（交通运输规划与管理专业论文）铁路货物运输组织模式改革及相关技术研究.pdf

中文摘要 中文摘要 摘要：为了适应我国市场经济高速发展的需要，满足货物运输多样性的需求，实 现从传统运输企业到现代物流企业的转换，提高铁路运输服务质量和水平，我国 铁路迫切需要针对客货分线运输的逐步实施，对既有线长期以来所形成的调度指 挥型货物运输组织模式进行突破性的变革，树立运输组织的新理念，探索符合我 国铁路发展特点的货物运输组织模式，推进铁路货物运输的持续发展。 本论文借鉴发达国家铁路运输组织模式的演变发展经验，分析了我国铁路货 物运输组织模式改革的背景条件，提出了适合我国国情和路情的货物运输组织模 式改革总体方案，并研究了货物运输组织模式改革的支撑技术。主要工作包括： ( 1 通过对铁路货物运输组织系统的分析，研究了铁路货物运输组织模式的 构成要素，明确了各构成要素的不同作用，提出了铁路货物运输组织模式的分类 方法。进”+ 步，指出了调度指挥型和计划主导型、资源限制型和资源适应型、效 率型和效益型、集结中转型和直达型等几种运输组织模式类别的特点及适用条件， 并通过对各种运输组织模式类别相互关系的分析，揭示其本质上的一致性，提出 以调度指挥型和计划主导型作为各类运输组织模式的代表展开相关研究工作。 ( 2 ) 针对我国铁路既有线长期形成的资源限制条件下调度指挥型货物运输组 织模式存在的主要问题，分析了货物运输组织模式改革面对的社会经济、市场以 及铁路自身发展的迫切需求和有利条件，从我国铁路运输资源配置的现状出发， 考虑客货分线运输的逐步实现以及我国综合运输体系的逐步完善，设计了我国铁 路货物运输组织模式改革的总体方案。该方案明确了货源货流组织方法、车流组 织形式、运输产品结构优化等“计划主导型”货物运输组织模式改革的主要内容， 并指出在货物运输组织模式由“调度指挥型”逐步向“计划主导型”转变的过程 中，允许“调度指挥型”和“计划主导型”两种模式并存，可以区别不同区域、 线路、列车种类实施不同的货物运输组织模式。 ( 3 ) 根据列车编组计划与列车运行图一体化编制的特征，借用多a g e n t 的思 想建立了列车编组计划与运行图一体化编制的概念模型。鉴于列车编组计划与运 行图的一体化编制问题极其复杂，本文从列车编组计划与运行图的协同优化入手， 开展流线结合的运输组织计划编制技术研究。以实现流线的时空协调为目标，利 用准航空线运行图在列车编组计划与运行图之间形成协调反馈机制，构建了列车 编组计划与运行图协同优化编制的框架模型。 ( 4 ) 建赢了网状线路条件下的列车编组计划与准航空线运行图优化编制的双 层规划模型，根据模型特点，选择了同一计算节点多种群并行进化的并行遗传求 北京交通大学博士学位论文 解算法。分别设计了运输费用固定和可变条件下列车编组计划与准航空线运行图 优化编制算例，对模型、算法进行了验证，并对有关计算结果进行了对比分析。 ( 5 ) 引入货物的发送、到达和运输时限3 个“时间窗”，研究了基于动态服 务网络的快运直达班列开行方案的优化模型和求解算法，设计算例对模型进行了 验证，并分析了在网络中设计相同速度等级的服务与设计不同速度等级的服务对 开行方案的影响。 关键词：铁路货物运输；运输组织模式；运输计划；客货分线运输；快捷货物运 输 分类号：u 2 9 2 ：u 2 9 4 1 abstract a bs t r a c t a b s t r a c t i no r d e rt om e e tt h er e q u i r e m e n t so ff a s t - d e v e l o p i n ge c o n o m yi no u r c o u n t r ya n ds a t i s f yv a r i o u sd e m a n d so ff r e i g h tt r a n s p o r t a t i o n ，c h i n e s er a i l w a ym u s t m a k es o m es i g n i f i c a n tc h a n g e so ne x i s t i n gt r a i nd i s p a t c h i n g - b a s e df r e i i g h tt r a n s p o r t a t i o n m o d et or e a l i z et h et r a n s f o r m a t i o no fc h i n e s er a i l w a yf r o mt r a d i t i o n a lt r a n s p o r t a t i o n e n t e r p r i s et om o d e r nl o g i s t i c se n t e r p r i s ea n di m p r o v et h er a i l w a yt r a n s p o r ts e r v i c e q u a l i 坶a tt h es a m et i m e ，n e wc o n c e p t so ft r a n s p o r t a t i o no r g a n i z a t i o na n dn e wf r e i g h t t r a n s p o r t a t i o nm o d ew h i c hi si na c c o r d a n c ew i t hc h i n e s er a i l w a yc h a r a c t e r i s t i c sh a v et o b eb u i l tu pt op r o m o t et h ed e v e l o p m e n to ff r e i g h tt r a n s p o r t a t i o ni nc h i n a o nt h eb a s i so fd e e p l y a n a l y z i n g t h ee v o l v e m e n te x p e r i e n c eo nf r e i g h t t r a n s p o r t a t i o nm o d ei nd e v e l o p e dc o u n t r i e s ，w ea n a l y z e dt h er e f o r mb a c k g r o u n di n c h i n a a n dp r o p o s e dag e n e r a ls c h e m ew h i c hi ss u i t a b l ef o rc h i n e s er a i l w a yc o n d i t i o n s f u r t h e r m o r e ，w ee x p l o r e dc o r r e s p o n d i n gs u p p o r tt e c h n o l o g i e s t h em a i nw o r ki nt h i sd i s s e r t a t i o ni so r g a n i z e da sf o l l o w s ： ( 1 ) w ee x p l o r e dt h ee l e m e n t so fr a i l w a yf r e i g h tt r a n s p o r to r g a n i z a t i o nr n o d eb a s e d o ns y s t e m a t i c a l l ya n a l y z i n gt h et r a n s p o r ts y s t e m ，a n dn a i l e dd o w nt h ef u n c t i o no fe a c h e l e m e n t a f t e rt h a t ，w ep r o p o s e dam e t h o du s e df o rc l a s s i f y i n gr a i l w a yf r e i g h tt r a n s p o r t o r g a n i z a t i o nm o d e f u r t h e r m o r e ，w ep o i n t e d o u tt h ec h a r a c t e r i s t i c s a n da p p l i c a b l e c o n d i t i o n so fs o m et r a n s p o r to r g a n i z a t i o nm o d e s , i n c l u d i n gt r a i nd i s p a t c h i n g - b a s e d ， p l a n n i n g b a s e d ， r e s o u r c e c o n s t r a i n e d ,r e s o u r c e - a d a p t a t i o n ，e f f i c i e n c y o r i e n t e d ， b e n e f i t - o r i e n t e d a g g r e g a t i o n - t r a n s f e r ，d i r e c t t r a n s p o r tp a t t e r na n ds oo n w ep o s t e dt h e e s s e n t i a lc o n s i s t e n c yo fd i f f e r e n tt r a n s p o r to r g a n i z a t i o nm o d e st h r o u g ha n a l y z i n gt h e r e l a t i o n s h i po ft h e m ，a n dw et h o u g h tt h a tm u c hr e s e a r c hw o r ks h o u l db ec a r r i e do u t m a i n i yo nt r a i nd i s p a t c h i n g - b a s e dm o d ea n dp l a n n i n g - b a s e dm o d e ( 2 ) w ea n a l y z e dt h ee c o n o m y ，m a r k e t ，e x i g e n td e v e l o p m e n tr e q m r e m e n t so f c h i n e s er a i l w a ya n di l sa d v a n t a g e sa i m i n ga tt h em a i ne x i s t i n gp r o b l e m si nt r a i n d i s p a t c h i n g - b a s e do r g a n i z a t i o nm o d eu n d e rr e s o u r c e c o n s t r a i n e dc o n d i t i o n s b a s e do n r a i l w a yt r a n s p o r t r e s o u r c ed i s t r i b u t i o nc o n d i t i o ni no u rc o u n t r y ，c o n s i d e r i n gt h e r e a l i z a t i o no fs t e p - b y - s t e ps e p a r a t i o no fp a s s e n g e ra n dc a r g ot r a n s p o r t a t i o na n d g r a d u a l l yi m p r o v i n go u rc o u n t r y sc o m p r e h e n s i v et r a n s p o r ts y s t e m ，w ed e s i g n e dt h e g e n e r a ls c h e m eo fo u rc o u n t r y sr a i l w a yt r a n s p o r to r g a n i z a t i o nm o d er e f o r m i nt h i s g e n e r a ls c h e m e w ee x p l o r e dt h em a i nc o n t e n t so ft r a n s p o r tm a n a g e m e n tm o d er e f o 肌 o fp l a n n i n g - b a s e dm o d e ，i n c l u d i n gt h eo p t i m i z a t i o no fm a n a g e m e n tm e t h o d so fs u p p l y a n df l o wo fg o o d s ，m a n a g e m e n tm o d eo ft r a i nf l o w s ，t h es t r u c t u r eo ff r e i g h tt r a n s p o r t p r o d u c ta n ds oo n w ea l s op r o p o s e dt h a ti ts h o u l db ep e r m i tt h a tt h ec o e x i s t e n c eo f t h e t w oo r g a n i z a t i o nm o d e s ( t r a i nd i s p a t c h i n g - b a s e dm o d ea n dp l a n n i n g - b a s e dm o d e ) ， d u r i n gt h ec h a n g eo ft r a n s p o r to r g a n i z a t i o nm o d e sf r o mt r a i nd i s p a t c h i n g - b a s e d m o d et o p l a n n i n g - b a s e dm o d e ，w ec a nc a r r yo u td i f f e r e n to r g a n i z a t i o nm o d e sa c c o r d i n gt o d i f f e r e n ta r e a s d i f f e r e n tl i n e sa n dd i f f e r e n tt r a i n s ( 3 ) o nt h eb a s i so fa n a l y z i n gt h ec h a r a c t e r so fi n t e g r a t i n gs c h e d u l i n gt r a i nb l o c k i n g p l a na n dt r a i nw o r k i n gd i a g r a m ，w eb u i l tu pt h ec o n c e p t m o d e lo fi n t e g r a t i n g 1 1 1 北京交通大学博士学位论文 s c h e d u l i n gt r a i nb l o c k i n gp l a na n dt r a i nw o r k i n gd i a g r a mb a s e do nm u l t i - a g e n tc o n c e p t i nv i e wo ft h ec o m p l e x i t yo ft h ep r o b l e m 。i nt h i sd i s s e r t a t i o nw es t a r t e df r o m s y n c h r o n i z e do p t i m i z a t i o no ft r a i nb l o c k i n gp l a na n dt r a i nw o r k i n gd i a g r a m ，a n dc a r r i e d o u tr e s e a r c hw o r ko nc o m b i n i n gt h et r a i nf l o wa n dt r a i np a t h w et o o kt h es p a c e t i m e s y n c h r o n i z a t i o no ff l o wa n dl i n e a si t st a r g e t a n dw ep r e s e n t e dt h es y m m e t r y m e c h a n i s mb e t w e e nt r a i nb l o c k i n gp l a na n dt r a i nw o r k i n gd i a g r a mv i aq u a s it r a i n t i m e t a b l e a n dw ea l s os e tu pt h ef r a m e w o r km o d e lo ft r a i nb l o c k i n gp l a na n dt r a i n w o r k i n gd i a g r a m ( 4 ) w eb u i l tu pab i l e v e lm a t h e m a t i c a lp r o g r a m m i n gm o d e lo ft r a i nb l o c k i n gp l a n a n dq u a s it r a i nw o r k i n gd i a g r a mu n d e rn e t w o r k s c a l ec o n d i t i o n a c c o r d i n gt ot h e c h a r a c t e r so ft h em o d e l ，w ec h o s et h ep a r a l l e lg e n e t i cs o l u t i o na l g o r i t h mo nt h es a m e c o m p u t a t i o n a ln o d ea n dt h em u l t i p o p u l a t i o np a r a l l e le v o l u t i o n a r y t h en u m e r i c a l e x p e r i m e n t so ft r a i nb l o c k i n gp l a na n dq u a s it r a i nw o r k i n gd i a g r a mw e r ed e s i g n e d r e s p e c t i v e l yw h e nt h et r a n s p o r t a t i o nc o s tw a sf i x e do rn o t ，t h e nt h em o d e la n da l g o r i t h m w e r ev e r i f i e da n dt h er e s u l t sw e r ec o m p a r a t i v e l ya n a l y z e d ( 5 ) w ei n t r o d u c e dt h r e e “t i m ew i n d o w s ”( d e p a r t u r e ，a r r i v a la n dt r a v e lt i m e ) ，a n d t h e ne x p l o r e dt h eo p t i m i z a t i o nm o d e la n ds o l u t i o na l g o r i t h mo no p e r a t i o ns c h e m eo f e x p r e s sf r e i g h td i r e c t t r a i n sb a s e do nd y n a m i cs e r v i c en e t w o r k , w ea l s od e s i g n e d e x a m p l e st ov a l i d a t et h em o d e l ，a n da n a l y z e dt h ei n f l u e n c eo fo p e r a t i o ns c h e m eo ft h e s e r v i c eo nt h es a m es p e e dl e v e lo rn o ti nt h en e t w o r k k e y w o r d s ： r a i l w a yf r e i g h tt r a n s p o r t a t i o n ；t r a n s p o r to r g a n i z a t i o nm o d e ； t r a n s p o r t a t i o np l a n ；s e p a r a t e dt r a n s p o r t a t i o nm o d eo fp a s s e n g e r sa n dc a r g o s ；e x p r e s s f r e i g h tt r a n s p o r t a t i o n c l a s s n 0 ：u 2 9 2 ：u 2 9 4 1 独创性声明 独仓i j 性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除 了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获彳导北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的 同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 1 3 l 签字日期：枷r 年i 明百日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：导师签名 签字日期：郦年l 口月钐日 签字口期 0 日 致谢 感谢我的导师杨肇夏教授。师恩难忘，感激之情，难以为表，谨向敬爱的导 师致以最诚挚的谢意! 导师严谨求实的治学作风，对事业孜孜不倦的追求，高屋 建瓴的学术造诣，都将是我永远的楷模。 感谢杨浩教授、刘军教授、周磊山教授、毛保华教授、孙全欣教授、何世伟 教授，在研究和论文撰写过程中给予我的帮助和指导! 感谢交通运输学院以及轨道交通控制与安全国家重点实验室的各位领导和同 事的支持和帮助! 感谢多年来与我一同工作的蒋熙、苗建瑞、贺振欢老师! 感谢王莹、王伟、孟令云等同学在论文撰写过程中的大力帮助! 同时对评阅本论文的各位专家学者，以及在论文写作和答辩过程中给我指导、 帮助的所有专家和老师们表示感谢! 对所有曾经关心、鼓励和帮助过我的朋友和 同学们表示感谢! 感谢我的父母，感谢他们多年来的大力支持! 感谢我亲爱的丈夫，是他的理 解和默默付出，让我最终有勇气完成了论文。感谢我活泼可爱的儿子，是他的健 康成长给了我前进的动力。 绪论 1 绪论 1 1 选题的背景与意义 随着我国经济的持续快速增长，在区域优势影响下，资源参与配置的范围越 来越大，现代化生产分工越来越精细，产业结构调整和行业重组加速进行，社会 物资的品类与结构也发生了很大的变化，相应地，货物运输需求总量持续增长， 运输需求的结构层次逐渐清晰、明朗。这中间适合铁路长距离运输的大宗原材料、 半成品的货源比重下降，而一些个小体轻、产品附加值高、批量小、时效性强的 货源比重日渐上升。铁路货物运输需求明显地表现为对服务层次的多样化和对服 务质量的要求在不断提高，我国铁路单纯的运能与运量的矛盾，已开始转化为日 益增长的“运输需求 与“有效供给 之间的矛盾，面临着既要扩大运输规模， 又要提高运输质量的双重压力。 从根本上解决我国铁路顾此失彼的“瓶颈”制约问题，一方面，必须加快铁 路建设，快速扩大路网规模，快速提升技术装备水平。另一方面，还必须面对市 场需求，立足于铁路现状，挖掘潜力，通过实施内涵扩大再生产，在发展生产力 的同时，优化运输组织，改革与生产力发展不相适应的生产关系，改革和创新运 输组织模式，提升运输质量，提高运输效率。 一直以来，我国铁路既有线采用客货混跑的方式，形成的是一种资源限制条 件下的调度指挥型货物运输组织模式。从最人限度地利用既有各项铁路固定设备 和移动设备的能力，追求运能利用最大化出发，强调日常调度指挥在运输组织工 作中的主导地位，强调车流的中转集结组织，而对于货物运输的多样化需求和货 物运输服务质量则重视不够。由于受到现行运输组织模式的制约，“货物列车运行 不正点、货物交付时问不确定、货物平均送达速度低”等运输时效性矛盾日益突 出。传统的运输组织模式已严重影响到铁路运输市场化进程和铁路运力资源使用 效率的提高，不能适应社会、市场以及铁路自身发展的需要。因此，有必要认真 研究我国铁路货物运输组织模式的改革问题。 随着路网规模的扩大和功能的完善以及客运专线的规划建设和陆续开通运 营，我国铁路将逐步实现客货分线运输，既有干线由客货兼顾以客为主向以货为 主发展。实行客货分线运输，铁路主要通道的货物运输将由限制型逐步转向基本 适应型，可以满足增量运输的需求，特别是通过释放出既有线的运输能力用于发 展货物重载运输和快捷运输，能有效地改善货物列车运行组织的环境，为提升货 北京交通大学博士学位论文 物运输组织的计划性、时效性奠定了良好的基础。因此，迫切需要研究符合新形 势下既有线生产力布局和技术装备特点的基于“快捷化”的货物运输组织模式。 近年来，我国铁路在推进大规模铁路建设和既有铁路改造的同时，为适应货 物运输市场需求，开发了“五定班列、大宗货物直达列车、2 万吨重载货物列车 等新型货物运输产品，通过不断优化运输组织，进一步释放了运输生产力，提高 了货物运输服务质量和效益，也逐步更新了货物运输组织的理念，明确了快捷化、 重载化是铁路货物运输组织的发展方向，基于运输物流化的货物运输组织是拓展 铁路运输市场的需要，并且开始了对适应市场需求的计划主导型运输组织模式的 积极探索和有益尝试。因此，在此基础上，及时地总结我国铁路在货物运输组织 方面的经验，创新货物运输组织理念，探索货物运输组织新模式的理论研究，对 于指导我国铁路货物运输的实践是十分重要的。 这里还有必要指出，铁路运输组织模式的改革和创新是建立在铁路体制改革 与运输生产力布局调整的基础之上的，而运输组织模式的改革必然会对生产力布 局、技术装备水平等提出新的要求，从而引导运输资源的进一步优化配置和利用。 例如，为了提高货物运输的送达速度，需要尽可能提高直达运输的比重，减少从 货物发送到到达的各项作业环节。这必然会引起技术站的规模和分工及布局的变 化，部分编组站可能会因此改变作业性质，而直达运输的装车和卸车地则会成为 建设的重点。运输组织模式改革将会给我国铁路的运输生产力布局和基础设施建 设带来系列需要重新思考的问题，甚至有可能引起铁路投资走向的一些变化。 可见，铁路货物运输组织模式改革对我国铁路的建设与发展具有重要的现实意义。 综合上述，铁路货物运输组织模式改革是社会经济发展的需要，也是运输市 场化进程发展的需要；是适应多样化运输需求的需要，也是提高铁路运输质量的 需要；是路网规模扩大和功能完善、客货分线运输的需要，也是优化铁路运力资 源配置的需要；是构建我国综合运输体系的需要，也是实现从传统运输企业到现 代物流企业转换的需要。而且，路网规模的扩大、客运专线的规划建设和陆续开 通运营、运输生产力布局的全面调整以及铁路六次大面积提速调图，为运输组织 模式的创新奠定了物质基础，新技术、新装备的运用以及铁路运输信息化的快速 发展也为运输组织模式创新提供了新的动力。 铁路运输组织模式的改革和创新，要以市场为导向，以协调最优和服务最优 为基本出发点，以提高铁路运输能力为突破点，以开发铁路运输新产品和新经济 增长点为龙头，以不断提高企业经济效益为中心，以新技术开发应用为手段，通 过科学管理，优化组合各项运输资源，持续向前推进。纵观世界各国铁路货物运 输组织模式的发展经验，不难发现，“计划丰导”是市场经济条件下运输组织模式 发展的必然趋势。但是，我们必须看到，我国铁路技术发展具有不同于世界其他 2 绪论 发达国家的特点，路网规模偏小，技术装备较差，既有线客货共线运输，实现客 货分线尚需要一个较长的时期，运输密度高、运能紧张的状况也同样需要逐步改 善。我国铁路货物运输组织模式的改革不可能完全照搬国外现行的运输组织模式 和实施经验，因此，结合我国的国情和路情，探索如何设计并实施适合我国铁路 特点和发展需要的货物运输组织模式改革，是我国铁路运输组织工作面临的一个 非常重要而又急需解决的问题。 实现由调度指挥型向计划主导型运输组织模式的过渡，严格按歹i j 车编组计划 和列车运行图的规定组织车流和控制列车运行，实施计划主导型运输组织模式的 技术关键在于提高歹i j 车编组计赳和列车运行图编制的质量，也就是要解决好提高 勋车编组计划与列车运行图的可靠性的问题。对于运输能力比较紧张的我国铁路 来说，这一点尤为重要，也尤为困难。要想在这方面有所突破，必须改变调度指 挥型运输组织模式下计划编制的“看流下线 和日常调度指挥中的“组流上线” 的传统做法，代之以适应计划主导型运输组织模式下计划编制的新方法。为此， 必须在计划编胄挝程中，从流线结合入手，实现列车编组计划中的“流”和运行 图中的“线”在时空上的协调配合，这就要求建立“流”、“线”之间的互馈机制， 实现列车编组计划与运行图的一体化或协同优化编制，并通过大幅度提高计划编 制的精细程度等措施，围绕“看流下线”、“组流上线”，创新货物运输组织计划编 制方法，保证计划编制的水平和计划实施的商可靠性，为实现良好的运输秩序奠 定坚实的基础。这是我国铁路货物运输组织计划编制的发展方向和目标，也是铁 路货物运输组织模式改革最重要的技术支撑条件。 目前，列车编组计划、列车运行图均已实现计算机编制，但在二者的编制过 程中，往往是自成系统，尚未建立起联系机制以及相应的变化反馈机制。因此， 有必要以市场经济条件下货物运输需求表现为服务层次的多元化和服务质量标准 的不断提高为背景，通过对列车编组计划及运行图在铁路货物运输生产组织流程 中的具体作用、相互关联关系进行深入分析，对适应市场需求的运输组织计划优 化编制方法和技术进行研究，为提高运输质量，加快铁路货物运输组织模式的改 革奠定基础。 1 2 研究现状及文献综述 1 2 1 货物运输组织理论研究 伴随着世界经济一体化和交通运输一体化进程的变革和创新，以及信息科学、 控制科学和系统科学的理论和方法的支持和渗透，现代交通运输组织的理论体系 3 北京交通大学博士学位论文 和科学方法日益丰富和完善l 引。 随着世界经济的飞速发展和科技进步，世界各国的经济活动形成了“运黄集 中化”的共同的规律，即客货运量的增长及其结构的变化主要集中反映在重要地 区及大城市间的少数运输通道上。为适应这种规律，发达国家铁路运输业的发展 已由单纯增加路网密度转向优化路网结构，如大力改造既有线、修建高速铁路、 客货分流、改进货物运输组织模式等以提高铁路的竞争能力1 5 , 6 , 9 】。 我国铁路长期以来所形成的是一种调度指挥型货物运输组织模式。近年来， 在推进大规模铁路建设和技术改造的同时，通过不断优化运输组织，开始了对适 应市场需求的计划主导型运输组织模式的探索和有益尝试，但有关运输组织模式 的理论研究较少。 文献【5 ，6 】针对我国铁路货物运输组织模式存在的问题，分析了运输组织模式 改革的必要性和可行性，提出了建立以规划型为主、组织型为辅的运输组织模式 改革的基本思路，研究了运输组织模式改革的主要内容、对规划型运输组织模式 的效益进行了分析评估，提出了实施规划型运输组织模式的相关政策建议。文献【7 ， 8 分析了国外货运中心的建设发展历程，根据我国铁路货运资源配置现状和铁路货 运服务市场的特点及发展方向，提出了铁路货运中心建设的总体思路。文献【9 ，1 0 】 结合我国铁路运输的特点和直达运输的需要，对直达运输运力网络规划、直达列 车开行方案及直达运输通道通畅可靠度等直达货物列车运输组织理论进行了较深 入的研究。文献【1 1 】从我国铁路货物运输的现实出发，研究了快捷货物运输组织的 理论与方法。文献【1 2 ，1 3 】总结了我国铁路快捷货物运输的发展概况，分析了快捷货 运系统的特征、建设目标，提出快捷货物运输组织方式应适应快运产品结构多样 化，实现快运货物列车客运化，实现运输生产过程组织管理的整体优化。文献1 1 4 】 研究了我国编组站货车集结规律，从理论上论证了定点集结方式的技术可行性和 经济有利性。文献【1 5 】建立了基于业务流程的铁路货物运输组织模式概念模型， 提出了面向需求基于资源优化利用的铁路货物运输组织模式，研究了客货分线后 货运产品的开发战略。文献【1 6 】分析了运输生产力布局调整对货物运输组织模式改 革的推动作用。文献【1 7 】提出关于优化货物运输组织管理模式的三类设想，分别是 规划型运输组织方式、集中型运输组织方式以及两者结合的新型运输组织方式。 文献【1 8 对我国铁路货物运输质量的现状、影响货物运输质量的原因进行了分析， 并对提高货物运输质量提出了建议。文献【1 9 】对高附加值货物的运输组织模式进行 了分析，提出快速、牵引重量小、允许列车欠轴运行的货物运输组织方法。文献 2 0 】 对铁路货物运输时效性服务水平进行分析评价，针对存在的问题提出了扩大开行 快运列车，强化运输组织，加强作业管理，加快信息化进程等对策以提高铁路货 物运输的时效性服务水平。文献【2 l 】对货物逾期送达的影响冈素进行了定量分析， 4 绪论 提出了加速货物送达、降低逾期率的技术组织措施和有关建议。文献【2 2 】研究了我 国行包运输组织中办理站的选取、运输网络的规划以及行包运输组织方案的编制 方法。文献 2 3 ，2 4 ，2 5 1 对节点站间集装箱班列运输组织相关参数的确定、模型的 建立和算法的实现进行了较系统的研究，提出了集装箱班列运输组织的客运化管 理思想。文献【2 6 】提出运输生产组织是企业内部资源的配置过程，各种资源如何组 合，决定了运输效率的高低。文献1 2 7 】分析了我国五定班列开行的现状及存在的 问题，阐述了发展货物快运体系所面临的形势，概括了创建我国铁路货物快运新 模式的举措。 综合上述研究成果，不难看出，针对货物运输组织模式的既有研究工作多停 留在构想和建议等定性分析层面，对货物运输组织模式改革的框架、内容和改革 过程中涉及到的河题的研究和探讨还不够深入。 1 2 2 相关技术研究 1 列车编组计划的研究现状 在货物列车编组计划与车流组织优化模型的建立方面，国内外学者提出的方 法主要有整数规划法、0 1 规划法、二次o 1 规划法、非线性规划法和网络法。文 献1 4 2 将列车编组计划描述为一个线性的0 1 规封j 模型。文献【4 3 】构造了任意结构 的路网上双方向技术直达列车编组计划综合优化的二次o 1 规划模型，并给出了解 法。文献1 4 4 在此基础上进行拓展，得至i j 铁路网上技术直达与装车地直达列车编组 计划的综合优化模型。文献【4 5 】对直线方向单组列车编组计划问题建立了一个小规 模的二次0 - l 规划模型。文献【4 6 】用一个非线性o 1 规划模型描述了技术直达列车 编组计划的优化问题。文献1 4 7 建立了一个带有改编能力限制的技术直达列车编组 计划非线性o 1 规j 狲模型，增加了问题的难度。文献【4 8 】构造了装车地编组计划的 非线性o 1 规划模型。文献【4 9 】从网络流与组合优化的观点研究直达与区段列车编 组计戈l j 、车流运行径路的整体优化问题，并建立了该问题的非线性整数规划模型。 文献【5 0 】建立了年流径路选择、装车地直达列车编组计划及技术站直达列车编组计 划三者统一的非线性0 1 规划模型。文献1 5 1 给出了具有同定费用的列车编组计划 的网络流模型。文献【5 2 】给出了铁路车流径路与列车编组计划综合优化的网络流模 型。文献1 5 3 将车流径路和编组方案统一起来进行优化，将货物列车编组计划问题 转化为网络计算问题进行处理，给出了数学模型。此外，文献【5 4 】构造了技术直达 列车编组计划问题的阶跃模型。文献 5 5 1 研究了改编参数负荷变化情况下的技术站 直达列车编组计划优化问题，构造了在此类参数条件下的编组计划数学规划模型。 在模型的求解方面，不仅成功运用既有离散优化问题的单纯型算法、分枝定 5 北京交通大学博士学位论文 界算法1 5 3 】、l a g r a n g i a n 松弛算法1 4 2 5 8 t5 9 1 ，而且提出和发展了诸如有序树算法、网 络拓扑变换、二次o 1 规划法等。值得指出的是，2 0 世纪8 0 年代国内外学者在列 车编组计划优化的求解中引入了遗传算法、模拟退火算法、人工神经网络方法等 智能优化方法，在实现大规模、多约束、非线性车流组织方面表现了良好的性能1 4 5 4 6 ，4 7 5 0 t 5 l ，5 2 1 。 2 列车运行图的研究现状 计算机编, 匍j y u 车运行图是铁路运营管理现代化的重要组成部分，国内外在计 算机编制列车运行图方面取得了一系列的成果。其中，运行图编制的优化模型和 算法研究，主要采用了多目标规划模型1 6 0 1 ，利用各种策略对约束条件进行松弛、 采用不同的分枝定界策略进行求解，如文献【6 1 】描述了具有会让和越行的单线列车 运行图模型，采用分枝定界算法来解决冲突，对于无法避免的冲突，通过降低约 束条件来减少延迟。文献【6 2 】运用分枝定界算法求解列车运行图的冲突问题从而最 小化所有列车的延迟。文献【6 3 提出一种自动式导航系统，可以铺画可靠的列车运 行图。文献【6 4 】构造了单线列车运行图的网络模型，该问题中每条弧在每个时间段 只允许- - y u 车占用。文献【6 5 】为了寻找基本运行图和实际列车运行之间的联系，建 立了个货物列车运行时刻表的优化模型。文献【6 6 】对于单线列车运行图，考虑了 列车在每一区间的速度都具有上限和下限的约束条件，构造了一个复杂的非线性 混合整数规划模型，该模型主要针对实时的列车运行过程，但也可以面向列车运 行策略。文献【6 7 】建立了大型整数规划模型，并引入l a g r a n g i a n 松弛算法来求解。 文献t 6 8 ，6 9 建立了列车运行图的多l ：t 标模型。文献【7 0 】将单线列车运行问题看作 车间调度问题，给出了消除冲突的两种策略。文献【7 7 通过建立离散事件模型 ( d e m ) ，提出了g r e e d yt a s ( t r a v e la d v a n c es t r a t e g y ) 来模拟列车运行过程，编制列 车运行图，并将该方法扩展至路网条件下的列车运行。目前，国内网状线路编图 理论已经应用于计算机编制列车运行图系统中，并通过多个铁路局的实际运输生 产验证了这种编图理论的正确性。文献 7 1 ，7 2 构造了网络列车运行图的数学模型， 分别给出了模型的网络分层并行算法和网络运行图的分解算法。文献 7 3 ，7 4 ，7 5 对计算机编制网络列车运行图系统进行了设计研究以及平台的开发。 3 列车编组计划与运行图的协同优化研究现状 对于列车编组计划与运行图的协同优化问题，国内外学者也作了一些研究， 如文献f 7 6 】设计了一个列车径路、编组计划和列车运行图的动态服务网络模型，并 给出了求解该模型的禁忌搜索算法，但是只适合于求解规模较小的路网。文献 7 7 1 针对车组组合和共享径路的问题介绍了基于多a g e n t 技术的列车运行图系统，将 每个车组看作a g e n t ，且随着系统的运行随机增加，每产生一个新的车组，各a g e n t 采用合同网协议协商取得初始解，即列车的发到时间，在此基础上通过模拟交易 6 绪论 协议协商来寻得最优解。但是该系统中，每个车组都是以最短径路运行，对于与 其它车组合并使用径路的问题并没有考虑。文献【硎借鉴m a s 的智能性、协作性 和交互性来实现列车编组计划与运行图的有效协调，建立了基于m a s 的列车编组 计划与运行图一体化编制的概念模型，研究了相应的任务调度算法。 4 服务网络设计问题的研究现状 服务网络设计问题是在一般物理网络设计问题的基础上派生的一类资源的优 化配置问题，主要用来描述交通运输领域的运输服务设计阎题。按照是否考虑时 间因素，可分为静态服务网络设计问题和动态服务网络设计问题i 卿。静态服务网 络设计问题主要确定所要提供的运输服务、计划周期内运输服务的服务频度( 开 行数量) 、货物的运送路径和场站分工等。服务频度是静态模型中的重要决策，根 据建模方式的不同，静态模型又可分为频度作为决策变量和频度作为导出量的模 型。动态模型假设运输系统状态随时间变化，其决策必须考虑计划周期内各个时 间段的输入变化，模型主要是确定运输服务时间表和运行径路、货物的运送路径。 在频度作为决策变量的服务网络设计模型中，整数的频度设计变量不仅给出 了服务的决策变量，而且确定了所选择的运输服务在计划周期中的提供次数。此 类模型的目的就是企业制订计划周期内要提供的各种运输服务的频率，以使运输 需求得到满足，并使运输系统的总运营费用最小。频度作为决策变量的服务网络 设计模型的一般求解思路是：运用分解算法把问题分解为固定服务频率变量和固 定商品流量变量的两个子问题，即流量分配子问题和服务选择子问题，并