（交通运输规划与管理专业论文）多方向铁路编组站货车到达与集结规律研究.pdf

北京交通大学硕士学位论文 中文摘要 中文摘要 摘要：我国铁路车流的规律性比较复杂，市场供求关系瞬息万变，对铁路运输的 经济性、及时性、多样性、可靠性以及有效的运输生产组织和调控措施提出了更 高的要求。论文基于列车编组计划和列车运行图在铁路运输组织中的基础性作用， 对列车编组计划和列车运行图的传统编制以及一体化编制过程进行了区分，探讨 了流线结合问题的内涵及要求，肯定了加强流线结合对于稳定运输秩序、提高运 输效率的重要性。论文以到达丰台西编组站调车场的实际车组数据为基础，对多 方向编组站到达流的不均衡性进行了分析，对比单方向编组站的货车到达规律， 运用数理统计方法给出了在多个衔接方向下某些去向车组到达间隔时间、车组大 小的分布密度函数，完善了编组站的到达规律研究。论文研究了在定编集结模式 条件下编组站货车集结过程，应用蒙特卡罗法建立了相应仿真的模型，分别对单 独编组去向和合并车流去向的货车集结过程进行了仿真，获得了对列车各时段集 结完成概率、各时段列车出发概率、货车的平均集结时间、某去向车流一昼夜集 结车小时总消耗、车流合并效果及流线结合等问题的新认识。这些认识将有助于 对列车编组计划和列车运行图的一体化编制。 关键词：编组站；多方向；到达规律；集结规律；流线结合；仿真 分类号：u 2 9 2 1 北京交通大学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t a b s t r a c t ： t h el a wo f w a g o nf l o wi sc o m p l i c a t e di no u rc o u n t r y i tr e q u e s t sh i g h l ye m p h a s i si n e c o n o m i cr a t i o n a l i t y ，t r a n s p o r ti nt i m e ，d i v e r s i t ya n dd e p e n d a b i l i t yt oc o p ew i t ht h e n l 田t r a n s p o r t m a r k e ts u p p l ya n dd e m a n d m e a n w h i l e ，t 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 d c o n t r o ls h o u l db em o r ee f f e c t i v e b a s e do nt h eb a s a lf u n c t i o n so ft h et r a i nf o r m a t i o n p l a na n dt r a i nw o r k i n gd i a g r a mi nt h ep r o c e s so fr a i l w a yt r a n s p o r to r g a n i z a t i o n , t h i s p a p e rd i s t i n g u i s h e sb e t w e e nt h et r a d i t i o n a lp r o c e s sa n dt h ei n t e g r a t i v ep r o c e s so f w o r k i n g o u to ft h et r a i nf o r m a t i o np l a na n dt r a i nw o r k i n gd i a g r a m , a n dd i s c u s s e st h e c o n n o t a t i o n sa n dr e q u e s t so fi n t e g r a t i n gw a g o nf l o ww i t ht r a i n - r u n n i n gl i n e ，w h i c hi s a f f i r m e di ns t a b i l i z i n gt h e t r a n s p o r t a t i o no r d e ra n di n c r e a s i n g t h e t r a n s p o r t a t i o n e f f i c i e n c y d i s e q u i l i b r i u ms p e c i a l i t yo fa r r i v i n gf l o wo f m a r s h a l l i n gs t a t i o ni sa n a l y z e d c o m p a r e dw i t ht h ew a g o na r r i v i n gl a wo fs i n g l e - d i r e c t i o nm a r s h a l l i n gs t a t i o n , t h e d i s t r i b u t i o nc o n s i s t e n c yf u n c t i o n so fw a g o na r r i v i n gi n t e r v a la n dw a g o ns i z eo fc e r t a i n d e s t i n a t i o ns t a t i o n sa r ep r e s e n t e dw i t hm a t h e m a t i c a ls t a t i s t i c so nt h eb a s i co fa c t u a ld a t a o fw a g o n sa r r i v i n ga ts w i t c h y a r d ，w h i c hs u p p l e m e n t st h es t u d yo nw a g o na r r i v i n gl a w o fm a r s h a l l i n gs t a t i o n o nt h ec o n d i t i o no ff u l l - l o a d e da c c u m u l a t i o nm o d e ，t h e s i m u l a t i o nm o d e lf o rw a g o na c c u m u l a t i o na tm a r s h a l l i n gs t a t i o ni sf o u n d e db yu s i n g m o n t ec a r l om e t h o d t h ep r o c e s s e so f w a g o na c c u m u l a t i o no fs i n g l ed e s t i n a t i o ns t a t i o n a n di n c o r p o r a t ed e s t i n a t i o ns t a t i o na l es i m u l a t e d s u c ha sa c c u m u l a t i o nf i n i s h e d p r o b a b i l i t ya n dd e p a r t i n gp r o b a b i l i t yo fe v e r yp e r i o do ft i m e ，a v e r a g ed e t e n t i o nt i m eo f e a c hw a g o ni na c c u m u l a t i o n , t o t a ld e t e n t i o nt i m eo fw a g o n si na c c u m u l a t i o ni n t ot r a i n s f o ro n ed e s t i n a t i o ns t a t i o ni no n ed a y , t h ee f f e c to fw a g o nf l o wc o m b i n a t i o na n dt h e p r o b l e mo fc o o r d i n a t i n gw a g o nf l o ww i t h t r a i nr u n n i n gl i n ea r e g a i n e d n e w u n d e r s t a n d i n g s ，w h i c ha r e b e n e f i c i a lt ot h es t u d y o nt h ei n t e g r a t i v em e t h o do f w o r k i n g - o u to f t h et r a i nf o r m a t i o np l a na n d t r a i nw o r k i n gd i a g r a 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 ；m u l t i - d i r e c t i o n ；a r r i v i n gl a w ；a c c u m u l a t i o nl a w ； c o o r d i n a t i n gw a g o nf l o w w i t ht r a l n - m u n i n gl i n e ；s i m u l a t i o n c l a s s n 0 ：u 2 9 2 1 图与附表清单 图与附表清单 图1 - 1 编组计划与运行图的传统编制及一体化编制关系4 图2 - 1 按调车场和车流的货车集结过程图。7 表2 - 1 数据分组数参考表1 0 表2 - 2 频率分布计算表1 1 图2 - 2 频率直方图1 1 表2 3 郑北去向到达间隔时间频率分布表1 l 表2 - 4 新丰镇去向到达间隔时间频率分布表1 2 表2 - 5 石家庄去向到达间隔时间频率分布表1 3 表2 - 6 保定去向到达间隔时间频率分布表1 3 图2 - 3 郑北去向到达间隔时间分布直方图1 4 图2 - 4 新丰镇去向到达间隔时间分布直方图1 4 图2 - 5 石家庄去向到达间隔时间分布直方图1 5 图2 - 6 保定去向到达间隔时间分布直方图1 5 表2 7 各去向车组到达间隔数字特征表1 6 表2 8 郑北去向z 2 检验计算表1 7 表2 9 新丰镇去向z 2 检验计算表。1 8 表2 1 0 石家庄去向z 2 检验计算表1 8 表2 一1 1 保定去向z 2 检验计算表。1 9 表2 - 1 2 郑北去向车组大小频率分布表2 0 表2 - 1 3 新丰镇去向车组大小频率分布表2 0 表2 - 1 4 石家庄去向车组大小频率分布表2 1 表2 1 5 保定去向车组大小频率分布表2 1 图2 - 7 郑北去向车组大小分布直方图2 2 北京交通大学硕士学位论文 图2 - 8 新丰镇去向车组大小分布直方图2 2 图2 - 9 石家庄去向车组大小分布直方图2 3 图2 - 1 0 保定去向车组大小分布直方图2 3 表2 - 1 6 各去向车组大小数字特征表2 4 表2 一1 7 郑北去向z 2 检验计算表2 4 表2 1 8 新丰镇去向z 2 检验计算表2 5 表2 1 9 石家庄去向z 2 检验计算表2 5 表2 2 0 保定去向z 2 检验计算表2 6 图3 - 1 到达间隔分布拟合值与集结强度关系图2 8 图3 - 2 到达间隔分布拟合值与集结强度关系图2 8 表3 1 数据表2 9 表3 - 2 数据表。2 9 表3 - 3 郑北去向到达间隔时间频率分布表3 1 表3 - 4 新丰镇去向到达间隔时间频率分布表3 2 表3 - 5 合并车流去向到达间隔时间频率分布表3 2 图3 - 3 郑北去向到达间隔时间分布直方图。3 3 图3 - 4 新丰镇去向到达间隔时间分布直方图3 3 图3 - 5 合并车流去向到达间隔时间分布直方图3 4 表3 - 6 郑北去向z 2 检验计算表3 7 表3 7 新丰镇去向z 2 检验计算表3 8 表3 - 8 石家庄去向z 2 检验计算表3 8 表3 - 9 合并车流去向z 2 检验计算表3 9 表3 - 1 0 合并车流去向车组大小频率分布表4 0 图3 - 6 合并车流去向车组大小分布直方图4 1 表3 11 郑北去向z 2 检验计算表4 2 表3 1 2 合并车流去向z 2 检验计算表4 3 圈与附表清单 表3 - 1 3 分布类型表4 4 图4 - 1 货车集结过程集结图( 郑北去向1 2 月1 7 日) 4 6 图4 - 2 车流集结图( 郑北去向1 2 月1 8 日) 4 7 图4 - 3 车流集结图( 郑北去向1 2 月1 9 日) 4 7 图4 - 4 车流集结图( 郑北去向1 2 月2 0 日) 4 7 图4 - 5 车流集结图( 郑北去向1 2 月2 1 日) 。4 8 表4 _ 1 集结一出发间隔时间频率分布表4 9 图4 - 6 集结一出发间隔时间分布直方图4 9 表4 2 集结一出发间隔时间z 2 检验计算表。5 0 图4 7 货车集结仿真系统算法流程图5 4 图4 - 8 郑北去向车组大小仿真结果的离散度5 8 图4 - 9 郑北去向到达间隔仿真结果的离散度5 8 图4 - 1 0 新丰镇去向车组大小仿真结果的离散度5 9 图4 - 1 1 新丰镇去向到达间隔仿真结果的离散度5 9 图4 - 1 2 合并车流去向车组大小仿真结果的离散度6 0 图4 - 1 3 合并车流去向到达间隔仿真结果的离散度。6 0 图4 - 1 4 郑北去向各时段集结满轴概率、平均集结列数6 1 图4 - 1 5 郑北去向各时段列车出发概率、平均出发列数6 l 表4 - 3 郑北去向车流集结仿真结果6 1 图4 - 1 6 新丰镇去向各时段集结满轴概率、平均集结列数6 2 图4 - 1 7 新丰镇去向各时段列车出发概率、平均出发列数6 2 表4 - 4 新丰镇去向车流集结仿真结果6 2 图4 - 1 8 合并车流去向各时段集结满轴概率、平均集结列数6 3 图4 - 1 9 合并车流去向各时段列车出发概率、平均出发列数6 3 表4 - 5 合并车流去向集结仿真结果6 4 图4 - 2 0 郑北去向各时段集结满轴概率6 5 北京交通大学硕士学位论文 图4 - 2 1 郑北去向各时段列车出发概率 图4 - 2 2 新丰镇去向各时段集结满轴概率 图4 - 2 3 新丰镇去向各时段列车出发概率 图4 2 4 合并车流去向各时段集结满轴概率 图4 - 2 5 合并车流去向各时段列车出发概率 表4 - 6 车流产生稳定性区分度 髓 晒 ：g 盯 致谢 本论文的工作是在我的导师杨浩教授的悉心指导下完成的。从论文的前期准 备工作，到最终定稿，杨教授对本文倾注了大量的心血。导师严谨治学的态度、 对专业领域深刻的见解以及渊博的知识都给我留下了深刻的印象，在学习上和生 活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向杨浩导师致以崇高的敬意和衷心的感 谢! 李海鹰老师对于我的科研工作和论文都提出了许多宝贵意见，在此表示衷心 的感谢；感谢在调研过程中给予热心指导和帮助的丰台西编组站领导及技术科成 员。 感谢北京交大交通运输学院刘鑫、菅美英、汪波、施俊庆等同学在我论文撰 写过程中给予的热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。 绪论 1 1 世界各国行车组织概况 1 绪论 在铁路运输组织工作中，为了达到迅速、高质量、高效率、安全可靠的目的， 世界各国的行车组织工作，通常都包括列车运行图、列车编组计划、车站工作组 织、运输生产计划和调度指挥工作等基本的技术组织环节。其中列车运行图和列 车编组计划是年度规划性的行车组织基本技术文件，而调度指挥工作则是日常组 织性的行车组织具体工作。因此，可以将行车组织工作划分为年度性和日常性两 部类工作。 尽管世界各国铁路行车组织工作的基本原理是完全一致的，但是对行车组织 两部类工作的设计及其地位和作用的处理却是不完全一致的。以对行车组织两部 类工作的设计及其地位和作用的处理为特征，可将世界各国铁路行车组织体制归 纳为规划型和组织型两种类型。 规划型行车组织体制是指以年度规划性的行车组织基本技术文件为基础，辅 之以日常组织性的行车组织具体工作的行车组织体制。在这一体制下，要求严格 按列车编组计划和列车运行图组织行车。 规划型行车组织体制以详尽的货流、货流调查资料和准确的运输统计分析资 料、车流调查资料为依据，运用系统规划的原理编制确定流线紧密结合的列车编 组计划和运行图。因此，在通常情况下，对于列车编组计划和运行图的系统设计 既可以达到较为优化的结果，又可以满足日常运输工作的需要。 质量良好的列车编组计划和运行图的系统设计，达到了可直接执行的要求。 因而在日常工作中除特殊情况外，车站可直接组织“按图行车”。显然，在这一体 制下，调度指挥工作是辅助性的，它的职责在于更好地组织实现“按图行车”，并 完成日常运输统计分析工作。 规划型行车组织中，编组计划和列车运行图是同时编制的，特别是以改编集 结为特征的技术站列车编组计划，车列集结结束的标准是一定的时间要求而不是 满足编成辆数要求，因此货物列车是严格挂线运行、按图行车、相互紧密接续的， 这不仅保证了货物运输的准确送达时间，而且形成了铁路运输内部各工作环节的 严格的规律性，保证了稳定的运输秩序。 组织型行车组织体制是指以年度规划性的行车组织基本文件为依据，以日常 北京交通大学硕士学位论文 组织性的行车组织工作为主的行车组织体制。在这一体制下，要求按调度工作的 臼常运输工作计划组织行车。 组织型行车组织体制以货源、货流调查资料和运输统计分析资料、车流调查 资料为依据，运用系统规划的原理编制确定普通列车编组计划和运行图。组织型 列车编组计划和运行图的性质，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，即行车组织工作在列车编组计划和运行图的指导下，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。 组织型行车组织中，列车编组计划和列车运行图是分别编制的，通常是先确 定列车编组计划的货物列车种类和数量，然后在运行图编制中满足各区段货物列 车种类和数量的要求，对列车编组计划中的始发直达列车，在运行图编制中，对 装车站的接空和出重的列车运行线，根据实际生产过程进行了细致的安排，做到 了车流与运行线的结合；但对技术站的列车运行线，则只考虑了无改编作业的直 通列车之间的接续安排，而对技术站自编出发列车的运行线安排，由于列车编组 内容( 车组去向及数量) 的随机性，难以确定其编组内容与各到达解体列车编组 内容的对应数量关系，更难以确定各技术站自装车流的挂线安排，往往只是根据 经验分析，根据机车运用和车站作业均衡性要求，规定出满足行车量要求的运行 线数量和相对均衡性的时间安排，因此难以兼顾车流与运行线的结合，对零散车 流既不能充分保证货物准确送达，也无法在运输合同中对用户承诺明确的运到期 限；在实际工作中，往往由于车流的波动，出现有流无线和有线无流的不协调现 象，不能保证稳定，良好的运输秩序，增加了运输生产组织和调控的困难。 显然，按规划型组织行车工作具有铁路运输工作程序化、列车运行规律化、 站段作业标准化的特点，因而它可以取得运输生产秩序稳定、运输服务质量高、 日常运输组织工作简化、铁路运营工作自动化便于实现的必然结果。 日本及德国等西欧国家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。从发展趋势来看，现代 化管理科学在铁路运输工作中的运用，将大大提高铁路行车组织水平；新技术， 新设备的运用。将大大改善铁路技术设备及铁路通过能力；铁路运输职工文化素 质的提高，将大大改善铁路基层工作的面貌，而另一方面，客观生产的发展又对 铁路运输服务质量提供了新的要求。因此，我国铁路的行车组织体制也将逐步由 组织型向规划型的方向发展。 2 1 2 研究综述 国内对于车流到达规律的研究经历了从列车流向车流的基本单元“车组”发 展的过程。文献【l 卜一 4 】以列车流为研究对象，文献 1 】应用数理统计方法对列车到 达、卸载规律进行了分析，得出了到达流与卸车流一般均服从负指数分布的结论。 文献【2 】分析了以往连续性分布拟合到达流到达间隔时间分布的局限性，利用离散 性的二项分布对到达流的规律进行了研究。文献 3 】、【4 】分别以到达车流统计、列 车运行图为依据，生成编组站模拟系统中的到达流。 文献 5 】、 6 】较早地开始了对货车集结过程的研究，为以后的研究打下了很好 的基础。其中文献 5 】提出了应用蒙特卡罗法 7 1 对货车集结过程进行计算机仿真， 从而得出集结参数c 、货车平均集结时间t 囊等指标，而文献 6 】则通过建立群论模 型对简单货车集结过程做出比较完美的数字描述。文献 8 1 、【9 】对具有单个衔接方 向的编组站货车到达规律、集结规律进行了较为系统的研究。 1 3 研究的意义 我国铁路车流的规律性比较复杂，近2 0 年来在计划经济体制转向社会主义市 场经济体制的过程中，由于物资产供销运行机制的改变使铁路车流也随之发生了 变化。在计划经济条件下，物资的产供销都是严格地按国家计划运作，资源是按 计划统一配置的，产销地区的联系相对固定，因而铁路的车流结构也都是相对稳 定的。但在市场经济条件下，物资的产供销受市场供需情况的变化而变化。同时， 企业扩大自主经营权后，为追求获得最大利润，对原材料、燃料等大量物资的进 货以及自身产品的营销，都有更大更灵活的选择。市场供求关系瞬息万变，对铁 路运输的经济性、及时性、多样性及可靠性等运输质量指标提出了更高的要求。 铁路运输企业最终的产品是旅客和货物的位移，其最基本也是最重要的质量 要求是安全与正点( 可靠性和及时性) 。铁路运输质量贯穿运输生产经营的全过程， 不仅涉及运输生产各个环节，而且与社会紧密联系。安全与正点既是铁路运输企 业生产经营管理、科学技术水平的综合标志，也是铁路运输企业整体素质和形象 的体现，离开了安全与正点，不仅会给国家和人民生命财产带来严重损失，而且 会影响铁路企业的市场竞争力。铁路运输的安全与正点，必须要有严密的运输组 织做保证，而运输组织又是以列车编组计划、列车运行图等基本技术文件为基础。 列车编组计划是车流组织的具体体现，而列车运行图是铁路运输企业的列车运行 生产计划，是向社会提供服务的一种承诺。 北京交通大学硕士学位论文 因此，要实现铁路运输生产安全、正点，需要按照铁路所制订的基本技术文 件来安排与运输有关的工作。然而在实际工作中，铁路计划兑现率低、运输设备 浪费严重、通过能力利用率不高、运输秩序混乱的局面时有发生。基本技术文件 编制质量的好坏将直接影响到运输质量。由于列车编组计划是运输计划和列车运 行图之间的重要联系环节，是编制列车运行图的基础，因此在列车编组计划和运 行图编制过程中注意二者的协调配合、加强流线结合并提高编制质量，以实现运 输生产过程组织管理的整体优化就显得尤为重要，其目标是最终实现二者的一体 化编制。列车编组计划与运行图的传统编制与一体化编制的差别如图1 1 所示，由 ( 图i - i 编组计划与运行图的传统编制及一体化编制关系 图( b ) 可知在一体化的编制过程中编组计划与运行图的关系是“你中有我，我中有 你，同时进行”。 本文着重研究多方向编组站货车的到达、集结规律，对自编始发列车的出发 规律做了概略性描述，为建立列车编组计划与运行图的一体化的编制方法做前期 基础研究和准备。 1 4 研究背景及主要内容 先前的研究 8 】、 9 】主要关注了具有单个衔接方向的编组站货车到达、集结规 律，以山海关编组站为例，车组来源方向单一，不存在其他来源方向到达车组的 干扰，得到的车组到达间隔、车组大小分布规律相对简单。而我国的大型编组站 基本都衔接有多个方向，只考虑一个衔接方向的情形所揭示的列车到达和车组集 结规律显然不够全面。因此有必要根据大型编组站的实际情况做进一步的研究。 本文以丰台西站2 0 0 5 年1 2 月1 7 日至2 0 0 5 年1 2 月3 1 日京广方向的车组到达间 隔、车组大小数据为基础，做了较为细致的分析和研究，主要工作如下： ( 1 ) 编组站车流多方向到达规律研究 以到达编组站调车场的实际车组数据为基础，应用数理统计的有关理论和方 法，对具有多个衔接方向编组站的车流集结的输入流分布规律进行了研究。 ( 2 ) 编组站多方向到达货车集结规律研究 在定编集结模式条件下，应用蒙特卡罗法，建立了编组站货车集结的仿真模 型，分别对单独编组去向和合并车流去向的货车集结过程进行了仿真，根据仿真 结果对列车各时段集结完成概率、货车的平均集结时间以及该去向全天消耗的货 车集结车小时均值等问题进行了深入的研究。 ( 3 ) 流线结合问题分析 从流线结合问题的内涵及要求出发，分析了流线结合问题的重要性差异和研 究方法；以编组站多方向到达货车集结规律研究为基础，对流线结合问题的机理 进行了深入研究。 北京交通大学硕士学位论文 2 多方向与单方向编组站车流到达规律对比分析 2 1 多衔接方向编组站特征分析 2 1 1 接车进路设置特点及车流来向 多衔接方向的编组站，顾名思义具有多个衔接方向，车流从多个方向到达。与 单个衔接方向编组站相比，多衔接方向的编组站在两个或多个衔接方向共用一条 接车进路时，各方向的到达流有时会相互干扰，因此，多衔接方向的编组站一般 都设置足够的平行接车进路来抵消这种干扰，通常情况是有部分衔接方向共用一 条接车进路，而另一部分衔接方向则有平行接车进路。 由附录a 可知，本文分析所涉及的丰台西编组站京广方向的车流来自四个方 向：京山，丰秦，丰双、京通，环接，并且该站列车编组计划规定的郑北、新丰 镇、石家庄、保定四个去向中，每个去向的货车集结过程都有来自这四个方向的 货车。 2 1 2 到达流的不均衡性 编组站作为铁路运输系统中的结点，其输入流难免受外界变化因素的影响。 目前，我国铁路干线上的客货运输日益表现出“各时间阶段不均衡，全年季节性 波动”等客观特征，区段上旅客列车、货物列车运行线安排呈现出在不同时间段 相对集中的特点，货物列车在编组站的到发时刻分布尤其不均衡。 编组站n - 解系统n - - 级串联系纠1 0 1 ，可扩展该系统为n - 解一集三级串连 系统，若把车组视为集结作业子系统中的输入流，股道视为服务机构，集结作业 子系统的输入流受整个到一解一集系统的输入流( 列车) 影响，同样存在不均衡 性，这种不均衡性表现在以下两个方面； ( 1 ) 某去向每昼夜到达的车组数并不固定，而是在某个范围内波动，并且在任 何相等的时间长度内，到达的车组数都可能不相等。 ( 2 ) 各车组到达的间隔时间不尽相等，即不均衡。 多方向与单方向编组站车流到达规律对比分析 2 2 货车集结过程及货车集结停留时间 货车集结是技术站货车技术作业过程中一项既不可缺少又属于停留等待的特 殊组成部分。在技术站编组列车时，必须将各衔接方向的到解列车陆续到达的有 调中转车流和从本站各装车地点陆续取出的装卸完了的零星车流，分解到按所编 列车到站和种类固定使用的编组线内，使之凑足规定重量或长度的车列。由于集 组为列是先到的车组要等待后到的车组，这就产生了货车集结过程。货车在这种 过程中消耗的时间，称为货车集结时间。 从组成某一到达站出发车列的第一组货车进入调车场之时起，至组成该车列 的最后一组货车进入调车场之时止，为车列的集结过程。该过程的延续时间，称 为车列集结时间。在这个过程中，组成该车列所有货车消耗的车小时，即为车列 的货车集结车小时【1 i 】。 列车到达 到达作业 l l l - - q 解体 l llll l i 某到达站 i i 车列在调 车场的集 结过程 某到达站 车列的车 流集结过 程 一按调车场的车列集结期间一 北京交通大学硕士学位论文 按车流的货车集结过程反映车站上车流的客观集结情况，与按调车场的货车 集结过程的区别在于它不受车站作业调整和作业进度的影响，这两种货车集结过 程的计算条件，如图2 - 1 所示。 货车集结是技术站货车技术作业过程中必不可少且属于停留等待的特殊组成 部分，在货车停留时间中占有较大比重。因而，研究分析货车集结过程及其影响 因素，从而采取有效措施缩短货车集结时间具有十分重要的意义。 在实际工作中，车组的到达是不均衡的，其大小也各不相同。因此，对不同 的列车到站，集结参数可能各不相同。如果已知集结参数c 和列车平均编成辆数m ， 该去向全天消耗的货车集结车小时按下式计算： 磊= e m ( 2 - 1 ) 当已知某去向全天消耗的货车集结车小时时，该去向的集结参数就可以按下 式计算： 下 c = 兰 ( 2 2 ) m 该去向每辆货车的平均集结时间为： t l - - 三竺 ( 2 3 ) 一了 “o7 式中一该去向全天集结的车辆数。 在铁路日常运输工作中，由于车流的经常变化和列车运行的不均衡性，每日 在编组站到发的列车车次、各次列车到发时刻都具有一定的随机性；同时，由于 每- y u 车的编成辆数、车辆状态和所需的调车作业量等都不尽相同，列车的到达 作业时间和解体作业时间也各不相同，它们也具有一定的随机性。因此，编组站 调车场的车流集结过程是一个随机过程【9 1 。 车列经驼峰解体后，车组按去向进入指定的编组线，相邻两车组有一定的间 隔时间，称之为车组到达间隔时间；车组中包含的车辆数称之为车组大小。由以 上分析可知，编组站车组到达间隔时间和车组大小都是一个随机变量。本文基于 按调车场的货车集结过程，为了研究编组站多方向到达货车的集结规律，首先必 须分析这两个随机变量的分布规律。下面分别对车组到达间隔时间和车组大小的 分布规律进行研究。 2 3 基于负指数分布假设的车组到达间隔时间分布规律 车组到达间隔时间分布规律可以用数理统计的方法来确定它的概率分布。 多方向与单方向编组站车流到达规律对比分析 一般来说，确定任一随机变量的概率分布要经过如下步骤： ( 1 ) 根据抽样理论来合理地获取一批观查数据； ( 2 ) 将所获得的实测数据进行整理，并根据相应整理结果得出对随机变量分 布的假设； ( 3 ) 估计随机变量分布参数； ( 4 ) 按适度准则检验所提出的分布假设； ( 5 ) 如果找不到一种合适的理论分布函数，则直接由所收集到的观察数据确 定随机变量的经验分布函数。 因此，论文通过对丰台西站车流较稳定时期的统计资料进行分析，得到有关京 广方向货车的观测数据，进而得到丰台西站京广方向的货车到达间隔分布规律。 2 3 1 观测数据的获取 车组进入调车场的实际时间是按解体钩来区分的，通过现场记录的方式获取大 量观测数据有一定的难度，为了便于收集数据，可做如下处理： ( 1 ) 把车列的解体完毕时刻看作是组成该车列的车组到达调车场的时刻； ( 2 ) 从编组站的技术作业大表中获取每一车列的解体完毕时刻。 数理统计的任务是要通过样本来推断总体的统计规律，因此希望样本能尽可 能多的反映总体特征，观测数据除了要求样本容量充分大以外，还应剔除异常数 据，尽量保证所抽取的是正常情况下具有代表性和独立性的数据。根据铁路运输 的车流特点，春运和暑运期间车流波动较大，抽取数据时应避开这两个时期，一 般取4 6 月份，以及1 0 1 2 月份的数据比较合适。通过调研，收集了丰台西站 2 0 0 5 年1 2 月1 7 日至1 2 月3 1 日半个月的技术作业图表，统计出京广方向四个去 向( 分别为郑北及其以远，新丰镇及其以远，石家庄及其以远，保定及其以远) 的车组到达间隔时间、车组大小数据样本，具体数据见附录b 。 2 3 2 分布假设 对随机变量分布形式的假设通常建立在一组样本观测值的基础上。在实际工作 中直接选择随机变量的理论分布形式比较困难，往往只能先借助于所拥有的某些 先验知识对随机变量是属于连续还是离散分布做出判断，然后再选择合适的统计 推断方法，根据对抽样数据的相应整理结果，假设随机变量的理论分布形式。对 连续分布随机变量理论分布形式的假设，常采用的方法有点统计法、直方图法和 概率纸法【1 2 1 。直方图法是根据样本观测值所绘制的相应密度函数的基本图形估计， 北京交通大学硕士学位论文 据此来初步判断总体石的理论分布形式，是一种简易可行的方法。下面对频率直 方图的作法进行介绍。 2 3 2 1 样本分组 样本的分组数量决定于样本的大小，将样本分组要先从珂个观测数据中找出最 大值。和最小值。，选6 0 略小于缸略大于，然后将其等分成j j 个互 不相交的子区间( 这种子区间的长度可以不相等) ，每一个子区间即为一个样本分 组。问题在于分组数k 的确定目前尚无一种权威的方法，一般认为，七可根据样本 容量n 而定，珂较小时k 也应取小些，反之则应取大些。分组数k 的确定可以参考 如下的经验公式： k = 【l + 3 2 1 0 9 n 】( 2 - 4 ) 式中 卜。舍尾取整的符号。 也可参考相应于样本容量的分组数建议值对样本容量进行分组，具体见表2 - 1 。 表2 1 数据分组数参考表 数据数5 0 以内 5 0 1 0 01 0 0 ，2 5 02 5 0 以上 分组数七5 76 1 0 7 1 21 0 之o 确定了分组数k 之后，可方便地计算出相应的组距，即 6 ；b k - b o k 并最终确定各分组的组边界6 1 、6 2 、钆_ 1 。 2 3 2 2 计算分组频率密度 设h ，为样本值( j - - - 1 ，2 ，h ) 落入第i 分组( f 1 ，2 ，j ) = 代瑟 于是第f 分组的组频数可表述为 厂( 6 i ) = 麒， 1 相应组频率为 厂( 6 1 ) = 厂( 6 f 协 进一步可确定其频率密度，即 ( 6 j ) = ( b , ) a b 1 0 ( 2 5 ) 的逻辑值，即 ( 2 6 ) ( 2 7 ) ( 2 8 ) ( 2 9 ) 多方向与单方向编组站车流到达规律对比分析 2 3 2 3 绘制频率分布表 为方便使用，有必要将各分组区间、组中值、组频数、组频率以及频率密度 写成如表2 - 2 所示的频率分布表。 表2 - 2 频率分布计算表 分组区间组中值 组频数组频率组频率密度 ( 6 0 ，b i l( 6 i 一6 0 ) 2，慨)f ( 6 i )而( 岛) ( 6 l ，6 2 1( b 2 一b , ) 1 2，( 6 2 )厂( 屯) ( 6 2 ) ( 阮。玩1阮一钆一，) 2，( 玩)，( 玩)h ( b k ) 2 3 2 4 绘制频率分布直方图 在y 平面上，以x 轴上各分组区间为底，_ j z ( 岛) 为高作长方形( 卢1 ，2 ，七) ， 于是可得如图2 2 所示的一列k 个竖着的长方形，这就是频率直方图。图中第f 个 分组区间上的长方形( 阴影部分) 的面积为 ) 。然后画一曲线，使之大致经过 各个长方形之顶边，于是就得出了概率密度函数厂( x ) 的近似曲线。容易看出，如 果样本容量愈大，分组愈细， 则所作之曲线将愈接近于总 体x 的概率密度函数曲线 f ( x ) 。 将所得的曲线与各种常 见理论分布的概率密度函数 曲线相对照，即可对随机变量 x 的分布形式进行假设。 对样本数据作直方图，它 们的频率分布表分别如表 2 3 、2 - 4 、2 5 、2 - 6 所示( 为 了计算方便表格增加了两列 图2 - 2 频率直方图 ，一竺 苎氅 嬲 竺警：鬈鬈荔“纯前嘎 号廊茁 警毒赢 “。“ 北京交通大学硕士学位论文 氅氅氅嬲 氅警妻鬈鬈茹肌( f f 前z 号 闺值 登专盖i j 。l。j 。 组j譬j毪 强顿 氅警芝登罂鼢肌识一) ：z s阃值数率 j 。i 、j 多方向与单方向编组站车流到达规律对比分析 表2 5 石家庄去向到达间隔时间频率分布表 ，一竺 苎氅嬲 竺警：篓鬈茹z 吒( f 前z 号闯值数率。_ 、”。“ 表2 - 6 保定去向到达间隔时间频率分布表 23 7 0 4 5 5 5 3 7 4 一1 1 19 2 5 4 1 1 1 1 4 81 2 9 5 51 4 8 1 8 51 6 6 5 61 8 5 ，2 2 22 0 3 5 72 2 2 2 5 92 4 0 5 82 5 9 2 9 62 7 7 5 92 9 每0 3 33 1 4 5 1 03 3 3 - 3 7 03 5 1 5 0 2 2 2 2 o 1 8 0 1 0 0 6 1 3 0 0 8 0 5 0 0 4 9 8 0 0 3 4 5 0 0 0 7 7 0 0 0 7 7 0 0 0 7 7 1 3 0 0 0 6 0 1 0 0 0 4 8 7 0 0 0 1 6 6 o 0 0 2 1 7 0 0 0 1 3 5 0 0 0 0 9 3 0 0 0 0 2 1 0 0 0 0 2 1 o o 0 0 2 l 3 2 1 9 4 3 4 7 5 2 0 7 2 3 4 9 6 5 2 6 4 5 5 2 1 6 4 5 5 5 5 6 2 9 7 0 3 4 2 0 7 8 2 5 4 7 6 1 4 3 3 5 4 4 2 0 3 1 4 8 4 0 5 8 8 1 9 0 5 3 7 9 7 2 2 4 8 6 1 2 8 7 6 1 0 0 8 1 1 0 7 7 0 8 4 5 1 4 4 7 9 2 0 9 诣钉m 殂n 9 2 2 2 北京交通大学硕士学位论文 图2 - 3 郑北去向到达间隔时间分布直方图 图2 - 4 新丰镇去向到达间隔时间分布直方图 文献 8 、 9 】得到了单方向编组站到达间隔时间服从负指数分布的结论， 1 4 产 一 一 他 一 嬲靴竺 组频事一 组须我立 组尹蓍一 警一 l撕 总计 多方向与单方向编组站车流到达规律对比分析 图2 - 5 石家庄去向到达间隔时间分布直方图 图2 4 保定去向到达间隔时间分布直方图 通过观察上述四个分布直方图，可以看出图形与负指数分布密度函数图形有较大 差别，为了对比分析单个衔接方向编组站到达间隔时间的分布函数，可以先假设 以上四个去向的车组到达间隔时间理论分布函数为负指数分布，然后再来验证其 是否仍然服从负指数分布。 2 3 3 参数估计 2 3 3 1 到达间隔的数字特征 样本是对总体进行统计分析和推断的依据，但在处理具体的理论和应用问题 时，却很少直接利用样本所提供的原始数据，而是要对这些数据进行加工、提炼， 北京交通大学硕士学位论文 把样本中所包含的有关信息集中起来，这便是数据的数字特征。 特征有均值、方差、均方差( 标准差) 、变异系数等。 其中到达间隔时间的均值为 f = z f f 办 相应的车组平均集结强度( 平均每分钟到达的车组数) 为 a = 1 - 车组到达间隔时间的方差为 d ；盯：壹 一) ：z & 一1 ) 均方差为 盯= d 变异系数为 反映数据的数字 ( 2 1 0 ) ( 2 1 1 )