（系统工程专业论文）中铁快运行邮专列和行包专列开行方案的研究.pdf

中文摘要 摘要：随着我国经济和社会的发展，快捷货物运输需求同益增长，行邮专列和行 包专列作为中铁快运主要的快捷货物运输方式，在充分发挥铁路运量大优势的基 础上，通过组织快速、便捷的小件货物运输，获得了良好的经济和社会效益。 然而，铁路运输生产力布局的调整、客运的全面提速和新型高速动车组的应 用以及未来五年内行包运输需求的持续增长，都对行包运力配置结构提出了新的 要求，需要在未来的行包运输中加大专列运输的比重。专列运输具有长距离、高 速度、大运量、利润率高、组织形式简单等特点，这使得专列运输将成为中铁快 运行包运输的主要形式。为了迸一步提高中铁快运在快捷货运市场的竞争力、扩 大行包运输市场份额，有必要对行邮专列和行包专列的开行方案进行系统的研究。 本文立足于中铁快运行邮专列和行包专列发展现状，对行邮专列和行包专列 的发展历程、主要特点、开行条件、开行方案、运输组织等问题进行了总结分析， 在综合考虑主要行包办理城市的专列开行情况、经济发展水平、快捷货物运输需 求等因素的基础上，确定了3 2 个专列办理站城市，并用聚类分析法对专列办理站 城市的类型进行了划分，然后用灰色马尔可夫预测法、重力模型法对3 2 个专列办 理站城市的行包发送量和o d 流量进行了预测。最后，在运量的预测基础上，对 行邮、行包专列的开行方案进行了详细研究，并以京广通道为例，制定了该通道 2 0 1 0 年、2 0 1 2 年和2 0 1 5 年的行邮、行包专列开行方案。 关键词：行邮专列；行包专列；运量预测；列车开行方案 分类号：u 2 9 2 9 2 a b s t r a c t a b s t r a c t ：w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc h i n a ss o c i a le c o n o m i c s ，t h ed e m a n df o r f a s tg o o d si si n c r e a s i n gr a p i d l y a st h em a i nm o d eo ft r a n s p o r t a t i o n ，p a r c e la n dp o s t e x p r e s st r a i n sa n dp a r c e le x p r e s st r a i n sm a d eg o o de c o n o m i c a la n ds o c i a lb e n e f i t s t h r o u g ho r g a n i z i n gf a s ta n dc o n v e n i e n ts m a l lp i e c e so fg o o d s h o w e v e r , t h ea d j u s t m e n to ft h er a i l w a yt r a n s p o r t a t i o nc a p a c i t ys t r u c t u r e ，s p e e do f t h ep a s s e n g e rt r a i n ，t l l ea p p l i c a t i o no ft h en e wm u l t i p l eu n i t t r a i na n dt h ei n c r e a s i n g t r a n s p o r td e m a n dm a k ei tan e wr e q u i r e m e n to nt h et r a n s p o r tr e s o u r c es 仃u c l l l r e s ot h e p r o p o r t i o no fe x p r e s st r a n s p o r ts h o u l db ei n c r e a s e d w i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c so f l o n g - d i s t a n c e ，h i g hs p e e d ，l a r g ec a p a c i t y , h i g hp r o f i t , s i m p l eo r g a n i z a t i o n a lf o r m ， e x p r e s st r a i n sw i l lb e c o m et h em a i nw a yf o rt h ep a c k a g et r a n s p o r t a t i o n 。t of u r t h e r i m p r o v et h ec r ec o m p e t i t i v e n e s sa n de x p a n dm a r k e ts h a r ei nt h ef a s tf r e i g h tm a r k e t i t i s n e c e s s a r yt oc a r r yo u ts y s t e m a t i cr e s e a r c ho nt h ep o s te x p r e s st r a i n sa n dp a r c e l e x p r e s st r a i n s i nt h i sp a p e r , b a s e do nt h ep r e s e n ts i t u a t i o no fp o s t e x p r e s st r a i n sa n dp a r c e l e x p r e s st r a i n s ，c o n s i d e r i n gt h ef a c t o r so fp a c k a g ev o l u m e ，e c o n o m i c a ll e v e la n dt h e r e q u i r e m e n tf o rf a s tt r a n s p o r t a t i o n , 3 2c i t i e sw e r el i s t e da n dd i v i d e du s i n gt h ec l u s t e r i n g m e t h o d ，t h e ng r a y - m a r k o vm o d e la n dg r a v i t ym o d e lw e r eu s e dt of o r e c a s tt h eo d v o l u m e f i n a l l y , o nt h eb a s i so ff o r e c a s t i n g ，t h ed e t a i l e do p e r a t i o n a ls c h e m ef o rt h ep o s t e x p r e s st r a i n sa n dp a r c e le x p r e s st r a i n sw a ss t u d i e d ，t a k i n gb e i j i n g - g u a n g z h o u c o r r i d o ra sa ne x a m p l e ，t h es c h e m eo f2 010 ，2 012 ，2 015 k e y w o r d s ：e x p r e s sa n dp o s te x p r e s st r a i n s ；p a r c e le x p r e s st r a i n s ；t r a n s p o r t v o l u m ef o r e c a s t ；o p e r a t i n gs c h e m eo f e x p r e s st r a i n c l a s s n o ：i1 2 9 2 9 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：l 净哟 签字同期：d 彦年汐妇眵卵 裾知 取 溯k 厶矿 名 ： 签 期 师 同 导 字 签 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。 学位论文作者签名： 三身哆签字同期：c 扩 年0 6n 口弘日 致谢 在本论文完成之际，我由衷地感谢给我关怀、教诲、帮助、支持和鼓励的老 师、同学、同事和亲人。 首先，我将最诚挚的敬意献给我的导师郎茂祥教授，感谢他在我的研究生学 习期日j 给予我的谆谆教诲和生活上无微不至的关怀。郎茂祥教授是一位宽厚睿智、 平易近人，有着严谨治学态度的老师，导师的言传身教不仅在学习上给了我莫大 的帮助，而且还使我学到了许多为人处世的道理。在毕业论文期间，给予我的悉 心指导使我无论在理论学习还是实践中都有很大的提高，本文的顺利完成与郎教 授的耐心指导和帮助是分不开的。 其次，我要感谢岳英焕、王艳玲同学。当我对研究方向感到迷茫、对具体问 题感到棘手的时候，她们全力帮我分析、解决问题，给我了莫大的鼓励和帮助。 再次，衷心地感谢中铁快运同事们的支持和帮助，使我能够获得丰富的素材 和数据。 在整个研究生的学习阶段中，我的父母及家人一直给予我默默的支持和无私 的关怀，他们对我的爱是我人生不断向前的动力。“谁言寸草心，报得三春晖 ， 我深深的感谢我的父母及家人。 1 绪论 1 1 研究背景和意义 中铁快运股份有限公司( c h i n ar a i l w a ye x p r e s sc o ，l t d ) ，简称中铁快运 ( c r e ) ，是中铁行包快递有限责任公司与原中铁快运股份有限公司合并重组后的 铁道部直属专业运输企业，新公司于2 0 0 6 年1 月1 同，在国家工商行政管理总局 办理变更注册手续，注册资本1 9 4 6 亿元。公司在全国1 8 个铁路局( 公司) 所在 地设立1 8 个分公司，拥有9 个控股子公司和1 个参股子公司。 中铁快运经营网络遍及全国3 2 个省、自治区和直辖市，在国内4 0 5 个城市设 立1 8 0 0 多个经营网点，门到f - j 1 艮务网络覆盖国内9 0 0 多个大中城市。 中铁快运在全国每日开行的7 0 0 余对直达特快、特快、快速及普通旅客列车 上编挂行李车，在主要城市间每同开行定点、定时、定线、定编组的4 对特快行 邮专列、l 对快速行邮专列和1 4 对行包快运专列；公司在北京、哈尔滨、上海、 广州和乌鲁木齐设有行包基地，在全国主要行包集散地城市设立2 3 个分拨中心。 中铁快运以铁路运输网络为依托，以铁路客车行李车、行邮专列和行包专列 为载体，提供包裹快递、快递货运、合约物流等多种快捷运输产品，经过历年的 整合与发展，逐渐成为全国快捷货物运输的龙头企业。随着我国社会经济的发展， 中铁快运以行包运输为特色，服务网络不断完善，运输能力不断提高，服务质量 不断提升。2 0 0 6 年，中铁快运荣获中国物流百强企业第二名；2 0 0 8 年，被指定为 中国交通运输协会快件运输分会会长单位。 目前中铁快运行包运输按运输载体划分，主要有两种方式：一是编挂在旅客 列车上的行李车运输；二是整列装载行李、包裹或邮件的行邮专列和行包专列运 输。其中，行邮专列又分为特快行邮专列和快速行邮专列两种方式，特快行邮专 列是在基地站间每同固定时刻开行的时速为1 6 0 k m h 的直达特快列车。行包专列 是在主要行包办理站间每同固定时刻开行的时速为1 2 0 k m h 的快速列车，在中途2 3 个作业站进行车辆的摘挂作业，或者车辆的成组换挂，无解体和编组作业。 随着我国社会经济的发展，快捷货物运输需求r 益增长，行邮专列和行包专 列运输作为中铁快运的一种主要的快捷货物运输方式，在充分发挥铁路运量大的 优势的基础上，通过组织快速、便捷的小件货物运输，获得了良好的经济和社会 效益。 然而，铁路运输生产力布局的调整、客运的全面提速、新型高速动车组的开 行以及未来五年内行包运输需求的增长，都对行包运力配置的结构提出了新要求， 需要在未来的行包运输中加大专列运输比重，逐渐减少客车行李车运输承担的份 额。专列运输具有长距离、高速度、大运量、组织形式简单、利润率较客车行李 车高等特点，这使得专列运输将成为行包运输的主要运输形式。从中铁快运2 0 0 3 - - 2 0 0 7 年行包发送量统计数据中可以看出，客车行李车、行邮专列和行包专列发 送量逐年增长的同时，客车行李车发送量占行包发送总量的比重逐年减少，而行 包专列所占比重逐年上升，2 0 0 7 年，行邮专列和行包专列发送量已占行包发送总 量的近8 0 。 表1 1 中铁快运2 0 0 3 年- 2 0 0 7 年行包发送量 t a b l e1 - it h ep a r c e lv o l u m eo fc r ei i l2 0 0 3 2 0 0 7 年份2 0 0 3 年2 0 0 4 年2 0 0 5 年2 0 0 6 年2 0 0 7 年 铁路行包发送总量( 万t ) 7 3 8 38 5 5 09 1 9 61 0 8 2 41 1 7 3 3 客车行李乍发送量合计( 万t ) 2 2 7 22 3 8 52 5 8 92 5 6 82 5 1 6 客车行李车i i 行包发送总量比例( )3 0 82 7 92 8 22 3 72 1 4 行邮专列发送量( 万t ) 0 5 7 58 9 41 1 0 o1 2 5 1 行包专列发送晕( 万t ) 5 1 1 15 5 9 05 7 1 37 1 5 67 9 6 6 行包、行邮专列发送鼍合计( 万t ) 5 1 1 16 1 6 56 6 0 78 2 5 69 2 1 7 占行包发送总昔比例( )6 9 27 2 17 1 87 6 37 8 6 因此，在同趋激烈的市场竞争环境下，为了进一步提高中铁快运在快捷货运 市场的竞争力、扩大行包运输市场份额，对行邮专列和行包专列的开行方案进行 系统的研究具有重要意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 运量预测的研究现状 运量预测作为制定运输计划、组织生产的基本依据，受到了广大学者的广泛 关注，对于运量预测的研究从未停止过。进入2 0 世纪7 0 年代以后，随着计算技 术、数学模型的f 1 益成熟，计算机的广泛使用，预测技术也趋于成熟，各种预测 方法，如【l j i 归分析法、时f h j 序列法、灰色预测法、四阶段法、系统动力学法、投 入产出法、神经网络法等，已广泛用于运量预测。然而，由于运量预测问题本身 2 具有多样性，不同的运量预测实例有不同的特点，如预测时l 日j 长度的不同、影响 需求变化的因素的多样性和复杂性、历史数据的完备性、问题的规律性等，难以 用统一的方法对运输需求进行预测。按照预测粒度的不同，可将运量预测分为总 量预测和运量分布预测两类。 ( 1 ) 总量预测 对于需求总量的预测，应用广泛、比较成熟的几类预测方法为： 时问序列预测方法 时间序列预测方法的思想是：通过时间序列的历史数据揭示现象随时间变化 的规律，将这种规律延伸到未来，从而对该现象的未来做出预测。时间序列趋势 外推的方法很多，其关键是趋势的识别与拟合是否准确。被广泛用于运量预测的 时间序列预测方法有统计学方法、b p 神经网络法和灰色预测法三大类。 a 统计学方法 常用的统计学方法有移动平均法、指数平滑法、月度比例系数法、鲍克斯一 詹金斯法、普查法、随机时间序列预测模型。 文献【1 9 】应用三次指数平滑法，以大秦铁路1 9 8 9 年至2 0 0 3 年的运量数据为基 础，对大秦铁路未来的发展前景、规模和水平进行了定量的估计和推测。 文献【2 0 】计算出铁路货运量时间序列集的分维，用定性分析与基于分形理论的 定量计算预测了2 0 0 1 - - 2 0 1 0 年中国铁路货运量的发展水平。 b b p 神经网络法 b p ( b a c kp r o p a g a t i o n ) 神经网络是指基于误差反向传播算法的多层前向神 经网络，即若输出层未能得到期望的输出，刚转入误差的反向传播阶段，将输出 误差按某种形式通过隐层向输入层返回，并“分摊”给各层的所有单元，从而获 得各层单元的参考误差或称误差信号，以作为修改各层单元权值的依据。对于b p 算法而言确定合适的网络规模( 通常指隐层神经元数目) 往往十分困难，导致训 练结果的不确定性增加，从而影响其推广能力。 文献【2 l 】和【2 2 】分别利用反向传播算法和模拟退火算法结合的方法及改进的 b p 神经网络，实现了铁路货、客运量的时问序列预测。 文献 2 3 】采用分段模糊b p 神经网络对铁路客运量进行数据挖掘预测，并在 m a t l a b 环境下建立了分段模糊b p 神经网络模型，仿真试验说明该模型对铁路 客运量有很好的预测效果。 c 灰色预测法 灰色预测法的基本思路是：将已知的数据序列按某种规则构成动态的或非动 态的白色模块，再按某种规则、解法来求解未来扶色模块。在灰色模块中，通过 某种准则，逐步提高白度，直到未来发展变化的规律基本明确为止。它对于数据 序列较短( 历史数据较少) 且具有明确上升趋势的数据预测精度较高。文献 2 4 】 基于灰色预测理论，建立了铁路客货运量预测的随机灰色系统模型。 文献 2 5 1 采用灰色系统g m ( 1 ，1 ) 模型和残差修正g m ( 1 ，1 ) 模型，以山 东省道路货运量及货运周转量为例进行了中短期预测，并用验差方法对预测结果 进行了检验。总的来说，时间序列法的本质是从历史数据中发现现象随时间变化 的规律，并以此预测未来的运量。因此，时间序列法适用于：预测变量的过去、 现在和将来的客观条件基本保持不变，历史数据解释的规律可以延续到未来；预 测变量的发展过程是渐变的，而不是跳跃式的或大起大落的这类需求的预测。它 的优点是需要的历史数据少、简便。缺点是无法反映新因素对预测对象变化的影 响。 因果分析预测方法 因果分析预测方法的思想是：对所预测的对象同其它有关因素的联系进行分 析，制定出揭示因果关系的模型，然后根据模型进行预测。常用的因果分析预测 方法有：一元线性回归预测、多元线性回归预测、自回归预测、非线性回归预测、 弹性系数预测法、系统动力学预测法、投入产出预测法、产销平衡法、比重法等。 文献【2 6 】采用多元回归预测模型，对国内生产总值、人口、收入、正点率、旅 速等进行回归预测，并应用模型对1 9 8 5 1 9 9 9 年的铁路客运量进行了预测校核。 文献 2 7 1 运用二次多项式回归模型对上海港集装箱运量进行了预测，并根据我 国g d p 的增长率和上海港的吸引能力对预测模型进行了适当修正。 文献 2 8 】采用回归分析法( 包括一元线性、二元线性、对数、双曲线模型等) ， 分别建立四川省铁路、公路、水运、航空4 种运输方式的客货运量及客货周转量的 预测模型，以及省交通运输总量的预测模型，并对这些模型进行拟合分析和检验， 找出最能真实反映四川省交通运输量发展趋势的模型，对四川省“十五 交通运 输量进行预测。 这类预测方法在数据量足够多的情况下，常可获得较好的精度，并提供运量 变化原因方面的信息。其缺点是不可能把所有影响预测对象的因素一一罗列，而 且自变量、外生变量指标未来值的选择，本身就带有预测性，影响预测的准确程 序 ，又o 定性预测方法 经济现象的发展变化是错综复杂的，不可能准确地对全部复杂关系做出定量 描述。在应用数理方法预测的同时，运用颅测者的经验，综合考虑多种影响因素， 分析经济活动的特点和构成，对运量进行预测。这类预测方法主要有一般调查法、 集体意见法、头脑风暴法、德尔菲法、情景分析法、类推法、主观概率法、关系 树法。 4 定性预测方法通常是和定量预测方法结合使用，尤其是在历史资料很少、预 测期较长的情况。 文献 2 9 1 针对铁路运输的单路径固定性特征，借鉴公路四阶段法的成熟思路， 采用定性与定量相结合的综合运量预测方法，对成都铁路局的中长期路网规划中 的运量进行了预测，运用s p s s 软件定量预测出趋势运量和利用在跨越式发展背景 下的专家意见定性预测出转移运量和诱增运量。 综合预测方法 将多种方法结合、多个模型组合进行综合预测，有利于从不同角度引入更多 的相关因素，便于全面分析运输需求变化的规律，提高预测结果的可靠性和准确 程度。 文献【3 0 】建立货运量预测的广义回归神经网络模型，并以我国1 9 8 1 - 2 0 0 1 年 的货运量和相关经济指标的历史统计数据作为学习样本，通过拟合训练和外推预 测分析，验证了广义回归神经网络模型用于货运量预测的有效性。 文献【3 l 】和 3 2 】将灰色模型预测方法g m ( 1 ，1 ) 和马尔可夫链预测相结合，分别 针对我国铁路货运量的发展趋势和“十五”期间中国公路货运量的发展趋势进行 了预测。 文献【3 3 采用综合预测法，以一元线性回归、直线趋势、自回归预测、二次指 数平滑模型预测为基础，进行误差比较，并对2 0 0 0 年、2 0 0 5 年铁路煤炭运量进行 综合预测。 文献 3 4 】以灰色预测、线性回归模型预测为基础，分别对2 0 0 0 年、2 0 0 5 年和 2 0 1 0 年全社会、分地区的快运货物总运量进行了综合预测。 可以看出，针对总量预测方法十分丰富，在实践中也得到了很好的运用，取 得了良好的效果。总的来说，对总量的预测有三类方法，定性预测、定量预测以 及两者相结合的综合预测方法。每一种预测方法或模型都有其特定适用范围和具 体适用条件，上述文献也都是根据问题的特点，采用了不同的预测方法。通常来 说，宏观预测、长时间预测，宜采用因果关系模型；微观、短时问预测、单一预 测，宜采用时间序列预测；无资料、不重要时，用定性预测。 ( 2 ) 运量分布预测 运量的空间分布预测与主要考虑抽象意义上的总量预测不同，它是对总运量 在宅问位置上的分和情况进行分析和预测，即进行流量和流向的预测。 影响运量分布的因素很多，地域之间的运输联系、地域之间的差异等都是影 响运量分布的主要因素。目前，对运量分布预测的研究主要集中在两个方面，一 个是如何利用少量的样本数据来估计运量的分布状态及其变化特征，二是从地区 之i 日j 的差异和相互联系中寻找运量分布的变化规律。分布预测模型基本可以分为 5 四类：推算模型、分析模型、随机模型和回归模型。 推算模型主要是研究如何根据已知的运量分布数据估算出未来的运量分布。 建立这类模型要有一定的基础数据做支持，且运量在各地区之间的分布状态随时 间变化幅度较小，地区划分相对比较稳定。这类方法使用比较简单和方便，适用 于运量分布状态比较稳定、运量变化比较规则的短期预测和规划。常用的推算模 型有增长率模型、底特律增长系数模型、弗莱特模型和弗尼斯模型等。 分析模型主要是从地区之间的相互联系出发，根据各地区的发展状况对模型 进行标定，认为两个地区之问的运输联系与这两个地区的空间距离和各自的经济、 社会发展状况有关。这类模型通常比较适用于区域范围较大的地区之间的运量分 布研究。常用的模型有重力模型、对数线性模型、投入产出模型和通用位移模型 等。 随机模型是把地区之间的运输联系看成是一个系统，把运量看成是随机变量， 把每一种分布看成是系统的一个状态，这样，运量分布问题就可以采用统计分析 的方法加以确定，根据对随机变量的统计特征的研究，来寻求运量分布的变化规 律。随机模型需要比较多的数据。随机模型主要是应用数理统计的分析方法，应 用的主要问题不在于模型的标定方面，而主要是变量的选择和基础数据的确定、 结果的分析等方面。 回归模型主要是将两个地区之间的运输联系表示成某些因素的函数，通过建 立回归方程来确定运输需求的分布状态。它的应用比较灵活，可以只对某个地区 进行分析，也可以同时对所有地区进行分析，对数据量的要求不如随机模型，数 据的收集也比较容易，方法比较成熟，但它只反映了少数因素的作用，这些因素 的联合作用和综合影响很难在模型中反映出来。 文献 3 5 1 采用四阶段预测方法，对南沙疏港铁路番禺区段货运量进行了预测。 文献【3 6 】利用神经网络与四阶段预测法组合构造出新的交通量预测模型，以胶 济铁路提速改造为例，就构造的客运量预测模型进行了应用研究。 文献 3 7 1 采用综合预测法，以系统动力学为主，其它模型为辅进行了外贸货运 集装箱量o d 的预测，并根据“四阶段法”建立了全国综合运输网络，采用具有 容量限制的多路径交通流分配模型进行外贸货运量的分配。 文献【3 8 】针对铁路运输的单路径固定性特征，借鉴公路四阶段法的成熟思路， 采用定性与定量相结合的综合运量预测方法，对成都铁路局的中长期路网规划中 的运量进行了预测，运，1 s p s s 软件定量预测出趋势运量和利用在跨越式发展背景 下的专家意见定性预测出转移运量和诱增运量。 文献 3 9 在分析了传统运量预测方法的不足的基础上，针对京沪高速铁路的 运量完全由转移运最和诱增运量组成的特点，运用“四阶段”法进行京沪高速铁 6 路的运量预测：用“四阶段”法预测京沪问综合交通的运量，再将方式划分中现 在高速铁路的运量作为转移运量；用重力模型的思路，根据高速铁路建成前后各 种运输方式总成本的变化计算预测诱增运量。 1 2 2 列车开行方案的研究现状 到目前为止，我国对行包专列开行方案研究较少，而对客车丌行方案和货物 列车车流组织的研究较多，下面分别就旅客列车开行方案和货物列车车流组织方 面的研究进行总结： ( 1 ) 旅客列车开行方案的研究现状 国内对旅客列车的开行方案的研究主要分为两类：一类是对旅客列车开行的 相关组织问题和经济有利性做定性讨论和分析，一类是研究编制旅客列车开行方 案的优化方法。 文献 4 0 对客运专线的列车开行方案、运输能力、车底需要数等运输组织的 相关问题进行了初步探讨。 文献 4 1 从优化旅客列车开行方案出发，着重阐述了一种新的运量预测方法 以及制订列车开行方案时应注意的一些原则。 文献 4 2 提出合并式列车开行方案的设想，分析了合并式列车开行方案的优 缺点，根据分析结果，探讨了合并式列车开行方案的设计原则与方法。 文献 4 3 对影响开行方案径路选择的各种因素采用层次分析法进行比较，确 定列车开行方案的合理径路。 文献 4 4 分析了不同等级旅客列车的成本和收入构成，通过每一等级列车的 平均满员率来计算列车的收益情况，评价列车开行方案的效果。 文献 4 5 在对旅客列车开行的单列成本和收入进行了分析，并构造了旅客列 车开行的单列核算模型，进而确定列车开行的经济可行性。 文献 4 6 在分析运输成本构成的基础上，提出了点到点之问列车的总成本计 算方法，根据市场调查及预测，进而给出了判断旅客列车开行的经济有利性。 文献 4 7 从铁路运输企业的角度，对影响旅游列车开行方案的因素进行了分 析，构建了旅游列车开行方案的指标体系，并且对其成本与收入指标的计算进行 了探讨，并提出了用a h p 方法评价旅游列车开行方案的构想。 文献 4 8 在分析成本和收益的两种传统运输模型不足的基础上，综合考虑旅 行时问、旅行费用、旅行方便与舒适等多因素对市场细分的影响，以及运输能力 利用与需求转移的影响，构造了单o d 对旅客列车开行方案决策模型。通过预测客 运需求和各类客流特征( 如平均收入水平) ，确定不同旅客列车需求量的概率分 布：用非线性模型求解各类旅客列车开行方案( 列数) 。模型中参数定性分析表 明，不同种类旅客列车间速度、票价以及旅客特征之间比值变化对铁路客运量增 减及分布有着较大影响。 文献 4 9 采用定量和定性分析相结合的办法，根据路网上的o d 流量，以方便 旅客出行为目标，将直通旅客列车开行方案的确定，归结为二分图的最大权匹配 问题，通过计算得到一个优化的初始方案。在初始方案的基础上，对方案进行经 济有利性评价，并适当地调整线路，使线路负载分布均匀，减少运载能力的虚糜， 从而形成一个较为满意的结果。 文献 5 0 在客车全程对号的条件下，根据广深公司以月均客流密度为基础确 定方案和某些时段旅客买票难的情况，提出以日均客流密度为基础，以空座席走 行距离最少为约束条件建立的数学模型，得出客车最优歼行方案。 文献 5 1 从铁路运输企业和旅客两方面的利益出发建立了客运专线相关旅客 列车开行方案的多目标优化模型，充分反映了铁路运输企业的客票收入、列车公 里费用和中转组织费用，以及旅客的票价、旅行时间支出和疲劳恢复时间等双方 利益。给出了优化旅客列车开行方案的求解方法，采用动态规划确定列车在各个区 段的最佳类别的方法提高了算法的运算。文中提出的换乘多种类别列车的疲劳恢 复时间计算公式、不同消费层次选择不同类别列车的思想、列车开行数量的计算 公式、列车的吸流原则、确定列车类别的动态规划方法等都贴切反映了铁路客运 组织和客运市场的相关规律。国外对旅客列车开行方案的研究主要是用最优化方 法确定列车开行方案。 文献 5 2 建立了直线型城际高速铁路旅客列车开行方案的多目标优化模型。 经营者的总体运营成本最少和旅客总旅行时间最少是模型的两个目标。在多对多 客流0 d 需求和给定运输能力下，模型求解采用模糊数学规划来决定最佳客车开行 方案，它包括三部分：客运列车停站计划、服务频率和客车车底对数。作者用该 方法对台湾高速铁路开行方案进行了计算分析。 文献 5 3 讨论了在使用周期时刻表的运输网络系统( 如铁路) 中交通运输方 案的优化选择问题。作者以直达旅客数最最大作为歹f ：行方案优化的目标，同时通 过约束条件使丌行方案必须提供足够的输送能力去满足运输服务系统中的客流需 求，建立了一个混合整数规划模型。 文献 5 4 在给定路网结构、客流分析i 条件下，通过与荷兰现行的以最大直达 旅客人数为目标的丌行方案相比较，以列车运行成本作为开行方案费用最小为目 标，优化内容为歼行列车的起迄点，频率和列车长度( 编成辆数) 。列车运行成 本与所开行列车、服务对象、能力约束彳f 关，费用由某一列车种类的每车小时固 费用，每车公里和每列公甲的可变费j j 钉l 成。通过变换，将非线性整数规划转化 为线性整数规划，利用分枝定界算法进行求解。 从既有研究来看，国内对旅客列车开行方案的研究主要集中在定性分析方面， 在定量优化方面研究的还不够系统。目前，对于旅客列车开行方案的定量编制方 法主要有两类，一类是传统的利用区段客流密度图编制客车开行方案的方法；另 一类是建立数学模型，对区段客车开行方案寻优。然而，既有方法都是针对区段 客流的，针对网络的旅客列车开行方案的综合研究较少。国外研究主要采用数学 优化的方法求解，但对大规模问题，仍然存在着无法在可接受的时间内求解的问 题。 ( 2 ) 货物列车车流组织问题的研究现状 由于货物列车的车流组织问题的规模大且复杂，通常被分为车流径路和列车 编组计划两个子问题来分层处理。早期的研究是分别对二者进行研究，随着求解 组合优化问题的算法的进展和计算机计算水平的不断提高，后来许多学者将二者 综合起来进行优化，并给出了相应的启发式算法。其中，较有代表性的文献为： 文献 5 5 主要研究了铁路网上车流径路的选择优化问题，在充分考虑到真实 路网中的车流具有不同权重的情况下，建立了该问题的0 - 1 规划模型并讨论了带权 重与不带权重两种车流径路优化模型之间的关系。此外，还给出了路网上任意两 节点之间可能路径集的确定准则及算法。最后探讨了在给定o - d 矩阵下，路网中存 在一处或多处瓶颈时，关于不可行流的处理方法。 文献 5 6 分析了网络模型计算出的最短径路和铁路网中货物运输的实际最短 径路存在着差异：车流通过某一枢纽地区时，即使产生迂回径路( 包括走回头路) ， 也必须通过其中的一个技术站，建立了c n 模型( 立交网络模型) 来解决该问题，并以 d b f s 算法为基础建立了求解c n 模型最短径路的算法。 文献 5 7 针对已有模型在车流已知情况下只对重车流径路进行优化的不足， 提出了在一定运输需求条件下对路网上双向、空重车流径路刚时进行优化的多目 标线性舰划模型。改进了g p - s t e m 算法，并给出了算例。 文献 5 8 从铁路车流径路与列车编组计划的相关性出发，抓住“车流径路由 沿途编组去向的径路组合而成”这一重要特征，从安排编组去向的径路出发，用 一个三元组( b ，p ，q ) 表示了二者的关系，给出铁路车流径路与列车编组计划综合优 化的网络方法，在提高求解质量和效率方面收到明显效果。其中，b 、p 、q 分别表 示编组去向集、编组去向的径路集、各车流的第一个改编中转站( 可递归得出车 流的改编中转站序列) 。 文献 5 9 从组合优化的角度研究车流径路选择、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的统一优化问题( 简称t r m p ) 。建立了t r m p 的数学规 划模型，并引进模拟退火算法作为寻优工具，对模型进行求解。 9 文献 6 0 围绕着列车编组计划问题的建模、模型的计算实现、以及有关的计 算策略等问题，进行了探索和分析。通过分析，作者认为：在计划车流量未必恰 好和路网能力相匹配的情况下，来讨论列车编组计划优化，那么模型的运行结果 不应该只简单地下方案可行或不可行的结论，而应该尽可能地为决策者提供有效 的数据上的支持，达到解决问题的目的。 文献 6 1 对直线方向单组列车编组计划问题通过设置0 - i 变量，建立了优化列 车编组计划规模较小的0 - i 线性规划模型和0 - i ：次规划模型，并将所建立的o 一1 二 次规划模型转化为h o p f i e l d 人工神经网络模型，利用人工神经网络算法和模拟退 火算法求解大量的实例，得到的结果精确度较高。 文献 6 2 将货物列车编组计划问题转变为网络计算问题来处理，以铁路范围 内的车流总费用最小为目标，建立了数学模型，并给出了分支定界算法和模拟退 火算法的算法流程。 文献 6 3 对集装箱班列的编组计划问题进行了研究。在分析了货物列车编组 计划的既有研究的基础上，针对集装箱班列的特点，建立了集装箱编组计划的线 性规划模型，并结合一个实例，建立了模型。 综上所述，国内的广大学者和铁路工作者对货物列车车流组织问题进行了深 入的研究，尤其是对问题本质的分析和认识，十分透彻，但由于问题的复杂性， 在问题的求解上，目前主要采取启发式方法。 从既有研究可以看出，货物列车车流组织问题和旅客列车开行方案虽然同属 于运输组织方案的编制问题，但二者有很大的差别，主要体现为：货物列车存 在车辆的中转、改编作业，而旅客列车编组固定，不存在车辆的中转改编作业。 因此，货物列车编组计划的核心内容便是确定车流的合理中转，即车流的改编； 而旅客运输主要考虑直达客流最大，尽可能地减少旅客的中转。货物列车车流 组织中的一个核心问题就是确定车流径路，通过确定车流径路从而确定了列车的 运行径路；而在旅客运输中，通常不考虑车流径路问题。对于旅客运输，客车的 运行径路通常是已知的，旅客的中转换乘被人为地认为在大城市中转，这样，整 个运输网络上的客流就通过大城市或大的枢纽的人为确定中转而被划分到各个区 段上，形成区段客流密度，并据此编制客车开行方案，所以旅客运输中通常不考 虑车流径路问题。对于旅客的中转方案，是基于列车时刻表已知的情况下所作的 径路选择，在编制客车开行方案时不考虑。目前，也有学者开始探讨在编制开行 方案时考虑旅客的选择意愿。 行邮专列和行包专列运输也是实现货流到列流的转化，其运输组织问题既有 货物运输的特点，又与旅；：；= 运输有相似之处，但又不完全等同于二者。由于行邮 专列和行包专列不存在列1 i 的解体和编组作业，行包专列只有车辆的甩挂作业， l o 在作业环节上较一般的货物运输少而简单；而且行邮专列和行包专列运行速度快， 在铁路干线上走行，车流径路的确定也较为简单，因而，行邮专列和行包专列开 行方案的核心在于确定专列的开行类型、流量分配、开行区段和开行对数，这是 与货物列车车流组织重点考虑车流径路和车流的中转的不同之处。另一方面，专 列运行速度快、定时定点开行，组织方式简单，与客车开行特点很相似，但行包 专列在途中进行车辆的换挂，存在改编作业，又与旅客运输固定编组、不存在改 编作业不同，因此，客车开行方案的编制方法也无法直接用于编制行包专列开行 方案。因此，既有的客、货运的运输方案的编制方法均不能直接用于行邮专列和 行包专列开行方案的编制，需针对专列的开行特点，对行邮专列和行包专列开行 方案的编制方法进行研究。 1 3 论文的主要内容 论文的第1 章阐述了本文的立题背景和意义，总结了国内外关于运量预测和 列车开行方案的研究现状。 论文的第2 章分别总结分析了行邮专列和行包专列的发展历程、主要特点、 开行条件、开行方案、运输组织等问题，并对现行行邮专列和行包专列开行方案 进行了阐述。 论文的第3 章在综合考虑主要行包办理站城市的专列开行情况、行包运量、 经济发展水平、快捷货物运输需求等因素的基础上，确定了3 2 个拟丌行行邮专列 或行包专列的专列办理站城市，并用聚类分析法确定了专列办理站城市的类型。 论文的第4 章用灰色马尔可夫预测法对确定的3 2 个专列办理站城市的行包发 送量进行了预测，并用重力模型法预测了城市间的o d 流量。 论文的第5 章对行邮专列和行包专列的开行方案进行了详细的研究，并在第4 章运量预测的基础上，制定了京广通道2 0 1 0 年、2 0 1 2 年和2 0 1 5 年的行邮专列和 行包专列的开行方案。 论文的第6 章总结了本文的主要研究工作，并对需要进一步研究的问题进行了 说明。 2 行邮专列和行包专列概述 2 1 行邮专列概述 2 1 1 行邮专列的发展历程 行邮专列是指使用行李车和邮政车编组，利用行包基地和货运及客运站场、 设备，整列装载行李、包裹和邮件的列车。 2 0 0 4 年，以铁路第五次大提速为契机，中铁快运在行包基地间开行了北京一 上海、北京一广州、北京一哈尔滨、上海一深圳4 对特快行邮专列，北京一乌鲁 木齐快速行邮专列l 对。行邮专列开行4 年来，其大运量、时速快、安全性高、 服务便捷的优势只益显现出来，逐渐成为中铁快运主要的快捷货运产品。 2 1 2 行邮专列的主要特点 ( 1 ) 有较高的运行速度和等级。特快行邮专列最高运行速度达到1 6 0 k m h ， 按直达特快旅客列车等级办理，体现了快捷货物运输的特点。 ( 2 ) 定始发终到站，定发到时f n j ，固定编组。固定编组包含三层含义：一 是每对列车的编组数固定，二是每对列车的编组结构固定，三是每对列车的车辆 及顺序固定。 ( 3 ) 采用承包的经营方式，由承包商组织货源，中铁快运只负责提供运力， 组织实施简单易行。 ( 4 ) 实行客车化的运输组织，安全性高，运到期限准确；运输组织保障措 旌有力，正点率较高。 ( 5 ) 具有运行线路固定，易追踪的优点，适应了市场和货主对快捷货物运 输的要求，适应了社会经济迅速发展的需要。 ( 6 ) 运价政策较灵活。能够较好的发挥铁路干线运输网络优势，在运价上 具有较强的市场竞争能力。 ( 7 ) 基地站点的有利支撑。位于铁路枢纽的基地站点具有多列接发车和车 组摘挂技术作业条件，还具有大批量行包仓储容最和装卸能力等，成为专列运输 的综合服务平台。 ( 8 ) 运距长，充分发挥了铁路在i | i 长距离运输叶l 的优势。 2 1 3 行邮专列的开行条件 行邮专列的开行应满足以下条件： ( 1 ) 具备稳定、可靠的货源，运量可达整列开行； ( 2 ) 固定开行日期、运行时刻和作业站； ( 3 ) 固定编组数量，每列始发编组不少于1 8 辆，且到达终点站的辆数不少于 1 5 辆； ( 4 ) 具备开行行邮专列的车辆，车辆技术性能符合客车有关要求，并与专列 等级相一致； ( 5 ) 始发、终到行包作业站，行包基地满足整列行包作业要求。【3 】【4 】 2 1 4 行邮专列的运输组织与管理 ( 1 ) 特快行邮专列沿途不进行整车甩挂作业；其他行邮专列可根据需要设 置整车甩挂作业停车站，并可在沿途技术作业站进行货物( 件重不超过1 0 0 k g ) 装 卸作业，但不得因货物作业延长站停时间。 ( 2 ) 行邮专列原则上不准途中保留，不准合并运行。遇有特殊情况需途中 保留或合并运行时，必须经铁道部批准，并以调度命令下达。 ( 3 ) 行邮专列运输的货物必须适宜装入行李车或邮政车，品名、包装、重 量、外形尺寸等符合有关规定；行邮专列单件货物重量不得超过3 0 0 k g ，带托盘的 货物以托盘上单件货物不超过3 0 0 k g 为准，中途作业站装卸的货物单件重量不得超 过8 0 k g 。禁止装载易燃易爆等危险品、理化性质不明的化工产品和国家限制运输 的物品。 ( 4 ) 行邮专列使用2 5 t 型车，特快行邮专列最高运行速度为1 6 0k m h 。 ( 5 ) 在行邮专列的装卸工作中，应积极采用新技术、新设备，以提高作业 效率，并根据车辆结构和货物性质，制定安全、合理的装载方案：2 5 t 型行李车的 货物装载重量不得超过2 3t 。 2 j t 4 j 2 2 行包专列概述 2 2 1 行包专列的发展历程 铁路行包快运号列( 简称行包号列) 是按旅客列车运输方式组织，可以使用 货运站场、设备，整列装载行李、包裹的列车。行包专列是我i q 铁路发展伙运的 新的尝试，是我国铁路走向市场的一次重大突破。1 9 9 8 年3 月1 8 同开行的第一列 采用路外承包方式的广州( 棠溪) 北京、东北( 海城、沈阳) 行包专列，使中 国铁路史上有了第一个铁路快运货物的承包人，也开创了我国铁路快运的新局面。 1 9 9 8 年- - 2 0 0 5 年的8 年之中，行包专列始终由各铁路局进行分散管理，由此 引发了停站多、运输时限难以保证、沿途摘挂困难等问题。 2 0 0 5 年9 月2 3 日，铁道部宣布中铁行包与中铁快运合并重组的