（交通运输规划与管理专业论文）铁路调车作业计划编制模型与算法研究.pdf

虫窒趟些 中文摘要中文捅荽 摘要：论文以解体、编组调车作业计划的编制模型与求解算法作为研究对象， 力求通过对该问题的研究为调车作业计划自动编制提供基础支持。论文主要研究 工作如下： 1 、根据驼峰解体车列的作业流程，建立了驼峰解体调车的物理模型；引入模 糊评价理论，建立了确定车列解体顺序的数学模型，为确定车列解体顺序提供了 科学支持；对编制解体钩计划所需的数据信息进行了分析，建立了广义站名字典 和股道用途字典，并在此数据信息基础上，设计了调车钩划分算法和股道分配算 法。 2 、本着分析问题全面性、处理问题便捷性以及保证问题求解高质量性的原则， 提出了处理按站顺编组摘挂列车钩计划优化问题的“筛选优化一计算”方法，从基 本思路、操作步骤以及用计算机实现的思路等几个方面对该方法进行了详细介绍， 并对有车组隔离和线路数量限制约束的按站j 顷编组摘挂列车钩计划优化问题，给 出了相应的处理方法。 3 、用一个实例对确定最优调车方案的“筛选优化计算”方法予以验证，并 通过计算机程序对结果进行了验证。借助这个实例，论文给出了p = 5 时全部调车 方案的筛选优化结果，即初步解决了下落列为五列的按站顺编组摘挂列车钩计划 优化问题。 关键词t 调车作业计划；模型；算法；解体调车；编组调车；摘挂列车 分类号：u 2 9 2 2 堡蔓i 基至 a b s t r a c t a b s t r a c t ：t h i sp a p e rt o o kt h eb r e a k - u pa n dm a k e - - u ps h u n t i n go p e r a t i o np l a n m o d e la n da r i t h m e t i ca sar e s e a r c ho b j e c t ，t r yt og i v eb a s i cs u p p o r tt oa u t o m a t i c p r e p a r a t i o no fs h u n t i n go p e r a t i o np l a nt h r o u g ht h es t u d yo f t h ei s s u e t h em a i nr e s e a r c h w o r k sa r ea sf o l l o w s ： 1 ab r e a k i n g u pc o n s i s tm o d e lw a se s t a b l i s h e da c c o r d i n gt ot h eb u s i n e s sp r o c e s s e s o fb r e a k i n g u pc o n s i s tw i t hh u m p w i t ht h ei n t r o d u c t i o no ff u z z ye v a l u a t i o nt h e o r y , a s e l e c t i o nm o d e lo fp u s h i n g - o u tc o n s i s tw a se s t a b l i s h e d ，w h i c hp r o v i d e ss c i e n t i f i c s u p p o r tf o rt h es e l e c t i o nw o r ko fp u s h i n g o u tc o n s i s t t h ed a t aa n d i n f o r m a t i o nw h i c hi s n e c e s s a r yt od r a w i n g - u pb r e a k - u ps h u n t i n go p e r a t i o np l a nw e r ea n a l y z e d ；f u r t h e r m o r e ， t h eo u t s p r e a ds t a t i o nn a m ed i c t i o n a r ya n dt r a c ku s ed i c t i o n a r yw e r es e tu p b a s e do n t h i sd a t aa n di n f o r m a t i o n ，t h ea r i t h m e t i co fp l o t i n gs h u n t i n gt r i pa n dd i s t r i b u t i n gt r a c k w a sd e v i s e d 2 c o n s i d e r i n gt h a th o w t os e t t l ep r o b l e mr o u n d l ya n de x p e d i e n t l ya sw e l la st og e t at o p q u a l i t ys o l u t i o n ，t h ef i l t r a t i o n - o p t i m i z a t i o n - c a l c u l a t i o nm e t h o dw a sp r o p o s e d t h i sm e t h o dw a se x p l m n e di nd e t a i lt h r o u g hs u c ha s p e c t ：m a i nt h o u g h t ，o p e r a i o ns t e p a n dt h ea p p r o a c hi m p l e m e n t e db yc o m p u t e r b e s i d e s ，t h em e t h o dw a sp r o v i d e dt os o l v e t h eo p t i m i z a t i o np r o b l e ma b o u tt h es h u n t i n go p e r a t i o np l a no fd i s t r i c tl o c a l t r a i n m a d e u pb ys t a t i o ns e q u e n c ew h i c hi sl i m i t e db yt h es e p a r a t i o nw a g o ng r o u pa n dt h e t o t a la m o u n to fa v a i l a b l et r a c k s 3 a ni n s t a n c ew a su s e dt oa n a l y z et h es t e p st o s o l v e p r o b l e mb y f i l t r a t i o n o p t i m i z a t i o n c a l c u l a t i o nm e t h o d a tt h es a m et i m e ，e v e r yo p t i m i z e dr e s u l to f a 1 1t h es h u n t i n gp l a n sw a sl i s t e dw h e np = 5 t h a ti st os a y , t h ep r o b l e ma b o u th o wt o o p t i m i z et h es h u n t i n go p e r a t i o np l a no f d i s t r i c tl o c a lt r a i nm a d e u pb ys t a t i o ns e q u e n c e i nw h i c hp = 5w a ss o l v e dp r i m a r i l y k e y w o r d s ：s h u n t i n go p e r m i o np l a n ；m o d e l ；a r i t h m e t i c ；t r a i nb r e a k u ps h u n t i n g ； t r a i nm a k e u ps h u n t i n g ；d i s t r i c tl o c a lt r a i n c 1 a s s n o ：i j 2 9 2 2 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：剥旃 导师签 签字日期：) 矽肛占，月2 汐日 签字同期 独鱼性崖明 独创性声明 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访f 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，也不包含为获得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已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者虢刳旆签字嗍2 肛莎月2 。日 致谢 本文是在导师周磊山教授的悉心指导下完成的，在此衷心感谢三年来周老师 对我的关心和指导! 两年半的时光转眼即逝，但是导师对我的谆谆教诲始终铭记于心，我的进步 凝聚着导师的心血，我永远不会忘记导师对我学业上的指导和生活上的帮助。导 师用他严谨务实的治学精神，精益求精的工作作风，乐观豁达的生活态度，孜孜 不倦的工作热情，时时刻刻感染我，教育我，他永远是我学习、工作、生活的榜 样! 感谢郑州北站张星汇同志在撰写论文期间给与我的帮助，通过与该同志多次 讨论，我对调车现场有了更深刻地了解，并且论文中的一些数据也是由该同志从 现场以特快专递的形式邮寄过来，在这里表示最诚挚地感谢； 感谢乐逸祥师兄两年多来的教诲，让我记得永远不要停下学习的脚步； 感谢孙琦师兄在思想上的帮助，在生活中的帮助，在实验室工作及撰写论文 期间，孙师兄对我论文的研究撰写给予了热情帮助，在此向他表达我的感激之情； 感谢夏明师兄、秦胜师兄、吴晓东师兄、陈雍君师兄在学业上的指导，让我 在各方面有了进步； 感谢房霄虹、田苗苗、杨恩慧、王永明同学在学习和生活上的关心，感谢周 艳芳、王讳楠、胡兴字、周妍、邹晖、张一梅、蔡龙军、缪道平等师弟师妹对论 文所做的修j 下； 感谢我的同班同学在两年多的时间里对我学习、生活上无私的帮助； 感谢8 6 0 1 实验室的师兄师姐师弟师妹们给我带来的美好时光! 感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 1 1 选题意义 1 绪论 铁路调车工作是铁路运输生产的重要组成部分，也是车站行车组织的一项重 要而又复杂的内容。对技术站而言，调车工作更是其日常的主要生产活动。良好 的调车工作组织对于车站顺利地完成铁路局下达的调度工作日、班计划，按时接 发列车，完成货物装卸和车辆检修任务，保持车站井然有序、高效的工作状态起 着关键的作用。 根据资料统计来看，我国铁路车辆由第一次装车至第二次装车的周转时间中， 在装、卸车站和技术站的停时约占7 0 ，其中花在编组站、区段站的停留时间约 占4 0 。我国铁路目前一次货物作业平均停留时间1 7 小时左右，有调中转7 小时， 若一次货物作业平均停留时间压缩1 小时，有调中转压缩0 5 小时，可压缩周转时 间0 1 6 天，可节省运用车1 3 0 0 0 辆，直接经济效益达1 5 亿元。铁路货车在一次周 转中，要经过多次调车作业，调车作业需要占用大量人员、设备，消耗大量燃材 料，其费用约占铁路运营开支的1 4 。由此可见，高质量的调车工作，对加速机车 车辆周转，提高运输效率，增强运输能力，降低运输成本，保证运输安全，起着 十分重要的作用1 1j 【制。 调车作业计划的编制水平在很大程度上决定了调车作业的效率。一个好的钩计 划，执行起来方便、快捷，易于保证安全，能够在较短的时间内完成调车工作。 但是人工编制时，只能凭借个人经验，无法找出最优方案，计划的优劣也无从考 证。随着计算机技术、通讯技术的发展，如何实现钩计划的信息化和编制方法的 自动化便成为当前研究的重点，然而实现钩计划信息化和编制方法的自动化首先 要处理的问题就是对编制模型与求解算法的研究，因此对编制模型与求解算法的 研究，是实现钩计划信息化的基础和关键，具有重要的研究意义。 1 2 国内外研究现状 以国外在铁路研究上处于领先地位的国家为代表，其铁路发展均有一个共同 的特点铁路能力相对比较宽裕。由于不必过多考虑能力限制约束，其站内的 调车作业比较简单。所以关于调车作业计划优化问题的文献比较少，而将研究重 点放在运输设备的研发、更新上。比如，日本的武藏野编组站、德国的玛胜编组 匕塞童适厶堂亟堂位论塞 站已经实现了不同程度的自动化；美国的主要编组站以及加拿大的国营铁路等部 广泛地实现了编组站综合自动化1 5 j 。 为了压缩调车作业时间、降低调车作业成本、提高调车作业效率，一直以来， 国内铁路员工和科技工作者从未终止过关于调车作业计划相关问题的研究。文献 1 】 详细分析了取送、解体、编组调车作业的流程，介绍了相关作业计划的编制方法； 文献【6 】用排队论描述了调车作业系统到达、解体、集结、编组和出发车流的随机 特性，按照调车作业计划的编制特点、要求、目标构造了调车作业计划决策支持 系统( p d s s ) 的动态模型，并提供了模型求解的基本思想。 l 、国内解体钩计划的研究现状。国内关于解体钩计划的研究主要集中于各种 信息系统的研发。经过十几年铁路信息化技术的发展，我国已经建成铁路运输管 理信息系统( t m i s ) 、编组站信息系统( y i s ) 、车站综合管理信息系统( s m i s ) 等信息系统【2 】【引。 t m i s 的组成涵盖了运输生产的全过程；首先从运输生产计划改革入手建立了 货运营销与生产管理系统，接下来货运起票建立了货票信息系统，车间作业有编 组站、区段站、货运站管理信息系统，组成列车后有确报信息系统，列车运行及 车站作业调度指挥有铁道部、铁路局、原铁路分局、车站调度信息系统，运输过 程中有集装箱追踪系统和大节点货车追踪系统，还有货车的同常管理系统，共八 个大的应用系统。 y i s 具有与外界进行信息交换、存储和处理数据、编制作业计划、记录车站工 作实绩、进行统计分析等功能。系统利用在进站咽喉处设置的车号识别装置自动 核对到达列车的编组内容，通过对调车作业计划的处理或人工输入，对车辆在站 内的状态变化进行实时追踪，动态反映车站的现车。存储在计算机内的基础信息、 系统编制的车站班计划和阶段计划信息和经系统处理而得到的全面、准确的车流 信息为计算机编制调车作业计划提供了必要的数据支持。 s m i s 2 0 全面支持管控结合、局站一体化和大站带小站的功能。该系统可以使 铁路局、编组站提高信息共享程度：编组站能够随时接收局调度命令，铁路局也 可以直接了解到编组站列车到、解、编、发的各种数据，实现双向互通，无缝连 接。 解体钩计划作为车站调度信息系统的一个重要组成模块，随着编组站信息化 的发展，其编制的自动化程度和水平在不断提高。文献 7 】设计了解体调车作业计 划自动编制的功能模块，简要分析了潜在的技术难点，提出了相应的解决方案： 文献【8 】总结了提高驼峰空车解体作业效率的对策；文献 9 】针对阜阳北编组站驼峰 解体作业中存在的主要问题，从调车作业方法上寻找原因，提出了改善措施；文 献 1 0 】分析了工业铁路编组站解体作业流程，建立了解体钩计划的数学模型。但是， 2 现阶段对解体钩计划的研究更多集中在程序功能模块的设计等宏观方面，缺乏关 于钩计划自动编制具体实现细节处理的研究。 2 、国内编组摘挂列车钩计划的研究现状。从2 0 世纪5 0 年代推广表格移动调 车法，到7 0 年代的看图调车法【l l 】、合并使用线路调车法【12 1 、统筹对v l 调车法【13 1 ， 再到9 0 年代的分析计算法【l4 1 ，以及现阶段用计算机编制钩计划代替手工作业的研 究【l5 j - 【 j 。经过几十代铁路工作者的辛勤探索，摘挂列车编组钩计划的编制已经摆 脱了无章法可循、凭经验做计划的状态，逐渐形成了一套进行车组下落、按调车 方案开列钩计划的科学体系。文献1 1 4 提出了筛选和优化调车方案的分析计算法， 引入了分级筛选的理念和变异方案的概念；文献 1 5 1 设计了计算机编制钩计划的求 解算法；文献 1 6 】根据既有调车理论，以连挂钩最少为寻优约束条件，建立了求解 模型，给出了用c 语言编制算法的流程。文献 1 7 】提出了一种适用于建有箭翎线车 站调车作业的“消逆法 。但是现有方法在确定调车方案时仍然过多地依赖经验， 分析问题不够全面，从数学的角度分析，缺乏严谨性和说服力，并且求解质量也 不能得到保证。 1 3 论文的研究特点及结构安排 1 3 1 论文的结构 论文核心内容的主体框架如图1 1 所示。 论文共分为五章，基本结构如下： 1 、第一章介绍论文的研究意义、国内外铁路调车作业计划研究发展概况，对 钩计划已有的研究成果进行分析，指出值得借鉴的经验和需要进一步研究的方向。 2 、第二章建立了驼峰解体作业的物理模型，并在详细分析驼峰解体作业所涉 及的数据信息的基础上，建立了确定车列解体顺序的数学模型，设计了调车钩划 分算法和股道分配算法。 3 、第三章介绍了解决按站顺编组摘挂列车钩计划优化问题的“筛选优化计 算方法；对有车组隔离限制和线路数量限制的按站顺编组摘挂列车钩计划优化 问题进行了分析，并给出了处理方法。 4 、第四章用一个实例对“筛选优化计算”方法予以验证，并给出了p = 5 时 全部调车方案的筛选优化结果。 5 、第五章对论文工作进行总结，指出下一步需要继续研究的内容。 3 = e 塞坌垣厶堂亟堂位论塞 1 3 2 论文的特点 图1 1论文核心内容框架图 f i g 1 1l e a d i n gs t r u c t u r eo ft h i sp a p e r l 、在设计车列解体顺序模型时，根据问题的特点，引入了模糊评价理论；通 过建立广义站名字典和股道用途字典，来设计驼峰解体调车的调车钩划分算法和 股道分配算法。 2 、在处理按站顺编组摘挂列车钩计划优化问题时，提出了“筛选优化计算” 方法。从处理问题的全面性出发，确定调车方案搜索范围为全部调车方案，确定 方案优化对象为每个车组；从处理问题的便捷性出发，对调车图进行了深入分析， 将其存在的一些特点和规律进行总结，为筛选操作提供理论依据；从保证问题求 解的高质量性出发，将全体调车方案列为筛选优化对象，并且考虑将每个车组下 落到有利位置。 3 、论文不仅对无条件约束的按站顺编组摘挂列车钩计划优化问题设计了优化 算法，而且对有车组隔离和线路数限制约束的按站顺编组摘挂列车钩计划优化问 题也提出了处理方法。 4 碰丛翅笙盗些让剑的翁剑越型! 盛缝鳇选 2 解体调车作业计划的编制模型与求解算法 将到达车站或从作业地点取回的车列按其中车辆的去向、车种或所装货物的 性质( 有调中转车按列车编组计划组号，到卸重车按货物作业地点，不良车按检 修地点，空车按车种，装有爆炸品、压缩气体、液化气体或超限货物的车辆按固 定线路) 分解到编组场内各指定线路的调车作业称为解体调车作业【l 8 】【l9 】。 解体调车作业腾空了到达场线路，为车站持续地接入列车提供了前提；同时 也为出发列车的编组作业和向货物作业、车辆检修地点送车提供了源源不断的车 流。 2 1 调车作业简介 2 1 1 概念定义 为了清晰地表述论文内容，现将本章涉及到的概念与定义描述如下： 定义2 1 基本操作单元：在解体调车作业过程中，无论股道是固定使用还是活 用，都能够存放在同一股道的一类车称为一个基本操作单元。由解体调车作业对 车辆的现场操作可知：属于同一编组去向的到解中转重车作为一个基本操作单元， 属于同一车种的空车作为一个基本操作单元，属于同一作业地点的本站作业车作 为个基本操作单元，属于同一检修地点的扣修车作为一个基本操作单元，装载 爆炸品、压缩气体、液化气体的车辆作为一个基本操作单元。出于解决问题所需， 对全体基本操作单元进行统一编号。 定义2 2 车辆的解体去向与股道的存车方向：在解体调车作业中，将车辆的存 放股道称为车辆的解体去向；将股道可以存放的基本操作单元称为股道的存车方 向。 2 1 2 车流组号 在技术站，为了合理地分配技术站的作业负担、提高车流的输送速度，出发 车流必须严格按照列车编组计划的规定，编组成各种列车，向路网发出。 对于每一个技术站，列车编组计划指定作为一个去向的重车流称为一个车流 组号。显然，同一技术站各车流组号包含的车流内容不能有重复，而同一技术站 5 = 丝塞变煎厶堂亟堂位论塞 所有车流组号包括的全部车流内容必须覆盖全国路网除本站以外的所有营业站和 临时营业站。 实例2 1 ：技术站m 在路网中的位置和列车编组计划分别如图2 1 和表2 1 所 示。 a a l a r i m 1 3 1 1 1 m n b b 卜卜卜o 1 1 o o 一 图2 - 1m 技术站在路网中的位置 f i g 2 - 1 t h ep o s i t i o no ft e c h n i c a ls t a t i o nmi nr a i l w a yn e t w o r k 表2 1m 技术站列车编组计划 t a b 2 一l f r e i g h tt r a i nf o r m a t i o np l a no ft e c h n i c a ls t a t i o nm 发站到站 编组内容列车种类定期车次 附注 b 及其以远技术直达 mb 空车空茚直达 8 6 0 0 4 m i m 。间到站成组 摘挂 4 1 0 5 5 按纽顺编组 mb b 及其以远和空车区段 m l 仰。间站顺摘挣 4 0 0 3 i 按站顺编组 l r la a 及其以远区段 可以看出，m 技术站的出发重车流可以划分为以下5 个组号：b 及其以远； b 及其以远； i n l m 。间；a 及其以远；a l a n 间。 为了提高列车编组作业的效率，把列车的解、编作业有机地结合起来，车站 的出发重车流应按列车编组计划规定的组号、空车按车种、作业车按作业地点、 扣修车按检修地点集结，而且每一组号的重车流和各车种的空车流在调车场内都 应有固定的集结线路。为保证作业安全，装载爆炸品、压缩气体和液化气体的车 辆必须有专门的停留线路，不能与其它车辆混合集结。 2 1 3 调车场线路固定使用 一般情况下，调车场的线路都分配有固定的用途。调车场线路固定使用方案 在站细中明确规定，是车站组织运输生产的一项基础性制度。只有当列车编 组计划或车站的到发车流、运输设备发生了重大变化，原先的线路固定使用方案 已不能适应新的情况，需要调整时，才加以修改。 当调车场线路比较充足时，每组号可固定一条线路，个别车流强度特别大 6 鲤l 奎遢j ：往些立划的缉盔拦型当盛鲣鳇洼 的组号拨给两条线路或更多。当调车场线路不够富裕时，应首要满足主要车流集 结的需要，使次要车流合并使用线路。在编组列车时，多个车流合并使用线路必 然导致挑选车组的重复分解作业，为使这种额外的改编作业量减少到最低限度， 在一条线路上混合集结的组号数量不能太多，以两个车流量较小的组号为宜，一 般不要超过三个，否则将会引起多次重复分解，降低作业效率。 调车场线路的固定使用，使车站的解、编作业井然有序，提高了编组作业的 效率，因而车列的解体工作必须按照调车场线路固定使用的方案进行。但是，另 一方面，车站到达车流的数量和分布不是一成不变的，调车场线路固定使用的方 案不可能完全适应每天的情况，所以，在某个时间范围内，可以对某些具有固定 用途的线路做灵活处理。 2 1 4 调车场线路的活用 在同常工作中，遇下列情况，可临时活用线路：某一组号的固定集结线路 满线时，为继续溜放而借用车流较少的临近线路；为方便编组作业。 实例2 2 ：对于包含两个及以上组号的列车到达站，在不影响驼峰解体或车流 不混的条件下，可以在一条线路上溜入另一组号的车流，以免除编组时邻线挂车 的作业；或利用空线向调车场送去编组列车急需的车流。 线路活用弥补了调车场线路的不足，方便了编组作业，但如果使用不慎容易 引起混乱，所以只是一种临时性措施。在一批作业完了或交班前应恢复线路的固 定使用。如不能恢复，应在交接班登记簿上明确记载，并向接班人员交待清楚， 以防止误编事件发生。 2 2 数据信息处理 编制解体调车作业计划，需要处理列车编组计划、列车运行图、调车场现场 情况、调车场股道用途等信息。因此，要编制一个高质量的解体钩计划，就必须 做好数据信息的处理工作。由数据库理论【2 0 j 易知，可以将上述信息抽象成二维 关系存放在数据表中，并通过对数据库的动态维护实现数据信息的实时更新。各 数据表之间的联系如图2 2 所示。 7 图2 2 数据表间联系图 f i g 2 2 c o n n e c t i o no fd a t as h e e t 列车关系数据表包含车次、出发车站、到达车站、出发时问、到达时间、列 车种类等属性。可以根据列车关系数据表中的到达车站、列车种类属性值判断该 列车是否属于到解车列范畴。 解体车列关系数据表包含车次、出发车站、到达车站、到达时间、特殊解体 要求、是否完成解体作业等属性。“特殊解体要求”字段取值为0 或l ，0 代表车 列没有特殊解体要求，1 代表车列有特殊解体要求；“是否完成解体作业”字段取 值为0 或1 ，0 代表车列尚没有解体，l 代表车列已经完成解体作业。 车辆关系数据表包含序号、车号、车辆种类、自重、载重、换长、出发车站、 到达车站、禁溜、限到时间等属性。“序号 字段取值规定为：距离调车机车最远 的车辆编号为l ，由远及近依次编号为2 、3 、；“禁溜”字段取值为0 或l ，0 代表车辆没有禁溜限制，1 代表车辆有禁溜限制；“限到时间”字段记录了将车辆 输送到目的站的最长允许时间。 货物关系数据表包含运单号、货主、品名、隔离、重量、件数、性质等属性。 “隔离字段取值规定为：如果车辆有隔离要求，则取值为其隔离标记值；否则 取值1 。 广义站名字典包含到站名称、车辆种类、基本操作单元编号等属性。广义站 名字典给出了“到解车列中的车辆属于哪个基本操作单元 这样一个事实。根据 全国路网图和车站行车组织细则( 以下简称站细) 中关于重车流编组去向 的规定，即可以获得广义站名字典。“车辆种类”字段取值规定为：0 表示到解 中转重车；1 表示空平车；2 表示空敞车；3 表示空棚车；4 表示空罐车；5 表示空 保温车；6 表示本站作业车：7 表示扣修车，8 表示装载爆炸品、压缩气体、液化 鲣住凋互伍让划的绌亟螳型当垄鲣簋法 气体的车辆。 调车场股道的用途，是本文解决解体调车钩计划编制问题的基础和关键，是 待解车列和调车场股道建立联系的纽带。为了高效地解决问题，将股道编号与基 本操作单元编号对应，建立股道用途字典。股道用途字典给出了“调车场将 某一基本操作单元存放到哪条股道”这样一个事实。在站细中明确规定了调 车场股道的固定使用方法，所以按照站细，找到每个基本操作单元的存放股道， 并称此时获得的股道用途字典为基本股道用途字典；当现场对股道灵活使用时， 仅需将做灵活使用股道的信息，在基本股道用途字典中做相应修改，而当股道恢 复固定使用的同时，将股道用途字典恢复为基本股道用途字典。所以，股道用途 字典应该设计具有动态修改功能。 在编制解体调车作业计划的过程中，还涉及一个非常重要的信息调车场 股道存车的动态信息( 以下简称“现场信息”) 。由于现场信息时刻发生变化，因 此对其的处理工作也要具有动态性，并从处理问题便捷性的角度出发，建立现场 信息数据表，该表包含股道编号、股道容车数、公用空股道、股道封锁、股道存 车等级等属性。“公用空股道”字段取值为。或1 ，o 代表股道为公用股道且非空， 1 代表股道为公用股道且为空；“容车数”字段填写股道当前能够存放的车辆数( 需 要经过换长计算，下同) ；“封锁”字段取值为。或1 ，o 代表股道非封锁，可以存 车，1 代表股道封锁，不能存车；规定“存车等级”字段值越大，等级越高，如果 有几条股道同时满足存车，则将车辆存放在等级最高的股道中。 股道存车信息数据表包含序号、车号等属性。“序号”字段取值规定为距离驼 峰最远的车辆编号为l ，由远及近依次编号为2 、3 、。 每个待解车列都对应着一个车辆关系数据表，并通过“车次”找到待解车列 的车辆关系数据表；每个车辆对应着一个货物关系数据表，并通过“车号”找到 车辆的货物关系数据表；调车场的每条股道对应着一个股道存车信息数据表，并 通过“股道编号找到股道的存车信息数据表。 列车关系数据表、解体车列关系数据表、车辆关系数据表、货物关系数据表 是通过对列车编组计划和列车运行图等原始数据做简单处理得到的，属于基础数 据，将其存放到车列信息数据库中；广义站名字典、股道用途字典是根据车站关 于全国路网图和站细等原始资料得到的，属于基础数据，将其存放到数据字 典数据库中；现场信息数据表、股道存车信息数据表随着车列解体与编组动态变 化，属于中间过程数据，将其存放到现场信息数据库中。 2 3 解体作业过程的分析及物理模型的建立 9 塞童垣厶堂亟堂位途塞 解体作业是编组站主要的业务活动，也是到达列车进入编组站后进行的主要 作业之一，其目的在于为编组新的列车和向货物装卸、车辆检修地点送车做好准 备。驼峰解体作业具体分成3 步：从到达场将车列牵出，将车列推至峰顶，将车 组溜向调车场内的指定线路。编制驼峰解体钩计划也可分成3 步：确定车列的解 体顺序，将车列分解为调车钩，为每一调车钩分配股道。驼峰解体过程的物理模 型 2 2 】。【2 4 】如图2 3 所示。 解体顺序 确定规则 调车钩 划分规则 股道 分配规则 现场信息 图2 3 解体过程的物理模型 f i g 2 - 3p h y s i c a lm o d e lo fb r e a k - u po p e r a t i o nw i t hh u m p 解体作业的任务是将待解车列中的每个车辆存放到调车场的股道上，因此划 分调车钩和为车组分配股道这两项工作应该围绕调车场股道的用途展开。 2 3 1 车列解体顺序确定规则 确定车列解体顺序需考虑以下规则：特殊解体要求。所谓特殊解体要求是 指由于运输生产的需求或列车装载货物性质的特殊性，要求列车到站后马上进行 解体作业。如果某待解车列有特殊解体要求，则不必考虑其它规则，直接将其确 定为解体车列。车流接续，用车流接续度表示。待解车列中包含的车辆越能使 对应编组去向的集结车辆满足列车编组条件，说明车流接续的效果越好，越应先 解体。限到时间。现阶段，提高货物送达速度是提高运输服务质量的重要方面， 因此限到时间越小，越应先解体。到达时间。为了减少车辆在站停留时间，车 列到达时间越早越应先解体。车组大小，用大车组系数表示。待解车列包含的 大车组越多，越容易减少到发线和调车设备的占用时间，越应先解体。 2 3 2 调车钩划分规则 划分调车钩的过程就是判断待解车列中相邻的车辆是否可以存放在同一条股 1 0 鲣 奎涸至 j ! 些丑：划的纽剑搓型生筮鲣簋逵 道的过程。因此通过查询广义站名字典和股道用途字典，如果相邻的两个车辆可 以存放到同一条股道，则将两个车辆划分到一个解体钩中。 2 3 3 股道分配规则 首先分析调车场现场情况：车辆的解体去向；股道容车数；股道是否 为公用空股道；股道是否封锁；股道是否满线。“解体去向”给出：当前般道 用途字典规定的车辆的存放股道。“股道容车数”是判断股道是否满线的一个条件： 如果股道容车数小于1 ，则认为股道非满线；否则，如果当前溜放车组的总换长小 于股道容车数，则认为股道非满线，相反，则认为股道满线。“公用空股道 指在 设计调车场股道用途时，由于股道数量相对宽裕，没有固定某些股道的用途，因 此，这些股道如果为空，则可以往股道中存放任何解体去方的车辆。“股道是否封 锁、是否满线”是判断股道能否存车的条件：如果股道处于非封锁且非满线状态， 则可以往股道中存放对应存车方向的车辆；否则，不可以往股道中存放车辆。 其次考虑解体规则：调车场会为每个解体去向的车辆分配股道，为了便于叙 述，在这罩称为专存股道。调车场在存放车辆时，首先考虑将车辆存放到专存股 道，其次再考虑使用公用空股道，再次考虑将股道灵活使用。由于股道用途字典 具有动态性，所以无论股道固定使用还是灵活使用，从股道用途字典查到的车辆 的存车方向，都是根据现场实际情况所做决策的体现。因此，如果设置公用空股 道的存车等级低于专存股道，则可以按照“首先根据车辆的解体去向搜索专存股 道以及公用空股道，然后按照股道存车等级存放车辆”的规则为车辆分配股道。 2 4 解体调车作业的数学模型与算法 2 4 1 车列解体顺序确定模型 根据车列解体顺序确定规则可知，确定车列解体顺序可分两种情况：有特殊 解体要求和无特殊解体要求。如果待解车列有特殊解体要求，则将其直接确定为 解体车列；否则，本问题属于一个多个对象，多个因素的评价问题，可以运用模 糊决策理论【2 5 】_ 【2 8 】解决。 1 、建立模型 s t e p l 确定待评价集合： 矿= v 。，v 2 ，) = 歹。车1 ，歹。车2 ，歹。车玎) ( 2 1 ) s t e p 2 确定因素指标集合： u = “，“，“。) = 车流接续，到达时间，限到时间，车组大小) ( 2 2 ) u 。为正指标，u ：为负指标，u ，为负指标，u 。为正指标。 ， 其中： = z j x d i ， ( 2 3 ) ， u 2 = d d s j i 1 1 32 枷m i n l x d s j i i l ，m j 】t , j 弛d c z x s i ，以i 4 = ? k n i = i ( 2 4 ) ( 2 5 ) ( 2 6 ) 肋，第i 待解车列中第t 编组去向的车流接续度； d d s j ，第f 待解车列到达时间； x t ) s j , ，第f 待解车列中第，车辆的限到时间； d c z x s i 。第i 待解车列中第k 钩车组的大车组系数； m 第f 待解车列车辆总数。 s t e p 3 构造因素指标矩阵：各方案可由其相应的4 个因素指标值所确定，设为 _ = ( “，屹，嵋 f v 4 1 ) _ ( _ ，= 1 ，2 ，_ ，1 ) ( 2 7 ) 式中吻表示第j 个方案的第f 个因素指标值，称2 7 式为方案的因素指标向 量。把这n 个方案的因素指标向量以矩阵的形式给出就构成了因素指标矩阵，如式 2 8 。 旷： s t e p 4 构造相对偏差矩阵：令： h i1 1 2 v 2 ,v 2 2 v 3 ,v j 2 v 4 1v , 2 1 2 m 。 屹。 v 3 。 ( 2 8 ) 鲣佳涸：j ：i j ；些主七划 臼编亟i 拦型当盛鲣簋选 式中： 嗡= 一v 口l ( v , 。一v 。) ( 江1 ，2 ，3 ，4 ；j = l ，2 ，) ( 2 9 ) v 州= m a x v , 1 ，u 2 ，) v 。i 。= m i n v ；i ，h 2 ，) 。 f v 一 当因素指标“，为正指标时 v 2 1 【v 。；。 当因素指标坼为负指标时 ( 2 1 0 ) ( 2 1 1 ) ( 2 1 2 ) 称岛为相对偏差值，称口为标准值，称v 。_ - ( v o ，屹0 ，v , o ，订) 为标准值向量。由上 述4 ，z 个相对偏差值吒作为元素可构成相对偏差矩阵： = 4 。4 ： 皖。盈： 岛。岛： 瓯。瓯： 4 。 色。 4 。 屯 ( 2 1 3 ) s t e p 5 确定因素重要程度模糊集：利用d e l p h i 法，由专家评定出各影响因素 u i ( f - l ，2 ，3 ，4 ) 的权重系数q ，并在后期的生产实践中不断加以修正，即确定出因 素重要程度模糊集： a = ( a l 口：，吩，口。) ( 2 1 4 ) 根据对各指标因索的分析，本文给出建议的因素重要程度模糊集： a = ( 口。，口：，口3 ，口。) = ( o 4 ，0 2 ，0 2 ，0 2 ) ( 2 1 5 ) s t e p 6 对各方案进行决策：计算咋与1 ，o 的加权相对偏差距离： 嘭= 乃( 州= 昏州。5 卢泸啦，卅) 亿旧 4， 式中n = 口，4 为4 项指标权值的平均值。把由刀个方案中的4 个因素指标的标准 值向量y 。= ( 嵋，坨，v , o ，以) 构成的方案，拟定为最理想的方案。这样，z 个评价方案 ：j 匕丞交适厶堂亟翌位论塞 中与最理想方案之间加权相对偏差距离d ，最小者相对应的方案应被选为最优方 案，即当2 1 7 式成立时，方案为最优方案。 d ，= d ，( v j ，v 0 = m i n “，d 2 , - - , d 。) ( 2 1 7 ) 2 、对模型的补充说明 本文采用定量指标模糊决策法中的加权相对偏差距离最小法，当然还可以应 用诸如定量指标综合决策法等其它定量指标模糊决策法来解决本问题，但是必须 注意一点：应用定量指标模糊决策法解决问题的前提是所给的因素指标均是定量 指标。由前面的分析可知，本文4 个因素指标的定量计算公式均已给出，下面介 绍各因素指标值的获取方法。 ( 1 ) 由于大多数货物列车的出发时间不固定，一般情况下，只要某一编组去向 的车列满足编组发车条件，就可以组织安排发车作业，所以待解车列中包含的车 辆越能使对应编组去向的集结车辆满足编组发车条件，车流接续的效果越好，越 应先解体。如果计算车辆为第i 待解车列第，车辆，并且其将被k 次列车编发；则 该车辆的接续度可以通过2 1 8 式近似获取： 哦= k f ( 矿一吼叠二翟三；亿8 ， 啦广t 伊皤，( 矿一g d c c ) ， f + g d c g 矽 q 1 8 其中： ，第i 待解车列第t 解体去向的车辆数： g o c c , 第t 解体去向的股道存车数； 矽待定参数，用于调整接续的车辆在满足和不满足发车条件两种情况 车流接续度的差异，本文给出其建议值，够= o 5 ； 朋磐第t 解体去向出发列车编成辆数。 ( 2 ) 列车到达时间可以从列车列车运行图中获取。在构造相对偏差矩阵过程， 到达时间以小时为单位，可以将到达时间以6 时或1 8 时为基准进行转换。 ( 3 ) 车辆的限到时间可以根据车辆的运到期限推算。现阶段，铁路货物运输不 能如期交货的事件时有发生，因此，提高铁路运输的时效性，作为提高铁路货物 运输竞争力的一个重要方面，成为铁路亟需解决的问题之一。考虑加速车辆周转 与送达，在确定车列解体顺序的模型中，加入车辆限到时问这个指标因素。 ( 4 ) 车组大小的判断属于一个模糊问题，本文根据模糊数学理论中的隶属度概 念引入了大车组系数，因此要得到定量数据，需要找到大车组系数对应的隶属函 1 4 衄馇凋芏缝业让剑魈缠壹i 燧型当盘筮簋法 数。确定隶属函数的方法有：模糊统计方法、指派方法、借用已有的“客观”尺 度以及二元对比排序法等。鉴于本问题的特点，以及从处理问题便捷性的角度出 发，本文选用指派法中梯形分布的偏大型，作为大车组系数对应的隶属函数2 9 】- 【3 n ， 如式2 1 9 。 4 ( x ) = 0 工a 掣，口 工 6( 2 1 9 ) 一， 口 。d b l f c s 7x k 七= j ( 3 5 ) ( 3 6 ) n - l z h d c ”= z h d c ，f - 1 线，2 线，甩一l 线 ( 3 7 ) f = i 肋掣：垮砒喊叫f l ( 3 8 ) 【z h q c 孵t = 0 z d c 历朋调车方案总共的带动车辆数； d b d c 所，z 调车方案分解待编车列的带动车辆数； z h d c ”扰调车方案分解暂合列的带动车辆数； k 分解待编车列时，使用溜放钩的序号； f 分解待编车列或暂合列时，总计使用的溜放钩； d 毗尺镕，分解待编车列时，第k 溜放钩甩掉的车辆数。 翁组涸j ：伍些i l ：划凶饯丝左洼 z h d c ? # 分解第i 暂合列时，机车带动的车辆数； _ ，分