加速货车循环相关运输组织优化模型与方法研究

摘要

本文在国内外相关研究成果基础上，紧密结合我国铁路运输组织管理的特点，从影响货车快速周转的关键因素分析入手，以货车循环过程中周时(停时、中时、旅时)生成变化为主线，将车流径路优化、始发及技术直达列车开行方案优化、空车调配方案优化、车站作业技术计划优化等纳入统一的加速货车循环问题的研究范畴，系统地提出了一系列与加速货车循环密切相关，且具有实际应用价值的运输组织优化模型和可行方法。重点研究了大量开行直达列车对停时、中时的影响，构建了装车地和技术站车流编组去向方案优化模型，构建铁路货场车辆取送优化模型，研究通过减少货车中转次数及延长中转距离进而压缩中时的运输组织理论和方法，构建总体上有助于压缩空车走行公里的空车调配优化模型，以及有利于减少重车绕道的重空车流径路和流量分配同时优化模型。论文以理论分析为基础，采用比较分析和数学规划相结合的方法进行量化研究，注重货车周时变化机理和成因分析，采用0-1整数规划原理、网络流等方法构建相关优化模型。 本文研究工作和创新点包括： (1)首次充分考虑到我国铁路网存在多处瓶颈限制的现状，构建了具有重要实际应用背景，总体上有利于减少重空车流绕道的多品类多车种铁路网空重车流径路及流量分配同时优化数学模型。该模型克服了现有车流径路优化空重车流相分离、流量分配不考虑车种等不足。算例以我国东北铁路网为例，在区段能力限制条件下，对区域内975支分品类O-D流进行了径路和流量分配优化试验。通过模型求解，获得了总体上有助于压缩空重车走行公里的空重车流径路和流量分配优化方案及区段负荷分布。此外，作为对该模型的扩展，构建了车种代用情况下的空重车流径路分配优化模型。扩展后的模型更加接近我国铁路运输的实际，其实用性也大大提高。 (2)针对我国铁路空车运用的实际状况，首次依据已知分品类O-D流量，构建了供需平衡条件下，总体上有助于压缩空车走行公里，且考虑车种代用情况的空车调配优化模型，以及大客户战略下，满足重点物质运输的空车调配优化模型。算例将全路以各铁路局为单位划分18个区域，每个局为一个模拟点，对全路空车进行了分配。优化结果显示，所构模型满足了车种代用要求，所获得的局间空车分配方案能够满足全路局间空车交换的要求，以及客户不同品类货物的装车需求，有利于减少空车走行公里和加速车辆周转。 (3)深入研究了车流改编方案优化对加速货车循环的影响。构建了考虑车流在装车地的各种组合方案，以物流系统成本最优为目标的装车地直达列车开行方案0-1规划模型。该模型首次在解决始发直达运输问题时，将运输与库存成本纳入同一目标函数，这为当前我国铁路大客户战略下开行直达列车提供了现实的理论依据，进一步开拓了我国车流组织研究的领域。而且考虑用户场库容量和装卸条件，可有效避免因直达运输比重增加，但用户接卸能力限制所造成的大量待卸保留列车产生和停时延长情况的发生。 (4)深入研究了车站技术作业计划优化对货车停时的影响。创造性的以货运站本站作业车和可使用的调车机车为研究对象，构建了多台机车担当取送作业任务，以货车作业停留时间最短和机车走行消耗最少为目标的车辆取送和机车分配优化模型。该模型弥补了目前我国铁路货运站车辆取送作业优化研究时，事先人为划分作业区，每区固定某台机车担当取送任务，且取送作业仅考虑调车机车效率和成本问题的缺陷。所获得的优化结果不仅有助于优化调车机车的使用，而且有助于压缩车辆在站等待停留时间。 (5)在分析直达列车开行对货车停时和中时影响的基础上，深入探讨了当前我国铁路运输生产力调整背景下，增加直达列车开行比重，延长货车中转距离，减少中转次数，进而压缩货车中时的方法。给出了集中化改编作业下开行远程技术直达列车的有利性条件，揭示了集中化改编下货车中转时间的分布特征，即呈现出一般技术站货车中转时间压缩，并向大型编组站集中的趋势。通过对直达车流在重载区段以补轴的形式输送时的车小时消耗分析，获得车流以该组织方式输送的合理性条件。估算了机车交路延长及列检布局稀疏化对压缩货车周时的贡献。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究背景和意义

1.1.1研究的背景

1.1.2加速货车循环相关运输组织优化问题的提出

1.1.3研究的意义

1.2国内外铁路运输组织理论研究现状

1.2.1国外货车运用效率状况

1.2.2国内外货车周时问题及相关运输组织理论研究现状

1.3论文研究的内容和方法

1.3.1研究目标

1.3.2研究内容

1.3.3研究方法

1.3.4解决的关键问题

1.4本章小结

2货车周转时间影响因素及相关运输组织优化问题剖析

2.1货车周转时间主要影响因素分析

2.1.1近年货车周时主要构成要素变化分析

2.1.2货车周时主要影响因素计算分析

2.1.3货车周时主要影响因素灰色关联分析

2.2加速货车循环所涉及的关键运输组织优化问题剖析

2.3本章小结

3基于加速货车循环的运输组织理论方法研究

3.1直达列车比重对货车停时变化的影响研究

3.1.1直达列车作业停留时间的确定

3.1.2非直达车列作业停留时间的确定

3.1.3增加直达列车开行比重对货车停时的影响分析

3.2直达列车比重对货车中时变化的影响研究

3.2.1集结车小时消耗与车辆改编消耗的制约关系

3.2.2技术直达列车比重增加与有调中转车数减少的制约关系

3.2.3装车地直达运输比重增加与货车中时缩短的制约关系

3.2.4无调比变化对货车中时影响的计算分析

3.3集中化改编条件下远程技术直达列车开行条件

3.3.1改编作业集中化的特点

3.3.2集中化改编条件下远程技术直达列车开行的有利性条件

3.4路网牵引定数对重载直达列车开行的影响分析

3.4.1路网牵引定数不统一对直达列车开行的制约分析

3.4.2以补轴形式组织重载直达列车的合理性研究

3.4.3重载直达列车开行对压缩中时的效果分析

3.5机车长交路及列检布局稀疏化对货车中时的影响分析

3.5.1现有机车交路和列检作业布局对中转距离延长的制约分析

3.5.2机车长交路及列检布局稀疏化对中时压缩的量化分析

3.6企业专用线货物作业停留时间分析

3.6.1路企运输系统技术作业一体化对停时的影响分析

3.6.2专用线合理停时测算分析

3.6.3专用线货车停时的博弈分析

3.7本章小结

4车站非直达车流取送作业优化模型

4.1目前车站取送车作业方法

4.1.1取送车次数的确定

4.1.2取送车顺序的确定

4.2货物装卸站货车取送作业优化模型

4.2.2取送车优化模型的构建

4.2.3模型及参数说明

4.3本章小结

5有利于加速车流输送的直达运输组织优化模型

5.1直达运输条件及效益分析

5.1.1直达运输现状及存在的主要问题

5.1.2组织装车地直达列车的可能性和合理性

5.1.3装车地直达列车在整个运输过程中的效益分析

5.2装车地直达列车开行方案优化模型

5.2.1装车地直达运输组织研究现状

5.2.2装车地直达列车开行方案优化模型

5.2.3模型线性化及规模分析

5.3技术站车流编组去向优化模型

5.3.1传统技术车流组织优化的局限性分析

5.3.2有利于加速货车循环的技术站车流编组去向优化模型

5.3.3含有人工决策信息的技术站车流编组去向优化模型

5.4本章小结

6有助于缩短空车走行公里的空车调配优化模型

6.1空车走行公里对货车周转时间的影响分析

6.1.1近年我国铁路空车走行公里变化特点分析

6.1.2空周距对货车周时的影响分析

6.1.3空车走行公里影响因素分析

6.1.4缩短空车走行公里的运输组织方法

6.2有助于缩短空车走行公里的空车调配优化模型

6.2.1铁路空车调配问题研究现状

6.2.2目前我国铁路空车调配方法

6.2.3考虑车种代用的空车调配优化模型

6.2.4满足重点物质运输的空车调配优化模型

6.3算例分析

6.4本章小结

7有利于减少重车绕道的空重车流径路及流量分配优化模型

7.1重车绕道对货车周转时间的影响分析

7.1.1近年重车走行公里变化特点分析

7.1.2重周距对货车周时的影响分析

7.2重车绕道主要成因分析

7.2.1车流径路对重车绕道的影响

7.2.2路网能力对重车绕道的影响

7.2.3减少重车绕道的运输组织方法

7.3铁路网重空车流径路及流量分配同时优化模型

7.3.1铁路网车流径路与流量分配问题研究现状

7.3.2传统车流径路问题多商品网络流模型

7.3.3多车种重空车流径路与流量分配同时优化模型

7.3.4模型特点分析

7.4考虑车种代用的重空车流径路与流量分配同时优化模型

7.5算例分析

7.6本章小结

8结论与展望

8.1论文主要工作和结论

8.2需要进一步研究的问题

参考文献

附录

附表1 全路18个路局间空车调配结果

附表2 空重车流同时优化重车流径路分配结果

附表3 空重车流同时优化空车径路及流量分配结果

附表4 空重车流同时优化区段负荷分布结果

攻读博士学位期间取得的研究成果

攻读博士学位期间以第一作者公开发表的论文

攻读博士学位期间参加的科研项目

致谢

作者简介