（交通运输规划与管理专业论文）货物作业车的取送过程优化.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 铁路在我国整个交通运输体系中起着骨干作用，如何加快铁路发展的步 伐，是目前面临的紧要任务。就铁路内部来说，在改善服务质量、提高列车 运行速度的同时，如何更为快捷、便利、安全的运送旅客和货物，压缩货车 停留时间，提高运输效率，加速货车周转也是我们当前面临的重要课题。本 论文针对压缩货车停留时间，提高运输效率，加速货车周转为核心展开讨论， 以期达到缩短货车在站停留时间的目的，重点内容放在货物作业车取送作业 的优化上，包括最佳取送车次数问题以及取送车顺序的优化算法问题。 本论文在前人已有研究工作的基础上，分为几部分对取送车问题进行研 究，主要做了如下工作： 首先分析了国内外对取送车问题的研究现状，并从中找出研究内容和方 法上存在的可以改进的问题，从而确定了文章的研究方向。然后主要介绍取 送车问题的概念以及减少本站货物作业车在站停时的基本方法。文章的主要 创新点有三部分，一是对最佳取送车次数问题作了改进，即引入一个时间参 数对原有问题作了更符合实际的描述，并推导出最佳取送次数的计算公式。 二是针对放射形专用线直达车流的取送车顺序问题，引入蚁群算法求解，并 说明蚁群算法具有的内在优势。三是对取送车作业中存在的不确定性因素作 了分析，引入三角模糊数加以描述，并对处理方法作了初步的讨论。 关键词加速货车周转：取送车；蚁群算法；不确定性；模糊数 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t r a i l w a yi nc h i n a se n t i r et r a n s p o r t a t i o ns y s t e mp l a y sak e yr o l e ，h o wt o a c c e l e r a t et h ep a c eo fr a i l w a yd e v e l o p m e n t ，i sc u r r e n t l yf a c i n gac r i t i c a lt a s k o n t h ei n t e r n a l ，t oi m p r o v es e r v i c eq u a l i t y ，i m p r o v i n gt r a i nr u n n i n ga tt h es a m et i m e ， h o wam o r ee f f i c i e n t ，c o n v e n i e n t ，s a f et r a n s p o r t a t i o no fp a s s e n g e r sa n dg o o d s ， r e d u c ev e h i c l ea tt h et i m e ，i m p r o v et r a n s p o r te f f i c i e n c ya n ds p e e du pv e h i c l e f l o wi sa l s o i m p o r t a n tw ec u r r e n t l yf a c es u b j e e t t h i sp a p e rw i l la d d r e s s c o m p r e s s i o nl o r r ya tt h et i m e ，a n de n h a n c et r a n s p o r te f f i c i e n c y ，s p e e du pv e h i c l e f l o wa tt h ec o r ed i s c u s s i o n sw i t hav i e wt os h o r t e n i n gt h et r u c k sa tt h es t a t i o na t t h et i m ep u r p o s e s i na d d i t i o n ，t h ec o n t e n tw i l lb et h ef o c u sf o rc a r g oo p e r a t i o n s o nt h ed e l i v e r yt r u c ko nt h eo p t i m i z a t i o np r o b l e m s ，i n c l u d i n gb e s td e l i v e r y v e h i c l ef o rf u r t h e rd i s c u s s i o no ft h en u m b e ro fd e l i v e r yv e h i c l e s ，a sw e l la s s u m m i n gu pt h es e q u e n c eo fo p t i m i z a t i o np r o b l e m t h ea r t i c l eh a sb e e ni np r e v i o u sr e s e a r c hw o r ko nt h eb a s i so ft h ed i v i d e d i n t os e v e r a lp a r t sf o rc a r ss e n tt os t u d yt h ei s s u e ，m a i n l yt od ot h ef o l l o w i n g w o r k ： f i r s to fd e l i v e r yv e h i c l e sa th o m ea n da b r o a dt ot a k et h ei s s u eo ft h e s t a t u sq u o ，a n dr e s e a r c ha n dt of i n dw a y st oi m p r o v ee x i s t i n gp r o b l e m si no r d e r t od e t e r m i n et h ed i r e c t i o no ft h ea r t i c l e a n dt h e ni n t r o d u c et h em a i nd e l i v e r y v e h i c l ef o rt h ec o n c e p ta n dt or e d u c ep o w e r e dg o o d sv e h i c l e sp a r k e di nt h e s t a t i o nw h e nt h eb a s i cm e t h o d t h ea r t i c l e sm a i ni n n o v a t i o nh a st h r e ep a r t s ，t h e t h r e ep a r t so ft h i sp a p e ri st h ef o c u so ft h ec o n t e n t t h ef i r s ti st h eb e s td e l i v e r y v e h i c l ef o rt h ei m p r o v e m e n to ft h en u m b e ro fi s s u e s ，n a m e l yt h ei n t r o d u c t i o no fa t i m eo ft h eo r i g i n a lp a r a m e t e r so ft h ep r o b l e mw a sf u r t h e rd i s c u s s i o n t h i sw a s f o l l o w e db yt a r g e t e dr a d i a t i o n o n l yl a n ez h i d aj uf l o wo fv e h i c l e st os e n dt h e o r d e rt os o l v et h ep r o b l e mo fi n n o v a t i v em e t h o d s ，t h ei n t r o d u c t i o no fa n t a l g o r i t h m st os o l v es u c hp r o b l e m s ，a n do nt h eo p e r a t i n gt a b l eb yc o m p a r i s o n f i n a l l y ，t h e r ei su n c e r t a i n t yo nt h ei s s u eo ft h ed e l i v e r yv e h i c l ef o rs o m e u n c e r t a i n t yi nt h ea p p l i c a t i o no ft h ei s s u e si n t ot h et r i a n g u l a rf u z z yn u m b e r s ， s p e c i f i ci s s u e so fp r e l i m i n a r yd i s c u s s i o n s 西南交通大学硕士研究生学位论文第页 k e y w o r d s ：t r u c ka c c e l e r a t e dt u r n o v e r ；d e l i v e r yv e h i c l e s ；a n ta l g o r i t h m ； u n c e r t a i n ；f u z z y n u m b e r s 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、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密目，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ) 学位论文作者签名：瓤德必 1 5 期：2 伊占年占月印日 谚叩 名耷 麟伊 砻哆 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行 研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研 究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。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 ) 取送车次数的改进。对于一昼夜某货物作业地点的货物作 业车数固定的情况下，装卸作业时间通常作为一个定值来处理，这 是不够合理的，因为这个作业时间与取送车数有关，而取送车数又 与取送次数有关。鉴于此，本文将把装卸作业时间作为取送车次数 的函数对已有的计算方法作进一步的改进。 ( 2 ) 将蚁群算法应用于放射形专用线取送车问题。鉴于蚁群算 法可以解决经典的t s p 问题的想法，联系到放射形专用线直达车流 的作业方式。将放射形专用线直达车流取送车问题看作特殊的t s p 问题来解决，并给出算法。 ( 3 ) 取送车作业的不确定性问题探讨。传统的方法是把取送作 业时间和货物装卸作业时间作为确定的值来看待，这与实际情况不 太符合，因为取送作业时间中包括在调车场挑选应送车组，送车走 行，在货物作业地点对货位或调移车辆，收集车辆，回程走行，以 及在调车场分解取回的车组等时间，而这些作业时间的影响因素很 多，因而是不确定的。本文将从这些不确定因素出发，用模糊数表 示装卸作业时间，并通过蚁群算法加以应用。 巍怨矗 如8 事6 月f 彳日 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 研究目的及意义 第1 章绪论 车站办理的货车按技术作业性质的不同分为中转车和本站货物作业车。 货物作业车按其所进行的装卸作业次数不同又有一次和双重之分。无论是一 次作业车，还是双重作业车，它们的技术作业过程较之中转车都要复杂一些， 即增加了一些作业环节。其中，有两项重要的技术作业，就是送车和取车， 它们统称为取送车。由于铁路运输生产活动的特殊性，货车必须编入列车才 能输送，而装卸车作业一般在货场或专用线进行，与列车的到、发、解、编 作业不在同一地点，因而在解体与装卸车、装卸车与集结编组之间必须有取 送车作业。即使在较小的中间站，无所谓列车解体和编组，但到发线不能用 来装卸车，到站的货车要由本务机车从列车摘下送至货物线装卸，装卸完毕 后还要由本务机从货物线取出挂入列车，这一摘挂车辆作业究其实质就是取 送车作业，只不过走行距离较短而已。所以，取送车工作是铁路货物运输生 产过程中不可缺少的一个环节。缺少了这一环节，货物的位移将无法最终完 成。我国铁路编组站，尤其是大、中型路网性编组站，以办理中转车流为主， 极少办理货物作业。但对于地区性编组站、区段站、较大的中间站，以及专 门的货运站，货运业务却是相当繁忙甚至是主要的工作。 货车在货物装卸作业站的停留时间，约占货车周转时间的i 3 左右，压 缩货车在站停留时间对加速车辆周转有重要意义。货物作业车在站停留时间， 是由技术作业时间、取送作业时间、装卸作业时间和待取送时间组成。在技 术作业时间和取送、装卸等生产性时间一定的情况下，通过选择合理的取送 车顺序，改进调车作业方法，可以实现压缩作业车待取、待送等非生产性时 间，达到压缩货物作业车停时的目的。车站是联系路内外的纽带，车站工作 的优劣，不仅关系到铁路本身的利益和竞争力，而且影响到路外企业单位的 生产经营。取送车工作与装卸车作业紧密联系，从而间接地与生产单位有关 联。及时取送车为货物的及时装卸和车辆的及时挂运创造了条件，有利于加 速货物送达，节省流动资金，促进经济建设。相反，取送效率低下，延误装 卸，耽误列车，甚至发生事故，将会给经济建设造成不应有的损失。 缩短货物作业车在站的停留时间带来的经济效益可以具体到数字来显 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 示。首先可以节省运营支出，降低运输成本。以浦口站为例，若把入线签和 出线后时间压缩3 0 ，站线、专用线作业时间压缩1 0 ，则可节省5 9 0 5 2 7 车小时。若按照每个车小时6 3 1 元计算【2 6 1 ，可节省的运营支出约为3 7 3 万元。 其次，可以节省车辆多运货物，增加货运收入。每一个运用车的货运收入， 可以根据铁道部每年公布的全国铁路统计资料汇编中的数据计算。根据 计算公式可以计算得浦1 ：3 站一年可增加的货运收入约为4 4 4 万元。这些数字 只是针对一个车站而言的，若从全路来说，由于缩短货物作业车在站停留时 间而带来的经济效益将更加可观。 1 2 现阶段研究现状 国内外现阶段对取送车优化问题的研究许多学者已经作了大量的工作。 对确定合理取送车次数的问题已经分别对一个或多个作业地点进行了研究， 并给出了合理取送车次数的函数表达式，对于多个货物作业地点，可供车辆 取送使用的调车机小时数给定范围的问题也有了拉格朗日乘数法增加约束条 件的解法。 关于直达车流和非直达车流的多点装卸取送车顺序问题国内的一些学 者也给出了相应的求解方法。文献【7 】中通过对取送车作业过程的分析，将其 归纳为一个典型的旅行商问题并建立了相应的数学模型，提出了求解最优调 车作业过程的启发式节约算法，并结合实例进行了验算。文献 8 中介绍了 蚁群算法及其改进型的原理，模型和算法的实现过程。并采用改进型算法 对货物作业车取送数学模型进行了优化计算。优化的结果也表明了改进型 蚁群算法的优化计算切实可行，为类似其他的铁路运输优化问题提供了新 的思路和方法。 对放射性专用线和树枝型专用线的取送车问题相关学者也给出了相 应的算法和模型。在运输模型及优化一书中对树枝型专用线的优化问 题给出了详细介绍，对不同的优化目标给出了不同的优化方法。另外文献 9 1 中也给出了树枝型专用线取送车问题的哈密尔顿图解法。即运用图论 中的哈密尔顿图，可以将树枝型专用线取送车问题转化为求哈密尔顿图中 权值最小的密尔顿回路问题。对于有较多节点的树枝型专用线，运用计算 机进行计算，可以比较容易的得到全部最优解。最近，对放射形专用线非 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 直达车流取送车问题也进行了研究，通过分析对这类影响因素较多的组合 优化问题建立了目标函数，给出了送车需要时间和取车需要时间计算公 式，提出送车增量和取车增量概念，用以替代目标函数，简化了计算过程。 其核心问题就是在送车状态树上采用隐枚举法搜索优质可比送车方案，并 为此证明了一个定理，可借以提高收敛速度。下面分别对以上研究成果有 针对性的作简单概述。 1 2 1 树枝形专用线连送带取问题的算法 针对树枝形专用线连送带取的作业方式，在这里为了简化模型的计算， 不考虑作业时间。即调车机车送一批车往各专用线后，立刻将各专用线上车 辆取回站内。而优化目标也只考虑机车的取送走行总时间e 最短。这里对文 献1 5 里的方法做简单介绍。 设定条件如下； 一台调车机车作业。 ( 1 ) 每条专用线至少有两股道，以便于连送带取时的调车作业。 ( 2 ) 各专用线待送、待取的车数已定。 ( 3 ) 车站至最近的分歧道岔、各专用线至最近的分歧道岔及各道岔之间 的距离和走行时间已知。确定去专用线的走行时间以货位中心线为准， 且送车时包含对货位时间，取车时包含收集车辆时间在内。且为了简化 计算，假定往返走行时间相等。 ( 4 ) 按现场标准化作业要求，入线前各道岔处于定位状态，出线后道岔 必须恢复定位。 为了分析问题的方便起见，将树枝形专用线画成一棵树，称为专用线树， 如下图1 2 1 所示，对某车站六个作业地点的专用线布置分布图转化为专用 线树的形式。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 v 6 如图1 - 1 树枝形专用线树 图中，树根代表车站，树叶l ，。一l ，。代表专用线，分枝点( 树根、树叶 以外的顶点) ，一1 ，。代表道岔，专用线道岔一般采用一般普通代开道岔，故 每个分枝点的度数为3 ，而树根和树叶的度数均为1 。图中的边u y ，称为树枝， 连接两个分枝点的边称为共用枝。顶点的总数记为刀，树叶的总数记为厅卧， 树叶的下标由1 至起卧编号，分枝点的下标由起睁+ 1 至巧编号。各段距离及走 行时间均标于图上。这样，树枝形专用线取送车问题便可以利用图论的有关 术语来表达了。而优化目标机车从车站出发经由各专用线至返回车站的总时 间最短可以在图中这样描述： 在已知顶点1 ，o ，y l 一，v 叶间的路程的前提下，欲寻一条从，o 出发，遍历 ，。，：， ，各点一次，最后回到，。的回路，使得总的路程最短。 观察图1 - i 不难发现，从起经u ，吃，v 6 各点一次再返回，无论 屹各点按怎样的顺序排列，树枝b ，眺，h 以，h 鸬，心，屹如，屹y s 必须也只 需往返经历一次，而公用枝b ，y 7 v ，v 9 v x o ，h 呗0 随着h 点序的不同可能 往返经历一次，也可能几次。因此，使所有公用枝都只往返经历一次的回路 即为最优解，与最优解对应的取送顺序便是使互取最小值的最佳方案。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 为了叙述方便，规定几个名词： ( 1 ) 前进机车顶车( 或单机) 向远离车站的方向运行。 ( 2 ) 退行机车牵引车辆( 或单机) 从专用线退出，向车站方向运行。 ( 3 ) 访问树叶机车在某专用线送车，或取车，或连送带取的调车作 业。 ( 4 ) 孪生兄弟从同一分枝点分出去的两片树叶称为一对孪生兄弟。 由于道岔为普通单开道岔，孪生兄弟必然成对出现。 ( 5 ) 邻点谋分枝点的邻点就是与它相邻的分枝点。按照是前进还是 退行，邻点又分为前方邻点和后方邻点。 为了实现优化目标，提出下列三条原则： ( 1 ) 孪生兄弟优先原则机车在访问某片树叶之后，接着应访问它的 孪生兄弟，如果有的话。 ( 2 ) 前进方向优先原则当机车处于某一分枝点，该点前后均有未被 访问的树叶时，应先访问前进方向的树叶。 ( 3 ) 退行邻点优先原则机车在退行过程中，如果某分枝点的后方邻 点和后方非邻点均衔接有未被访问的树叶，那么应优先访问邻点衔接的树叶。 遵循上述三条原则，既可保证每条公用枝均只往返经历一次，使e 取最 小值。对于作业地点较少的问题，在图上用手动的方法按照上面的原则就会 很容易找出最短路径，但是作业地点增加，使得问题的难度增大时，这种方 法操作起来就会变得困难。而这种方法提供的解决思路也给了我们启发，既 然是可以转化为旅行商问题，就肯定可以找到新的方法来解决，这就是下一 小节里介绍的哈密尔顿图解法。 1 2 2 树枝形专用线取送优化问题方法的改进 通过前面的介绍了解了树枝形专用线连取带送作业方式的一般解法，由 于这类问题的特殊性，没有考虑货物作业车的作业时间，完全可以转换为求 解最短路径的问题，即旅行商问题。所以考虑把树枝形专用线进一步转化， 构造成哈密尔顿图。优化目标也就变成求最小权值的哈密尔顿回路问题。 文献f 3 1 中介绍了哈密尔顿图的构造方法。哈密尔顿图是包含哈密尔顿回 路的图，哈密尔顿回路是从图的某一顶点出发，经过每个顶点恰好一次并返 回初始顶点的回路。树枝形专用线的取送车问题即求调车机车走行总时间或 总路程最小化的问题，为了和上面的e 统一，我们只讨论调车机车总的走行 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 时间，这里同样不考虑作业时间。将其转化为哈密尔顿图，利用近似算法求 权值最小的哈密尔顿回路。 2 t “ 。 戈 。| |。c v i 图1 2 树枝形专用线布置示意图 图1 2 为6 个节点的树枝形专用线布置示意图。k 为调车机车的出发点， 即车站。k 一圪为专用线的叶结点，即货场。各树枝上的权值为表示调车机 车在专用线个路段的走行时间。将车站视作哈密尔顿图的出发顶点，每一专 用线的叶结点( 顶点) ，看作一个需要经过一次的哈密尔顿图定点，如果找到 恰好经过各个节点并回到车站顶点的一条回路，就得到一条哈密尔顿回路。 哈密尔顿图中各边权值的确定：将机车走行路线上的时间权值加总即 得。边( k ，n ) 的权值等于5 + 3 + 4 = 1 2 ，边( 匕，k ) 的权值等于2 + 3 + 3 + 2 = 1 1 ， 其他边类似计算，由此可以得到转化的哈密尔顿图。 如图1 2 3 所示，k k k 以一圪一k 是一个哈密尔顿回路，根据 近似计算法寻找更短的哈密尔顿回路，若可以找到更短的回路，则得到一个 更优的解。然后在新得到的图中继续寻找更短的哈密尔顿回路，如此重复寻 找，直到找不到更短的哈密尔顿回路为止。最后得到的哈密尔顿回路即为最 短哈密尔顿回路，就是所求最短走行时间。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 v 1一沁 卅 图1 - 3 哈密尔顿回路 具体搜索步骤为：设k ，k ，k ，k n ，巧，+ 。k 是哈密尔顿回路上的各 点。如果有1 对顶点k 和相对应的边的权值有如下关系： ( k ，k + 。) + ( 巧，+ 。) ( k ，巧) + 甜( k n ，巧+ 。) ( 1 ) 则可以将边彤，) 和边形越，q ) 分别替换边彤，k n ) 和边( 哆，以) ，这样 就得到一个新的总权值更小的哈密尔顿回路。如此反复寻找，并替换权值更 大的边，可以最终找到最小权值的哈密尔顿回路。 具体到上图1 2 3 的寻找最短的哈密尔顿图求解过程就不详细介绍了， 最终结果是找到图中最小的哈密尔顿回路共有8 个，每一个回路对应两个机 车走行方案。 1 2 3 放射形专用线非直达车流的最佳取送车顺序 这是一类非常复杂的组合优化问题，不仅与时间有关，而且与作业车数 有关，解决起来有相当的难度。下面我将介绍一下文献【1 0 】中，对这类问题 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 的最新研究，因为有相当难度，故我在此只做简单介绍。 首先在本问题的解决上，我们考虑的是以加速车辆周转为目的，以整体优 化为原则，所以得出问题的优化目标是各专用线车辆在站停留的车小时之和 瓦最小。设某j 号专用线车辆在站的停留时间为t ；，则会产生这样的目标函 数： 三 m i l l 毛- f ，朋，阵血) 7 = i 取送车问题实质上是排序问题，即寻求最佳的取送顺序。一个取送顺序 就是一个取送方案，包括送车方案和取车方案。在众多方案中寻求最优的方 案最重要的是缩小搜寻范围。研究表明，即使送车方案是最佳的，在其基础 上产生的取车方案也是最佳的，二者结合起来却不一定是最佳的。但是送车 方案的质量提高，产生最佳取送方案的概率就越高。因此，为了降低问题的 复杂程度，选优的过程可以分成两部进行：第一步，考虑送车顺序优化，确 定若干个优质的“可比送车方案”：第二步，对应可比送车方案，找出最佳取 车方案，算出方案值，用来筛选方案。经过筛选，便可找出最佳取送方案。 这样，这个问题的关键点就转化为寻找优质的“可比送车方案 ，在这里 文献 1 0 1 中首先假想了一个理想状态的取送方案即：每条专用线都是第一批 送车，货车作业完毕后都能立刻取出。这样就既无待送时间，也无待取时间， 实际上是不存在的，但是可以作为比较的基础。这时，专用线车辆从开始 送车起至取出止所需要的时间假需j 为： 慑需，一m a x z + 走，j ，货。+ f 走， 其中，礓善哇，j 。k 需，即为一个可比参照送车方案。不难看出，这时一 个确定值。那么，怎样才能由这个参照方案，尽快找出另一个优质的可比送 车方案呢? 文献【1 0 】中提出了送车增量的概念，实际上就是送车时间增量。 给定一个送车方案，各专用线的送车序号确定。设_ f 专用线的送车序号为f ( 即 第i 批送车) ，把第一批送车开始至专用线的车辆作业完毕立即取出为止的 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 时间称为j 专用线的送车时间，记作进需j 。从定义可以看出，送需。j 考虑了j 专用线的待送时间，但未考虑待取时间，可以用它来衡量送车方案的优劣。 k 需，j 用下式计算： 需，。m 强 廷+ 名，+ 荟哇t 当ft 1 时，选需，j k 需，当b 1 时，送需j k 需，。这样就可以确定出送车 的时间增量： 厶毛嘻番，一k 需。， 同样的方法，文献【1 0 1 也可以找出了取车时间增量。 由分析可知，取车时间是把待取和待送时间都考虑在内的，所以由取车 时间计算出的方案值就是取送方案值。而取车时间增量越小，就代表取送方 案的车小时消耗增量越小，从而可以用取车时间增量小的方案取代原方案进 行方案比选。这就是问题解决的核心所在。具体到具体的计算步骤，文献 1 0 1 中还定义了同元定理来加速收敛。 1 3 本文研究内容 本文将在探讨目前国内外关于取送车优化问题的基础上，运用系统工程 的思想对合理取送车次序和合理的取送车问题作进一步的深入研究，将取送 车的过程看作一个系统来研究，以达到更加符合实际情况。具体创新点如下： ( 1 ) 取送车次数的改进。对于一昼夜某货物作业地点的货物作业车数固 定的情况下，装卸作业时间通常作为一个定值来处理，这是不够合理的，因 为这个作业时间与取送车数有关，而取送车数又与取送次数有关。鉴于此， 本文将把装卸作业时间作为取送车次数的函数对已有的计算方法作进一步的 改进。 ( 2 ) 将蚁群算法应用于放射形专用线取送车问题。鉴于蚁群算法可以解 决经典的t s p 问题的想法，联系到放射形专用线直达车流的作业方式。将放 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 射形专用线直达车流取送车问题看作特殊的t s p 问题来解决，并给出算法。 ( 3 ) 取送车作业的不确定性问题探讨。传统的方法是把取送作业时间和 货物装卸作业时间作为确定的值来看待，这与实际情况不太符合，因为取送 作业时间中包括在调车场挑选应送车组，送车走行，在货物作业地点对货位 或调移车辆，收集车辆，回程走行，以及在调车场分解取回的车组等时间， 而这些作业时间的影响因素很多，因而是不确定的。本文将从这些不确定因 素出发，用模糊数表示装卸作业时闯，并通过蚁群算法加以应用。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 第2 章货物作业车取送问题概述 2 1 取送车问题的概念 货物作业车的取送作业包括送车、取车两大部分，它们都是在车站的货 场、专用线上完成的。车站是指设有一定的配线并将铁路划分成区间的地点。 为了完成客货运输的任务，组织列车安全运行和保证必要的通过能力，铁路 网上设有大量的车站。车站的生产活动包括客运作业、货运作业和行车技术 作业。本文研究的取送车作业的一系列问题是针对车站的货运作业研究的。 货运作业的范围包括办理货物的承运、装车、卸车、保管与交付，零担货物 中转，货运票据的编制与处理等等。而装车、卸车是本文研究的重点内容。 货物作业车又叫本站作业车，指在该站货物作业( 装车或卸车) 的车辆，根 据进行的货物作业次数，又可以分为一次货物作业车( 只装或只卸) 和双重 货物作业车( 卸后又装) 两种。货物作业车随到达解体列车或部分改编中转 列车到达车站后，除要办理与有调中转车相同的技术作业外，还要完成待送 及送车、装卸、取车等作业。 取送车工作是较大的货运站和货物作业较多的技术站的一项重要工作， 它的效率高低直接关系到车辆周转和货物送达的快慢及运输生产指标的完 成。那么，取送车作业就是要求货物列车到达车站完成到达解体作业以后， 根据货物作业地点的分布和装卸作业量大小等情况，可以配备专用的调车机 车，或由解编调车机车兼任，及时地将货物作业车通过车站专用线送到货物 作业地点，完成装卸作业，等待作业完成以后，再由调车机车将货物作业车 完成取车作业。当有两台以上调车机车担任取送作业时，应划分每台机车的 服务区域。相应的在调车场内应为到达每一作业区的车辆划出专门的作业线 路。为减少重复分解作业，应在解体的同时尽可能的为送车挑选好车组；在 取车和收集车组的同时尽可能的使车列中车组的连挂顺序符合列车编组的要 求。同样，装卸车货位的安排也要为方便取送和简化编组作业创造条件。 与取送车问题密切相关的两个概念是专用线和车流性质。专用线按照其 分布形式的不同通常分为放射型即扇形和树枝型两大类。在一条放射性专用 线上送( 取) 完一批车组后必须返回车站才能再去另一线送( 取) 车，而树枝 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 型的专用线上一批作业中间不必返回车站。对放射型专用线来说，各线车辆 入线时刻不同，取回站内的时刻也不同，而树枝型专用线虽然各线车辆的入 线时刻不同，但是取回站内的时刻是相同的。按车流的性质不同，取送车问 题有直达车流和非直达车流之分。直达车流在组织装车地直达和空直达列车 时经常遇到，非直达车流则是技术站和枢纽内货运站的常见类型。针对不同 类型的专用线和车流，取送车作业问题的主要内容包括寻求最佳的取送顺序、 确定最佳的取送次数以及确定最佳的取送时机问题，最终使得本站货物作业 车在站的停留时间最短，同时提高装卸作业的效率，以取得最好的经济效益 和社会效益。 2 2 货物作业车在站停时的优化 2 2 1 压缩货车在站的作业时间 提高铁路运输效率，可从压缩货车周转时间入手。货车周转时间主要由 货车途中走行总时间、在装卸站的货物作业停留总时间及在沿途技术站的中 转总时间组成。货车途中走行总时间，可以由货车的提速得以缩短。而要缩 短货车在站的停留时间，则有很多途径，下面就分别介绍。 一次货物作业停留时间是反映货车使用效率，衡量车站运输组织工作质 量的一项综合性指标，车站要结合实际，正确安排取送车的次数和时机。货 物作业车在站的停留时间是由技术作业时间、取送作业时间、装卸作业时间 和待取送时间组成。在技术作业时间和取送、装卸等生产性时间一定的情况 下通过改进调车作业方法，压缩作业车待取、待送等非生产作业时间，达到 压缩货物作业车停时的目的，不失为一种投资少、风险小、见效快的有效途 径。 一次货物作业时间一般占货车周转时间的三分之一左右【l7 1 。压缩一次 货物作业时间对于加速车辆周转，节省运营支出，推迟对新造车辆的投资具 有重要的意义。一次货物作业停留时间一方面取决于客观因素，如货流、车 流、调车设备、装卸工具及接续列车等因素；另一方面也决定于主观因素， 如参加作业人员的素质、调车作业计划的编制质量、装卸作业组织及方法、 联劳协作等。在现有条件下，努力消除和减少各种客观因素的不利影响，在 保证安全的前提下，压缩车辆在站的停留时间，是车站工作的一项重要内容。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 首先，应该合理安排取送车次数和时机。在一次货物作业停留时间中，待送、 待装、待卸、待取、待解、待编、待发等非生产性时间约占百分之三十。为 了缩短这些非生产性时间，必须加强铁路与厂矿、企业及其他交通部门的协 作，改进货物作业车的作业组织，使各环节紧密配合。正确安排车站向各货 物作业地点取送车次数和时机，使车站的车辆装卸、取送计划紧密衔接，可 以有效缩短非生产停留时间。取送车次数和时机应结合车站具体情况，综合 考虑各方面的要求，根据轻重缓急分别安排处理。其次，要加大双重货物作 业车的比重。我们知道货物作业车分为一次货物作业车和双重货物作业车。 双重货物作业车是指在车站卸车后又装车进行两次作业的货车。计算双重货 物作业车的停时除包括一次货物作业车的停留时间外，还包括待调移、调移、 待装、装车等四项作业时间。增加双重货物作业车的比重是压缩一次货物作 业时间的有效方法之一。双重货物作业车进行装、卸两次作业，增加的四项 作业时间总和与一次货物作业停留时间相比要小得多，同时车辆只在场间进 行移动，从而减少了排空和空车走行。因此，双重作业车可以使一次货物作 业停留时间大大缩短。另外，卸车是影响一次货物作业停留时间的关键因素。 卸车不及时会造成双重作业车无法进行、空车不能及时排走、车流积压、货 车使用效率下降等被动局面，从而使一次货物作业停留时间大大延长。因此， 组织好卸车工作对压缩一次货物作业停留时间、加速车辆周转有重要的作用。 然后，提高调车计划质量。调车作业质量和效率不但对完成装卸车任务有直 接关系，而且对压缩一次货物作业停留时间也有很大影响，如能在保证安全 的前提下，提高调车效率，就能加速车辆周转，压缩货车停站时间。最后， 可以通过压缩货车集结时间，来减少一次货物作业的停留时间。货车集结是 技术站货车作业过程中一项不可缺少，但又属于停留等待的特殊部分，一般 占改编作业总时间的4 0 一5 0 。通过采取有效措施，如组织货车按去向按 阶段配合到达；组织本站自装重车或自卸空车并及时取回，扩大最后编组， 提前结束列车集结过程；组织超重列车，将同去向的货车挂完，造成集结中 断等方法压缩货车集结时间，可有效减少一次货物作业停留时间。组织装车 时要充分了解货源情况，在予以请车和配车，防止有车无货和有货等车等现 象的发生，以减少一次货物作业停留时间。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 2 2 2 提高技术站的作业效率 在技术站的中转时间也占整个货车周转时间的三分之一左右。要缩短技 术站的中转时间，则需要提高编组站的作业效率。目前。，货车在编组站的中 转时间尚未得到有效压缩，对货车周转时间的影响较大。 1 提高技术站作业效率的制约因素 影响编组站作业效率提高的制约因素有文献【2 6 】中提到的以下几方面。 ( 1 ) 机、列衔接不好。对于编组站保证始发列车机车的及时供应是降低中转 时间，特别是有调中转时间的重要保障。以中丰台西站为例。丰台西站连接 丰沙、京广、京山、京九、京秦等几大干线，其中京九、丰沙、京秦线的机、 列衔接不好，尤其是在铁路第五次提速调图后。虽然机、列衔接不好的主要 原因是部分货流调查结果与实际货流有出入，造成运行图铺画后流线不匹配， 导致机、列衔接不好，但一些调度部门对于列车运行的掌握不太准确也是一 个原因，这会导致列车按计划集结完毕后，没有始发机车的现象，使车辆中 转时间增加。 ( 2 ) 相邻站违反编组计划。有些车站不能严格按照编组计划编组列车，使到 达丰台西站的列车违反编组计划的车辆较多，使车站作业量增加，尤其是未 按编组计划要求执行上下行分编的列车，更增加了编组站解体和编组的压力。 ( 3 ) 技术站设备维护与更新度迟缓。设备问题一直是困扰编组站的一个重要 问题，特别是驼峰调速设备的磨损及老化情况比较严重，同时设备养护与设 备实际使用频率不相匹配的问题也有所存在。丰台西站从1 9 9 9 年以来，出入 车、解体和编组列数每年增长幅度均较大。2 0 0 3 年日均办理出入车达到 2 4 1 3 7 8 辆，上、下行解体合计1 5 2 8 列、编组1 4 6 列，增加的作业量对设备 的磨损，加快了设备老化程度，但是设备维护及更新速度未能与实际情况同 步，造成设备故障，影响编组站的作业效率。 ( 4 ) 计算机信息系统未能充分利用。铁路近2 0 年来大力推广计算机应用， 不断推出各种信息管理系统，如t m i s ( 铁路运输管理信息系统) 、d m i s ( 铁 路调度管理信息系统) 、a t i s ( 车号自动识别系统) 等，但由于不同部门负 责不同的信息管理系统，且在系统开发中沟通不够，造成使用中变化较多， 而目前一般的铁路职工操作这些信息系统的能力较差，导致部分计算机信息 系统未能发挥应有的作用。 2 提高技术站作业效率的措施 针对现阶段技术站作业效率不高，铁道部提出“发展长交路、编组远程 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 直达列车 的措施，这一措施能够减少货物列车在编组站的解编次数，有效 压缩货物运输时间。但目前远程直达列车在全部货物列车中的比例还不高， 大部分货物列车还必须经过编组站进行改编。因此，提高编组站作业效率对 于缩短货物在途时间仍具有重要意义。根据编组站作业情况，可以采取以下 措施提高编组站的作业效率【矧。 1 提高机车运用效率 根据目前铁路机车运用台数不能快速增加的实际情况，只能从提高机车的 运用效率入手，特别是对于编组站。提高本务机车的运用效率，可以保证编 组站的集结车辆迅速上线，并由此提高调机的运用效率，以及解体和编组作 业效率，最终可以有效压缩有调车流在编组站的中转时间。 ( 1 ) 压缩本务机车，特别是立即折返机车在站走行时间。这要求编组站 中的各车场行车值班员、助理值班员和车站助理调度员相互配合，优先放行 机车，保证机、列衔接，这样也可以有效地减少机车乘务员超劳现象的发生。 ( 2 ) 对于需要入段整备的机车，车站助理调度员要与折返段、电力机务 段等部门保持联系，了解段内机车情况、乘务员叫班情况，及时向车站调度 员、出发场行车值班员反馈，减少本务机车在出发场等列车的现象。 ( 3 ) 根据实际情况，对于机车交路进行调整，丰台西站的京九线机车， 按机车交路必须回丰台机务段入段整备，如果改入丰台西折返段，则可减少 往返丰台的时间，提高机车使用效率。 “工夫力发展皂乘制实施单司期箍乘0 獒展包乘铕卜宴巍蝉崤埔瑚9 艮一 可以有效提高机车的利用效率，也可避免乘务员超劳。 2 严格执行编组计划 严格执行编组计划可以减轻相邻编组站的作业压力，提高整个铁路运输 效率。 ( 1 ) 各编组站应从自身做起，严格执行编组计划，保证本站发出的列车 不出现违编现象。 ( 2 ) 上级部门应加大对于编组计划执行情况的检查和处罚力度。 ( 3 ) 根据编组站车流变化情况，及时修订编组计划，减少不合理车流对 编组站作业的影响。 3 加强设备养护，加快设备更新 ( 1 ) 加强设备日常养护。特别是驼峰设备的养护，对于提高作业的安全 和效率，压缩有调车流的待解与待编时间，缩短有调中转时间非常重要。丰 台西站每次由于调速设备问题，造成车辆溜放不到位时，调车机下峰整理编 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 组场所需时间相当于解体3 个列车。 ( 2 ) 加强各部门的协调。编组站同设备管理部门要加强协调，共同制定 设备养护计划，减少设备磨损与设备维护不相协调的问题。 ( 3 ) 加快设备更新速度。先进设备的应用对提高生产效率起着至关重要 的作用。在一定程度上铁路运能紧张是由于编组站作业效率不高，所以铁路 设备改造的投资应向编组站倾斜。 4 对铁路站场逐步进行改造 编组站的设计与建设是与当时的铁路运输状况相适应的，随着社会需求 和铁路运输的发展，编组站的设计能力逐渐难以满足实际运输的需要，若对 编组站进行整体改造，则投资大，见效慢，而且会给运输生产带来很大影响。 而对既有站场设备逐步进行改造，则可以达到既减少对运输生产的影响，又 实现麓力扩充和提高效率的目的。丰台西站在铁路第五次提速调图后，下行 系统车流量大幅度增长，同时在原有基础上又增加2 个组号，下行系统解体 和编组作业量增大，造成下行调车场的调车线使用更加紧张。下行调车场有 3 l 条调车线，其中2 、3 道未与峰顶贯通；4 - 7 道由于原来修建简易驼峰而 变为短线，容车数仅有4 5 辆：2 7 3 0 道本身就是短线，容车数仅为3 5 辆， 这样对于编组牵引定数5 0 0 0 t 和计长8 3 点以上的列车，带来了一定困难( 除 非使用两线挂车) 。在这种情况下，只要进行小规模的线路改造，将2 、3 道 与峰顶贯通，同时将简易驼峰拆除以延长4 7 道，即可缓解丰台西站下行系 统的调车线使用的紧张程度，迅速提高丰台西站的整体作业能力。 5 统一信息系统，加大职工培训力度 对于现有铁路信息管理系统，应尽可能无缝移植到同一平台与界面下， 而且日后开发系统也应在这一平台与界面下进行，这样有利于职工掌握了一 个信息系统的操作后，能由此及彼地掌握其他信息系统，缩短培训时间及适 应期，有利于系统的推广。同时加大职工计算机基础知识的培训力度，从根 本上提高编组站的自动化水平，提高日常作业效率。 现场工作中压缩一次货物作业停留时间所涉及的内容很多、范围很广。 组织好取送车工作，合理安排取送车次数和取送作业顺序是技术层面的内容， 是在现有的客观条件下，充分发挥人的主观能动性和聪明才智的有效方法， 因此是比较提倡的。另外，要想把一次货物作业停留时间降到最低，还必须 要深入了解各个技术环节，才能不断发现新的途径，探索新的方法。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 第3 章最佳取送次数问题的研究 3 1 问题的简单描述 在货物作业车的技术作业过程中