（交通运输规划与管理专业论文）考虑无调作业的表格分析法研究及其计算机实现.pdf

中文摘要 摘要：技术站列车编组计划是货物列车编组计划的重要组成部分，在铁路车流组 织过程中有着至关重要的作用。其优化问题一直是众多铁路专家学者研究的重点 和难点。表格分析法是优化技术站列车编组计划的传统的行之有效的方法，几十 年以来，在铁路工作现场一直作为优化技术站列车编组计划的主要工具，而且也 是铁路运输专业主干课程教学的重点和难点。 表格分析法是传统的手工调整技术站列车编组计划的分析方法，方法有效实 用。表格分析法涉及很多基于开行直达到达站充分条件的调整手段，如压缩到发 站、切割、合并和分流等等。由于这些方法灵活多变，没有固定的使用模式，所 以，对表格分析法计算机实现的研究还相当少。论文在技术站直达列车开行的基 本条件和传统表格分析法的原理的基础上，加入了无调中转作业参数，考虑了列 车在通过途经技术站时直接不停车通过的情况，得出了考虑无调作业的技术站直 达列车开行的基本条件和考虑无调作业的表格分析法基本原理。使此理论更符合 现今铁路大力推行机车长交路甚至超长交路的情况。其次，论文抓住了表格分析 法调整手段的本质改变车流在对应的技术站的改编作业情况，并结合车流充 分条件的判断，利用计算机，分步骤灵活的实现了这些调整方法的模拟。第三， 论文以传统表格分析法原理和考虑无调作业的表格分析法原理为基础，实现了传 统表格分析法和考虑无调作业的表格分析法的计算机模拟，使得表格分析法的使 用更加方便高效。 关键词：列车编组计划；表格分析法；无调中转作业；计算机模拟 分类号： a bs t r a c t a b s t r a c t ：n e p l a no ff o r m i n gt e c h n i c a ls t a t i o nt r a i ni sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n to f t h ep l a no ff o r m i n gf r c i 曲tt r a i n ，w h i c hh a sac r u c i a lr o l e i nt h er a i l w a yt r a f f i c o r g a n i z a t i o n i t so p t i m i z a t i o np r o b l e m sh a v eb e e na l w a y st h es t u d y i n g f o c u sa n d d i f f i c u l t yo fm a n yr a i l w a ye x p e r t sa n ds c h o l a r s t a b l ea n a l y t i cm e t h o di sa ne f f e c t i v e m e t h o dt h a to p t i m i z e st h ep l a no ff o r m i n gt e c h n i c a ls t a t i o nt r a i n i th a sn o to n l yb e e n u s e df o rt h eo p t i m i z a t i o no ft h ep l a no ff o r m i n gt e c h n i c a ls t a t i o nf o rd e c a d e si nt h e r a i l w a yw o r k ，b u ta l s oi st h ek e ya n dd i f f i c u l tp a r to ft h eb a c k b o n ec o u r s e so fr a i l w a y t r a n s p o r t a t i o nd i s c i p l i n e t a b l ea n a l y t i cm e t h o di sat r a d i t i o n a lm a n u a la d j u s t m e n tm e t h o df o rt h eo p t i m i z a t i o no f t h ep l a no ff o r m i n gt e c h n i c a ls t a t i o nt r a i n t h et a b l ea n a l y t i cm e t h o di n v o l v e sm a n y a d j u s t m e n tm e a n sb a s e do nt h es u f f i c i e n tc o n d i t i o no fo p e r a t i n gt e c h n i c a ls t a t i o n t h r o u g ht r a i n ，s u c ha sc o m p r e s s i o no fs t a r t i n gs t a t i o na n dd e s t i n a t i o ns t a t i o n ，c u t t i n gt h e t r a i nt r a f f i c ，s e p a r a t i o nt r a f f i ca n ds o0 1 1 t h e s em e a n sa r ef l e x i b l ea n dt h e r ea r en of i x e d u s a g ep a t t e r n s s ot h es t u d y i n go ft h ec o m p u t e rs i m u l a t i o no ft a b l ea n a l y t i cm e t h o di s v e r yf e w b a s e do nt h eo p e r a t i o nc o n d i t i o no ft e c h n i c a ls t a t i o nt h r o u g ht r a i na n dt h e t r a d i t i o n a lt a b l ea n a l y t i cm e t h o d ，a d d i n gn o n s h u n t i n gs e r v i c et e c h n o l o g yw o r k p a r a m e t e r , t a k i n gi n t oa c c o u n tt h es i t u a t i o nt h a tt h et h r o u g ht r a i n sp a s st h et e c h n i c a l s t a t i o nw i t h o u ts h u n t i n gs e r v i c er e l a yw o r ka n dn o n - s h u n t i n gs e r v i c et e c h n o l o g yw o r k ， t h i sp a p e rc o m et oac o n c l u s i o n ：t h eo p e r a t i o nc o n d i t i o no ft e c h n i c a ls t a t i o nt h r o u g h t r a i na n dt h et a b l ea n a l y t i cm e t h o dc o n s i d e r i n gt h en o n s h u n t i n gs e r v i c et e c h n o l o g y w o r k t h en e w t h e o r yi sm o r ec o n f o r m i t yw i t ht h er a i l w a y si m p l e m e n t a t i o no ft h el o n g a n ds u p e r - l o n gl o c o m o t i v er o u t i n g s e c o n d l yt h i sp a p e rg r a s p st h ee s s e n c eo ft h e a d j u s t m e n tm e a n so ft a b l ea n a l y t i cm e t h o d c h a n g i n gt h ew o r kw h e nt h r o u g ht r a i np a s s t e c h n i c a ls t a t i o n c o m b i n a t i o no ft h es u f f i c i e n tc o n d i t i o nf o rt h eo p e r a t i o no ft h r o u g h t r a i n ，t h i sp a p e ru s ec o m p u t e rp r o g r a ms i m u l a t i o nt h i sm e a n sf l e x i b l y t h i r d l yb a s e do n t h eb a s i cp r i n c i p l e so ft h et r a d i t i o n a lt a b l ea n a l y t i cm e t h o da n dt h et a b l ea n a l y t i c m e t h o dc o n s i d e r i n gt h en o n s h u n t i n gs e r v i c et e c h n o l o g yw o r k ，t h i sp a p e rh a sa c h i e v e d t h ec o m p u t e rs i m u l a t i o no ft h et r a d i t i o n a lt a b l ea n a l y t i cm e t h o da n dt h en e wt a b l e a n a l y t i cm e t h o d t h i sm a d e t h eu s eo ft h et a b l ea n a l y t i cm e t h o df a c i l i t a t ea n de 佑c i e n t k e y w o r d s ：p l a no f f o r m i n g f r e i g h tt r a i n ；t a b l ea n a l y t i cm e t h o d ； n o n s h u n t i n gs e r v i c et e c h n o l o g yw o r k ；c o m p u t e rs i m u l a t i o n c l a s s n o ： v 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：斗 彳 j o - 一 签字日期徊7 年月日 | 5 8 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， 提供阅览服务，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： 签字眺砷年月f 1 日 导师签名： 签字吼7 d 铲f 月f 日 致谢 本论文的工作是在我的导师林柏梁教授的悉心指导下完成的，在论文选题、 资料收集、程序编写和论文撰写过程中导师都给予了很大的帮助。 在攻读硕士研究生的两年时间里，导师严谨的治学态度，扎实的理论功底和 渊博的学术知识都使我受益匪浅，特别是使我学会了很多做人和为学的道理，为 我以后走上工作岗位打下了坚实的基础，在此，我谨向我的导师致以衷心的感谢 和诚挚的敬意。 在实验室工作及撰写论文期间，陈柏谦、田亚明同学对我论文中的理论研究 工作和计算机程序的编写给予了热情帮助，在此向他表达我的感激之情。论文的 完成还要感谢纪丽君、王志美、刘文华、王颖、林如铁等同门兄弟姐妹对我的帮 助。 在两年的学习生活中，我的进步离不开关心我的家人、同学、朋友、领导和 老师，在此，感谢他们的关心和帮助。 再次向大家表示我最诚挚的谢意! 序 本论文选题基于林柏梁教授指导开发的“技术站列车编组计划逐步寻优系 统。此系统是北京交通大学教学改革项目之一，开发此系统的目的是使应用广泛 的表格分析法变得更易于操作，简化表格分析法的作业步骤，减少表格分析法的 计算工作量，更有利于学生理解和应用表格分析法，并且方便老师的教学。在导 师林柏梁教授的指导和帮助下，系统已经顺利完成，预期的功能都得到了实现。“技 术站列车编组计划逐步寻优系统已于2 0 0 8 年9 月通过学校验收，并与1 1 月正 式应用运输学院实验室，系统运行稳定，反映良好。 1 绪论 1 1 选题的背景和意义 1 1 1 选题的背景 近年来，我国铁路改革步伐日益加大，1 9 9 7 年以来，连续完成了六次大面积 铁路提速。自第五次大面积提速以来，铁路积极组织远距离的远程货物直达列车 和实行机车运转的长交路，这是我国铁路实现跨越式发展的重要一环。理论来源 于实践，实际情况的改变要求理论随之完善。货物列车编组计划是车流组织工作 中的一项重要内容，而合理的组织技术站的直达列车更是其中的重中之重。合理 的直达列车开行方案不仅可以减轻沿途技术站的作业负担，而且可以达i ! l ! j l 快货 物运达速度，加速机车车辆的周转的目的。一直以来技术站开行直达列车的基本 的判断条件是开行列车的集结时间要小于列车在途中的无改编节省时间。这一理 论基于以下假设：列车在运行途中，在途经技术站要么进行有调中转作业，要么 进行列检、更换机车、或在线整备等无调中转作业。这在以往机车交路较短的时 候还可适用。而在我国铁路第五次大提速之后，普遍推行机车长交路，这为直达 列车在某些站不停车直接通过创造了条件，列车不停车通过技术站就节省了无调 中转技术作业的时间，所以传统的判断技术站直达列车开行条件的原理己不再适 用，需要加以完善。 货物运输编组计划的优化问题一直是国内外铁路专家学者研究的重点内容， 近年来，又围绕着应用数学方法和计算机技术来解决这一问题做了大量的工作， 取得了一定得进展。表格分析法是优化技术站单组列车编组计划的一种面向手工 操作的传统算法。由于目前在实际的工作中技术站单组列车编组计划的确定，大 多是依据车流和技术设备的变化情况以及车流径路的改变情况，通过对原有的列 车编组计划进行相应的局部调整来完成的，因此，此方法一直是铁路工作现场用 来优化技术站列车编组计划的重要工具。上文叙述的技术站技术直达车的开行条 件是表格分析法理论的基础，所以，为了使表格分析法适用铁路现今大规模实行 机车长交路的情况，也有必要对传统表格分析法的原理进行改进。 虽然表格分析法是优化技术站列车编组计划的行之有效的方法，但是其计算 步骤复杂繁琐，其调整方法灵活多变。而且在表格分析法计算机实现方面的研究 还很少，所以，也有必要对其计算机实现进行研究。 1 1 2 选题的意义 铁路运输组织的实质是利用铁路运输设备，不断由货流形成重车流，由卸后 空车形成空车流，再由空、重车流组成列流的过程。列车编组计划是全路的车流 组织计划，是铁路行车组织工作的较长期的基础性质的计划，所以列车编组计划 在铁路日常工作中的重要作用不言而喻。列车编组计划的优化亦是众多学者一直 以来研究的重要问题，不仅是铁路运输领域的重点和难点，也是铁路运输专业主 干课程的重点和难点。技术站组织的直达列车是列车编组计划的重要部分，技术 直达列车的组织可以提高货物的运达速度，加速机车车辆的周转，为我国铁路挖 掘运输能力提供保障，国内和国外许多学者和专家对技术站单组列车编组计划问 题进行了大量的研究。前苏联学者n n 瓦西里也夫教授1 9 2 5 年提出了计算列车 编组计划的分析比较法；a 儿彼得洛夫教授1 9 4 4 年提出了计算列车编组计划的 绝对计算法，这两种方法作为计算技术站单组列车编组计划的传统方法至今仍有 着重要的使用价值。表格分析法是优化技术站单组列车编组计划的经典方法，几 十年以来，一直是铁路工作现场用来优化技术站编组计划的重要工具，而且在铁 路运输专业最为重要的专业课铁路运输组织学中，技术站单组列车编组计划优化 的表格分析法也是教学的重点，所以，根据我国铁路发展的实际情况，改进和完 善表格分析法的原理具有重要的理论意义。 用计算机实现表格分析法的模拟也有着重要的实际意义，在实际工作中，编 组计划的确定，大多是根据车流和技术设备的变化情况和车流径路的改变情况， 通过对原有的列车编组计划进行调整来完成，表格分析法是十分具有使用价值的 计算工具。同时，在铁路运输专业的主干课程铁路运输组织学的教学中，表 格分析法的固定不变的表格格式和一些繁琐的计算都会花费大量的时间，如果表 格分析法可以用计算机来实现，将会极大的节省分析计算的工作量。所以本论文 根据实际情况，完善和改进表格分析法并将其利用计算机来实现，对于表格分析 法的应用也具有重要的实际意义。 1 2 研究现状 货物列车编组计划的优化一直以来都是铁路运输专业专家学者研究的重点和 难点问题，属于超大规模的组合优化问题。经过几十年的研究发展，得出了很多 可行实用的计算方法，绝对计算法、相对计算法等传统的算法侧重于手工计算， 步骤清晰明了，但操作繁琐，后来的各种自动计算方法都为黑箱操作，只能看到 优化结果，对优化编组计划的步骤不能清楚地表达，不利于用来作为对现有的编 2 组计划进行修改的工具。 1 2 1 国外研究现状 前苏联学者n n 瓦西里也夫教授1 9 2 5 年提出了计算列车编组计划的分析 比较法，a 兀彼得洛夫教授1 9 4 4 年提出了计算列车编组计划的绝对计算法，这 两种方法是传统的计算单组列车编组计划方案的分析方法，主要以手工操作为主， 调整的每一步骤都能清楚地表示出来。文献 3 分析了铁路技术直达列车的技术组 织过程，以直达列车集结时间小于中途经过的技术站无改编节省为基础研究了技 术站单组、分组列车的开行条件。文献 4 研究了组织各种直达列车开行的有利条 件和运输效果。文献【3 0 】最早建立了铁路车流编组问题的非线性混合整数规划模 型，用来确定所有编组站最优编组去向策略；文献【2 9 】在含有n 个支点的直线型网 络上，利用动态规划方法对铁路车流中转方案进行了研究；文献【3 1 】建立了基于直 达列车去向网络的非线性整数规划模型，并设计了相应的启发式算法；文献 3 2 】 将铁路直达列车开行问题归结为一个使列车运营总里程、列车技术处理费用和延 迟时间最小的网络设计问题，把车流划分为不同的优先级，建立了m i p 模型。 1 2 2 国内研究现状 国内专家学者经过长期的研究，得出了很多优化编组计划的方法，优化目标 基本上是车辆集结时间和车辆无改编通过技术站的相对节省之和最小化。文献 7 构造了技术直达列车编组计划( t f p ) 问题的阶跃函数模型，并通过模型的变换得 出了该问题的几种典型优化模型形式；文献 1 9 建立了优化列车编组计划的0 _ 1 规划模型；文献 1 8 提出了优化列车编组计划的o 一1 规划模型的模拟退火算法； 文献 1 7 建立了机车长交路条件下技术站列车编组计划无调作业参数模型 ( n t f p ) ，从而实现了支点站、编组去向、无改编技术作业站三者之间的不规则 关联；文献 1 0 提出了一种以车流强度为考虑对象的计算技术直达列车编组方案 的计算方法；文献 1 5 对直达列车的开行条件进行分析，提出了编组计划方案的 满意度评价公式及稳定性分析；文献 1 4 建立了以车小时消耗最少为目标的远程 货物直达列车开行方案优化模型；文献e 9 3 综合考虑车站编组能力、解体能力、调 车线容车数等影响因素，以技术站车辆集结消耗、改编消耗整体最小以及技术站改 编能力均衡利用为目标函数，构建协同优化的多目标0 一l 规划模型，提出了基于分 块编码的改进型遗传算法的优化方法；文献 8 考虑了车流在直达基地的各种组合 方案，将运输与库存成本纳入同一目标函数，以物流系统成本最优为目标，以直 3 达列车开行的唯一性条件和必要条件为约束来确定基地车流组织方案，构建了技 术直达车流的组织优化模型：文献 1 1 分析技术直达列车开行的必要条件，以及车 流在始发和中间技术站的消耗的同时，将用户的库存成本纳入目标函数中，以技术 直达列车开行的必要条件和唯一性，以及技术站的改编能力作为约束条件，确定技 术直达车流的组织方案；文献 1 2 分析直达列车开行的规模经济效益特征，设计 了直达列车开行方案的优化方法。这些优化编组计划的模型的求解大都为利用各 种启发式算法求得问题的近似最优解，且求解为黑箱操作，对列车编组计划的优 化过程不能直观的表达，不能使人了解到列车编组计划优化的原理。 1 3 论文研究目标、主要内容 1 3 1 研究目标 论文旨在结合表格分析法步骤清楚直观的特点和计算机操作的简单快捷，实 现表格分析法的计算机模拟。既能使表格分析法的步骤得到清楚直观的体现，又 能实现操作方法的简单灵活。 论文主要分析技术站编发的直达列车在运行途中的作业过程，确定在考虑列 车不停车通过途经技术站的情况下的技术直达列车的开行条件，通过此条件对表 格分析法原理进行改进，并实现传统表格分析法和考虑无调作业的表格分析法的 计算机模拟。利用v i s u a lc + + 6 0 为开发工具，得出可供使用的计算机实现表格分 析法的应用程序。 1 3 2 研究内容 本论文是通过对技术站单组列车开行直达到达站的条件的改进，完善优化单 组列车开行方案的表格分析法，并用计算机将其实现，具体的研究内容主要有以 下几点： ( 1 ) 传统表格分析法原理分析； ( 2 ) 技术直达列车作业过程分析： ( 3 ) 推行机车长交路的意义； ( 4 ) 长交路条件下，技术直达列车开行条件的变化； ( 5 ) 长交路条件下考虑无调作业的技术直达列车开行条件研究； ( 6 ) 考虑无调作业的表格分析法原理研究； ( 7 ) 表格分析法利用计算机实现的功能分析； 4 模拟。 ( 8 ) 表格分析法利用计算机实现的实现方法； ( 9 ) 编写程序，实现传统表格分析法和考虑无调作业的表格分析法的计算机 1 3 3 论文框架图 论文框架图如下： 图1 1 论文框架图 f i g u r e1 - 1t h ep a p e rf r a m e 5 1 4 本章小结 本章阐述了论文研究的背景，提出传统的判断技术站开行单组列车直达到达 站条件的方法己不再适用于新的形势，总结了论文研究的意义，并分析了国内国 外研究编组计划优化问题的现状；本章对论文的研究内容进行了概括并提出了本 论文的研究目标。 6 2 货物列车编组计划的优化及表格分析法 2 1 货物列车编组计划 货物在发站装车后，如何将这些车流编成各种列车输送到目的地，需要有一 个经济合理的组织方法。货物列车编组计划就是规定如何将车流组织成为各种专 门的列车，从发生地向目的地运送的制度，它是全路的车流组织计划，通过列车 编组计划，可以合理的组织车流输送，加速货物送达，充分利用铁路的通过能力 以及合理地分配全路各技术站的调车工作任务f i 】。 2 。1 1 编制货物列车编组计划的意义 货物列车编组计划是全路的车流组织计划，是铁路行车组织工作较长期的基 础性质的计划。它以较优的车流组织方案为基础，把全路错综复杂的车流分别组 织到不同去向和种类的列车之中，保证货物以最快的速度送达，机车车辆得到最 好的运用 2 1 。 货物列车编组计划包括装车地直达列车计划和技术站列车编组计划两大部 分，并具体规定各货运站、技术站编开列车的种类、到站的改编作业量、作业条 件、技术设备的负荷等等，既能保证各站所负担的编解任务与其设备能力相适应， 又能考虑到各站之间的协调配合，并对重点地区留有一定的后备，起着统一路网 各技术站作业过程的作用，是整个路网车站分工的战略部署。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。它根据运输计划确定计划车流，并进 一步将车流组织为列车流。它所规定的列车数量、列车分类、发站和到站以及定 期运行的列车等，是编制列车运行图的基础。 列车编组计划既是车流组织计划，又是站场设备运用计划；既是路网各车站 分工的战略部署，又是调节铁路方向和站场工作负担，缓和运输紧张状况的有效 手段；既是行车组织的基本技术文件，又是铁路与其他部分联劳协作的具体体现。 因此，正确编制和执行列车编组计划是充分发挥铁路运输能力，提高运输效率， 尽可能满足运输市场需求的重要手段【1 】。 2 1 2 列车编组计划的任务和编制原则 7 列车编组计划在全路运输组织工作中占有十分重要的地位，对于车站的工作 来说，列车编组计划起着决定性作用。 列车编组计划的主要任务是【2 】： ( 1 ) 在装车站最大限度地组织直达运输和成组装车，以减少技术站的改编作 业量，加速货物输送和机车车辆周转； ( 2 ) 正确规定技术站编组列车的办法，合理分配技术站的编解调车任务充 分发挥设备潜力，组织各站协调配合，为保持各站的良好作业秩序创造条件； ( 3 ) 最大限度地减少车辆改编作业次数，并尽量将编解作业集中到技术设备 先进、编解能力大、作业效率高的主要编组站上，以减少人力、物力消耗，节约 开支，降低成本； ( 4 ) 在具有环状线路的方向上，根据运输里程、运行时间、区段通过能力、 技术站通过和改编能力以及运输费用等因素规定合理的车流径路，并充分利用平 行线和支线放行车流，减轻主要铁路方向的负担； ( 5 ) 合理组织相邻编组站范围内的管内车流，减少重复中转，加速车辆周转； ( 6 ) 合理组织进入枢纽的车流和枢纽内车流，以减少站问交换车，加速车辆 周转和充分适用枢纽内联络线的通过能力； ( 7 ) 根据国民经济发展计划对铁路运输的需求，预测将来的车流的变化，有 计划、有准备的调整站场分工，并从合理组织车流的实际需要出发，提出新建和 扩建铁路站场的运营要求。一 编制货物列车编组计划是一项十分复杂而又细致的工作。在整个铁路路网上， 编组列车地点的数量很大，车流支数更多，各支车流之间又相互联系、相互渗透， 所以，编制列车编组计划是一项庞大而又系统的工作。从我国铁路设备条件和车 流结构的现实情况出发，编制列车编组计划应遵循以下基本原则【1 1 ： ( 1 ) 合理的从装车地组织直达运输，以减少技术站的改编工作量，加速货物 输送和车辆周转。 应尽可能的在铁路运量较大的车站、枢纽或者地区开行直达或远程直达列车， 并且对货源稳定，能保证经常开行的列车固定车次定期开行。 ( 2 ) 最大限度的减少车辆改编作业次数，并尽量将调车工作集中到技术设备 先进、编解能力大、作业效率高的主要编组站上进行，以减少人力物力消耗，节 约开支，减低运输成本。 ( 3 ) 合理确定各技术站编组列车的办法和列车编解的任务，以确保各站工作 的协调配合，维持良好的作业秩序。 ( 4 ) 合理组织区段管内和枢纽地区的车流，以减少重复改编，加速车流输送。 8 2 2 列车编组计划的优化 由于列车编组计划的重要作用和地位，其优化一直是各铁路专家学者努力解 决的重要问题，提出了很多计算机可以求解的算法，虽然这些算法还不够完善， 但它们必将逐步发展日臻完善。 货物列车的开行，最简单的方法是两种：一是不管车流数量的大小、去向远 近，一律编入摘挂列车或区段列车。这样会造成远距离货物的逐站改编，延误货 物送达，延缓车辆周转，增加技术站的改编作业负担，不可取；另一种方法是所 有去向的车流都在装车站集结，编开到达卸车站的直达列车，这样会大大增加列 车在站的停留时间，也不可取o i 。 列车编组计划的优化就是要找出合理的列车编组方案。理论上，只有将全路 的车流统一考虑才能得出最优的编组方案，但是由于我国路网规模庞大，车流组 织方案将十分巨大，不易计算出最优方案。我国铁路对列车编组计划的编制采用 分块编制的办法，一方面对专车地直达运输和技术站列车编组计划分别编制，另 一方面又将全国铁路划分为若干个铁路方向，按各铁路方向分别编制货物列车编 组计划【1 1 。 优化货物列车编组计划的核心内容是组织直达列车。直达列车是运输过程最 快捷的、作业最简单的列车，组织直达列车可以加快车辆周转速度，用最少的车 辆完成更多的货运量。大力组织直达列车也是运输组织和车流组织的核心。组织 直达列车需要从组织货流开始，优化运输方案，调配运送车辆，强化车辆装卸和 取送环节。开行直达列车可以大量节省技术站的调车费用，节省运输成本，提高 运输效益。 技术站单组列车编组计划的优化是一种超大规模的组合优化问题，十分复杂。 现在求解这一问题的比较典型的方法有分析计算法、非线性0 1 规划法、o 1 规划 法、二次0 - 1 规划法、网络规划法、整数规划法等。表格分析法是分析计算法中一 种很有效地传统算法，它也是铁路运输专业的学生要重点掌握的最主要内容之一。 2 3 技术站单组列车编组计划的优化方法表格分析法 表格分析法是一种传统的面相手工的优化单组列车编组计划的分析计算法， 它是按照一定的原则和程序对各具体的编组去向和车流有利组合进行分析比较， 然后决定取舍。分析计算法的实质是按一定的步骤和方法首先建立一个初始方案， 然后再在此基础上通过灵活运用根据车流分合原理所制定的一系列判别条件或准 则，对初步的各具体编组到达站进行检查和分析，研究撤销或补充某些编组到达 9 站的合理性，用所求的较优方案来替代初始方案，以逐步逼近最佳方案。 表格分析法利用特制的计算表格为工具，如图2 1 所示。首先按必要条件和绝 对条件求的最大可能的直达方案作为初始方案，然后根据充分条件依次比较，通 过各种不同的压缩直达距离的方式而得到越来越有利的车流组合方案，直到不可 能取得更多的车小时节省为止，即可得出最经济有利的方案【。 ab c 厂旬d e ( 口l 】c l 耳口i 皇1 1 日口l 】匕i 叫 c m ac m bc m d t b 节t c 节 集结 n a c n a p li n a e n b d ii n s e n d e i i 自能力 e 数 小时 i 耗( n 曲t 书+ c m ) 图2 - l 表格分析法计算表格 f i g u r e2 - 1 n ec a l c u l a t i o nt a b l eo f f i c et a b l ea n a l y t i cm e t h o d 表格分析法计算单组列车编组计划的具体步骤和方法如下1 1 ： ( 1 ) 按照各支车流n 与各支点站的t 书，分别计算出全部的m 笔值并填入计算 表的相应格内。 ( 2 ) 依次检查每一支车流是否满足绝对条件，并在满足绝对条件的车流的每 一m 节值格内画上“”标记，表示该支车流应永远在该站无改编通过。 ( 3 ) 继续依次对各单支车流进行检查，凡满足必要条件者在该车流所有册书值 格内都画上“o ”标记，表示该编组到达站具有竞争能力。 ( 4 ) 对不满足必要条件的单支车流，使其与共同径路上已满足绝对条件或必 要条件的短程车流合并，当有几种合并方式时，应选择有利方式，并在该支车流 合并后无改编通过的相应格内表以“”或“o ”，表示该支车流已经并入有关 编组到达站。 ( 5 ) 检查其他剩余车流是否能通过多支车流合并后满足必要条件。若有，则 在参与合并的各支车流无改编通过站格内画上“o 记号，表示经合并增加了一 l o 个新的编组到达站。 至此，就得到了一个直达到达站数最多的一个编组计划方案，称为“初始方 案”。 ( 6 ) 根据车流分合原理，依次比较，通过压缩某些车流直达运行距离或变更 某些车流组合方式的得失，逐步寻找节省车小时最多的方案。具体方法可有： 压缩到站、压缩发站或同时压缩到发站，即将不满足充分条件的远程车流 在较短到达站的始发或( 和) 终到站改编； 切割，即将不满足充分条件的远程车流在两短程直达到达站的衔接站上改 编； 分流，即将多支车流组成的合开到达站撤销，使其中一部分车流单独编组 远距离直达列车，另一部分车流与较短到达站合并； 移站，即把直达到达站的始发站和终到站同时向左或向右移动一站； 调流，在不变更已定列车编组到达站的条件下，调整车流的组合方式以获 得较多的车小时节省，或改变远程车流的改编作业地点以平衡各站的作业负担。 每变更一次车流组合方式即可得出一个“过渡方案。由于此一步所采取的 决策与方法将对下一步的决策有影响，因此，逼近最优方案的路线将是多种多样 的，即过渡方案的个数和内容可能有所不同。为检查最后所得方案是否最优，必 要时应采取不同的决策过程加以验证。 ( 7 ) 最后，将经济上最有利方案的各项指标填记在计算表格下半部分有关格 内并与各站的改编能力相核对，如有的车站不能适应时，则应改选车小时消耗与 之接近而各站编组线数量与改编能力都能满足要求的可行方案。这种经济可行方 案最好能选出若干个，并将其利弊色是略加分析，以供决策人员参考。 通过以上表格分析法步骤的描述可以看出，表格分析法每一步的调整步骤都 十分清晰，适合对编组方案进行逐步的调整，这和铁路上编组方案的确定方法相 一致：通过对原有方案的调整来确定符合实际情况的新的编组方案。这是其他优 化编组方案的方法所不具备的优点。但是，此方法计算表格的绘制要花费大量的 工作量，每个过渡方案都需要一个计算表格，如果调整后的结果不满意，还需要 重新绘制表格，重新进行计算。肭节和技术站各项指标的计算也比较繁琐，这些因 素是表格计算法不利的方面。 2 4 本章小结 本章介绍了列车编组计划的意义及作用，列车编组计划包括装车地列车的编 组计划和技术站列车的编组计划，在铁路运输组织工作中有着非常重要的作用， 但其优化问题长期以来一直是难以很好解决的难点。本章对列车编组计划的优化 问题作了概要的说明，对计算技术站单组列车编组计划的表格分析法做了着重分 析，并对表格分析法与其他方法比较有利和不利的因素进行了说明。 1 2 3 技术直达列车作业过程分析和传统表格分析法原理介绍 3 1 技术站开行直达列车的作业过程 3 1 1 技术直达列车的概念 铁路车站按照作业性质分为编组站、区段站和中间站，其中，编组站和区段 站拥有较多的技术设备，因而具有较强的作业能力，主要办理货物列车和车辆的 技术作业，统称为技术站。 装车地直达列车未吸收的车流，到达技术站解体的装车地直达列车中的远程 车流，以及卸车地未能组织空车专列的零星空车，都要在技术站集中，并按照车 流的去向和性质加以分类，以便分别编组各种不同到站不同种类的列车。 技术站组织的列车包括远程货物直达列车( 特殊的技术直达列车) 、技术直 达列车、直通列车和区段列车等等。 技术直达列车指在技术站编组，经过一个及其以上编组站不进行改编作业的 列车。 3 1 2 技术直达列车在编成站的作业情况分析 凡是没有被装车地吸引的车流都要通过小运转列车运送到邻近的技术站进行 编组。由于列车在重量或长度上有一定的要求，必须等到凑齐满重或满长才可以 发车，所以货车并不是被送到技术站就可以直接被运送至目的地的，列车的开行 必须要等待到达一定的标准。 在技术站上为编组某一到达站( 又称去向) 的出发列车( 或车组) ，由于在 重量或长度上有一定的要求，因而使陆续进入调车场的货车有先到等待后到凑齐 满重或满长的过程，这一过程称为货车集结过程。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，组成该车列的所有货车消耗的车 小时，即为车列的货车集结车小时i l l 。 影响货车集结时间的主要因素包括集结中断的次数和延续时间、车组的大小 和配合到达的时间等。 1 3 在车组相等并均衡到达的情况下，列车的集结过程如下图3 1 ： i ： ! m 4 !m 4 i 1 m ，燃m s 燃 i r 心心心蕊心蕊忒心 一t 一一i t ，一i h 一t 一i t ，一l t ，i i 一一i 一，r l 一一 t 葡i 一 t 衲l 一 1 - 一 t 虽= 2 4 d x 时 图3 - 1 车组相等、集结不中断并均衡到达的车列集结过程图 f i g u r e3 - 1t h eg a t h e r i n gp r o c e s so f t r a i nt h a th a se q u a lv e h i c l eg r o u p sa n da r r i v e sc o n t i n u o u s l y a n de v e n l y 据此，编组一个到达站出发列车的货车全天消耗的货车集结车小时为【1 】： & = ( 钿x m ) 2 = ( 2 4 x m ) 2 = 1 2 m ( 3 1 ) m 列车的编成辆数。 实际上，日常到达车站或进入调车场的车组大小是不等的，车组到达的时间 间隔也是不同的，而且列车集结过程之间往往会出现中断情况，也就是车列集结 满重或满长后，没有残存该去向的货车。编组一个到达站的车列全天消耗的集结 车小时往往小于1 2 m ，通常可用下式表示l l 】： 瑶= c m( 3 2 ) 式中r 货车集结参数，车站可根据实际集结货车的统计资料利用下式计 算得到【2 1 ： 量 c = ( n t 羹) 6 0 m d k ( 3 3 ) i = l k 式中m 羹全站( 除去摘挂列车和小运转列车到达站) 在d 天中消耗 i = l 的集结总车分； l ( _ 除去摘挂列车和小运转列车到达站外的全站集结的列车到达站数。 由此可见，编组一个列车到达站的货车集结时间由货车编成辆数m 和货车集 结参数c 决定，而与该去向全天的车流量无关。货车集结参数也是表格分析法中 的一个重要参数。 1 4 3 13 技术直达列车在途经技术站的作业情况分析 技术直达列车吸引的车流包括到达直达列车到达站卸车的车流和到达直达列 车卸车站以远的车流。在列车运行途中经过的技术站，要么进行无调中转作业， 要么直接通过，不进行任何技术作业。而到达直达列车到达站以远的车流在到达 站要进行有调改编作业，编入其他列车再运送至目的地。下面就无调中转作业和 有调中转作业分别进行说明。 l 、无调中转作业 列车到达技术站以后，不进行解编作业，只进行必要的技术作业就继续运行。 包括摘挂机车、试风、货运检查等。所以无调作业的时间一般都比较短，特别是 当机车采用循环运转制时，在基本段不更换机车，只在站线上进行机车整备作业 即可。 2 、有调中转作业 有调中转作业要比无调作业复杂，所以花费的时间也要相应长很多。首先列 车要进行到达作业，然后进行解体调车，将车辆溜入调车场集结，待凑够规定的 重量或长度后进行编组，转出发场进行出发作业，如图3 2 所示： 作业名称作业延续时问 到达作业 解体作业 l 集结作业 l 编组作业 l 出发作业 l i 延续时间 图3 - 2 有调中转技术作业过程 f i g u r e3 - 2t h ep r o c e s so ft h es h u n t i n gs e r v i c er e l a yw o r k 3 2 影响技术直达列车开行的因素 技术站要编发直达列车，必须要满足开行直达列车的基本条件，在下一节将 详细介绍。除此之外，还有很多影响直达列车开行的其他因素。 首先，技术站的设备情况是影响直达列车开行的重要因素之一。 ( 1 ) 技术站的作业能力，开行直达列车，将会占用到发线很长的时间，这样 会增加车站的负担，降低车站的作业能力； ( 2 ) 技术站到发线的长度，技术站到发线的长度制约着直达列车的编成辆数， 1 5 特别是对远程直达列车有重大影响； ( 3 ) 车流量，要开行直达列车，必须要有足够的车流量，也就是要有稳定充 足的货源。 其次，列车通过区段牵引重量的影响。也就是直达列车的编成情况要保证能 通过区间最困难的区段。 第三，终到站作业能力的影响。编开直达列车时，要考虑终到站作业能力的 约束，尽量在一些作业负荷大，解编能力紧张的技术站无改编通过，减少这些技 术站的作业负担。 第四，终到站到发线的有效长。跟始发技术站到发线的约束相同，技术直达 列车终到站的到发线也要能够满足本列直达列车的长度要求。 3 3 现行技术站开行直达列车的基本判断条件 3 3 1 车流无改编通过技术站的节省时间 在技术站编组的直达列车，经过沿途各技术站时无需进行改编作业，从而可 以得到车流无改编通过技术站的车小时节省。现行的此节省时间的计算是基于以 下假设条件成立的：列车通过技术站时如果不进行有调中转作业则必进行无调中 转作业。 设车站的无调中转车停留时间为t 壬，有调中转车停留时间为t 有，则技术直达 列车在通过该站时，每车本身得到的节省时间为名t 千。但是，车流无改编通过技 术站将引起该站集结车流的减少，导致该站每车平均集结时间延长，此延长时间 为直达车流在该站改编时，该站的每车平均集结时间f 1 1 ，设为t 簋。由此可以得出， 每一货车无改编通过技术站的平均节省时间t 书为【l l ： t 节= t 有一f 无一集( j 1 ) ( 3 - 4 ) 3 3 2 技术站开行直达列车到达站的基本条件 虽然直达列车可以获得无改编通过沿途技术站的节省时间，但是，为了编 组某- - n 达站的直达列车，必须将该到达站的车流划分出来单独集结，等凑够整 列后才能出发，因而每编组一个到达站列车，就要产生一个到达站列车的货车集 结车小时消耗。因此，编组直达列车到达站是否