铁路空车调配实用方法研究

1、铁路空车调配实用方法研究 目录目录 1 绪论绪论 2 铁路铁路空车调配的基本空车调配的基本理论理论 3基于通过能力约束下的空车调配问题研究基于通过能力约束下的空车调配问题研究 4空车调配模型空车调配模型 5铁路空车调配最小排空费用的合理分摊铁路空车调配最小排空费用的合理分摊 1 绪论 1.1 1.1 空车空车调配产生的调配产生的原因原因 1 1 绪论绪论 我国是大陆国家，幅员辽阔，人口众多，资源分布、产业配置、国土开 发和经济发展很不平衡。矿产资源大都分布在腹地，加工工业多集中在东部沿 海，形成大量货物自西向东、由北至南流动的基本格局。铁路承担着维系国计 民生的重要货物的运输任务，作为是我国客

2、货运输的主力和综合运输体系中的 骨干，它承担着全国近 60%的旅客运输量和 70%货物运输量。由于路网各个车 站、分局、铁路局的装卸车数一般是不相等的，为了保证不间断地按日均衡完 成装车任务，必须将卸大于装的地区向装大于卸的地区进行排空，这就是空车 调配产生的原因。 卸大于装（按车种）的车站不间断地 向装大于卸的车站排空。这一工作就 称为“空车调配”。 1.2 1.2 空车调整空车调整图的图的编制编制 1 1 绪论绪论 空车调整计划可利用空车调整图按车种别编制。铁道部根据各铁路局的 使用车计划和卸空车计划，计算各局车种别装卸差，并通过编制全路空车调整 图来确定各局间分界站车种别空车交换车数。铁

3、路局根据使用车计划、卸空车 计划和铁道部下达的局间分界站空车调整任务编制铁路局空车调整图。 1.3 铁路铁路空车调配的空车调配的目的目的 1 1 绪论绪论 空车调整是为了合理分布运用车和保证装车需要而进行的车流调整。为 了保证运输过程的连续性必须组织空车源源不断地送到装车地，从而合理有效 地实现将卸车数大于装车数地区（路局、车站）所产生的 多余空车配送到装 车数大于卸车数的地区去。同时由于空车走行公里 为非生产走行，因此空车 调整还必须考虑减少空车走行的距离，以减少对重车的干扰。 1.3.1 铁路铁路空车空车调配的不均衡性调配的不均衡性 1 1 绪论绪论 在铁路运输过程中最理想的空车分布是保证

4、每天到达各站卸车产生的空 车数正好是各车站装车所需要的车数。这样可实现车辆只在站内进行卸装作业 不产生空车走行，最经济有效地发挥运输效率。但由于实际货物的产、销地不 均衡，地区的产业构成不相同，货源波动以及受线路运输能力的限制等因素， 通常很难保证这种装卸平衡。所以 实际每天到达各铁路局及车站按卸车产生 的空车数不一定正好是装车所需要的。这就是运输过程中空车分布的不均衡性， 也叫做装车资源的波动。 1.3.2 铁路铁路空车空车调配不均衡性的影响调配不均衡性的影响 1 1 绪论绪论 空车分布的不均衡性，一方面可能会延误装车，另一方面会增加空车等 装的停留时间，延长车辆周转时间，对国民经济造成一定

5、的损失。因此，采取 必要的车辆组织措施，减少空车分布的不均衡性是铁路运输组织的一项重要任 务。空车调整对车辆分布及运用、服务质量、运输工作的均衡性，以及企业和 社会效益等都具有重大影响。所以，空车调整必须基于我国铁路运输工作的特 点和铁路运输市场的实际，遵循以下的基本原则。 1.4 1.4 铁路铁路空车调配空车调配原则原则 1 1 绪论绪论 满足运输需求是空车调整的最终目的。保证铁路局及站段货物发送装车 量所需要的空车。同时，优先保证满足重点厂矿、港口、国境站重点物资或大 宗货物的装运，在一定条件下供应装运计划外货物所需要的空车，为运输需求 准备足够的空车。 1.4 1.4 铁路铁路空车调配空

6、车调配原则原则 1 1 绪论绪论 空车的合理分布是组织均衡运输、合理利用铁路运输能力、全面完成运 输任务的重要保证。空车调整不仅要满足运输需求的车辆数目上的平衡而且还 必须考虑路网上空车运用车的合理分布，以保证全路货物运输工作的均衡性和 节奏性。为了保持其相对平衡的合理分布，通常采用按层次分级（铁道部、路 局）控制车数；按状态（重、空）和去向（交出和接入）控制车数；按主要车 种（P、C、N、G、B等）控制车数的原则，通过制定和完成排空计划指标来 实现。而且在执行计划过程中，必须从整体利益出发，严守排空纪律，完成各 级规定的排空任务。 1.4 1.4 铁路铁路空车调配空车调配原则原则 1 1 绪

7、论绪论 主要体现在保证装车数量最大、货物运送总量最多、货物运输营销额最 高等方面。在运输过程中车辆的装、运、卸、维护等运用成本不尽相同，所以 在车辆资源有限的情况下，空车调整必须考虑货物装运和车辆利用的最大效益 原则。 1.4 1.4 铁路铁路空车调配空车调配原则原则 1 1 绪论绪论 即压缩空车走行公里，减少空车走行率。车辆在空车状态下的走行为非 生产走行，会降低车辆生产率和增加运输成本。因此，应以最小的费用实现车 辆调整措施，压缩空车走行公里。在空车调配工作过程中，尽量减少空车从排 空地到接空地的走行公里和在途时间消耗。通常在 空车调整过程中应遵循最 大限度减少空车的调配量，对需要调配的空

8、车由卸车地至装车地应经由最短径 路，尽量消灭同种空车和可以互相代用空车在同一径路上的对流运输，在保证 货物和行车安全的条件下采取车种代用方式，正确集中和调配备用车等原则 ， 以减少空车走行公里。 1.4 1.4 铁路铁路空车调配空车调配原则原则 1 1 绪论绪论 在路网通过能力等条件的限制下，充分考虑线路和车站能力的均衡利用， 车流不拆分、车流径路合理选择等原则，使运输组织比较合理，满足列车编组 计划和运行图的要求。 2 铁路空车调配的基本理论 2.1 2.1 铁路铁路空车空车调配的基本方法调配的基本方法 2 2 铁路空车调配的基本理论铁路空车调配的基本理论 在铁路运输生产实际中广泛采用的空车

9、调配 方法主要有三种： 1.正常调整 2.综合调整 3.紧急调整 2.1 2.1 铁路空车调配的基本方法铁路空车调配的基本方法 2 2 铁路铁路空车调配的基本理论空车调配的基本理论 1.正常调整 正常调整也称为计划性平衡调整，它是在正常运输情况下根据技术计划 (或旬计划)所规定的空车调整任务安排日常空车调配计划的一种方法。这种 方法主要是在各路局(公司)根据货运计划调整装卸车工作量之后，再依据装 卸车差数进行补充和排出空车的调整。 该方法可从整体上调节弥补区域装卸的不平衡性，并可通过调整各局间 分界站移交的空车车种和数量，调控各路局(公司)的空车保有量，实现全路 运用车的合理分布。 2.1 铁

10、路铁路空车调配的基本方法空车调配的基本方法 2 2 铁路空车调配的基本理论铁路空车调配的基本理论 2.综合调整 当货流、车流发生变化或重车流增加时，在不影响接空局重点物资装车 需要的前提下，经铁总批准，依据下达的日计划命令，可对重、空车总数进 行综合调整，即当本局向某一铁路局交出的某种重车流增加时，可以减少向 该局排出该种空车的数量，而由接空局利用卸后空车补充装车需要。 综合调整不是取消空车车辆的调整，而是将重空车流的调整过程相互联 系起来。 2.1 铁路空车调配的基本方法铁路空车调配的基本方法 2 2 铁路空车调配的基本理论铁路空车调配的基本理论 3.紧急调整 紧急调整是由于特殊紧急运输情况

11、需要（如军事调动）或为加速车辆合 理分布而采取的非常措施。采用这种方法时，通常规定排空局(公司)按指定 的局间贯通列车线编开固定空车直达列车，编挂一定数量或一定车种的空车， 定期送往用车地点。 这种调整方式可能造成在某些区间发生同种空车的对流，违反车辆合理 使用的基本原则，并会增加空车的走行公里，同时限制了各局(公司)在调配 空车上的机动性，所以只能在特殊情况下采用，以调度命令形式公布实施。 2.2 2.2 空车调配空车调配的业务流程的业务流程 2 2 铁路空车调配的基本理论铁路空车调配的基本理论 铁路的空车调配业务主要分为计划和执行两个层面，计划主要 体现在铁路运输月度技术计划中的空车使用计

12、划，执行主要体现在 各级调度的车流调整上。 2.2 铁路铁路空车空车调配的业务流程调配的业务流程 2 2 铁路空车调配的基本理论铁路空车调配的基本理论 1.月度计划的制定 铁路运输工作技术计划(简称技术计划)是为了完成月度货物运输计划而 制定机车车辆运用计划，其中包括了空车的调配计划。 该空车调配计划的主要原则有以下几点： 以铁路局为空车调配的单位； 以分界口为空车调配的控制点； 以满足重点装车需求为空车调配的目标； 尽量减少路局间空车的对流。 2.2 铁路铁路空车空车调配的业务流程调配的业务流程 2 2 铁路空车调配的基本理论铁路空车调配的基本理论 2. 铁总车流调整 铁总的车流调整是空车调

13、配执行层次的最高一级。将制定各铁路局 每日具体的分界口交接车数和去向别装车计划，其主要的原则是： 以基本运行图为计划编制的依据； 以月度货物运输计划为标准； 保持分界站和发到局间的平衡。 2.2 铁路铁路空车空车调配的业务流程调配的业务流程 2 2 铁路空车调配的基本理论铁路空车调配的基本理论 3.铁路局车流调整 铁路局的车流调整是通过对空重车的综合考虑，制定铁路局的列车 日班运行计划。铁路局的空车调配主要遵循“一卸、二排、三装”为主 要原则，即首先安排卸车作业，尽快地产生空车；优先完成铁总下达的 排空计划；根据管内的空车情况安排装车作业。 2.3 2.3 铁路铁路空车调配空车调配问题的研究问

14、题的研究 2 2 铁路空车调配的基本理论铁路空车调配的基本理论 目前空车调配问题分为静态和动态优化两种类型： 静态空车调配 动态空车调配 2.3 2.3 铁路铁路空车空车调配调配研究视角研究视角 2 2 铁路空车调配的基本理论铁路空车调配的基本理论 1.静态空车调配 静态空车调配不考虑时间因素的影响，认为每天的空车供需和车流组织 是均衡平稳的。 静态调配研究前提是不考虑随机变化，假设一段时期内的空车供需情况 是稳定的。通常以空车走行公里或运输费用最小化为目标构建模型获得路网 供需节点间的空车最优分配方案。 2.3 2.3 铁路铁路空车空车调配调配研究视角研究视角 2 2 铁路空车调配的基本理论

15、铁路空车调配的基本理论 静态调配模型大多作为简单的运输问题处理，研究方法包括传统运输 问题方法以及现代启发式方法包括遗传、蚁群、粒子群法等。就战术规 划层面而言，静态空车调配是有助于货运计划和运输计划的拟定的，它 反映了一段时间里的平均空车调配策略。此外，静态空车调配问题的求 解复杂度一般也略小。 2.3 2.3 铁路铁路空车空车调配调配研究视角研究视角 2 2 铁路空车调配的基本理论铁路空车调配的基本理论 空车调配确定性模型往往都是假设卸车站的空车数、装车站需要的空 车数是确定的，实际上每天卸车站产生的空车数由于作业车延误、扣修 车辆和到达货车信息不准确等不确定性因素，装车站由于路网意外清况

16、 导致的停限装、货主需求不同和资金等不确定性因素影响，需要对确定 性模型进行改进。 2.3 2.3 铁路铁路空车空车调配调配研究视角研究视角 2 2 铁路空车调配的基本理论铁路空车调配的基本理论 2.动态空车调配 动态空车调配主要是就日常组织规划层面而言的，它强调空车配送应 随时间的推移而变化。国外在研究动态空车调配问题上侧重采用时空网 络技术，这种技术主要是考虑离散的时间步(时段)，并在一个规划期内 的每个时间步上将物理网络加以复制，从而形成一个时间扩延的网络。 动态优化使得模型进一步符合空车调配的运输组织实际，主要表现在 运输时间、空车供给量和需求量以及路段通过能力等方面具有随机特征。 3

17、 基于通过能力约束下的基于通过能力约束下的 空车调配问题研究空车调配问题研究 约束条件下空车调配模型 路段通过能力车站通过能力 空车总走行 里程最小 约束条件下空车调配模型 ij ijij fwzmin )5( )4( ) 3( )2(,0 ) 1 (,0 DkSkDS DkDff SkSff Mkmfmcmf VjVifcf kj jk k kjkkj k kjkkj kkk ijijij 为整数 为整数s.t. 求解算法及程序实现 （1）给定目标流量F，或，从给定的最小费用流f 开始，若未给，令f 为零流； （2）若v（f） F，停止运算，f 为最小费用流，否则转； （3）构造与流f相应的

18、有向图D(f),在D(f)中寻找从vs到vt的最短路径P，沿P调整 流f的流量直到F，转，若不存在从vs到vt的最短路径，则f就是最小费用最大流。 1.求解算法 求解算法及程序实现 2.求解程序流程图 实例分析实例分析 已知有S1，S2，S3 共3 个空车发送站，产生的空车数量分别为200，300，500 辆;有 D1，D2，D3 共3 个空车接收站，需求的空车数量分别为300，300，400 辆;中间车站 M1 的最大通过容量为600 辆，中间车站M2 的最大通过容量为500 辆;铁路网结构如图 2所示，试求该铁路路网的最小空车总走行里程数。 实例分析实例分析 实例分析实例分析 实例分析实例

19、分析 空车总走行里程最小费用为395500空车公里 4 单车种的空车调配模型单车种的空车调配模型 由于空车的供给和需求一般分散在各地,则空车供应站和需求站往往不在 一起,所以在未实现运输之前,必须协调各运输部门,构造出空车调配的数学模 型,并用求解运输问题的方法,制定出最优调配方案。空车调配优化模型的建模 方法是将空车调配问题看作一个运输问题,以总的配送费用最小或空车走行距 离最短为目标,然后加上必要的条件约束获得最优分配方案。 假设路网中,有个m个空车供应站,记作 , ,., ,其供应的空车数量分别为 有 , , ,有n个空车需求站,记作 , , , 其需求的空车数量分别为 , ,., 数学

20、模型如下： minZ= s.t. 1 A 2 A m A 1 a 2 a m a 1 B 2 B n B 1 b 2 b n b ijij n j m i lx 11 i n j ij ax 1 j m i ij bx 1 njmixij,.,2 , 1;,.,2 , 10（且为整数） 单车种的空车调配模型单车种的空车调配模型 供需平衡问题 供需不平衡问题 空车总需求量大于总供应量时，增加一个虚拟空车供应点 空车总需求量小于总供应量时，增加一个虚拟空车需求点 n j j m i i ba 11 单车种的空车调配模型单车种的空车调配模型 HIJKL需求量 （车） h167 i55 j314 k4

21、239 供给量 （车） 56833 最优空车调配方案 由于不同品类的货物存在属性差异，对装运所需的货车车种也 有着特殊的要求。例如，石油只能用罐车装运而不能改由其他车种 承担；粮食首选棚车装运但却不能由罐车代替。因此在单车种空车 调配模型的基础上考虑车种因素，进行改进得到多车种的空车调配 模型。 多车种的单车调配模型多车种的单车调配模型 数学模型如下： s.t. 为由空车供应站i 配送到空车需求站j 的u 种空车数 为从空车供应站i 到空车需求站j 调配一辆u 种空车的单位费用 为空车供应站i 产生的u 种空车数 为空车需求站j 需求的u 种空车数 u ij u ij p u n j m i

22、xcZ 111 min u i n j u ij ax 1 u j m i u ij bx 1 punjmixu ij ,.,2 , 1;,.,2 , 1;,.,2 , 10（且为整数） u ij x ij c u i a u j b 多车种的空车调配模型多车种的空车调配模型 同上例假设某路网，有四个空车供应站 H、I、J、K，有四个空车需求 站h、i、j、k，所有车站中车种包含敞车、罐车、平车三种，其车辆数分别 用 C、G、P 来表示，则每个车站对应的供应需求车辆用 m（C，G，P）表 示，两两站点间的距离用 表示，则该路网中空车需求供应数据表如表所示： ij c 车种代用的空车调配模型车种

23、代用的空车调配模型 在实际的日常调度工作中，不难发现，如果我们只考虑到空车车种的相互独立性， 而把在实际的生产运输过程中车种代用的现象所忽略，那么分车种的空车调配模型 就仍然有一定的限制。实际的铁路运输中，常常会出现某一或某些货车车种资源相对 紧张，而其他的车种资源又有富余的情况。而在此情况下，车种代用成为实际运输调 度中一项必要且合理的决策手段。 因此在分车种的空车调配模型基础上，构建车种代用下的空车调配模型： s.t. uv ij uv ij vuji xGcZ)(min uiaRx u i j vu uv ij , ， ujbRx u j i vu uv ij , ， vujixuv i

24、j ,0 且为整数， 1 1 主成分分析主成分分析 PCAPCA 减少数据集的维数 保持数据集中的对方差贡献最大的 特征 提取主成分提取主成分 10个因素最小的两两相关系数达0.868 信息表达上有很大部分的重叠 有必要进行主成分分析 车种代用的空车调配模型车种代用的空车调配模型 1 1 主成分分析主成分分析 PCAPCA 提取主成分提取主成分 1098 765 4321 102. 0094. 0102. 0 102. 0102. 0102. 0 102. 0102. 0102. 0102. 0 XXX XXX XXXXY 车种代用的空车调配模型车种代用的空车调配模型 铁路空车调配最小排空费用

25、的合理分摊 空车调整是铁路运输组织工作的重要环节,对保证铁路运输产品不间断 生产 重车正常开行有着非常重要的意义。全路性的空车调整,对各 铁路局(公司)组织均衡运输尤为重要。 在市场经济条件下,不仅全路的空车调整仍需由铁道部统一进行调整,并通 过强制性命令方式给各个分局或公司下达指定分界口的排空任务,而且全 路空车调整的总费用也应由各个局合理负担。 空车不似重车有具体的到站,原则上要按最短或最经济的线路调整空车。 从这一问题本身来看,它追求的是整个运输集团总运费最小。从运费分摊 的结果看,将导致运输集团的密切合作或相互磨擦。鉴于以上两方面的特 点，需要采取一定的方法来解决最优调整费用合理分摊问题。 可将最小排 空费用的合 理分摊问题 分为两个部 分： 运输问题 多人合作对 策问题 求解全路空 车调整最小 费用 对最小费用 进行合理分 摊 第 46 页 铁路空车调配最小排空费用的合理分摊 等站的空车数为 mm AAAaaa,.,., 2121 的空车数 等装车站所在局交界口为 nn BBBbbb,.,., 2121 车的费用站所在交界口排一辆空站到为从 jiij BAc 空车调整问题模型 运输问题表上作业法 求解 求得最优调 整方案 得到最小排 空费用 第 47 页 铁路空车调配最小排空费用的合理分摊 多人合作对策 问题的构建 设m个发站属于m个