jù)參數(shù)和決策依據(jù)，另一方面，有效的車流推算需通過模擬車流組織過程來實現(xiàn)。因此，對于車流推算問題，不能脫離動態(tài)車流組織而展開孤立的研究，應

3、對這兩個問題進行有機結(jié)合并進行綜合分析，從而促進流量預測的準確性以及日常運輸計劃制定的合理性。
　　隨著我國鐵路貨運服務理念的轉(zhuǎn)變，對于提高鐵路貨運服務質(zhì)量的迫切需要促使越來越多的專家學者開始關(guān)注車流推算與動態(tài)車流組織問題。但既有研究更多地集中于車流推算方法的概括性論述與列車編組計劃優(yōu)化等靜態(tài)車流組織的研究方面，缺乏一套系統(tǒng)的車流推算與動態(tài)車流組織相關(guān)理論與方法。對此，本文在借鑒國內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國鐵路運輸組織特點

4、，細化車流推算與動態(tài)車流組織的問題本質(zhì)，提出了一系列有針對性的解決理論與方法，這對于提高鐵路行車調(diào)度的管理水平、提升鐵路競爭力，具有積極意義。
　　本文的主要研究工作包括:
　　1、系統(tǒng)地分析了鐵路網(wǎng)重空車流推算的基本原理:在重車流推算方面，以重車流輸送時間的有效測算為切入點，分析了重車流推算的基本原理與方法，并且對其中的難點，即車流沿途中轉(zhuǎn)作業(yè)時間的推算技術(shù)進行了重點分析，分別給出了基于列車編組計劃推算車流有調(diào)中轉(zhuǎn)作業(yè)站點

5、序列和基于機車交路推算車流無調(diào)中轉(zhuǎn)作業(yè)站點序列的理論方法。在空車流推算方面，主要通過模擬空車動態(tài)調(diào)配過程實現(xiàn)路網(wǎng)空車流時空分布的預測;建立了利用時空網(wǎng)絡來完成空車動態(tài)調(diào)配計算的理論框架，并分別分析了離散型時空網(wǎng)絡和連續(xù)型時空網(wǎng)絡在實際應用中的優(yōu)缺性。
　　2、考慮到僅依靠決策基準時刻的在途重車為數(shù)據(jù)源推算遠期（未來3～7天）路網(wǎng)重車流分布將導致路網(wǎng)流量明顯失真的弊端，本文結(jié)合路網(wǎng)流量產(chǎn)生、運行及消失的時空分布機理，將裝車需求信息引

6、入遠期重車流推算的參數(shù)結(jié)構(gòu)并假設需求全部滿足，通過在途重車與裝車需求運到時限的測算，實現(xiàn)遠期路網(wǎng)潛在重車流量的合理推算。參考此推算結(jié)論，我們可找出路網(wǎng)中流量負荷超出通過能力的線路區(qū)段，即瓶頸區(qū)段。由此，如何合理抑制瓶頸區(qū)段的重車流量負荷，確保路網(wǎng)車流運轉(zhuǎn)通暢，是鐵路行車調(diào)度亟待解決的重要問題，而這也是車流推算的延伸問題。對此，本文首先基于遠期重車流推算結(jié)論，給出了目標日瓶頸區(qū)段動態(tài)流量結(jié)構(gòu)的推算方法，并據(jù)此提取了瓶頸區(qū)段運能動態(tài)分配的研

7、究對象;其次，通過分析影響鐵路承運裝車決策的多項效益指標，構(gòu)建了瓶頸區(qū)段運能動態(tài)分配的多目標數(shù)學規(guī)劃模型，并設計了基于線性加權(quán)和法的模型求解算法。最后，以隴海鐵路“洛陽東→鐵爐”瓶頸區(qū)段為例，推算而得未來第5日該區(qū)段的潛在流量負荷，并給出了相關(guān)的裝車需求限額承運方案，探討了該方案的合理性。
　　3、對于車流推算極為關(guān)注的路網(wǎng)分界口排空流量推算問題，本文提出了通過模擬全路空車動態(tài)調(diào)配以獲取路網(wǎng)空車流分布態(tài)勢進而追蹤每一分界口排空流量

8、的解決思路。首先，考慮到基于全國實際鐵路網(wǎng)模擬空車動態(tài)調(diào)配所帶來的計算復雜程度，構(gòu)建了包含155個支點的全路支點路網(wǎng)同構(gòu)代替實際路網(wǎng)，以使空車動態(tài)調(diào)配的計算更具可行性。其次，為使求解問題更為直觀化，通過分析計算任意兩支點間空車流的平均走行時間，構(gòu)造了多時段離散型時空服務網(wǎng)絡，并據(jù)其特性構(gòu)建了空車動態(tài)調(diào)配優(yōu)化模型，從而為該問題的解決提供了理論框架。再次，針對模型特點設計了一種引入混沌搜索思想的粒子群算法進行優(yōu)化求解，并將其應用于全路支點路

9、網(wǎng)層面的空車動態(tài)調(diào)配。最后，基于空車動態(tài)調(diào)配的計算結(jié)論，給出了次日路網(wǎng)分界口排空流量的推算流程。
　　4、對于微觀層面的車流推算，即對未來（次日）任意時刻路網(wǎng)中重空車流分布狀態(tài)與出發(fā)列車編組內(nèi)容的推算與預測，本文以任一鐵路局為研究對象，在按圖行車的條件下模擬日常重空車流的組織流程，從而給出每一股動態(tài)重空車流于各車次貨物列車的分配策略。首先以列車運行圖為基本框架構(gòu)造連續(xù)型時空網(wǎng)絡，并通過對鐵路貨車周轉(zhuǎn)過程的分析，完成雙層時空網(wǎng)絡中點

10、弧的設計;其次，分別針對日常行車組織過程中重空車流的走行特點和組織模式，采取以弧-路模型思想描述動態(tài)重車流走行特征、以點-弧模型思想刻畫空車動態(tài)調(diào)配策略的建模思路，構(gòu)建了鐵路局動態(tài)重空車流組織優(yōu)化模型;再次，通過對實際問題計算規(guī)模的分析，選取整數(shù)編碼的遺傳算法對模型進行優(yōu)化求解;最后，以蘭州鐵路局的動態(tài)重空車流組織為例進行計算分析，有效推算出了次日局管內(nèi)編發(fā)列車的編組內(nèi)容及其車流來源，試驗表明，本文提出的模型和算法具有較為顯著的現(xiàn)實意義