摘挂列车编组计划优化研究

2018-08-07张晶晶林柏梁武建平

铁路计算机应用 2018年7期

张晶晶，林柏梁，武建平

（北京交通大学交通运输学院，北京 100044）

近年来，我国通过完善铁路设施和采用先进的技术设备较大程度地提高了铁路运输能力，但总体而言我国铁路运能仍处于紧张的形势。在采取站场扩建、增开线路等措施缓解紧张的货运能力状况的同时，还需要不断优化铁路车流组织方法以实现铁路运能的充分利用。本文主要针对区段管内车流组织面临的问题进行分析研究。现阶段我国区段管内车流组织存在的主要问题包括摘挂列车运行秩序不稳定，区间线路能力利用率不高等。优化摘挂列车编组计划能够有效地提高区段内车流组织水平、铁路设施利用效率和区间通过能力，加快车辆周转。因此，摘挂列车编组计划优化在铁路车流组织方面意义重大，是铁路货运组织领域亟需解决的问题之一。

国内外专家学者对此进行了大量的分析研究，取得了丰硕的理论成果。既有的研究成果中，文献[1]建立了非线性0-1整数规划模型对直达与区段列车编组计划及车流径路进行整体优化，确定了路网上最优的列车接续、车流运行径路及改编策略，并采用模拟退火算法对模型进行求解；文献[2]从组合优化的角度建立了车流径路与列车编组计划的综合优化模型；文献[3]以车流组织成本最小化为目标，构建列车编组计划优化的双层规划模型；文献[4]将区段列车开行条件纳入列车编组计划的综合优化模型中，构建了装车地直达、技术直达及区段列车编组计划的综合优化模型，并结合数值算例验证了模型的有效性；文献[5]以总车小时消耗最少为目标建立优化模型时，将集结完成的车流在站等待挂车的车小时消耗考虑在内；文献[6]将直通摘挂列车纳入区段管内车流组织中，计算了优化方案的车小时节省及其经济效益；文献[7]从车小时消耗的观点，通过分析相邻技术站间车流合并的特点，提出区段车流与摘挂车流以及小运转车流与摘挂车流组织优化方法；文献[8]详细探讨了车站到发线有效长度与列车编组计划之间的关系；文献[9]论证了分阶段编制相邻编组站间列车编组计划不能得出最优的编组方案，并且提出综合编制的方法；文献[10]在优化列车编组计划时，提出一个考虑模糊成本的目标函数，并结合局部分支和松弛诱导邻域搜索的混合算法对模型进行求解；文献[11]以总运输成本最小为目标构建优化模型，并采用大规模邻域搜索算法对模型进行求解。相比于既有的研究成果，本文在优化摘挂列车编组计划时，考虑区段车流对摘挂列车编组计划的影响，确定合理的摘挂列车开行方案。

1 问题描述

区段车流是在两相邻技术站进行发、到作业的车流，主要通过区段列车运送。管内车流，又称摘挂车流，主要包括两部分：（1）区段内各中间站相互到发的车流；（2）区段内各中间站与外区段间相互到发的车流，这一部分的车流扣除在该区段内中间站始发或终到直达列车的发、到车流。本文结合图1对区段车流和摘挂车流进行具体说明。

记区段内某一行车方向沿途相邻技术站为1和2，区段[1,2]内其它车站为中间站。图1中车流①为区段车流，车流②③为摘挂车流。其中，车流②表示由技术站1产生的，到达区段[1,2]内中间站的车流；车流③表示由区段[1,2]内中间站产生的，到达技术站2的车流。

图1 车流示意图

如果区段车流量较小，需要判断是否将区段车流与摘挂车流合并。此外，摘挂列车的在途时间和停站次数对区段通过能力及机车运用效率也会产生一定的影响。因此，在编制摘挂列车开行方案时，应按照实际情况，合理组织列车输送车流。假设一个中间站由一列摘挂列车服务即能满足运输需求；区段车流可以由多列摘挂列车运送。

2 模型构建

2.1 模型符号

模型符号说明如表1所示。

表1 符号说明

2.2 建立模型

本文以开行区段列车和摘挂列车总的车小时消耗最小化为目标构建优f化模型，即：

3 算例分析

如图2所示，截取某相邻技术站区段为算例背景，图中两端车站为技术站，其余为中间站。

图2 路网结构

区段内各中间站的到发车流如表2所示。设1→10方向的车流为下行车流，本文只分析下行车流的摘挂列车编组计划，上行方向列车编组计划可按相同原理得出。表2中由技术站1直接发往技术站10的车流记为区段车流，即 f1.10=31车/日，其余车流均为摘挂车流。

表2 各车站货车车流量

摘挂列车旅行时间ti,i+1，如表3所示。

表3 摘挂列车旅行时间

摘挂列车在各车站的平均停留时间τi，如表4所示。

表4 摘挂列车停站时间

其余相关参数设定：

将上述参数带入模型中，运用优化软件LINGO12.0对模型进行求解，并得到（近似）最优解。路网中总的车小时消耗为932.36 h，具体的列车编组方案为区段车流与摘挂车流合并，合开摘挂列车，区段内共开行3列摘挂列车，其中,摘挂列车I在车站“4,5,6,9”停站进行摘挂作业；摘挂列车II在车站“2,7,8”停站进行摘挂作业，且运送部分1→10的区段车流；摘挂列车III在车站“3”停站进行摘挂作业，且运送部分1→10的区段车流。具体的列车开行方案如表5和图3所示。