分組列車優(yōu)化組織理論與方法研究.pdf

1、車流組織是鐵路行車組織工作中的重要內(nèi)容，一直也是國內(nèi)外鐵路行業(yè)專家以及運籌管理領(lǐng)域?qū)W者們研究的課題之一。由于鐵路運輸組織的行業(yè)特殊性以及網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模尺度，指導(dǎo)運輸生產(chǎn)的各種計劃和方案相互關(guān)聯(lián)，相互影響，從而使得車流組織優(yōu)化非常復(fù)雜也非常困難，至今仍未圓滿地解決。分組列車作為其中的一種車流組織形式，在以美國和加拿大為代表的鐵路貨運發(fā)達國家非常普遍。但由于鐵路管理體制的不同以及運輸組織模式的差異等其他方面原因，國外的研究成果難以完全應(yīng)用于我國

2、實際。而在國內(nèi)，車流組織研究主要集中于單組列車，很少涉及分組列車;實際生產(chǎn)中分組列車的比例也非常低，目前主要在牽引定數(shù)遞減情形以及集裝箱五定班列中有過采用，但并不廣泛。因此，分組列車的理論成果和實踐經(jīng)驗還非常缺乏。
　　相比單組列車，分組列車組織較為復(fù)雜，要求編成站具有較大的改編能力和較多的調(diào)車線路等。盡管如此，仍有其有利性存在，如有利于保證列車滿軸正點和不違編，遠(yuǎn)程車流在換掛站部分改編而停留時間較短，減輕沿途技術(shù)站的負(fù)擔(dān)等。既然

3、分組和單組列車各有利弊，那么二者相互配合，揚長避短，發(fā)揮各自的優(yōu)勢對提高運輸效率和效益將很有現(xiàn)實意義。另外，在列車的構(gòu)成上，單組列車和摘掛列車都可以視為特殊的分組列車。從這個角度來說，分組列車的內(nèi)涵更大，其理論研究也更具普適性。因此，對分組列車組織的相關(guān)問題研究，具有實際應(yīng)用價值和學(xué)術(shù)研究價值。
　　本論文在分析鐵路車流組織原理、總結(jié)國內(nèi)外編組計劃優(yōu)化方面的理論和方法的基礎(chǔ)上，運用系統(tǒng)工程原理以及微觀機理融合宏觀機制的指導(dǎo)思想，采

4、用定性分析與定量測度相結(jié)合，理論推導(dǎo)與仿真實驗相融合的方法，比較系統(tǒng)地研究了分組列車組織特征、集結(jié)特性、組織條件、編組方案優(yōu)化等相關(guān)問題，主要研究工作包括以下幾個方面:
　　(1)既有文獻的對比分析。在總結(jié)大量相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，從研究對象、建模方法、求解算法三個方面分別介紹國內(nèi)外編組計劃的研究現(xiàn)狀，對比并評述國內(nèi)外編組計劃在編制流程、構(gòu)成內(nèi)容和建模方法三個方面的特點。
　　(2)分組列車車流組織特征分析。在對車流組織的含義、

5、內(nèi)容、組織方案以及我國車流組織經(jīng)驗概述的基礎(chǔ)上，分析了分組列車的基本特征，包括技術(shù)作業(yè)特點，編成站、換掛站和終到站的作業(yè)流程，貨車構(gòu)成，利弊分析，組織條件分析以及各種組織形式分類，并與單組列車進行了相應(yīng)地對比。
　　(3)分組列車集結(jié)特性研究。以雙組形式又尤以其中的固定重量形式分組列車為研究對象，對其集結(jié)特性進行定性分析和定量測度。將固定重量形式分組列車的總集結(jié)耗費劃分為固有和附加兩類，根據(jù)集結(jié)過程的動態(tài)特性和車流到達的不確定性，

6、將到達批中的車輛數(shù)和間隔時間都視為隨機變量，在獨立同分布的假定下，描述固定形式分組列車在編成站和換掛站的集結(jié)過程。進一步假定到達批中的車輛數(shù)服從泊松分布以及間隔時間服從指數(shù)分布，應(yīng)用隨機過程知識，理論推導(dǎo)了集結(jié)特性的三個表現(xiàn)方面:集結(jié)批次、集結(jié)占用時間以及集結(jié)消耗，采用數(shù)值計算方法分析了單參數(shù)的靈敏度以及雙參數(shù)的耦合影響，并給出三者均值的估計公式。
　　(4)分組列車組織條件研究。也以雙組形式的固定車組重量分組列車為研究對象，其組

7、織條件主要包括列車編成輛數(shù)最佳分配和開行適用條件。對于前者，將其描述為，在車流到達特征已定的條件下，如果車流量遞減，通過確定基本組和補軸組重量的最佳組合，使得平均每列車的集結(jié)耗費最小或者集結(jié)占用時間最小，建立整數(shù)優(yōu)化模型。模型采用分階段逐步求解思路，首先通過數(shù)值計算探究最佳固定重量的影響機制，然后基于挖掘的信息采用回歸方法給出經(jīng)驗計算公式。對于后者，基于固定形式分組列車與單組列車集結(jié)耗費的比較分析，以前者相對后者的總凈節(jié)省作為其綜合效益

8、的度量，構(gòu)建了其開行適用性條件，并采用離散事件系統(tǒng)仿真方法進行驗證。
　　(5)分組列車編組方案優(yōu)化參數(shù)。研究了分組列車編組方案的優(yōu)化參數(shù)，具體包括計劃車流量，固定和非固定形式的集結(jié)參數(shù)，部分改編相對無改編通過增加時間、相對完全改編的減少時間兩個節(jié)省時間參數(shù)，途中改編次數(shù)，以及最大車流組號數(shù)。
　　(6)分組列車編組計劃優(yōu)化模型。以途中僅換掛一次的雙組列車為研究對象，在同時采用分組和單組列車形式進行車流組織的框架下，根據(jù)編組

9、去向在車流和列流之間的過渡和銜接角色，重構(gòu)車流組織任務(wù)，定性分析綜合編組方案的內(nèi)容和特點?；谲嚵鹘M織任務(wù)的分解和我國的實際情況，忽略列車接續(xù)子問題，進而以路網(wǎng)編組去向方案、編組去向接續(xù)方案以及路網(wǎng)列流方案為0-1決策變量;考慮物理方面的車站調(diào)車線數(shù)約束和改編能力約束，車流組織制度方面的車流接續(xù)歸并和車流不拆散約束，以及決策變量之間的邏輯約束;以列車集結(jié)和車流改編的總耗費最小為目標(biāo)函數(shù)，建立車流徑路已知條件下綜合編組方案優(yōu)化模型OMIT