铁路编组站行车配流方案优化研究

铁路编组站行车配流方案优化研究

通常，衡量铁路运输效率的指标是全国铁路和铁路局使用半年（即每周）的车辆旋转时间，以及对列车站使用半年（即中后期）的车辆旋转时间进行评估。从管理运筹学关于运输问题的理论角度，如何使用车流在编组站中转停留时间最短，达到压缩编组站货车中时的目的，可将车流视为：“产品”，到达车流为生产的产品，出发车流为销售的产品，将到达列车以合理的顺序组织解体，按运行图和编组计划及时配入出发列车，称之为“配流”，但这种配流不同于管理运筹学中研究的产品去向不受限制、产销量平衡的简单配流。由于铁路车流用特定的编组去向，通常运行图到发列车的不均衡就限定的这一产品的去向受限、产销不平衡的问题，因此本着遵循实际、实用的原则，着重研究在展销不平衡的情况下如何配流的一般配流问题。2全车列车阶段(1)车流方向限制。即编组去向约束,到达列车中只有与出发列车编组去向相符的车流才能成为出发列车的车流来源。(2)技术作业限制。到达列车首先要经过列车技术检查、货运检查、车号核对等作业后,才能进入解体作业程序。(3)驼峰(牵出线)解编能力的限制。在一个阶段内,驼峰能解体/编组列车的数量,决定了驼峰的解体/编组能力。(4)车流接续时间限制。用于运行图、编组计划和调度日班计划规定的编组始发列车的车流,其接续时间必须满足列车到、解、集、编、发所需的作业时间要求。(5)始发列车编组辆数限制。满轴约束,即对必须满轴出发的列车,其需求的车数就等于满轴车数;对可欠轴的列车,其需求的车数可小于满轴车数。以重庆西站18:00—22:00这一阶段为例,按上述约束条件,设t为接续时间,即t=列车到达时刻-列车出发时刻,t>2小时(120分钟),当t<120分钟时,该列车不能配该车流。但在实际工作中,时常有始发列车晚点情况,即重庆西站在驼峰双推单溜的情况下,每列车解体需要20~25分钟,核对调车计划、存储进路需要5分钟,因此每个阶段最多只能解体列车8列,其余的列车就要产生待解时间,也即当t>运行图规定车流接续时间时,t=(运行图规定车流接续时间+待解时间)>2小时(120分钟)。其中的待解时间与到达列车解体顺序有关。待解时间t待=[本阶段开始解体作业时间+第(x-1)列解体本列×30分钟]-(列车到达时间+35分钟技术检查时间)。同时,因交接班和调车机车整备的影响,调车机车通常在19:30开始工作。即在18:00—22:00间,仅19:30—22:00的150分钟时间进行解体作业,实际仅能解体列车5列。但实际该阶段需要解体的到达列车有8列,其中川黔线3列、成渝线3列、襄渝线1列、重庆老枢纽1列;18:00结存车208辆,该阶段到达总车数244辆,合计可用于编组列车的有效车流为452辆。另外,该阶段需要编组(含图定始发列车在扣除编组和出发技术作业时间后,时间小于22:00的列车)和始发的列车有14列。研究的侧重点是在到达的8个列车中选择5列进行优先解体,按照始发列车的约束条件编组列车,经过合理安排解体顺序,使中转车流的接续时间最短。3到达达场或卸空车编组站编制本阶段计划内始发列车的车流来源主要有4部分:(1)站内调车场结存车流;(2)到达场待解体列车;(3)本站装车或卸空车;(4)阶段内到达能满足接续时间条件的列车。在到达、待解列车的车流组成中,有多个不同去向的车组,对该方向车流量大、运行图接续时间短的始发列车应从到达、待解列车等车流中查找合适的车流,优先配流。4到达列车最优模型为方便分析问题,将上述各种车流来源统称为“到达列车”,对调车场全部现车视为1列到达列车;对交换车流,每转场一次视为到达1列;对本站作业车、修竣车,每取回一次视为到达1列;对于待解列车和阶段中陆续到达的列车,其本身就是到达列车。将到达列车集合记作D,调车场现车记作D1,其余按到达顺序分别记作D2,D3……将本阶段出发列车集合记作F,按出发顺序分别记作F1,F2……通常输入车站的车流尽快从车站输出,在经济上是最有利的,因此把车辆在站总停留时间最少定为配流问题的基本目标。以Lij表示第i(i=1,2,…,m)到达列车配入第j(j=1,2,…,n)出发列车中的车数,tij表示配入第j出发列车的第i到达列车中的车流在站停留时间,则简单配流问题的目标函数可以表示为:一般配流问题因有约束条件的制约,所以要比简单配流问题复杂,是供求关系不平衡的运输问题。有关研究采取增加虚收点或虚发点实现平衡,并用顺推方法计算列车的等级代价,本文则通过处理将其转化为供求关系平衡的运输问题,并采取从始发列车约束条件反推计算解体列车解体顺序,求得车流接续时间最短的最优解。具体方法如下。设第i到达列车的总车流量为ai,第j出发列车的需求车流量为bj。当总车流量供大于求,即:时,可将该富余车流结存转入下一阶段,即可在表上将该车流视为增加1列虚的出发列车(转入下阶段结存)。当总车流量供小于求,即:时,可采取开行欠轴摘挂列车的方式平衡。对于多个编组去向问题,可以将每个编组去向作为一个车流产品销售去向,单独占用表上的一个纵向单元,在该单元内依据该组车流到达、解体、接续时间的长短进行车流产品的“销售去向”和“销量”调整,直到各去向车流总的解体、接续时间最短。表上作业法求解到达列车最优解体顺序流程如下。(1)配流表界面输入数据:到达列车车次;到达时间;本阶段开始解体时间;本阶段第x列解体本列;始发列车车次;始发时间。(2)计算待解时间t待:待解时间t待=[本阶段开始解体作业时间+本阶段第(x-1)列解体本列×30分钟]-(列车到达时间+35分钟技术检查时间)。(3)当t>运行图规定车流接续时间时(配流表原始数据),计算t=(运行图规定车流接续时间+待解时间)>2小时(120分钟)。(4)以计算的t引入配流表替换对应的项(以解体车次、车流方向号定位对应的项)。(5)计算货车中转时间:(6)界面显示如图1所示。5配流运算系统以重庆西站为例,设计的配流运算系统在officeExcel2003环境下调试通过。首先安装office2003,其中必须安装Excel.然后双击打开“配流测试样品.xls”,之后选择菜单栏的“工具”,单击“宏”→“安全性”,在安全性对话框中将安全级选为“低”,然后再选择菜单栏的“加载宏”(此选项一般是隐藏的),在“加载宏”对话框中选择“规划求解”项,单击确定按钮,系统自动进行安装。图2为配流运算系统界面,向下拖动右方的滚动条,单击“显示控制面板”按钮,选择控制面板上的开始求解,计算机自动计算出最优解和相应的解体序列,并将结果显示在“所有迭代中的最优解”和“最优解序列”单元格中,如最优解的序列为4、5、3、2、1,则对应的到达列车车次从上到下依次为40130、25123、41703、30124、25127。即按照第一解体25127次、第二解体30124次、第三解体41703次、第四解体25123次、第五解体40130次列车就能使中转时间最小。在配流运算系统界面中,向上拖动右方的滚动条,然后在“自定义解体序列”列中从上往下依次输入与“到达列车车次”单元格对应的自定义解体序列(见图3),只要不和最优解体序列相同,则得出的时间就应该比最优序列的解体时间大,如输入上述结果5、4、3、2、1后,单击控制面板中的“求解自定义序列的最优解”按钮,就可以在“自定义序列的解”单元格中看到求解结果。由于铁路局调度日班计划下达的列车运行计划与运行图中的图定列车有出入,同时没有与其他系统实现信息共享,所以该程序在运算前,结存、待解、到达列车等数据均由人工输入,但整个程序是“运输问题”的求解思想,单击“控制面板”的“开始求解”按钮时,计算机即可运算求出最优解。6计算机编组站运输组织的研究目前,重庆西站与西南交通大学合作,成功开发出以Excel为基础的计算机配流应用程序,说明运用计算机优化编组站运输组织,进行运输配流研究是可行的,若组织专业团队对该问题进行深入研究,运用铁路系统兼容的计算机语言编制程序,实现与现有铁路信息系统的信息共享,并纳入铁路现在车管理系统,必将对提高编组站的运输效率起到积极的促进作用。1车站合理吸引范围中转车流在编组站一般经过规模范围。该方法的缺陷是没有考虑轨道交通运量的限制,而且假定将合理吸引范围覆盖整个城市建设用地