第八組-鐵路空車調(diào)配實(shí)用方法研究

1、,鐵路空車調(diào)配實(shí)用方法研究,目錄,1 緒論2 鐵路空車調(diào)配的基本理論3基于通過(guò)能力約束下的空車調(diào)配問題研究4空車調(diào)配模型5鐵路空車調(diào)配最小排空費(fèi)用的合理分?jǐn)?1 緒論,1.1 空車調(diào)配產(chǎn)生的原因,1 緒論,我國(guó)是大陸國(guó)家，幅員遼闊，人口眾多，資源分布、產(chǎn)業(yè)配置、國(guó)土開發(fā)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展很不平衡。礦產(chǎn)資源大都分布在腹地，加工工業(yè)多集中在東部沿海，形成大量貨物自西向東、由北至南流動(dòng)的基本格局。鐵路承擔(dān)著維系國(guó)計(jì)民生的重要貨物的運(yùn)輸任務(wù)，作為是我國(guó)客貨運(yùn)輸?shù)闹髁途C合運(yùn)輸體系中的骨干，它承擔(dān)著全國(guó)近 60%的旅客運(yùn)輸量和 70%貨物運(yùn)輸量。由于路網(wǎng)各個(gè)車站、分局、鐵路局的裝卸車數(shù)一般是不相等的，為了保證不

2、間斷地按日均衡完成裝車任務(wù)，必須將卸大于裝的地區(qū)向裝大于卸的地區(qū)進(jìn)行排空，這就是空車調(diào)配產(chǎn)生的原因。,卸大于裝（按車種）的車站不間斷地向裝大于卸的車站排空。這一工作就稱為“空車調(diào)配”。,1.2 空車調(diào)整圖的編制,1 緒論,空車調(diào)整計(jì)劃可利用空車調(diào)整圖按車種別編制。鐵道部根據(jù)各鐵路局的使用車計(jì)劃和卸空車計(jì)劃，計(jì)算各局車種別裝卸差，并通過(guò)編制全路空車調(diào)整圖來(lái)確定各局間分界站車種別空車交換車數(shù)。鐵路局根據(jù)使用車計(jì)劃、卸空車計(jì)劃和鐵道部下達(dá)的局間分界站空車調(diào)整任務(wù)編制鐵路局空車調(diào)整圖。,1.3 鐵路空車調(diào)配的目的,1 緒論,空車調(diào)整是為了合理分布運(yùn)用車和保證裝車需要而進(jìn)行的車流調(diào)整。為了保證運(yùn)輸過(guò)程的

3、連續(xù)性必須組織空車源源不斷地送到裝車地，從而合理有效地實(shí)現(xiàn)將卸車數(shù)大于裝車數(shù)地區(qū)（路局、車站）所產(chǎn)生的 多余空車配送到裝車數(shù)大于卸車數(shù)的地區(qū)去。同時(shí)由于空車走行公里 為非生產(chǎn)走行，因此空車調(diào)整還必須考慮減少空車走行的距離，以減少對(duì)重車的干擾。,1.3.1 鐵路空車調(diào)配的不均衡性,1 緒論,在鐵路運(yùn)輸過(guò)程中最理想的空車分布是保證每天到達(dá)各站卸車產(chǎn)生的空車數(shù)正好是各車站裝車所需要的車數(shù)。這樣可實(shí)現(xiàn)車輛只在站內(nèi)進(jìn)行卸裝作業(yè)不產(chǎn)生空車走行，最經(jīng)濟(jì)有效地發(fā)揮運(yùn)輸效率。但由于實(shí)際貨物的產(chǎn)、銷地不均衡，地區(qū)的產(chǎn)業(yè)構(gòu)成不相同，貨源波動(dòng)以及受線路運(yùn)輸能力的限制等因素，通常很難保證這種裝卸平衡。所以 實(shí)際每天到達(dá)

4、各鐵路局及車站按卸車產(chǎn)生的空車數(shù)不一定正好是裝車所需要的。這就是運(yùn)輸過(guò)程中空車分布的不均衡性，也叫做裝車資源的波動(dòng)。,1.3.2 鐵路空車調(diào)配不均衡性的影響,1 緒論,空車分布的不均衡性，一方面可能會(huì)延誤裝車，另一方面會(huì)增加空車等裝的停留時(shí)間，延長(zhǎng)車輛周轉(zhuǎn)時(shí)間，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成一定的損失。因此，采取必要的車輛組織措施，減少空車分布的不均衡性是鐵路運(yùn)輸組織的一項(xiàng)重要任務(wù)?？哲囌{(diào)整對(duì)車輛分布及運(yùn)用、服務(wù)質(zhì)量、運(yùn)輸工作的均衡性，以及企業(yè)和社會(huì)效益等都具有重大影響。所以，空車調(diào)整必須基于我國(guó)鐵路運(yùn)輸工作的特點(diǎn)和鐵路運(yùn)輸市場(chǎng)的實(shí)際，遵循以下的基本原則。,1.4 鐵路空車調(diào)配原則,1 緒論,滿足運(yùn)輸需求是空

5、車調(diào)整的最終目的。保證鐵路局及站段貨物發(fā)送裝車量所需要的空車。同時(shí)，優(yōu)先保證滿足重點(diǎn)廠礦、港口、國(guó)境站重點(diǎn)物資或大宗貨物的裝運(yùn)，在一定條件下供應(yīng)裝運(yùn)計(jì)劃外貨物所需要的空車，為運(yùn)輸需求準(zhǔn)備足夠的空車。,1.4.1滿足運(yùn)輸需求的原則,1.4 鐵路空車調(diào)配原則,1 緒論,空車的合理分布是組織均衡運(yùn)輸、合理利用鐵路運(yùn)輸能力、全面完成運(yùn)輸任務(wù)的重要保證。空車調(diào)整不僅要滿足運(yùn)輸需求的車輛數(shù)目上的平衡而且還必須考慮路網(wǎng)上空車運(yùn)用車的合理分布，以保證全路貨物運(yùn)輸工作的均衡性和節(jié)奏性。為了保持其相對(duì)平衡的合理分布，通常采用按層次分級(jí)（鐵道部、路局）控制車數(shù)；按狀態(tài)（重、空）和去向（交出和接入）控制車數(shù)；按主要車

6、種（P、C、N、G、B等）控制車數(shù)的原則，通過(guò)制定和完成排空計(jì)劃指標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)。而且在執(zhí)行計(jì)劃過(guò)程中，必須從整體利益出發(fā)，嚴(yán)守排空紀(jì)律，完成各級(jí)規(guī)定的排空任務(wù)。,1.4.2整體利益的原則,1.4 鐵路空車調(diào)配原則,1 緒論,主要體現(xiàn)在保證裝車數(shù)量最大、貨物運(yùn)送總量最多、貨物運(yùn)輸營(yíng)銷額最高等方面。在運(yùn)輸過(guò)程中車輛的裝、運(yùn)、卸、維護(hù)等運(yùn)用成本不盡相同，所以在車輛資源有限的情況下，空車調(diào)整必須考慮貨物裝運(yùn)和車輛利用的最大效益原則。,1.4.3最大效益原則,1.4 鐵路空車調(diào)配原則,1 緒論,即壓縮空車走行公里，減少空車走行率。車輛在空車狀態(tài)下的走行為非生產(chǎn)走行，會(huì)降低車輛生產(chǎn)率和增加運(yùn)輸成本。因此，應(yīng)以

7、最小的費(fèi)用實(shí)現(xiàn)車輛調(diào)整措施，壓縮空車走行公里。在空車調(diào)配工作過(guò)程中，盡量減少空車從排空地到接空地的走行公里和在途時(shí)間消耗。通常在 空車調(diào)整過(guò)程中應(yīng)遵循最大限度減少空車的調(diào)配量，對(duì)需要調(diào)配的空車由卸車地至裝車地應(yīng)經(jīng)由最短徑路，盡量消滅同種空車和可以互相代用空車在同一徑路上的對(duì)流運(yùn)輸，在保證貨物和行車安全的條件下采取車種代用方式，正確集中和調(diào)配備用車等原則 ，以減少空車走行公里。,1.4.4最小費(fèi)用原則,1.4 鐵路空車調(diào)配原則,1 緒論,在路網(wǎng)通過(guò)能力等條件的限制下，充分考慮線路和車站能力的均衡利用，車流不拆分、車流徑路合理選擇等原則，使運(yùn)輸組織比較合理，滿足列車編組計(jì)劃和運(yùn)行圖的要求。,1.4

8、.5運(yùn)輸組織合理性原則,2 鐵路空車調(diào)配的基本理論,2.1 鐵路空車調(diào)配的基本方法,2 鐵路空車調(diào)配的基本理論,在鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)實(shí)際中廣泛采用的空車調(diào)配方法主要有三種： 1.正常調(diào)整 2.綜合調(diào)整 3.緊急調(diào)整,2.1 鐵路空車調(diào)配的基本方法,2 鐵路空車調(diào)配的基本理論,1.正常調(diào)整 正常調(diào)整也稱為計(jì)劃性平衡調(diào)整，它是在正常運(yùn)輸情況下根據(jù)技術(shù)計(jì)劃(或旬計(jì)劃)所規(guī)定的空車調(diào)整任務(wù)安排日?？哲囌{(diào)配計(jì)劃的一種方法。這種方法主要是在各路局(公司)根據(jù)貨運(yùn)計(jì)劃調(diào)整裝卸車工作量之后，再依據(jù)裝卸車差數(shù)進(jìn)行補(bǔ)充和排出空車的調(diào)整。 該方法可從整體上調(diào)節(jié)彌補(bǔ)區(qū)域裝卸的不平衡性，并可通過(guò)調(diào)整各局間分界站移交的空車車種

9、和數(shù)量，調(diào)控各路局(公司)的空車保有量，實(shí)現(xiàn)全路運(yùn)用車的合理分布。,2.1 鐵路空車調(diào)配的基本方法,2 鐵路空車調(diào)配的基本理論,2.綜合調(diào)整 當(dāng)貨流、車流發(fā)生變化或重車流增加時(shí)，在不影響接空局重點(diǎn)物資裝車需要的前提下，經(jīng)鐵總批準(zhǔn)，依據(jù)下達(dá)的日計(jì)劃命令，可對(duì)重、空車總數(shù)進(jìn)行綜合調(diào)整，即當(dāng)本局向某一鐵路局交出的某種重車流增加時(shí)，可以減少向該局排出該種空車的數(shù)量，而由接空局利用卸后空車補(bǔ)充裝車需要。 綜合調(diào)整不是取消空車車輛的調(diào)整，而是將重空車流的調(diào)整過(guò)程相互聯(lián)系起來(lái)。,2.1 鐵路空車調(diào)配的基本方法,2 鐵路空車調(diào)配的基本理論,3.緊急調(diào)整 緊急調(diào)整是由于特殊緊急運(yùn)輸情況需要（如軍事調(diào)動(dòng)）或?yàn)榧铀?/p>

10、車輛合理分布而采取的非常措施。采用這種方法時(shí)，通常規(guī)定排空局(公司)按指定的局間貫通列車線編開固定空車直達(dá)列車，編掛一定數(shù)量或一定車種的空車，定期送往用車地點(diǎn)。 這種調(diào)整方式可能造成在某些區(qū)間發(fā)生同種空車的對(duì)流，違反車輛合理使用的基本原則，并會(huì)增加空車的走行公里，同時(shí)限制了各局(公司)在調(diào)配空車上的機(jī)動(dòng)性，所以只能在特殊情況下采用，以調(diào)度命令形式公布實(shí)施。,2.2 鐵路空車調(diào)配的業(yè)務(wù)流程,2 鐵路空車調(diào)配的基本理論,鐵路的空車調(diào)配業(yè)務(wù)主要分為計(jì)劃和執(zhí)行兩個(gè)層面，計(jì)劃主要體現(xiàn)在鐵路運(yùn)輸月度技術(shù)計(jì)劃中的空車使用計(jì)劃，執(zhí)行主要體現(xiàn)在各級(jí)調(diào)度的車流調(diào)整上。,2.2 鐵路空車調(diào)配的業(yè)務(wù)流程,2 鐵路空車

11、調(diào)配的基本理論,2.2 鐵路空車調(diào)配的業(yè)務(wù)流程,2 鐵路空車調(diào)配的基本理論,2.2 鐵路空車調(diào)配的業(yè)務(wù)流程,2 鐵路空車調(diào)配的基本理論,3.鐵路局車流調(diào)整 鐵路局的車流調(diào)整是通過(guò)對(duì)空重車的綜合考慮，制定鐵路局的列車日班運(yùn)行計(jì)劃。鐵路局的空車調(diào)配主要遵循“一卸、二排、三裝”為主要原則，即首先安排卸車作業(yè)，盡快地產(chǎn)生空車；優(yōu)先完成鐵總下達(dá)的排空計(jì)劃；根據(jù)管內(nèi)的空車情況安排裝車作業(yè)。,2.3 鐵路空車調(diào)配問題的研究,2 鐵路空車調(diào)配的基本理論,2.3 鐵路空車調(diào)配問題的研究,2 鐵路空車調(diào)配的基本理論,1.靜態(tài)空車調(diào)配 靜態(tài)空車調(diào)配不考慮時(shí)間因素的影響，認(rèn)為每天的空車供需和車流組織是均衡平穩(wěn)的。 靜

12、態(tài)調(diào)配研究前提是不考慮隨機(jī)變化，假設(shè)一段時(shí)期內(nèi)的空車供需情況是穩(wěn)定的。通常以空車走行公里或運(yùn)輸費(fèi)用最小化為目標(biāo)構(gòu)建模型獲得路網(wǎng)供需節(jié)點(diǎn)間的空車最優(yōu)分配方案。,2.3 鐵路空車調(diào)配問題的研究,2 鐵路空車調(diào)配的基本理論,靜態(tài)調(diào)配模型大多作為簡(jiǎn)單的運(yùn)輸問題處理，研究方法包括傳統(tǒng)運(yùn)輸問題方法以及現(xiàn)代啟發(fā)式方法包括遺傳、蟻群、粒子群法等。就戰(zhàn)術(shù)規(guī)劃層面而言，靜態(tài)空車調(diào)配是有助于貨運(yùn)計(jì)劃和運(yùn)輸計(jì)劃的擬定的，它反映了一段時(shí)間里的平均空車調(diào)配策略。此外，靜態(tài)空車調(diào)配問題的求解復(fù)雜度一般也略小。,2.3 鐵路空車調(diào)配問題的研究,2 鐵路空車調(diào)配的基本理論,空車調(diào)配確定性模型往往都是假設(shè)卸車站的空車數(shù)、裝車站需

13、要的空車數(shù)是確定的，實(shí)際上每天卸車站產(chǎn)生的空車數(shù)由于作業(yè)車延誤、扣修車輛和到達(dá)貨車信息不準(zhǔn)確等不確定性因素，裝車站由于路網(wǎng)意外清況導(dǎo)致的停限裝、貨主需求不同和資金等不確定性因素影響，需要對(duì)確定性模型進(jìn)行改進(jìn)。,2.3 鐵路空車調(diào)配研究視角,2 鐵路空車調(diào)配的基本理論,2.動(dòng)態(tài)空車調(diào)配 動(dòng)態(tài)空車調(diào)配主要是就日常組織規(guī)劃層面而言的，它強(qiáng)調(diào)空車配送應(yīng)隨時(shí)間的推移而變化。國(guó)外在研究動(dòng)態(tài)空車調(diào)配問題上側(cè)重采用時(shí)空網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這種技術(shù)主要是考慮離散的時(shí)間步(時(shí)段)，并在一個(gè)規(guī)劃期內(nèi)的每個(gè)時(shí)間步上將物理網(wǎng)絡(luò)加以復(fù)制，從而形成一個(gè)時(shí)間擴(kuò)延的網(wǎng)絡(luò) 動(dòng)態(tài)優(yōu)化使得模型進(jìn)一步符合空車調(diào)配的運(yùn)輸組織實(shí)際，主要表現(xiàn)在運(yùn)輸時(shí)

14、間、空車供給量和需求量以及路段通過(guò)能力等方面具有隨機(jī)特征。,3 基于通過(guò)能力約束下的空車調(diào)配問題研究,約束條件下空車調(diào)配模型,路段通過(guò)能力,車站通過(guò)能力,空車總走行里程最小,約束條件下空車調(diào)配模型,s.t.,求解算法及程序?qū)崿F(xiàn),（1）給定目標(biāo)流量F，或，從給定的最小費(fèi)用流f 開始，若未給，令f 為零流； （2）若v（f） F，停止運(yùn)算，f 為最小費(fèi)用流，否則轉(zhuǎn)； （3）構(gòu)造與流f相應(yīng)的有向圖D(f),在D(f)中尋找從vs到vt的最短路徑P，沿P調(diào)整 流f的流量直到F，轉(zhuǎn)，若不存在從vs到vt的最短路徑，則f就是最小費(fèi)用最大流。,1.求解算法,求解算法及程序?qū)崿F(xiàn),2.求解程序流程圖,實(shí)例分析,

15、已知有S1，S2，S3 共3 個(gè)空車發(fā)送站，產(chǎn)生的空車數(shù)量分別為200，300，500 輛;有D1，D2，D3 共3 個(gè)空車接收站，需求的空車數(shù)量分別為300，300，400 輛;中間車站M1 的最大通過(guò)容量為600 輛，中間車站M2 的最大通過(guò)容量為500 輛;鐵路網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，試求該鐵路路網(wǎng)的最小空車總走行里程數(shù)。,實(shí)例分析,實(shí)例分析,實(shí)例分析,空車總走行里程最小費(fèi)用為395500空車公里,4 單車種的空車調(diào)配模型,由于空車的供給和需求一般分散在各地,則空車供應(yīng)站和需求站往往不在一起,所以在未實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸之前,必須協(xié)調(diào)各運(yùn)輸部門,構(gòu)造出空車調(diào)配的數(shù)學(xué)模型,并用求解運(yùn)輸問題的方法,制定出最優(yōu)

16、調(diào)配方案?？哲囌{(diào)配優(yōu)化模型的建模方法是將空車調(diào)配問題看作一個(gè)運(yùn)輸問題,以總的配送費(fèi)用最小或空車走行距離最短為目標(biāo),然后加上必要的條件約束獲得最優(yōu)分配方案。,假設(shè)路網(wǎng)中,有個(gè)m個(gè)空車供應(yīng)站,記作 , ,., ,其供應(yīng)的空車數(shù)量分別為有 , , ,有n個(gè)空車需求站,記作 , , , 其需求的空車數(shù)量分別為 , ,., 數(shù)學(xué)模型如下： minZ= s.t.,單車種的空車調(diào)配模型,供需平衡問題 供需不平衡問題 空車總需求量大于總供應(yīng)量時(shí)，增加一個(gè)虛擬空車供應(yīng)點(diǎn) 空車總需求量小于總供應(yīng)量時(shí)，增加一個(gè)虛擬空車需求點(diǎn),單車種的空車調(diào)配模型,最優(yōu)空車調(diào)配方案,由于不同品類的貨物存在屬性差異，對(duì)裝運(yùn)所需的貨車車

17、種也有著特殊的要求。例如，石油只能用罐車裝運(yùn)而不能改由其他車種承擔(dān)；糧食首選棚車裝運(yùn)但卻不能由罐車代替。因此在單車種空車調(diào)配模型的基礎(chǔ)上考慮車種因素，進(jìn)行改進(jìn)得到多車種的空車調(diào)配模型。,多車種的單車調(diào)配模型,數(shù)學(xué)模型如下： s.t. 為由空車供應(yīng)站i 配送到空車需求站j 的u 種空車數(shù) 為從空車供應(yīng)站i 到空車需求站j 調(diào)配一輛u 種空車的單位費(fèi)用 為空車供應(yīng)站i 產(chǎn)生的u 種空車數(shù) 為空車需求站j 需求的u 種空車數(shù),多車種的空車調(diào)配模型,同上例假設(shè)某路網(wǎng)，有四個(gè)空車供應(yīng)站 H、I、J、K，有四個(gè)空車需求站h、i、j、k，所有車站中車種包含敞車、罐車、平車三種，其車輛數(shù)分別用 C、G、P 來(lái)

18、表示，則每個(gè)車站對(duì)應(yīng)的供應(yīng)需求車輛用 m（C，G，P）表示，兩兩站點(diǎn)間的距離用 表示，則該路網(wǎng)中空車需求供應(yīng)數(shù)據(jù)表如表所示：,車種代用的空車調(diào)配模型,在實(shí)際的日常調(diào)度工作中，不難發(fā)現(xiàn)，如果我們只考慮到空車車種的相互獨(dú)立性， 而把在實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)輸過(guò)程中車種代用的現(xiàn)象所忽略，那么分車種的空車調(diào)配模型 就仍然有一定的限制。實(shí)際的鐵路運(yùn)輸中，常常會(huì)出現(xiàn)某一或某些貨車車種資源相對(duì)緊張，而其他的車種資源又有富余的情況。而在此情況下，車種代用成為實(shí)際運(yùn)輸調(diào)度中一項(xiàng)必要且合理的決策手段。 因此在分車種的空車調(diào)配模型基礎(chǔ)上，構(gòu)建車種代用下的空車調(diào)配模型： s.t.,鐵路空車調(diào)配最小排空費(fèi)用的合理分?jǐn)?空車調(diào)整是鐵路運(yùn)輸組織工作的重要環(huán)節(jié),對(duì)保證鐵路運(yùn)輸產(chǎn)品不間斷生產(chǎn) 重車正常開行有著非常重要的意義。全路性的空車調(diào)整,對(duì)各鐵路局(公司)組織均衡運(yùn)輸尤為重要。,在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下,不僅全路的空車調(diào)整仍需由鐵道部統(tǒng)一進(jìn)行調(diào)整,并通過(guò)強(qiáng)制性命令方式給各個(gè)分局或公司下達(dá)指定分界口的排空任務(wù),而且全路空車調(diào)整的總費(fèi)用也應(yīng)由各個(gè)局合理負(fù)擔(dān)。,空車不似重車有具體的到站,原則上要按最短或最經(jīng)濟(jì)的線路調(diào)整空車。從這一問題本身來(lái)看,它追求的