（交通运输规划与管理专业论文）编组站货物列车发车模式分析及策略优化研究.pdf

西南交通大学博士研究生学位论文第l 页 摘要 我国经济发展的巨大成就为铁路运输的发展提供了强大的动力。在经济 发展的拉动下，我国铁路通过扩大路网规模、修建客运专线、更新技术设备、 发展重载运输以及提速等手段，极大地缓解了供需矛盾。为了适应新时期货 主对运输质量的新要求，铁路又通过推出“五定 班列、行邮行包专列等货 运新品种，压缩编组站数量，增加直达货物列车的开行比例，加快发展铁路 集装箱运输等方式，一定程度上提高了货物运输的质量。 但由于通过编组站改编的货物列车，仍是铁路货物运输的主要部分。目 前除了铁路运输供给能力仍不能满足货物运输的需求外，铁路货物运输的时 效性差是一个突出的问题。我国目前实行的仍是组织型的行车组织体制，要 全面提高我国铁路货物运输的服务质量，改善货物运输的时效性，单靠增加 运输能力是不够的，还必须对我国的现有铁路行车组织方式进行改革。而编 组站的工作组织优化是铁路行车组织改革的关键所在。 编组站发车模式优化问题的研究，对于指导我国编组站工作组织改革， 全面提高货物运输服务质量，有着重要的意义。论文以理论研究为主，并充 分借鉴和参考以往的研究成果，采用系统的观点，运用运输组织、最优化理 论、数理统计、系统科学等学科的理论，对发车模式优化中的有关参数和规 律进行了深入的研究。本文的研究内容主要包括以下几个方面。 ( 1 ) 对发车模式的优化问题进行了系统分析，根据在编组站编组列车时 满轴、正点、不违编这3 个基本原则，对发车模式进行了分类，并把发车模 式的优化问题转变成为寻找最优的最小编成辆数的问题。 ( 2 ) 通过数理统计方法分析了车流的到达统计规律，并指出了车流规律 拟合过程中，数据的分时段统计特性，使拟合的统计规律更符合客观实际情 况；对于车流到达规律发生变化的情况，给出了样本容量不足条件下车流到 达规律的贝叶斯估计方法。 ( 3 ) 为了准确测度发车模式不同产生的运输成本的变化，对发车模式给 编组站工作组织产生的影响进行了综合分析，指出了因最小编成辆数的改变 在编发系统和到解系统内产生的影响，并通过仿真的方法，研究了最小编成 辆数变化对列车出发秩序和出发均衡性的影响。 第l i 页西南交通大学博士研究生学位论文 ( 4 ) 把编组站车辆的集结和编发过程看作一个系统，根据发车模式对编 组站工作组织的综合影响分析，选用适当的指标和运输成本计算方法，根据 车流到达规律和车辆集结编发过程以及相关约束，对选择不同发车模式给编 组站带来的运输成本的改变进行了测度。 ( 5 ) 在分析和借鉴已有的关于编组站货物列车发车策略的基础上，系统 描述了发车模式问题的优化模型。根据期望最优的准则，给出了最优最小编 成辆数的计算公式，并据此进一步分析了最小编成辆数的性质。由于公式中 具体的参数难以确定，论文给出了通过仿真确定最优最小编成辆数的方法， 并提出了与确定最优最小编成辆数相关的几个概念。 ( 6 ) 在分析了欠轴发车有利的条件后，对编组站出发的欠轴货物列车的 补轴问题进行了研究，给出了在编组站加挂去向不符合列车编组计划的车组 和中途补轴两种利用欠轴列车能力的方法。 ( 7 ) 通过一个实例，给出了确定最优最小编成辆数的具体步骤，并验证 了车流到达规律分时段统计的思想。 论文的研究涵盖了发车模式优化的主要相关内容，以期成为一个相对完 整的理论体系，使之能为编组站工作组织改革提供一定的参考，以及铁路行 车组织体制的改革起到一定的促进作用。 关键词：编组站；发车模式；最小编成辆数；模型；仿真 西南交通大学博士研究生学位论文第1ii 页 _ _ - _ - _ - _ l _ l - i - l - _ _ _ _ l - - - l _ _ l - i i _ _ _ l _ _ 一1 i i i _ i _ i i l _ _ _ - - _ - - i _ _ _ 一 a b s tr a c t t h eg r e a ta c h i e v e m e n to fc h i n ai ne c o n o m i cd e v e l o p m e n tp r o v i d e dt h e p o w e r f u lm o t i v ef o r c ef o rt h ed e v e l o p m e n to fr a i l w a yt r a n s p o r t a t i o n w i t ht h e e c o n o m i cp r o g r e s so fc h i n a ，t h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e nr a i l w a ys u p p l ya n d t r a n s p o r t a t i o nd e m a n dh a sb e e nr e l i e v e dg r e a t l y t h em o d e su s e db y c h i n aa r ea s t h ef o l l o w i n g ：e n l a r g i n gt h er a i l w a yn e t w o r ks c a l e ，b u i l d i n gp a s s e n g e rd e d i c a t e d l i n e ，u p d a t i n gt h et e c h n i c a le q u i p m e n t ，d e v e l o p i n gt h eh e a v y l o a dt r a n s p o r t a t i o n ， e n h a n c i n gt h ev e l o c i t yo ft r a i n se t c f u r t h e r m o r e ，f o r t h e a d a p t a t i o nt o t h e d e m a n dt or a i l w a yt r a n s p o r t a t i o no fs h i p p e ri n t h en e wp e r i o d ，t h er a i l w a y d e p a r t m e n th a sa d o p t e ds o m ee f f e c t i v em e a s u r e s ，s u c h a sp u s h i n go u t “f i v e s c h a d u e d ”t r a i n s ，r a i l w a yl u g g a g ea n dp a r c e le x p r e s ss p e c i a lt r a i ne t c n e w g o o d st r a n s p o r t a t i o nv a r i e t y ，c o m p r e s s i n gt h en u m b e ro fm a r s h a l l i n gs t a t i o n ， i n c r e a s i n g t h e r u n n i n gp r o p o r t i o n o ft h r o u g ht r a i n s ，a n da c c e l e r a t i n gt h e d e v e l o p m e n to fc o n t a i n e rt r a n s p o r t a i o na n ds oo n ，w h i c hi m p r o v e dt h es e r v i c e q u a l i t yi ng o o d st r a n s p o r t a t i o n b u t ，t h ep r o p o r t i o no ft h eg o o d st r a i n sw h i c ha r er e o r g a n i z e di nm a r s h a l l i n g s t a t i o ni ss t i l lt h em a i np o r t i o no fr a i l w a yg o o d st r a n s p o r t a t i o ni nm yc o u n t r y p r e s e n t l y ，b e s i d e st h a tt h er a i l w a ys u p p l yc a n tm e e tt h et r a n s p o r t a t i o nd e m a n d ，i t i sa no u t s t a n d i n gp r o b l e mt h a tt h et i m e l i n e s so fr a i l w a yg o o d st r a n s p o r t a t i o ni s n o tg o o d n o w ，t h em a k i n g u pt y p et r a i n r u n n i n go r g a n i z a t i o ns y s t e mi s s t i l l a d o p t e di no u rc o u n t r y t oe n h a n c et h eq u a l i t yo ft r a n s p o r t a t i o nc o m p l e t e l y ，a n d i m p r o v et h e t i m e l i n e s so fr a i l w a yg o o d st r a n s p o r t a t i o n ，o n l yd e p e n d i n go n i n c r e a s i n gt h ea b i l i t yo ft h er a i l w a yt r a n s p o r t a t i o ni sn o ts u f f i c i e n t w em u s ta l s o r e f o r mt h et r a i n r u n n i n go r g a n i z a t i o ns y s t e mo fo u rc o u n t r y h o w e v e r ，t h e o p t i m i z a t i o no fo r g a n i z a t i o n i nm a r s h a l l i n gs t a t i o ni st h ek e yq u e s t i o ni nt h e r e f o i r m a t i o no fr a i l w a yt r a i n r u n n i n go r g a n i z a t i o n t h er e s e a r c ho no p t i m i z a t i o no fd e p a r t u r em o d ei nm a r s h a l l i n gs t a t i o ni s v e r yi m p o r t a n t f o ro u rc o u n t r yt o g u i d e t h er e f o r m a t i o no ft r a i n r u n n i n g o r g a n i z a t i o na n de n h a n c et h es e r v i c eq u a l i t y t h et h e s i st a k e st h e t h e o r e t i c a l r e s e a r c ha st h ec o r e ，r e f e r e n c e st h eo u t c o m eo ft h ep a s tr e s e a r c ha n da d o p t st h e 第1 v 页西南交通大学博士研究生学位论文 s y s t e m a t i cv i e w ，a p p l l i e s t h ec o r r e l a t i v et h e o r i e ss u c ha s t r a n s p o r t a t i o n o r g a n i z a t i o n ，o p t i m i z a t i o nt h e o r y ，m a t h e m a t i c a ls t a t i s t i c sa n ds y s t e m a t i cs c i e n c e e t c t os t u d yt h er e l e v a n tp a r a m e t e r sa n dt h el a w sd e e p l y t h ec o n t e n t so ft h e t h e s i si n c l u d et h ef o l l o w i n gs e v e r a la s p e c t sm a i n l y ： ( 1 ) t h eo p t i m i z a t i o n o fd e p a r t u r em o d ei s a n a l y z e ds y s t e m a t i c a l l y a c c o r d i n gt ot h et h r e ek i n d so fc o n s t r a i n tw h e nt h et r a i n i sm a r s h a l e di n m a r s h a l l i n gs t a t i o n ，t h ed e p a r t u r em o d e sa r ed i v i d e di n t ot h r e ek i n d so fm o d e s f u r t h e r m o r e ，t h eq u e s t i o nt oo p t i m i z et h ed e p a r t u r em o d e si st r a n s f o r m e di n t o h o wt of i n dt h eo p t i m a lm i n i m u mn u m b e ro fc a r s ( 2 ) t h es t a t i s t i c a ll a wa b o u tc a rf l o w sa r r i v a li sa n a l y z e db yt h em e t h o do f m a t h e m a t i cs t a t i s t i c s a n df u r t h e r m o r e ，i ti sp o i n t e do u tt h a tt h es t a t i s t i ca n a l y s i s o fd a t am u s tb em a d eb yt i m es e g m e n t ，w h i c hm a k e st h el a wa b o u tc a rf l o w a r r i v a la c c o r db e t t e rw i t ht h ea c t u a ls i t u a t i o n w h e nt h ea r r i v i n gl a wo fc a rf l o w c h a n g e s ，o nt h ec o n d i t i o nt h a tt h es a m p l es i z ei s n o ts u f f i c i e n t ，ak i n do fb a y e s e s t i m a t i o nm e t h o df o rt h ea r r i v i n gl a wo fc a rf l o wi sg i v e n ( 3 ) i no r d e rt om e a s u r ea c c u r a t e l yt h ec h a n g eo ft r a n s p o r t a t i o nc o s tc a u s e d b yt h ed i f f e r e n td e p a r t u r em o d e s ，t h ec o m p r e h e n s i v ei n f l u e n c et ot h eo p e r a t i o n o r g a n i z a t i o no fm a r s h a l l i n gs t a t i o nw h i c hi sc a u s e db yt h ed i f f e r e n c eo fd e p a r t u r e m o d ei sa n a l y z e ds y n t h e t i c a l l y i ti sp o i n t e do u th o wt h ec h a n g eo ft h em i n i m u m n u m b e ro fc a r st oi n f l u e n c et h e m a r s h a l l i n g - d e p a r t u r es y s t e m a n dt h e a r r i v a l d i s i n t e g r a t i o ns y s t e m w h a ti sm o r e ，t h ei n f l u e n c et ot h ed e p a r t u r eo r d e r a n dt h ed e p a r t u r ep r o p o r t i o n a l i t yw h i c hi sc a u s e db yt h ec h a n g eo f t h em i n i m u m n u m b e ro fc a r si ss t u d i e db yt h es i m u l a t i o nm e t h o d ( 4 ) t h ep r o c e s st h a tt h e c a r sa r ea s s e m b l e d ，m a r s h a l e da n ds e n to u ti s c o n s i d e r e da sas y s t e m a c c o r d i n gt ot h ec o m p r e h e n s i v ea n a l y s i st ot h es y n t h e t i c i n f l u e n c ec a u s e db yt h ed i f f e r e n c eo fd e p a r t u r em o d e s ，t h em e t h o dt om e a s u r et h e c h a n g eo ft r a n s p o r t a t i o nc o s tw h i c hi s c a u s e db yt h ed i f f e r e n c eo fd e p a r t u r e m o d e si sg i v e n i nt h i sc a l c u l a t i o np r o c e s s ，ap r o p e rm e t h o dt oc o m p u t et h e t r a n s p o r t a t i o nc o s ti sa d o p t e da c c o r d i n gt ot h ea r r i v a ll a wo fc a rf l o wa n dr e l a t e d c o n s t r a i n ti nt h ep r o c e s st h a tt h ec a r sa r ea s s e m b l e d ，m a r s h a l e da n ds e n to u t ( 5 ) o nt h eb a s i so fa n a l y s i sa n dr e f e r e n c et ot h ep a s td e p a r t u r es t r a t e g y a b o u tg o o dt r a i n si nt h em a r s h a l l i n gs t a t i o n ，ao p t i m i z a t i o nm o d e la b o u tt h e 西南交通大学博士研究生学位论文第v 页 d e p a r t u r em o d ei se s t a b l i s h e d a n da tt h es a m et i m e ，ac o m p u t ef o r m u l a a b o u tt h e m i n i m u mn u m b e ro fc a r si sg i v e nb yt h eo p t i m a l c r i t e r i o no fe x p e c t a t i o n m o r e o v e r ，t h ep r o p e r t yo ft h em i n i m u mn u m b e ro fc a r s i sa n a l y z e db yt h i s f o r m u l a b e c a u s ei ti sd i f f i c u l tt od e t e r m i n et h ep a r a m e t e r si nt h i sf o r m u l a ，t h e t h e s i sg i v e sam e t h o dt od e t e r m i n et h eo p t i m a lm i n i m u mn u m b e ro fc a r sb y s i m u l a t i o n b e s i d e s ，s o m ec o n c e p t sr e l a t e dt od e t e r m i n i n gt h eo p t i m a lm i n i m u m n u m b e ro fc a r si sp u tf o r w a r d ( 6 ) a f t e rh a v i n ga n a l y z e dt h ec o n d i t i o ni nw h i c h t h eo w i n g 。a x i sd e p a r t u r ei s f a v o r a b l e ，t h et h e s i ss t u d i e st h eq u e s t i o nt h a th o w t h eo w i n g a x i sg o o d st r a i ni s a t t a c h e do p e r a t i o n f u r t h e r m o r e ，t h et h e s i sg i v e st w ok i n d so fm e t h o dt ou s et h e a b i l i t yo ft h eo w i n g a x i sg o o d st r a i n 。t h et w ow a y sa r ea d d i n gc a r sw h i c h v i o l a t e t h em a r s h a l l i n gp l a nt ot h eo w i n g a x i sg o o d st r a i na n da t t a c h i n go p e r a t i o ni nt h e m i d w a ys t a t i o n ，r e s p e c t i v e l y ( 7 ) t h es t e p st od e t e r m i n et h eo p t i m a lm i n i m u m n u m b e ro fc a r si sg i v e nb y a ne x a m p l e a n dt h ei d e at h a tt h es t a t i s t i ca n a l y s i so fd a t am u s tb em a d eb yt i m e s e g m e n ti sv e r i f e d t h es t u d yc o v e r st h ep r i n c i p a lr e l e v a n tc o n t e n t sa st ot h eo p t i m i z a t i o no f d e p a r t u r em o d e ，i nt h eh o p eo fo f f e rac e r t a i nt h e o r e t i c a ls u p p o r ta n dr e f e r e n c e f o rt h er e f o r m a t i o no ft r a i n r u n n i n go r g a n i z a t i o ns y s t e m ，a n dp l a y i n ga c e r t a i n p r o m o t i o nr o l e t ot h er e f c i r m a t i o no ft h er a i l w a yr u n n i n g t r a i no r g a n i z a t i o n s y s t e m k e y w o r d s ：m a r s h a l l i n gs t a t i o n ；d e p a r t u r em o d e ；m i n i m u m n u m b e ro fc a r s ； m o d e l ；s i m u l a t i o n 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文。 本学位论文属于： 1 保密口，在年解密后适用授权书； 2 不保密面，适用本授权书。 ( 请在以上方框内打“、 ) ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：l 指导教师签名：卫荔凌二夕 日期：呻9 月f 6 日 日期：啊月衫日 西南交通大学学位论文创新声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下独立进行研 究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他任 何个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究作出贡献的个人 和集体，均已在文中作了说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承 担。 本学位论文的主要创新点如下： ( 1 ) 研究了列车最小编成辆数对编组站列车出发秩序和出发均衡性的 影响，通过定量分析，验证了随最小编成辆数的减小，编组站列车出发秩序 和出发均衡性会得到相应改善的结论( 3 2 ) 。 ( 2 ) 根据期望收益最优的准则，推导出了最优最小编成辆数的理论计 算公式，并给出了通过仿真寻找最优最小编成辆数的具体操作方法( 4 3 1 ， 4 4 )。 ( 3 ) 给出了在编组站加挂与编组去向不符的车组和中途站补轴两种欠 轴列车剩余能力的利用方法，并论证了两种方法的具体适用条件( 5 1 2 ， 5 1 3 ，5 2 2 )。 学位论毫! 尊签名：，毛吨： 日期：咔7 月6 日 、 西南交通大学博士研究生学位论文第1 页 1 1 研究的背景及意义 第1 章绪论 1 1 1 规划型和组织型行车组织体制概况 整个铁路运输系统是一个庞大的系统，它具有复杂性和高度秩序性的特 点。铁路运输组织的目的，是为了达到高效、高质量、安全可靠地输送旅客 和货物的目的。铁路运输系统在长期的运行过程中，逐步形成了列车编组计 划和列车运行图两个基本的技术性文件和一套有效的行车组织方法【l 一】。世 界各国的行车组织工作，通常都包括车流组织、列车运行组织和调度指挥工 作等几个基本的技术环节。货物列车编组计划是车流组织的具体体现，列车 运行图是组织列车运行的基础，它们都是长期性的行车组织基本技术文件， 是组织列车运行的主要依据。而调度指挥工作则属于日常性的行车组织工作， 它是在列车编组计划和列车基本运行图的指导下，根据日常车流的具体变动， 对日常的具体行车组织进行的一种计划安排。 根据在行车组织过程中，对年度规划性行车基本技术文件( 主要指列车 编组计划和列车运行图) 和日常调度指挥工作两个方面侧重的不同，胡思继 将世界各国的行车组织体制大体上分为两类【3 j ，即规划型行车组织体制和组 织型行车组织体制。日本及德国、法国等西欧国家的铁路基本上采用规划型 行车组织体制，我国、前苏联及部分东欧国家铁路则基本上采用组织型行车 组织体制。 规划型行车组织体制【4 5 】，以年度规划性行车基本技术文件列车编组计划 和列车运行图为组织运输和列车运行的基础，而以日常调度指挥工作作为行 车组织的辅助。实行规划型的行车组织体制，要求铁路运输的能力要有一定 的富余，对列车编组计划和列车运行图的编制要求大大提高。规划型行车组 织体制以详尽的货流调查资料、准确的运输统计分析资料和车流调查资料为 依据，通过详尽的规划，编制确定流线紧密结合的列车编组计划和列车运行 图。在这一体制下，对列车编组计划和列车运行图的执行较为严格，列车运 第2 页西南交通大学博士研究生学位论文 行图是列车运行组织的核心，一旦制定，具有权威性，任何方面不得单方面 变更运行图，行车组织的职责主要在于维护列车运行秩序，保证按图行车。 组织型行车组织体制 4 5 】，以日常的调度指挥工作为核心，而以年度规划 性的基本技术文件为依据来组织运输工作。在这种情况下，列车编组计划和 列车运行图具有一定的假设性和轮廓性，通常流线结合的程度并不是很高。 组织型列车运行图和列车编组计划的性质，决定了调度指挥工作在行车组织 工作中的主导地位和重要作用，即行车组织在列车运行图和列车编组计划的 指导下，必须根据日常运输工作变化了的情况，通过调度指挥的日常运输工 作计划来具体组织行车工作。 按规划型组织行车工作【6 。4 1 ，可以使铁路运输工作程序化，列车运行更加 规律，站段作业易于标准化，因而它可以使运输生产秩序更加稳定，提高运 输服务质量，简化日常运输组织工作。 1 1 2 我国的铁路货物运输现状及存在的问题 我国经济的快速发展，对铁路建设产生了巨大的拉动作用。 随着我国经济的发展，铁路通过扩大路网规模、修建客运专线、更新技 术设备、发展重载运输以及提速等手段。极大地缓解了铁路运输能力与货物 运输需求之间的供需矛盾。 随着经济的巨大进步，我国对铁路建设的投资在逐年加大，仅在“十五 期间【1 5 】，全路累计完成基本建设投资达3 1 5 4 2 4 亿元，其中电气化投产5 4 9 4 公里，新线铺轨7 1 3 9 公里，既有线复线铺轨3 2 8 3 9 公里。 随着经济的发展和人民生活水平的提高，不单是需要运输的数量在增加， 对运输的质量也提出了新的要求。为了适应这种运输需求上的变化，铁路运 输组织工作开始由以运输生产为中心的运输组织工作转到同时注意运输生产 效率和客户运输需求上来。铁路通过推出“五定班列、行邮行包专列等货 运新品种，压缩编组站数量，增加直达货物列车的开行比例，加快发展铁路 集装箱运输等方式，一定程度上提高了货物运输的质量。 ( 1 ) 开行“五定”班列。 从1 9 9 7 年4 月1 日开始，铁路在全国2 8 个主要城市和港口口岸之间的 铁路干线上组织开行定点、定时、定价、定线、定车次的快速货物列车，即 西南交通大学博士研究生学位论文第3 页 “五定 班列。“五定 班列的实行打破了我国铁路货物运输传统上按编组 计划组织行车的方式，为客户提供了更加可靠、高质量的运输服务。 ( 2 ) 开行行邮、行包专列。 ( 3 ) 压缩编组站数量，提高直达比重，缩短货物中转时间。 2 0 0 3 年以后 16 1 ，铁道部对全国的铁路编组站的数量和布局进行了调整。 原东部地区的沈阳南、山海关、石家庄、徐州北、南翔和鹰潭6 个编组站不 再是路网性的编组站，而西部地区则新增加了3 个路网性的编组站，即新丰 镇、成都北和贵阳南。经调整后全路共有3 8 个编组站，其中路网性的编组站 由原来的1 5 个减少为1 2 个，区域性的编组站由1 6 个减少为1 3 个，地方性 编组站由1 8 个减少为1 3 个。经对编组站的数量和规模进行系统化的调整后， 增加了集中调车作业的能力，提高了直达列车的开行比重，使货物运输的效 率有了较大的提高。 ( 4 ) 发展集装箱运输。 集装箱运输具有快速、安全、简便、节约和便于实现多式联运的特点， 它是适应国内外贸易发展需求而发展起来的一种先进运输方式。利用集装箱 运输货物成为世界各国货物运输改革的总趋势【1 7 】，并在世界范围得到快速发 展。 这些措施，在一定程度上满足了在新时期客户提出的提高铁路运输质量 的要求。 根据铁路“十一五”规划，在“十一五”期间，我国铁路还将建设新线 1 7 0 0 0 公里，其中客运专线7 0 0 0 公里，既有线复线8 0 0 0 公里，既有线电气 化改造1 5 0 0 0 公里。到2 0 1 0 年，全国铁路营业里程将达到9 万公里以上，复 线及电气化率均达到4 5 以上，快速客运网达到2 0 0 0 0 公里以上，煤炭通道 总能力达到1 8 亿吨，西部路网总规模达到3 5 0 0 0 公里，形成覆盖全国的集装 箱运输系统。 目前，我国已经成为世界第3 大经济体，可以相信，随着经济的进步， 铁路建设投资的不断增加，我国的铁路运输供给能力必将得到更大的发展。 但由于目前在我国通过编组站改编的货物列车，仍是铁路货物运输的主 要部分。我国的铁路货物运输，目前除了运能仍不能满足运输需求外，运输 的时效性这些年虽有所提高，但当前仍不能满足客户对货物运输时效性的需 求，仍是当前铁路货物运输很突出的问题。 铁路货物运输的时效性不好主要表现在如下的3 个方面【5 】： 第4 页西南交通大学博士研究生学位论文 ( 1 ) 铁路货物运输的实际货物送达速度水平低。 ( 2 ) 铁路货物运输的货物送达准时性差。 ( 3 ) 铁路货物运输的货物在编组站中转时难以实时跟踪。 要解决铁路货物运输的时效性差这个问题，不能仅靠增加运输能力，还 需要对现有的行车组织过程进行改进，以从根本上改善运输的时效性，提高 运输质量。 1 1 3 论文研究的意义 我国现行的运输组织方式是属于组织型的运输组织方式。在这种组织体 制中，列车运行图是列车运行组织的基本文件，日常的调度指挥工作是列车 运行组织的核心。在编组站，货车采用满轴集结方式，实行定编发车模式， 货车在编组站调车场的停留时间难以确定，列车运行受调度指挥人员的能力 和主观因素影响较大，调度人员须根据车流情况对列车运行做频繁的调整。 首先需要根据日班需求情况，确定执行运行图的方案，执行运行图在列车运 行线的选择使用方面、车流接续计划以及列车编组内容等几个方面进行了调 整，对基本运行图进行了修改，这种修改与调整主要是凭调度人员的经验做 出的，所以存在较大的随意性，并且这种在基本图基础上调整后的执行运行 图仍会因各种原因被随时调整和修改。这样一方面会增加协调工作量，提高 管理成本。另一方面，在时间上致使货物运到时间不准时，在这种情况下， 货运公司追踪货物相当困难，很难准确预料货车到达目的地的时间。同时货 物在途中转时间加大，货物在铁路运输过程中，途中运行消耗的时间约占总 周转时间的1 3 ，大量时间被浪费在装卸站和中转站【5 j 。 所以，随着铁路运输能力的提升和运输需求上的深刻改变，研究不同的 发车模式在我国的适应性就变得重要而紧迫。 编组站的运输组织优化是铁路行车组织改革的一大关键所在。 编组站发车模式优化问题的研究，对于指导我国编组站工作组织改革， 全面提高货物运输服务质量，有着重要的意义。 由于在以前的文献中【4 5 18 1 9 】，对发车模式及集结方式的分类及涵义不 十分一致，为了对发车模式研究的方便，根据各国铁路货物运输的实际情况 和编组站编组货物列车的三个基本原则，现将编组站自编始发货物列车( 后 面简称编组站货物列车) 的发车模式大体分成3 类，即定点发车模式、定编 西南交通大学博士研究生学位论文第5 页 发车模式和半定编发车模式。定点发车模式是指以时间或发车的运行线作为 刚性约束条件；定编发车模式是指发车时以满轴编组作为刚性约束条件的一 种发车模式。半定编发车模式是介于定点发车模式和定编发车模式之间的一 种发车模式，该种发车模式在编组时以满轴为编组目标，但在车流集结不足 的情况下，只给出一个编成辆数的最小约束，只要不低于这个数，即便欠轴， 也允许发车，但当低于这个编成辆数的最小约束时，就必须放弃原来的运行 线，已经集结的车辆留待参加下一个集结期间的车辆集结。 为了后面研究及叙述的方便，对集结方式的概念进行进一步的明确。把 与定点发车模式对应的车辆集结方式称为定点集结方式；把与定编发车模式 对应的集结方式定义为定编集结方式；而把与半定编发车模式对应的集结方 式定义为半定编集结方式。 定编发车模式的主要特点【4 。18 1 9 】是以编组计划规定的列车编成辆数、 列车长度或列车重量标准作为确定列车集结过程结束的决定性条件，集结结 束车列经编组与作业后，其出发运行线和发车时刻的选择允许有一定的波动。 定点发车模式的主要特征【4 5 18 1 9 】是严格执行运行图，以运行图指导车站工 作，该策略所考虑的发车时出发列车编组的车辆数，只要不超过各中间站与 机车牵引动力等条件允许的最大编成辆数时，就可以按图组织发车，当在一 个集结期间内集结的车辆数超过其允许的列车最大编成辆数时，多余的车辆 留待下列发出。 定点发车模式的最大优点在于【4 5 1 乳1 9 】，正点发车，列车出发秩序好。 由于严格地执行了运行图，增强了车站工作的计划性，降低了某些参数的随 机性，从而有提高编组站及相关工作组织效率的趋势。其不足点在于，由于 定点发车模式中其编成辆数不一，且其上限受约束，致使正点发车条件中需 发出的列车数常会大于定编时的列车数，从而在运输成本中增加机车和乘务 人员的使用量，由于发出的列车数的增加，也更多地占用了本已经十分紧张 的区段通过能力。定编发车模式的最大优点是【4 0 18 1 9 】，满轴编组，机车能 力及线路通过能力利用充分。在定编模式中，由于编组时有满轴的要求，这 就充分地利用了机车的牵引能力和铁路通过能力，使用这种模式，在运输能 力紧张的情况下，能够用较少的投入输送更多的货物。我国长期以来一直采 用以满长或者满重为列车出发条件的定编模式，就是为了应对我国铁路运输 落后于经济发展、运输能力不足的国情。定编发车模式的不足点在于，在这 种发车模式中，当列车去向车流量较小时，就会由于需要凑齐编成辆数才能 第6 页西南交通大学博士研究生学位论文 发车，常常是不能按图定运行线发车。这样就造成货车在中转站停留时间过 长，致使列车晚点，影响了按图行车，其直接结果也影响了货车运用效率和 货物运输服务质量，如货主很难跟踪货物的运输过程。在这种模式中，常常 是不仅会牺牲更多的车辆集结时间，还会因发车时刻和运行线的频繁调整破 坏了列车的运行秩序，产生服务质量和运行秩序降低的负面影响。 半定编发车模式介于定编发车模式和定点发车模式之间，其难点是确定 车流量不足情况下合适的编成辆数的最低约束。一些经济发达国家如德国的 铁路主要采用这种模式。 因此有必要对3 种发车模式的适应性进行深入的理论分析。 本论文从编组站的设备特点及作业实际出发，以提高运输效率和运输效 益为目标，采用定性定量相结合的方法从理论上深入分析三种发车模式的适 用条件，建立数学模型，设计操作步骤，为编组站调度指挥者的合理决策提 供理论依据。 1 2 国内外编组站作业优化及货物列车发车模式研究概况 1 2 1 国外有关铁路编组站作业优化的研究 1 2 1 1 编组站作业组织问题研究现状 编组站是列车的制造工厂，是确保铁路运输秩序的调节器。编组站的核 心设备是驼峰和调车场，在这里完成车列从解体到编组的任务。编组站作业 优化的重要内容是编组站作业计划的编制问题。 关于编组站工作优化设计方面的研究最早见于前苏联，这其中几c 格 伦托夫、b h 巴利奇等前苏联铁路专家在该领域进行了开创性的研究工作 【2 0 2 l 】 o 欧美国家对编组站作业优化设计问题的研究也比较早【8 t1 1 1 7 ，2 2 圳】，但由 于这些国家的铁路运能相对比较富余，与前苏联专家的研究相比，更注重从 理论层面对调度作业计划展开学术研究。1 9 6 3 年，0 g u l b o d e n 心23 在进行编组 站作业计划优化问题的研究时，利用的主要就是运筹学的理论方法。1 9 8 0 年， a r j a n ga h s s a d 旧鄙又利用组合优化等理论，对调车分类线的优化设计等问 题进行了研究。1 9 8 3 年，s y a g a n 和f f s a c c o m a n n o 利用动态规划和组 合优化的理论方法，就如何确定驼峰解体顺序的问题进行了研究，得到了一 西南交通大学博士研究生学位论文第7 页 个启发式算法心6 1 ( 被称为h s s 算法) 。1 9 8 4 年，t g a i n i c 等心7 1 运用时 空网络方法建立了数学模型，对路网上列车进路问题展开了研究。1 9 8 9 年到 1 9 9 2 年的这段时间里，m h k e a k o n 通过建立0 1 整数规划模型，从路网上 数个不同站间相互协调作业的观点出发，对铁路运输计划的优化进行了相关 研究乜8 29 i 。1 9 9 5 年，z z