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天天资源网 / 初中拓展 / 教学同步 / 通道内既有平行线间的合理分工及车流径路优化

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^"I?硕士学位论文■MASTERDISSERTATION_论文题目:通道内既有平行线间的合理分工及车流径路优化士:?:指导教师^_丨“舅一 ?国内图书分类号:U292.3密级:公开国际图书分类号-西南交通大学硕士研究生学位论文通道内既有平行线间的合理分工及车流径路优化年级一二级:二〇姓名:緒岩申请学位级别:工学硕士专业:交通运输规划与管理指导老师:马酒副教授二〇一五年四月 ClassifiedIndex:U292.3U;.D.CSouthwestJiaotonUniversitgyMasterDereeThesisgRESONABLEDIVISIONANDCARFLOWROUTINGOPTIMIZATIONBETWEENPARALLELEXISTINGLINESINTRANSPORTATIONCORRIDORGrade:2012Candidate:ChuYanAcademicDegreeAliedfor:MasterDegreeofEngineerinppgSecialit:PlanningandManaementofpygTrafficandTransortationpSupervisor:MaSiAril2015p, 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.不保密使用本授权书。"’’(请在以上方框内打V)学位论文作者签名:指导老师签名:、、曰期:么:曰期>od3 ■西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下:1、分析通道内的货物运输现状,结合铁路运输组织方法与特点,提出通道内既有线吸引范围的划分需与车流径路相结合,充分考虑接续车流对通道吸引范围的影响,提出通道内既有平行线路吸引范围划分新方法。2、阐述通道内既有平行线路合理分工的原则,提出平行线路按照速度分工和按照车流分配分工的两种方法。通过对通道内车流径路定义、影响因素等的分析,提出通道内既有平行线路车流径路优化的原因。3、以平行线路区段能力利用率标准差表示区段能力利用的均衡程度,构建兼顾能力利用程度和车流在途运输时间最少为目标的车流径路优化模型。在分析己有研究算法优劣的基础上,设计了基于群体编码方式的改进遗传算法及算法步骤和流程,并通过实例验证了模型和算法的有效性。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宄工作所得的成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说明。一切法律责任将由本人承担本人完全了解违反上述声明所引起的。学位论文作者签名:曰期: 西南交通大学硕士研究生学位论文第丨页摘要随着我国高速铁路的大规模修建及运营,铁路通道的功能和结构不断完善,高铁。对旅客的分流使货物运输逐渐成为既有乎行线路的重心在既有平行线之间,部分货流可以选择不同的径路,导致车流在平行线路上摆动,造成通道整体能力下降,给铁路部门带来经济损失。为充分利用铁路运输能力,不断提高货物运输质量,研究通道。内既有线路分工和车流径路优化问题,显得十分重要、本文以京九线京广线及焦柳线构成的南北大通道为研究背景,从通道内的货物运输及能力现状入手,结合车流组织基本理论和方法,对通道内既有平行线路的合理。分工和车流径路优化进行深入分析,构建南北通道车流径路优化模型并设计算法论文主要研宄工作如下:一(1)分析通道内货物运量和结构特点,阐述线路与车站能力计算的般方法,结合通道内线、站能力及货运现状,归纳了通道货物运输集中化、重载化、直达化、集装化、快速化发展趋势。“(2)对既有平行线间吸引范围的分类及影响因素做了系统分析,并提出基于选”“”'‘”择集散车站、区域划分、区域流归并三个步骤的既有线吸引范围划分方法。(3)研宄了通道内合理分工的定义与原则,提出合理分工应与车流径路共同优化。结合车流径路的基本理论,阐述通道内车流径路优化的原因在于主要区段能力不足、存在非最短路车流、平行线间流量再分配和能力释放。(4)以平行线路区段能力利用均衡和车流在途的输送时间最少为目标,构建通道。内既有平行线路合理分工与车流径路优化的模型在分析已有研宄算法优劣的基础上,。针对本文模型,设计了基于群体编码方式的改进遗传算法,并给出计算步骤和流程(5)以南北通道为例进行了合理分工和车流径路优化计算,提出焦柳线、京广线和京九线车流调整策略。关键词:合理分工;车流径路;南北通道;既有平行线;吸引范围; 丨西南交通大学硕士研究生学位论文第丨页Abstract--waWiththelargescaleconstructionandoperationofhighspeedrailyinChinathe,functionandstructureofrailwaycorridorarecontinuouslyimproved.Aspassengertrat-nspordirtedbyhseedrailwafreittransortbecomestefocusofheveighyhtp,ghpparallelexistinglines.Theselectivelypathsofartialfreihtamonthearallelpggpexistinglinesmakesomecertaincarflowstransferfromoneexistinglinetoanother.Asaresult,itcauseoverallcaacitofthecorridordeclininandtheeconomlossofpygytherailwacomanThereforeitisverimortanttoresearchonhowtoypy,ypscientificallydividetheworkofthearallelexistinlinesandotimizethecarflowpgpathinordertomakinfulluseofexistineuimentandimrovintheualitofp,ggpgqyqpthefreihttransortandcoordinateand.gp,-Thispaperisbasedontherailwaynorthsouthcorridorconsistedofthe-Kow--BeiinloonLinetheBeiinGuanzhoulineandtheJiaozuoLiuzhouLine.jg,jggUndertheanalysisofthepresentfreighttransportsituationandcarryingcaacitofpythecorridorusinthebasictheoriesandmethodsofcarfloworanizationit,gg,researchesonthereasonabledivisionandcarflowroutingotimizationamonthepgaraleexistnnesnthecorridorThenthisarticlebuildsacarlowroutnplliglii.figoptimizationmodelwhichalgorithmisdesigningatthesametime.Themainresearchesofthispaperareasfollow:1Thisaeranazeseretvoumeandstructureinthecorridorand()pplythfighleaborateactonmethodofwacaactandtatncaactnsislstheclulairailypiysiopiy.Coder-withthecaacitofcorridoritconcludesthecentralizedheavloaddirectpy,,y,,containerizationfastdevelomenttrendoffreihttransortinthecorridor.,pgp2Theclassificationandtheinfluencefactorsofthearallelexistinlineattractin()pggscopearediscussed.Anewclassificationmethodforattractingscopeisputforwardasthefollowinthreestes:selectingdistributionstationthendividinreionlastlgp,gg,ytrmergingreionalseam.g3Thedefinitionandtherincilesofthereasonabledivisionbetweenthearallel()pppexistinglinesarestudied.Withthecarflowroutintheoriesthisaerutsforwardg,pppthefactorsofcarflowroutingotimizationasfollow:insufficientcaacitofmainppyttlinecarflowswithoushortesathredistributionofflowsbetweenarallelexistin,p,pglinesandthereleasinof.gcaacitpy4Amodelforreasonabledivisionofarallelexistinlinesandcarflowroutin()pgg 西南交通大学硕士研究生学位论文第111页optimizationwhichaimedforthemostequilibriumdegreeofthearallellineandthepminiumtravelingtimeofcarflowsisestablished.Basedontheadvantaesandgdisadvantagesofexistingalorithmthisarticledesinstiieeneticalorithmwhichisg,gggencodedbygroucode.Thenitivesthecalculationstesandrocess.p,gpp5Tkt-()ainhesouthnorthcorridorasanexamplethereasonabledivisionsandcarg,flowroutadsenecormen-ingutmtstratiesisnfidbetweentheBeiiKowloonLinejgjg,--theBeiinGuanzhoulineandtheJiaozuoLiuzhouLine.jggKsonab-eords:RealeDivisionCarFlowRoutinSouthNorthCorridorParallelyw;g;;ExistingLines;AttractingScope 西南交通大学硕士研究生学位论文第丨V页目录胃绪论11.1论文研宄背景和意义11.2国内外研究现状11.3主要研宄内容5第2章通道内既有平行线货物运输组织82.1通道内的货物运输82.1.1通道内货物运量82.1.2通道内货物运输结构122.2通道运输能力142.2.1线路能力152.2.2车站能力162.3通道内既有平行线能力释放及货运运输组织182.3.1既有线能力释放182.3.2通道内货物运输流程及发展趋势212.3.3大宗货物运输组织222.4本章小结23第3章既有平行线间合理分工和车流径路243.1既有平行线间的合理吸引范围243.1.1既有平行线合理吸引范围的分类243.1.2既有平行线合理吸引范围的划分263.2既有平行线间的合理分工313.2.1既有平行线路合理分工的定义313.2.2合理分工的影响因素及原则323.2.3合理分工方法343.3既有平行线间车流径路选择363.3.1车流径路基本理论36 西南交通大学硕士研究生学位论文第V页3.3.2运能释放对车流径路的影响383.4本章小结39第4章合理分工及车流径路优化模型与算法404.1合理分工及车流径路优化模型的目标分析404.2合理分工与车流径路选择模型414.2.1模型的特点及条件假设414.2.2通道内既有平行线路的数学描述424.2.3模型的建立434.3模型的算法及步骤454.4本章小结52第5章车流径路选择实例分析535,1实例描述535.2合理分工及车流径路选择方案565.3结果分析585.4本章小结59^it60mm62参考文献63附录167_271攻读硕士期间发表的学术论文76 西南交通大学硕士研究生学位论文第1页第1章绪论1.1论文研究背景和意义,我国高速铁路的大规模修建和运营完善了铁路通道结构,改变了通道内既有线的性质和功能。随着高速铁路成网运营,高速铁路将以其优质服务吸引更多的既有线客流一,既有线的货运能力将得到释放,铁路货运产品单的局面与我国目前的车流组织方法将会存在一定的改变。此时,既有线货物在平行线路间如何合理运输,如何合理确定其运行径路等将影响既有平行线的运输质量,决定了通道内整体经济效益。“”“2012年5月,铁道部实施百千战略,依托于高铁平行线路和联运通道等开行百”“”直达货物班列列快运货物班列和千列。其中快运货物班列呈现客运化组织的特点,列车成对运行且固定中间停站和摘挂站。同时既有平行线承担着大量的货物班列,以广铁集团为例,京广和京九平行线路承担局管内63%的快运货物班列和44%的直达货物班列。2012年9月,为了提高铁路货运服务水平,铁路总公司推出实货制改革。“”“”以实货和客户真实需求为依据实现货物随到随运的要求与我国全路货运请求车满足率不足的矛盾激化,现有车流径路及其调整方法不能均衡各线路能力,无法为“”“”实货制要求下的随到随运提供保证,。因而研宄高铁分流后通道内平行线路“”间货物运输问题,优化通道内货物列车运输径路,是实现货运的百千战略和满足”“要求的基础和关键实货制。可见,通道内既有平行线间的分工和车流径路的合理性,对于充分利用南北通道内平行线路能力,满足通道内低端客运需求和实货制下的货物运输需求,提高通道内平行线间货物列车的旅行速度和货物运输服务水平及质量,实现快运货物班列客运化、快速化的运输组织要求有着较大的影响。因此,必须依据通道内的客货运输需求和通道内平行线路的技术条件,科学、合理地进行通道内平行线路间的分工和车流径路调整,以便优化铁路运力资源配置,提高运输的效率和效益。1.2国内外研究现状本文主要研究南北大通道内既有平行线路之间的合理分工和车流径路优化问题,因此研究现状将围绕这两个方面进行。国内针对通道合理分工的研究主要集中在高速铁路和既有线的分工方案及高速铁路的运输组织上,对通道内既有平行线间合理分工的研宄较少,。在径路优化方面基于网络背景下的径路优化模型和算法已有很多成熟的研究。相比之下,国外研究主要针对道路交通,并侧重道路交通流的分配。1.合理分工-4文献[1从运输组织模式上,分析了高速铁路和既有线的分工模式。其中文献1][] 西南交通大学硕士研究生学位论文第2页和文献[2]探讨了国内高速铁路和既有线合理分工的模式及原则,并从本线、跨线列车和列车的速度等级上给出了高速铁路和既有线的分工模式,但是分工模式中以高速铁。文献3、沪宁城际和既有沪宁铁路三线的功能定位,并依据路为主[]研宄了沪宁高速其功能定位给出了三线的分工方案和在各自分工方案下的运输组织模式。文献4提出[]一,种模式的适用时期了客货分线后既有线的三种运输组织模式并给出了每,同时认“”为既有线的运输组织应该为以货为主,以客为辅。并且,既有线旅客运输应该以低端客流为主,货物运输应该提高直达化,减少重新编组以加速货物送达和车底周转。5-8文献从通道能力上,讨论了高速铁路建成后对通道能力的影响和高速铁路与[]既有线合理分工的模式问题。文献[5]指出在客运专线建设初期,平行于尚未建设客运专线的既有线,还,不但要承担与之平行客运专线的客流要负担因衔接客运专线而诱一增的客流,在定程度上使既有线能力更加紧张。所以在客运专线运营初期,既有线会因为其所处位置的不同出现能力释放或能力更加紧张两种局面。但是作者没能定量化该问题的研究。文献[6]认为客运专线和既有线能力的协调包括客运专线和既有线平行时的通道能力综合协调和客运专线和既有线衔接能力协调。前者客运专线承担主要的客流,,既有线以货物运输为主;后者则应该采用系统稱合理论通过使客运专线子系统和既有线子系统相互稱合协调,取得系统能力的最大化。文献[7分析了跨线旅客列车在铁路通道内的几种不同运行方式及其对通过能力的]影响,指出无论旅客列车还是货物列车都应按照速度分线运行。高速列车在客运专线上运行,低速列车在既有线上运行,能有效提高铁路通道的运输效率。文献[8]研究了同时存在A类和B类列车时,客运专线和既有线分工对扣除系数的影响。文中提出,一客运专线分流定的旅客列车后能大大释放既有线的货运能力,但同时认为,客运专线不应分流太多B类列车,否则将影响客运专线的能力利用。部分学者从铁路运输通道系统的成本和效益出发,,结合旅客列车径路建立了通道内高速铁路和既有线的分工模型。文献[9]综合考虑客货运输需求、列车开行方案的编制、列车径路选择和停站方案,,分析了铁路通道系统的成本构成以铁路通道系统-总成本最小化为目标,构建了合理分工的混合01非线性规划模型。文献10以铁路通道自身产品及转移产品的收益总和为目标,以客运专线能力、既[]有线能力和运输需求为约束,构建了通道内资源配置模型。作者以基本的客货运输需求约束作为铁路运输的社会公益性体现,比较合理。但是模型中提到的转移客货量系数等还有待进一步研究标定。一文献11以旅客的满意度体现了铁路的准公共产品特性,是社会福利的部分。并[]从铁路运营收入最大和社会福利最大化入手,以车站能力限制,区段能力限制构建了既有线和客运专线合理分工的多目标规划模型。但是仅仅以旅行时间表示方便程度而不考虑旅客群体构成,对不同性质的人员出行有较大的影响。为了充分体现铁路通道整体的运输能力、效益和运输组织情况,文献12分析了通[] 西南交通大学硕士研究生学位论文第3页道通过能力、运输成本、运输速度和列车日常组织调整对铁路通道分工的影响,建立了以运输通道能力为约束条件,以运输成本、旅行速度和日常运输组织三者综合最优为目标的铁路运输通道分工模型。文献13[将通道内的既有线和客运专线视为两种相互竞争的交通方式,通过建立这]两种交通方式的分担率模型,以旅客需求的比例合理分担使用客运专线与既有线能力。但是以分担率为主要形式的合理分工忽略了线路能力和运输组织的协调,而且无法描述通道内的货物列车。除客运专线和既有线的合理分工外,目前针对既有平行线路分工的研究相对较少,--14文献[从京包兰铁路通道的功能定位入手,探讨了新建集宁包头线路和既有集宁包]头线路的分工方案。并依据分工方案,从运输能力及运输质量、运输组织灵活性等方面综合分析,给出不同分工方案下新线建设的适应性。文献15利用系统工程的方法和[]理论抽象化平行铁路通道,选取列车的运行成本、旅行速度、通道能力和运行日常调整作为优化指标,构建了平行既有线路合理分工与车流径路优化模型。1车流径路-在国外研究中,文献[1618]研宄了交通流的分配方法及模式问题。文献[19]在原有,研究了铁路列车开行方案和车流径路优化问题理论和问题实际背景下,并给出其优化模型和求解算法。文献[20]分析了提高货物列车幵行方案的各种途径,描述了动态车流径路和开行方案模型,并验证其可行性。文献[21]研究路段固定费用下的多种性质网络流问题,并利用基于拉格朗日算子的双梯度搜索求解。算例表明,该算法能产生接近最优目标值的可行解。文献[22]在列车开行方案和牵引能力既定的基础上,将铁路运输的市场需求引入到车流径路中,并建立了重、空车流径路同时优化的整数规划模型。文献[23构建多商品流下铁路网车流分配与径路优化模型,并将车流径路的合理绕]行纳入到约束体系,最后利用CPLEX优化器进行求解。文献[24]改进了点弧和弧路模,型的局限,以车流量的大小区分路网中的不同商品流并以L8.0ingo求解模型验证其合理性。,综合国内学者研究在路网层面上,车流径路选择及优化模型可分为两种不同的形式一一一:种是以合理径路集为基础的弧路关系径路选择模型,另种是不依据合理一径路集的点弧关系径路选择模型。一,其关键在于解决合理径路集的获取。针对合理径路集弧路关系径路选择模型,25eDoub-文献提出了A:短路的双向扫描算法(ThleSweeethod)M,在以后基于尺短[]p26_28[]路的路网能力和车流径路计算中都受到广泛应用。但是该算法计算了假定起点至路网中其他所有节点间的K短路,为仅仅计算路网上起点至终点的的K短路,文献“”-2930提出更有针对性的合理径路集的确定方法,算法讨论了径路中圈的绕道率,[]“”认为当径路的绕道率小于给定值时,可视为合理径路集。此外,文献31提出了基[]于生成树和动态规划法的欠短路算法。目前存在的尺短路算法,能够解决路网车流径 西南交通大学硕士研究生学位论文第4页“”路中合理径路集的确定问题,但在构建的路网中,不能存在圈的出现,无论该路网的拓扑图是有向还是无向。同时应该认识到,前述短路的求解方法中忽视路网能力占用所得到的某支车流的尤短路,会因某条线路能力被其他车流占用而不可行,缺乏一定应用性。一在路网上,车流径路往往不是单独优化,根据参数内容和结构的不同,般采用车流径路和其他各方面的综合优化,文献[26]和文献P7]分别研究了车流径路和网络能力及车流径路和货物运输网络能力共同优化的多目标优化模型,在基于合理径路集的基础上,均采用遗传算法对问题进行求解。文献[32]研究了路网中重箱车流径路和空箱调配的协同优化,构建了二级稱合反馈和串联反馈系统,并采用动态广探算法(DBFS)和目标规划法(GP)对模型求解。文献[33]论述车流径路、装车地直达和技术直达列车编组计划等相关问题,提出车流径路和编组计划协同优化模型及模拟退火算法。但一一是,当路网中出现某路段能力不足时,弧路关系径路选择模型需要设置虚拟径路以保证模型有解,增加了模型的决策变量和求解难度。在点一弧关系径路选择模型中34,文献[]提出了车流径路和路网运输能力的综合优化,作者认为铁路网络的运输需求影响运输径路,而运输径路反过来影响运输需求和能力,这两个因素在运输能力计算中相互影响而又相辅相成。文献[35]在考虑到路网中空车流的存在,,认为空车流和重车流径路分开优化很难到达总体最优提出车流径路和空、重车流的协同优化。并给出了求解该模型改进的目标规划法和分布交换法-(GPSTEM)。文献[36]细化了不同车种的空车调整与车流径路优化,同时给出了考虑空车车种代用的情况下,路网重空车流的分配方法。文献[37基于网络的树状结构,提]出了路网重、空车流径路和多种空车调配协同优化模型,同时解决了重空车数量调整38-39和径路优化问题,。文献[]认为车流径路由沿途改编的车站构成给出了铁路车流径路与货物列车编组计划综合优化模型,,并采用网络图的方法对模型求解但是该方一法求解具有定的随机性一,所得到的解为局部最优解。虽然点弧关系的径路选择模型不需设置虚拟径路来保证模型解空间的存在一,但是其存在拆分车流径路不唯的可能性,为解决该问题,需额外设置新的约束条件。在铁路运输通道内平行既有线车流径路选择方面,文献[40]采用边际效益分析法研究了京广、京九线路中移线车流的合理分工问题。同时文中提出平行线路的车流径路制定应该从通道乃至路网整体出发,遵循合理配置资源和利益、价值最大化原则。文献[41将平行线路合理分工和径路优化综合考虑建立模型。但是文中没有给出通]道范围的界定方法,无法解决通道内列车中途转出和转入对运行径路的影响,而且,文中提出的以满意度的方法虽然能够标定部分难以量化的指标,但是具有很强的主观性。通过上述文献的整理和归纳可以看出:1)当前通道的合理分工主要以研宄通道内运输组织模式、能力最大化或者通道内 西南交通大学硕士研究生学位论文第5页的效益最大化为研究目标;2)研宄成果主要以高速铁路的旅客服务和需求为主,对既有线低速旅客和货物的运输组织模式等的研究较少;3)综合通道内平行线间的合理分工和通道内客流。、货流的运输径路的研宄较少通常,车流径路和通道内既有线路的合理分工是分不开的。因而,在确定合理分工的同时,还应该确定客流和货流的运输径路;4)以往针对径路研宄主要是基于路网层面上,并将车流径路和路网能力、货物列车编组计划或重空车相结合,理论成果丰富;5)随着路网的完善,目前对车流径路的研宄已经不仅仅局限于能力方面,并逐渐27[]向运输服务水平、运输可靠性等方向转移;一6)路网车流径路模型的算法有待进步优化,尤其是适应具体问题的算法;7)对铁路运输通道内部的车流径路研宄不足。1.3主要研究内容论文选题源于中国铁路总公司科技研究开发计划之《高速铁路与既有线铁路能力综合运用及运输组织技术研宄—我国铁路南北主要通道车流径路优化与运输组织研》在课题第一究课题,本论文为课题的第三部分,部分影响铁路运量的主要因素及铁路扩能增量的措施研究和第二部分市场导向型运输组织模式及南北主要通道运能运用研究的基础上展开,并以京广线、京九线和焦柳线所构成的区域通道为背景。本文在借鉴国内外专家学者针对线路分工和车流径路优化方面研究成果的基础上,通过理论研究、实地调研和数学建模,结合系统理论和车流组织基本原理,以我国南北主要通道内既有线路上车流径路优化为本论文的核心,研宄了我国南北主要通道内既有线平行线路间的合理分工和车流径路优化的相关问题。论文的主要内容和研.1-究技术路线如图1所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6页资料搜集文献阅读III研宄背景、意义及现状通道货物运量-*通道平行线路能力Irh\ ̄通道内既有平行线货物运输分析一,:通道货物结构H通道内车站能力I高铁开通后能力释放及通道货运变化趋势IJi既有平行线路吸引范围既有平行线路合理分工■I[I ̄1合理吸引范围合理分工定义及影响因素定义及影响因素11划分原则与方法分工原则与方法^‘^II通道内车流径路基本理论及优化原因 ̄边界条件h ̄—>己有算法优缺点1±模型目标分析h—构建车流径路i化模型与算法一I改进算法及流程约束条件HII实例计算图-11研宄技术路线示意图论文各章的主要研宄内容如下:第一章为绪论。论述了平行既有线合理分工与车流径路优化的研究背景、目的与意义,,整理该问题的国内外研究现状确定本文的研究内容和技术路线。第二章为通道内既有平行线货物运输组织。本章主要分析通道的货物运量和运输一结构特点,分析线路和车站能力计算的般方法。研究高速铁路运营后既有线能力释放问题,并提出南北通道既有平行线货物的发展趋势。第三章为运能释放后既有平行线间合理分工和车流径路分析。参照己有合理吸引范围划定方法的研究,结合既有平行线的技术条件和运输吸引区域,划分既有平行线的合理吸引范围。确定既有平行线间合理分工的影响因素和分工原则,给出合理分工的方法。分析运能释放对车流径路选择影响,为车流径路选择模型的构建做好基础理论分析。第四章为车流径路选择模型与算法。在上文研究的基础上,构建兼顾平行线间合理分工和货物运输质量的径路选择模型。同时根据所建立模型的性质,选取设计合理 西南交通大学硕士研究生学位论文第7页的算法。第五章为实例分析。本章主要以京广铁路、京九铁路和焦柳铁路构成的铁路平行线为例,采用本文的研究方法给出京广铁路和京九铁路上运输需求的合理分工和径路。选择方案。对比货物列车编组计划,提出径路优化建议 西南交通大学硕士研究生学位论文第8页第2章通道内既有平行线货物运输组织对于通道,国内学者对其定义为联系区域并承担区域内密集交通流的各种运输方42"?一一[]式的组合,它既可以是个狭长运输地带,也可以是个运输区域。本文将通道一定义为在铁路运输网络中,同方向上具有骨干作用的平行长大线路的运输区域,包含区域内部长大干线和周边主要相邻与相接线路的所有设备设施一运输方式,属于单通道,本章将分析通道内的,从空间层次上可定义为区域运输通道或区际通道。借此运输需求,既有线路、车站能力以及高速铁路分流后既有线的能力释放和货物运输组织等内容。2.1通道内的货物运输铁路货物运输是指一定时期内社会经济活动产生的货物借助铁路运力实现的空间位置移动,。其中,货物量是通道内货物运输需求得以实现的数量货物运输结构反映了货运需求的类型,二者共同作用形成通道内的货物运输需求,是既有线路进行合理分工及车流径路优化的对象。2.11.通道内货物运量通道内的货物运量是货物运输需求和货物运输供给共同作用的结果,虽然货物运一量无法体现通道内的实际货物运输需求,但在定程度上,运量的变化趋势能够体现通道内货物运输需求变化的趋势。因此,研究通道内主要既有线路的货物运量能为决策者组织客货运输,合理利用通道内既有线的能力提供依据。1.通道内货物运量发展情况铁路在货物运输方面提供的劳务不仅仅表现为完成了多少吨的货物运输,还包含这些货物被输送了多少距离一。铁路货物周转量能够在定程度上体现通道内货物的运一,,通道内某线路货物周转量越大输距离货运量定时,货物的平均运输距离越长。如下所示为2007年至2012年,南北通道内京广线、京九线和焦柳线三条主要南北既有干线的货物运输量和货物周转量及其变化趋势图。--表2120072012年南北主要干线货运量(单位:万吨)2007年2008年2009年2010年2011年2012年线路京广线701265646362695474137085京九线377839323687369741704163焦柳线4^4in4114406738943330注:数据来源中国铁道年鉴,下同。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9页2-2-20072012)表年南北主要干线货运周转量(单位:百万吨公里年份2007年2008年2009年2010年2011年2012年线路京广线135254135489125268130222140406136634京九线109407112111211761800746993311881061焦柳线818858097483197828828692285654万吨80007000-^.60005000——3000200000010!‘‘^^年份07年08年09年10年11年12年?M广线■京九线""”焦柳线--图2120072012年南北主要干线货运量图百万吨公里-1500001140000?"""‘130000—--120000^—ii■“■10000090000^_“一'SOOOOA會70000——— ̄“--.“―—'——60000I1r:ri>年份07年08年09年10年11年12年#京广线醒京九线-2-图220072012年南北主要干线货运周转量图。从上图表中可以看出南北通道内货运量长期较为稳定,近年略有波动铁路运输 西南交通大学硕士研究生学位论文第10页具有低成本、大运量、安全性高等明显优势,对大宗货物运输与长距离货物运输有着较强的吸引力,长期以来,该部分货物运输始终保持着较高且稳定的运输市场份额。目前,随着我国经济快速稳定地增长和社会工业化、城镇化的不断推进以及产业结构地调整,基础资源的运输逐渐过渡为二次产品的运输,通道内的基础资源及能源运输一将有定程度地下降,以大宗货物为主的通道干线货物运量及周转量也将在长期稳定的基础上略有下降趋势。2.南北通道内货物运输均衡程度区段货流密度反映了铁路区段货物运输的均衡程度一。区段货流密度是指在定时期内铁路平均每公里线路上所负担的货物周转量。它反映了线路能力的利用程度和工作强度一一,同时也能反映同时期不同线路区段或不同时期同线路区段的货运强度。通过区段货流密度,可以看出铁路区段能力利用情况和货物运输的均衡程度。如表2--43和表2所示为2012年京广线和京九线区段货流密度表。2-表32012年京九线区段货流密度(单位:万吨公里/公里)—?货流浩度货流密度p区段p名^称区段名称上fr下上fr下行一斗丁一4一黄村固安1512707麻城蔡山口10623443固安一霸州15162704蔡山一小池口11173725霸州一衡水36475184小池口一九江西]2824113一一18894170南昌西5635224衡水临清九江西1一一临清聊城北18454165南昌西向塘西855113]一4117一聊城北台前1687向塘西江家4254687一42一三江镇1台前菏泽195857江家0981874菏泽一梁堤头32087402三江镇一吉安06318361梁堤头一商丘北32107398一赣州东3061568吉安1商丘北一王楼15285612赣州东一定南357815一一王楼阜阳北15425614定南龙川257073一一阜阳北阜阳18715476龙川惠州西477726一一阜阳淮滨18275310惠州西东莞东600835一一淮滨口麻城16695437东莞东东莞6497452-42012表年京广线区段货流密度(单位:万吨公里/公里)货流密度货流区段名称_-M,,±—^上,行气下行It下丰台一良乡36333908慑口一江岸西28912384一348一良乡琉璃河]3865江岸西武昌11181058一404一琉璃河高碑店33376武昌武昌南92144高碑店一保定34123750武昌南一蒲折口11064606一364一保定正定]3665蒲折羊搂司10374447正定一石家庄9113一岳阳北0194579羊楼司1 西南交通大学硕士研究生学位论文第11页rziz货流密度irrr货流密度区段名称区段名称上行下订上fj下订一一石家庄平南1767岳阳北岳阳]050480】一180435“1平南沙河市38岳阳^劳刀河0905016一一沙河市那鄭19163934榜刀河丝茅冲14545151一邯郭一那郸南36593850丝茅冲长沙东14835056一23872737一邯郝南马头长沙东新开铺16395031一讲武城21552812新开铺一株洲北7294887马头1讲武城一安阳21562812株洲北一株洲26933426安阳一汤阴36242924株洲一衡阳北28294493一汤阴一新乡37202974衡阳北衡阳20533611一8225124一22213新乡郑州北1衡阳耒阳126一15154653一19493郑州北郑州耒阳许家洞100一20775426一郴州8552806郑州新郑许家洞1一孟庙4915787一7382699新郑1郴州评石1一7一孟庙口潔河1402828坪石黄岗18062687一12797023黄岗一韶关82658潔河信阳170一信阳一广水】3526665韶关军田2]152236一6659军田一广水横店1385棠溪20221919一14266一]11横店武汉北]6棠溪广州81362———武汉北一滠口98515352--运输呈现不均衡的现象从表3和表24中可以看出,南北通道内主要干线货物。这种不均衡体现在如下两个方面:--(1)区段不均衡234,。如表和表2所示京广线和京九线上行(或下行)区段均呈现区段货流密度不均衡现象。以京广线为例,其上武汉至岳阳段货流密度在1000万吨公里/公里左右,而株洲北至衡阳北段货流密度均在2000万吨公里/公里以上。并且,以沪昆线、麻武线、晚海线、新石线为界,京广线和京九线上货流密度交替大小变化,可能出现车流在这两条线路间来回波动而导致区段货流密度不均衡的非合理情况。(2)方向不均衡。货物运输在方向上的不均衡性表现为铁路线路上下行货流量不-2-相等或上下行空重车比重不同。表23和表4中可以看出,除少数区段外,南北通道内京广线和京九线下行的货流密度均大于上行一。造成这种现象的原因主要有两个,是自然资源分布和生产力配置,二是人为组织工作的局限。其中,前者可以通过调整生产力布局,合理布置生产基地调整,后者可以通过优化货物托运工作计划,合理组织货源等减少货运量的不均衡性。铁路运输通道内货运量的大小与均衡程度对于通道内部车站、线路等固定设备和机车车辆等移动设备的能力利用情况,对通道内运输资源的优化与配置,通道内甚至路网上车流组织和整体能力发挥有着重要的作用,它是铁路提供列车产品的基础,同时是进行通道内既有线路分工及车流径路优化的依据。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12页2.1.2通道内货物运输结构作为货物运输的结构属性,通道内的货物运输结构可以从货物运输的品类、规模、距离上,研宄南北通道内主要既有线路上货物运输的结构特征。1.通道内货物运输品类结构“铁路运输的货物种类繁多,为了便于安排合理运输计划,铁路依据货物的自然”属性和生产特征对所有需要运输的货物进行了归纳分类,称之为货物运输品类。依、、据铁路货物运输品名分类,可以将其概括如下:能源运输,以煤焦炭等为主石油;资源运输,包含工业资源(以金属矿石、非金属矿石、钢铁及有色金属、憐矿石等为主)、农业资源(以化肥、农药等为主)、建筑材料(以水泥、木材等为主),;产品运输包含农产品及农副广品(以粮食、棉花等为主)、轻重工业广品(以大型机械、矿建产品等为主的重工业产品和以精细化工、日用品、电子、通讯类电子产品等为主的轻工业产品)、医疗产品运输(以医疗、卫生用品等为主)、食糖、烟草制品运输;图书、印刷品等文教用品运输;水产品、瓜果等鲜活货物运输及其他货物运输。货物运输品类结构-———^Ir11 ̄ ̄ ̄1产品运输I资源运输I1n11n11I1!i1!iiiiiiiiiiiiIi1iili■:iiiii^i!丄丄A^V1ii,^其能丨丨文鲜丨丨丨丨丨ii丨i丨隹i雙工农建M农重医IH用货装Nf丨丨副工疗丨业业筑丨丨丨丨U物丨箱丨£物i输:业产丨丨品:丨:丨丨资资材:产丨丨丨2i源源料品产品I丨丨丨丨丨Ii丨需丨i丨丨丨品口丨iII丨丨丨丨Mj丨I;m:!IIiIIIIIIII图2-3货物运输品类结构图鲜活货物其ftS2.68%0.23%集装箱10.58%文品—■能源。,814.‘、f?■资源^I能潔轉_||^J■文教用品謹鲜活货物图2-42013年京广线不同品类结构货物周转量比重图 西南交通大学硕士研究生学位论文第13页-表252013年不同品类结构货物周转量(单位:百万吨公里)品类结构.周转量(百万吨公里)所占比例能源结构5214138.62%工业3469725.70%资源结构农业32382.40%建筑31792.35%农副产品1568811.62%轻重工业44103.27%产品结构医疗产品710.05%饮食及烟草28662.12%文教用品5130.38%鲜活货物3140.23%集装箱1429110.58%其他36132.68%135021100.00%^-根据图2-3中分类35>4,统计京广线201年货物运输周转量如表2所示。其中图2为不同品类结构货物周转量占京广线货物周转量的比重图。从图24中可以看出,京广线上主要输送的货物为能源、工业资源和农副产品这三类货物,约占总周转量的75%,集装箱约占总量的10%。2.货物运输规模铁路货物运输按照货物产生规模可以划分为大宗货物运输、中小批量货物运输以[%及零散货物运输。大宗货物是指运输量大、时效性要求较低的资源、能源和农业产品。这类货物运2-5可以看出输距离长并逐渐体现出重载趋势,从表,京广线上大宗货物周转量约占总量的75%,可以认为大宗货物目前仍是通道内既有平行线路货物运输的主要组成部分。一中小批量货物运输反映了具有定规模的货物运输。其规模界于大宗货物和零散白货之间,货物运输委托者主要是中小企业,运输的产品以成品或半成品为主。这部一。分运输需求也是铁路货运需求的重要组成之随着电子商务和物流业地日益发展,中小批量的货物必将越来越多。一般小企业或个人对铁路的运输需求零散白货则是反映了,这部分需求主要以零担的方式组织运输。随着铁路对零担货物的整合,该部分运输需求己逐渐减少,或通过物流公司集结后以铁路的方式输送。3.货物运输距离铁路货物运输按照运输距离可以划分为远距货物运输、中距货物运输和短距货物 西南交通大学硕士研究生学位论文第14页运输。铁路运输极少受自然条件的影响,能够保证运输的经常性和巨大的运输能力,一在长途短途运输中都能占据席之地。但是,铁路运输需要依托于铁路场站和线路等固定设备设施,这些设备设施的投入使得铁路固定资产投入很大,存在巨大的固定成一本。因而只有在批货物周转量巨大并且运距足够远时,每单位所分摊的运输成本才一会相对较少,段时间内,,铁路才能发挥其成本低的特点。因而在相当长的以长距离货物运输为主的现状不会发生太大变化。不可忽视的是,,随着物流业的兴起、电商的快速发展及大量城际铁路的建设高铁货运应运而生,高铁货运必将改善铁路货物运输条件和服务水平,其在短距离上的货物运输竞争力有会所增加,短距离运输需求也将逐渐增长,特别是以城际间小件快捷货物为主的运输需求将增长迅速。综上所述,通道内货物运输结构呈现如下特征:(1)通道内短距离运输量比重增长,但平均运距变长。虽然高速铁路的建设和运营能够释放既有线能力,使得既有线货物运输能力和速度得到不同程度地提升。由于铁路货运速度地提升,,铁路在城际等短距离的货物运量将增多。但是在宏观上我国南北主要城市群和城市圈的形成与聚集,使得南北之间不同品类的成品、半成品之间的交流更多,不同类型的资源及能源地输送也会增加,因而,通道区域间货物运输需求量增长更快,通道内货物的平均运距也会增加。(2)大宗货物依然是通道运输重心。近几年,虽然我国产业结构不断调整,基础一资源的运输逐渐向半成品、成品或轻质小件货物发展,但在未来的段时期内,我国煤炭,、矿石等基础资源、能源供应和运输的基本格局不会发生变化。在路网中南北,设备设施较为集中,通道集中了路网主要纵向干线,具有强大的运输能力从而在大宗物资运输中发挥主力作用。(3)通道内运输结构向高附加值和轻快小件货物倾斜。随着铁路货物运输市场化,货运市场竞争的焦点,是高附加值及轻快小件货物运输。该部分货物在运输的过程中,能实现较高的增值,铁路运输也将因此而获得更高的经济效益。同时,南北通道内高附加值及轻快小件货物运输地增长,有利于通道运输装备地发展和通道内快运体系地建设。(4)南北通道内货物运输服务高质量化,。随着我国经济发展和社会进步高新技术产业催生大量的产成品及半产成品运输。货物轻型化、多元化和快速化的发展趋势,无不对货运的服务质量提出更高的要求。2.2通道运输能力通道运输能力是指由通道内既有线路和车站共同作用下的系统整体能力,可分为区间通过能力和车站通过能力。区间通过能力取决于该区段的技术设备以及采用的行 西南交通大学硕士研究生学位论文第15页车组织方法,在固定设备相同的情况下,采用的列车运行图类型不同,通过能力也不相同;车站的通过能力则取决于车站站型、到发线及咽喉区布置,车站工作组织及信联闭设备等。2.2.1线路能力1.线路通过能力的影响因素铁路通过能力的影响因素可以分为设备设施和行车组织方法这两类因素。其中,设备设施可分为移动设备设施和固定设备设施两种。(1)移动设备①机车车辆。机车车辆是铁路运输组织中的重要参与部分,机车提供了列车运行的动力,车辆是运输过程中客货的载体。机车车辆性能影响了列车占用区间的时间,机车本身的加减速及制动性能影响了列车在车站的起停附加时分的大小,从而影响了通过能力。②列车种类和数量。不同种类的列车在区间上的运行速度不同,由此带来运行线间的空费时间。当不同等级、种类的客货列车数量比例不同时,产生大小不同的空费时间,影响运行图的可利用时间及通过能力。(2)固定设备设施①线路设备。线路设备是指既有线路区间正线的数量和线路的平纵断面及限速点,其正线数量可以是单线、复线甚至多线,对于铁路而言,复线的能力远大于两条单线能力之和。而线路的平纵断面和限速点则是从列车的运行速度和占用区间时间上影响线路通过能力。②车站设备。车站设备对能力的影响体现在车站的分布和车站本身的能力两个部分。车站的分布影响了既有线路上快速列车和低速列车之间的越行与待避(单线铁路的会让)。车站本身能力是指车站因自身设备和组织方法所决定的车站接发车和通过能力。。列车在线路上的运行方式与闭塞方式紧密相连③信联闭设备,并且在不同的闭塞方式下,列车占用区间时间、追踪间隔时间等也不相同,由此给运行图能力的利用带来影响。④供电设备设施。(3)行车组织一①天窗开设种类和时间。天窗规定了运行图上段不能行车的时间,因此开设天窗必然降低铁路的通过能力。并且,在同种天窗时间下,不同类型的天窗对通过能力的影响也不同。目前,既有线主要有V形天窗和矩形天窗。。、②行车组织方法从行车组织的角度上讲,列车在区间的连发系数追踪间隔时 西南交通大学硕士研究生学位论文第16页间一、列车的停站次数和时间不同,区间的通过能力也不同。般情况下,列车的连发系数越大,追踪间隔时间越小、停站次数和时间越少,线路的通过能力越大。2.通过能力的计算方法既有线区段通过能力有平行运行图通过能力和非平行运行图通过能力之分,目前,既有线主要采用非平行运行图。非平行运行图上,存在不同种类、数量和速度等级的一客货列车,该区段昼夜内所能通过的货物,其通过能力指在旅客列车既定的条件下45[]和旅客列车对数。。(或列数)其计算方法主要有图解法和分析法虽然以铺画列车一,需要大量的经验运行线为基础的图解法计算准确,但由于计算繁琐,般并不采用。。因此,在计算既有线路通过能力时,可以采用分析法分析法能对实际问题的简化和描述,抓住影响通过能力的主要影响因素,通过构建数学模型求解通过能力。常见的分析法主要有扣除系数法、平均最小列车间隔法和直接计算法。其中广泛釆用的方法为扣除系数法。利用扣除系数法计算非平行运行图的通过能力公式为:__一"=一_-?£《sl"£1"21S客客(快货)快货(摘挂)摘挂()2-2()式中:n—非平行运行图货物列车通过能力%%—非平行运行图铺画的旅客列车对数或者列数—n軒瓶棚賴脈S膽歹丨贼J辅贼#歹傲—非平行运行图铺画的旅客列车对数或者列数旅客列车扣除系数—赌働卿據纖一S摘g歹!1车除系、if摘挂2.2.2车站能力铁路运输的各种技术设备设施集中于铁路车站上,它是铁路运输生产的基层单位,同时参与运输生产的全过程。车站能力包括车站通过能力和改编能力两大部分,它是一指在采用合理的技术作业过程前提下,,利用现有设备发挥最大效能昼夜内所能通[@过的列车数和改编的列车数或车辆数。随着开行直达货物列车比重的增加,其在车。站主要进行无改编通过作业,车站的通过能力逐渐成为通道能力的限制因素1.车站通过能力的影响因素(1)技术设备特征。如站型、咽喉区结构、到发线数量及有效长和车站信联闭设备。(2)车站工作组织。如到发线使用方案、列车在车站的进路安排等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第17页(3)车站办理的列车数量和种类。客货列车数量及比重,不同等级货物列车数量及比重等。(4)列车到发均衡程度。(5)到发线空费时间。2、车站能力的计算车站通过能力主要有以下四种计算方法。“”(1)查定法是以写实的方法记录车站实际作业的时间,并针对咽喉区和到发。线计算通过能力,但计算过程需要投入大量的人力物力(2)图解法将车站和区间视为整体,充分考虑车站作业过程和站线配合。以绘制车站技术作业图表的形式、、、,把列车到发车列解编车辆取送机车出入段等技术作业占用咽喉、到发线、牵出线和蛇峰等技术设备的时间表示出来,以求得车站各项设46[】备的能力。(3)计算机模拟法以计算机模拟为技术手段,将图解法和排队论相结合,把列车在车“”“站的到达、解体、编组、集结、出发的各项作业看为由到解子系统、编组子”“”系统和出发子系统相互关联的排队系统,模拟不同条件下的车站作业,拟合车站能力回归曲线,计算车站能力。(4)分析计算法相比于上述三种方法,分析法较为简单,它是以公式的方式计算车站能力,使用较为广泛,并且可分为直接计算法和利用率计算法。①直接计算法的基本公式为:2-3()'占式中:^。N车站某项设备的通过能力,单位为列—t平均每列车在车站作业时占用该设备的时间,单位为分钟。占②利用率法的基本公式为2-4()1440=-N25()j式中:N—车站某项设备的通过能力,单位为列;—平均每列车在车站作业时占用该设备的时间,单位为分钟;K—车站某项设备的利用率; 西南交通大学硕士研究生学位论文第18页n^占用某设备的现有列车数量。车站咽喉区和到发线通过能力计算如下:咽喉区通过能力利用率计算公式为:2-6()到发线通过能力利用率计算公式为:二固=K-(27)--)((1Y空14僵)费2>固式中:y空费—咽喉区或到发线的空费时间系数;M—车站到发线条数。采用通过能力利用率法进行计算后,将咽喉区和到发线通过能力进行汇总,以通过能力利用率最大的设备确定车站能力。2.3通道内既有平行线能力释放及货运运输组织高速铁路的开通运营改变了既有线旅客列车数量及等级,在影响区间通过能力的同时,旅客列车数量及结构等的变化将影响既有线的货运能力,从而影响通道内的货物运输发展趋势及主要货物品类的运输组织方式。2.3.1既有线能力释放客运专线上高速旅客列车的大量运营,将吸引部分既有线上的客流,给既有线带:来能力的释放,其释放能力主要表现为(1)既有线上旅客列车减少,给货物列车的开行留下能力-6和表2-7如表2所示为京广高铁开通前后部分区段既有线上旅客列车对数表。4[1-(单位表26京广高铁开通前既有线旅客列车对数:对/曰)序号区段名称旅客列车一1武昌蒲沂582蒲祈一岳阳58一3岳阳长沙58一株洲684长沙5株洲一衡阳78 西南交通大学硕士研究生学位论文第19页序号区段名称旅客列车6衡阳一郴州667梆州一坪石北67一8坪石北韶关东679韶关东一江村86江村一10广州68表2-7京广高铁开通后既有线旅客列车对数(单位:对/日)序号区段名称旅客列车一1武昌蒲祈54一岳阳2蒲折54一3岳阳长沙554一长沙株洲755株洲一衡阳796一衡阳郴州657挪州一评石北67一8坪石北韶关东68一江村9韶关东73一10江村广州73注:数据来源全路运行图,2015年1月1曰执行图。从表中数据可以发现,京广既有线南段自高速铁路开通运营后,区段旅客列车数量最大减少4对,这部分能力即可被用作货物运输,增加了既有线的货运能力,同时可以看到既有线能力释放并不明显,甚至有些区段旅客列车数量不降反升。49[@]-[282-9。相比之下,表和表为哈大线和京沪线旅客列车减少情况表2-8哈大既有线货运能力释放情况分析(单位:对/曰)停开动车停开特快停开快速区段名称合计对数及普快对数^兰棱-长春6028长春-四平111113四平-昌图112113-122昌图铁岭115-22铁岭沈阳北1115-043沈阳大石桥.57.5-瓦房店044大石桥.58.5-4瓦房店大连010.5^ 西南交通大学硕士研究生学位论文第20页表2-9京沪既有线货运能力释放情况分析/(单位:对日)高铁高铁减少高铁开高铁开减少区段名称区段名称开通前开通后量通前通后量北京一丰台6064-4充州北一程家庄765422丰台一权沟镇47398程家庄一部城654619一5-6一6546汉沟镇南仓157部城車庄19"南仓^州785028麥庄一利国644519一沧州德州785028利国一徐州北644915一德州晏城694128徐州北一鲜掉765917一一6939晏城桥南30蚌掉南京735518一一251327013桥南济南西1南京常州57一一济南西党家庄251312常州无锡685711党家庄一?泰山7758一19无锡苏州67589泰山一充州北7558一17苏州南翔675710京沪既有线和哈大既有线全长在1000公里上下,其上运行的本线旅客列车较京广线多,客流也是如此,并且京沪线和哈大线所处区域高速铁路密度高,己形成基本网络。而京广线贯穿我国南北,存在大量的跨线旅客。以换乘方式输送跨线客流的运输一组织方法不利于对跨线客流的吸引,因而京广线仍需开行定数量的跨线列车。考虑到不久以后,徐兰高速铁路和沪昆高速铁路将全线开通运营,高铁成网运营的局面基本形成,京广既有线上必然会减少相当部分的跨线旅客列车,从而给京广既有线带来能力释放。(2)旅客列车的开行种类和等级变化,使得由旅客列车运行带来的运行图空费时间和扣除系数变化,释放能力。在双线自动闭塞区段,旅客列车的扣除系数和由于开行旅客列车造成的运行图空费时间与旅客列车和货物列车之间的速度差有关,其计算公式为:=---/1025.^71.+0.0500375.428)空费—(^)(-=+3-S2A+00500375?+025/.6//9快..差(1.差)(2)式中:—t旅客列车与货物列车区段运行时分差;,A—旅客列车与货物列车区段运行时分比;可见,旅客类车和货物列车在区段的运行时分之差越大,造成的运行图空费时间和旅客列车扣除系数越大。高铁开通后,京广既有线上动车组,线路的区段能力越小及高速旅客列车部分或者全部转移到高速铁路上,旅客列车和货物列车的速度差减小, -西南交通大学硕士研究生学位论文第21页也会因扣除系数的减小而释放既有线一即便是旅客列车数量减少不多,定的货运能力。(3)旅客列车占用时段的变化,便于组织客货分时段运行,从而释放运输能力。由于京广高铁分流了京广通道内大部分的本线客流,京广线上开行的大量跨线旅客列车主要输送跨线客流,可组,在尽可能方便旅客的情况下织京广线上旅客列车集中在一某时段集中到发,从而可实现或无限逼近客货列车在京广线上的分时段运行,尽可能减少客货共线运行对既有线能力的浪费,充分利用既有线设备,以便最大化既有线路的通过能力。2.3.2通道内货物运输流程及发展趋势一1.铁路货物运输般流程与其他货物运输方式相同,铁路货物运输要经过装车、运行和卸车的过程。不同的是,铁路货物运输过程中列车的运行较为复杂,它是以多个车辆编组后形成的车列-代替单个车辆在线路上运行,完成输送任务。铁路运输货物的组织流程可以用图25^表7]。——(装车)(集结、编组)???货车”列,货物运货物列车中输计划编组计划流流流II(卸车)r(解体)r—图2-5货物运输组织流程2.通道内货物运输组织发展趋势目前通道内货物运输与上述组织流程相同,但是通道是设备设施集中的狭长区域,即便是南北间的大区域通道,也具有带状运输能力强的特点,其运输组织情况及发展趋势如下:(1)通道货运集中化,大量物流园区的建立铁路运输通道内,使得更多的小型企业和个人通过其他方式将运输需求集中在物流园区内,将个人的小规模运输需求整合优化,从而发挥铁路一大批量运输的优势。而大型装车点则是铁路自身对货物集中化的种体现,有利于铁路组织重载运输和直达运输。可见,通道货运集中化有利于发展通道重载运输、集装。化运输和直达运输,推动通道内实现的现代化货物运输(2)通道货运重载化当前,南北通道内大宗货物运输仍然占据重要位置,而以开行单元列车、组合列车、超常规的长大列车为主要特征的重载运输能充分发挥铁路集中、大宗运输优势,大幅增加货运能力,能保持铁路通,提高通道运输生产的效率。加强通道运输重载化 西南交通大学硕士研究生学位论文第22页道在大宗货物运输的传统优势,降低运输成本,提高通道运输的经济效益。(3)通道货运直达化货物运输过程中,直达运输是以货车的编组集结和中转停留时间以及相关作业成本最小为目标的运输组织方式。直达运输能够减少通道内主要技术站的改编作业负担,缓解编组站能力紧张的局面并加速车辆周转和货物送达。它是通道内运输组织优化的直观表现,同时与重载化运输相辅相成。目前,京广线和京九线上承担了广铁集团44%的直达货物班列,,通道内既有平行线路的技术条件和能力能为直达化运输提供良好的条件。(4)通道货运集装化集装运输包括集装箱运输和集装化运输,集装运输对适箱货物采用集装箱运输,一其他采用集装化运输,,方便承运、装卸、搬运与交付是种先进的散杂件货物运输方式。,能够保证货物运输质量通道内货物运输集装化,提高货物运输效率,实现多式联运和门到门运输,,。此外物流业及电商的兴起带动了小件快捷货物运输,通过集装运输,铁路能将这部分货物组织起来,充分发挥其运量大的特点,有利于实现铁路通道内货物运输的现代化。(5)通道货运快速化通道货物运输快速化是以开行特快、快速货物班列、集装箱直达和快速冷藏列车为标志,适合高附加值及鲜活货物的运输。货物运输快速化,能够提高铁路在高附加一值及小件快运货物运输市场的竞争力并保持定的市场份额,提高铁路运输的经济效益。因此,为保证通道内既有铁路的核心竞争力,需在通道内开行更多的特快及快速货物班列。2.3.3大宗货物运输组织当前,大宗货物仍然是通道货运的重点,对于大宗货物而言,直达运输及重载运输是最经济、有效,同时也是铁路提高货运服务质量,扩大货、合理的车流组织方式运市场份额的主要组织策略。受线路纵坡、区段牵引定数及车站到发线有效长度等限制,南北通道开行的重载列车较少,通道内大宗货物主要以直达方式输送。铁路运输通道内组织直达运输的主要形式有始发直达列车、空车直达列车和技术直达列车。1.始发直达始发直达列车即装车地直达列车,其主要特点是利用自装车流来组织直达列车。通道内组织装车地直达列车,能够减轻通道内主要技术站的改编作业负担,有利于技术站对通道车流的梳理,,。可以加速车辆周转和货物送达降低运输成本提高运输企业收益。此外,,还有利于使货流与车流更好地结合起来促进铁路生产各部门的密切 西南交通大学硕士研究生学位论文第23页协作,以取得良好的整体经济效益。组织装车地直达列车具有良好的经济合理性,但并不意味着任何装车站都可以编。开装车地直达列车组织装车地直达列车,统筹货流货源是基础,装卸车及调车设备能力是保障。2.技术直达与始发直达列车不同,技术直达列车是指在技术站以中转车及货物作业车等编成的直达列车。组织技术直达,是对装车地直达运输的补充。技术直达列车吸收了因技术设备落后而无法组织装车地直达列车的装车地车流,同时也囊括了部分无法被装车地直达列。车和空车直达列车完全吸收的车流同时,编开技术直达列车能为技术站中转的远程车流和技术站周边装卸作业后形成的重空车流提供直达的运输方式,为大量组织直达运输提供了可能。2.4本章小结本章分析了南北通道货物运输中货运量和货运结构的特点,分析表明通道内主要既有线货物运量及中转量长期稳定,近年略有下降。在货物运输结构上,以大宗货物为主,并且南北通道货物运输呈现区段和方向的不均衡性。一般情况下移动设备其次,阐述了、固定设备和行车组织方法对线路通过能力的影响、列车到发。提出了技术设备特征、车站工作组织、车站办理的列车数量和种类均衡程度、到发线空费时间是影响车站能力的主要因素,同时总结线路能力和车站能力的计算方法。通过分析高铁开通后既有线路列车的等级和数量,提出与客运专线平行的既有线能力释放表现在既有线旅客列车数量变化、列车速度等级变化或列车占用时段变化中的一种或几种情况。最后论述了通道内货物运输组织流程和通道内大宗货物的直达运输方式,提出南北通道内货物运输发展趋势为集中化、重载化、直达化、集装化、快速化。 西南交通大学硕士研究生学位论文第24页第3章既有平行线间合理分工和车流径路车流吸引范围是车流从中间站向技术站汇总的依据,平行线路间的合理分工则是一车流径路优化的目标之。为此,本章研究通道内既有平行线路的合理吸引范围,同时探讨既有平行线路合理分工的相关问题,分析并总结通道内车流径路优化与选择问题。3.1既有平行线间的合理吸引范围一吸引范围般指交通线路或港、站的服务地区,或以交通线路、港口、车站为中心或轴线的经济运输区域。此处,定义既有平行线路的合理吸引范围为向通道内既有一平行线路上某车站汇集车流的区域,其吸引范围的分类、原理与般吸引范围的分类、原理是类似的。准确的界定通道内既有平行线的吸引范围是进行线路分工和车流组织优化的前提和基础一种或多。既有平行线的吸引范围不同于经济走廊的影响范围。经济走廊是以种运输方式为发展轴线,通过区位条件的改善吸引各种资源的集聚并逐步形成优化配一51[]置的带状经济区域,它般具有相对明确的边界。既有平行线的吸引范围则因南北通道内各线路的相互交叉及其运输关联而呈现出具有放射状的模糊区域,具有不明确性和无界性,。这种不明确性往往会造成通道内运量的估计与划分不足无法反映通道运输的实际情况。本节将基于铁路车流的组织特点,从铁路运输实际出发,对通道内既有平行线的,吸引范围进行分析,研宄全国路网中货流与通道之间的关联然后在此基础上确定其划分方法,以便准确界定通道内的货流量。3.1.1既有平行线合理吸引范围的分类根据合理吸引范围的应用及形式的不同,目前存在以下几种分法:1.依据时间划分按照时间,可以将合理吸引范围划分为现状吸引范围和远期吸引范围。其中现状吸引范围是指在当前的货物运量和运输组织方法下,既有线及车站对货流的吸引范围。现状吸引范围有助于了解铁路线路和车站与实际货流之间存在的联系和能力矛盾,便于组织者组织合理运输。远期吸引范围是将来某个时期内的运量预测后,按照现行的运输组织方法,各线路及站点所吸引的运量及范围。研究远期合理吸引范围可以推算未来线路和车站上的货流量及货流的分布情况,同时为线网改造、点线能力协调和运输组织中货流的梳理及 西南交通大学硕士研究生学位论文第25页合理径路选择提供依据。一现状吸引范围和远期吸引范围般用于线网、站点或者通道规划。2.按照吸引性质和运输联系划分按照吸引性质,可以将既有平行线路的合理吸引范围划分为直接吸引范围和间接吸引范围。直接吸引范围是指在通道内既有线或其上车站周边一定范围内,所有与该线路或车站有直接运输联系的单位和经济区所构成的区域。这里所说的直接运输联系是指货流一在车站第次进行编组作业,形成区段或直达货物列车。?C\)A/ID14?B图3-1某地区局部路网图 ̄3-d为如图1所示为某地区局部路网图,假设车站中间站,其余AE为技术站。假设区域a中存在去往线路AC上的货流,当其在d点形成车流后,由于d是中间站,d需要AA的C或者B及其先输送至车站,成为车站技术车流,而后输送至车站车站以远。因此,虽然线路上存在车站d,但是由于其车站性质,不能将a点车流视为车站d的吸引范围,而应该将a点视作车站A的直接吸引范围。一与直接吸引范围不同,间接吸引范围般是指通道外部区域,该区域的货流在相应车站形成车流及列车后,在其输送过程中需要经过通道内线路或在通道内车站进行中转作业,则称此通道外区域为通道内线路或者车站的间接吸引范围。3-1所示同样如图,假设以虚线为界,虚线右边线路为研究通道内区域,虚线左?EB边为研究通道外区域,车站A与车站d均为技术站。此时如果a点存在去往车站或车站C的车流并且需要在车站A进行中转技术作业,那么a点便是车站A的间接吸引范围。 西南交通大学硕士研究生学位论文第26页通道内,某些区域货主依据自己的利弊衡量,自主将货物交至通道内车站装运或装运后没有经过技术站中转输送至通道内线路和车站,这部分区域可以称之为直接吸引范围。反之,某些区域货主将货物送至就近车站,然后由运输组织者根据运输需要,一,将货物经过个以上技术站中转到达或流经通道内线路和车站对通道来说,这个区域就是间接吸引范围,。通道直接和间接吸引范围内的车流在完成输送的过程中需要占用通道资源,是通道内平行既有线间分工和径路调整的对象。3.1.2既有平行线合理吸引范围的划分一1.般吸引范围的划分方法一,站点、线路或通道的合理吸引范围针对旅客般情况下,考虑旅客的主观选择,提出以下几种常用的吸引范围划分方法和能动性:(1)地理位置法。地理位置法是指根据交通线的具体位置,从地理位置的角度直52[]接划定吸引范围的方法,主要有几何作图法和圈层结构法。2一()距离衰减下的梯度吸引范围,通。距离衰减可认为是种改进的地理位置法一?过距离衰减特性寻找定距离下旅客被吸引的概率,然后按照80%85%的吸引概率,一般公式为求解在该概率下的车站吸引范围。其:''^=-yae(31)X为距离;,,,e公式中:>为大于距离X时的累积概率分布为待定系数为自然对数底。(3)基于广义费用最短的吸引范围。基于广义费用最短的吸引范围划分方法改进一了基于时间最短或者距离最短等方法中单属性描述带来的不足,按照旅客出行选择以广义费用最小的原则进行吸引范围的划分。釆用旅客出行的多个特征,并进行加权,平均,依次作为广义费用划分车站的合理吸引范围。(4)最短路径法。最短路径法假设客货流的出行线路选择总是倾向于距离最短的线路。以两点之间的运输距离作为路径的权值,根据现有网络,在给定的两个节点之一间需找条权值最小的路径,那么路径上所有客货流发生地或者汇集地的集合构成该线路或车站的吸引范围。最短路法主要以Dijkstra算法和Floyd算法以及相应的推广和,优化算法。此外,如果将旅客的出行时间看作权值可变化为基于旅行时间最短的吸引范围划分方法。2.既有平行线吸引范围的影响因素如上文所述,己有研究主要针对客流,而对货流的研究较少。并且南北通道福射范围广,通道内的车流错综复杂,如下提出影。考虑通道特点和铁路货物运输的特点响通道内既有线路和站点吸引范围的几个影响因素: 西南交通大学硕士研究生学位论文第27页(1)线路功能定位及分工。在通道内,既有平行线路与高速铁路的相对位置不同,其主要功能也不同。靠近高速铁路的线路,由于需要承担部分客流转线的任务,其对,客流的吸引强度会强于其它线路。因而同样的条件下其能力的饱和程度较大,对货流的吸引相对较小。(2)本线车流。本线车流决定了通道的性质和主要功能。为了保证运输的有序性,,其内部线路能力对外辐射越小,吸引范围越小。相反通道内部的本线车流越多,内部车流越少,通道可接受从其他技术站转入的远程车流越多,吸引范围相应扩大。(3)既有线路技术站能力及其车流编组去向。车流在技术站编组形成去往不同方向的列车是铁路运输组织的特点,,,因此对于技术站而言车站能够编开的组号,决定了需要在该站集结并编组的车流数量,,。可见在不超过技术站编组能力的情况下技术站组号越多,,其对车流的吸引强度越大吸引范围越广。(4)线路能力。在很大程度上,线路能力是决定吸引范围的重要条件。对于处于线路中间的车站,其最大的吸引量不会超过线路的输送能力,当线路输送能力较小时,车站的吸引范围也会变小。5一()车流径路。与客流最大的不同之处在于,铁路车流是种强有控的车流。车流的输送径路尤其是特定径路,规定了车流的输送方向和经由线路及站点,具有很强的随机性而无法定量及定性描述,。因此在划分通道内既有线路和站点的合理吸引范围时,需要将铁路车流径路考虑在内,以减少理论和实际的偏差,划分准确的吸引范围,便于推算通道内合理的车流量。3.既有线路合理吸引范围的确定为解决南北通道内部车流复杂问题,合理划分通道内线路和车站的吸引范围,在一借鉴般通道或站点吸引范围的划分方法及通道内既有平行线吸引范围的影响因素,本文提出如下方法划分通道内既有线路的合理吸引范围:。主要步骤为(1)选择集散车站。在通道内既有线上,选择可以作为车流集散的车站。选择应遵循如下规则:①车站在通道中属于能够编组列车等级在区段列车以上的技术站和可以编组始发直达列车的装卸车站。32②通道内的中间站,其度值应不小于,并且该车站所衔接的线路至少有条为非尽端线路。③对于通道内的区域,应详细划分集散车站,而通道外的区域,集散车站可进行,归并但是,应使归并的集散车站的车流应该具有同向性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第28页AbeE???FGH图3-2简单通道图-如图32所示,假设通道内车站A、E、F、G、H为技术站,b、c、d为非技术站,并且车站b和车站C的度为3。按照上述原则,在该通道内,应该保留的集散车站为A、E、F、G、H和车站b。(2)区域划分一一所谓区域划分,是指针对每个集散车站,按照定的规则,将整个路网划分为相应的区域,并且规定,在该区域内所有的货流都集中在本区域的集散车站上。区域划分有以下几个主要方法:①区域分割,本文在进行划分。为解决吸引范围和实际运输组织存在差距的问题区域时,以分割的形式,将整体区域分割成独立小区域。在分割时,按照通道内和路网中的主要编组站和集散车站从主到次的步骤,依据货物列车编组计划中规定的车站车流去向中的边界为线路分割线,将路网和通道内线路独立分割。②交叉腹地的分割。按照上述方法划分时,相邻车站间的线路必然被两个车站共“”“”,成为交叉腹地,这同吸引。那么部分交叉腹地需要按照断点理论或引力法则划分相邻区域的边界。、③以自然分界线行政区分界线和铁路分界站修正交叉腹地分割边界,完成区域的划分。(3)区域流归并与车流径路。区域流归并是指针对通道外的小区,将其需要经由通道内线路输送的部分归并到通道的边界车站,从,不经由通道运输的部分去除而变模糊的吸引范围为具有明确边界的局部网络。一考虑到铁路车站在编组货物列车时具有编组去向的要求,并且线路能力存在定一的约束,因而,仅仅依据图论中的最短路算法归并车流存在定的不准确性。本文提出,结,区域流的归并应该按货物列车编组计划中对车流径路的规定合图论中的最短一次进入通道的车站路,并将该部分流归并至该站。其中,最短路,寻找该部分流第可按照Dtra算法求解。ijks-A如图33所示为给定路网和通道,其中车站、B、C、D、E为技术站,g、h为。局分界站,灰色区域为通道内线路,灰色区域外路网中其他线路及车站 西南交通大学硕士研究生学位论文第29页■]i會C图3-3局部路网及通道-A ̄E的车流去向范围表如表31所示为货物列车编组计划中规定的技术站。3-表1技术站车流去向范围车站车流去向范围AB及以远;C及以远;D及以远;E及以远;BD及以远;A及以远;C及以远;CB及以远;DA及以远E及;以远ED及以远_根据上文所提方法: ̄(1)选择并确认路网及通道的集散车站为车站AE。A?(2)根E的车流去向范围:据车站,将路网和通道进行区域划分如下 西南交通大学硕士研究生学位论文第30页ItIII1!I-,ii/VnIIII ̄?????d'?BhIhEDiEDi丨I,;】一I土1丨IM__Im_MIMI_MMMM_M_MMMW_KXIIx|A站区域划分iB站区域划分III.II)1I— ̄Ir.:/ ̄/if‘^sIZ.B11Iic:i?£‘,?I1Irnmrn^^^mmm屋IC站区域划分D站区域划分iI图3-4各站区域划分从上图中可以看出,针对车站划分的区域存在大量的交叉腹地,于是根据上文中。提出处理交叉腹地的方法,将区域划分如下图所示__—p乂/①-?.BED^^L②i?C彳;③图3-5路网及通道区域划分图(3)区域流归并3-5区域④⑤中与通道有交流的车流进行处理。如图,区域④⑤不在通道内,需要对 西南交通大学硕士研究生学位论文第31页由于区域划分时假定所划分的区域中车流集中在其集散车站上,因此,以下以集散车站的标号表示区域号。CE-D-B-对于车站E上到达车站的车流,按照最短路应该走行C,但是由于车站D中的车流去向范围为A及以远,A,所有的车流都必须先输送至车站A然后在车站送往车站C。因此对于车站E来说,应该分别求解E至A和A至C的最短路,从而得E一次进入车站一到中车流在在通道内的第(通过车流还存在第离开车站),将流量归并到该车站上。同理处理由通道到达车站E及D的车流。因此,对于E和D的车流处理如下:车站D、E至车站C的车流归并为车站A至车站C的车流;车站D、E至车站B的车流归并为车站A至车站B的车流;车站C至车站D、E的车流归并为车站C至车站B的车流;D、E流出至其他车站或由其他车站输入的车流处理为0。这样,对于通道而言,其实际的吸引量为通道内部的车流和上述归并车流的总和。3.2既有平行线间的合理分工通道内既有线运输组织日趋优化的要求与通道内客货列车种类及数量繁多的矛盾逐渐激化,,。通道内确定相互甲行的既有线路的功能定位进行既有平行线间部分旅客及货物运输任务的合理分工与分配,以充分地发挥多条平行线路的作用,更好地完成通道内的运输任务并产生最大的经济效益,是亟待解决的重要问题。3.2.1既有平行线路合理分工的定义南北通道内既有线是我国路网的主要干线,承担大量路网性质的运输任务,因而南北通道内既有线福射区域大,吸引范围广,运量大,,输送的货物品类繁多货主对运输质量要求高等特点。。高速铁路开通运营后,既有线能力呈现逐渐释放的趋势而既有线依旧釆用原来的分工方案导致运行图复杂,运输组织部门为保证最大化运行图能力,客货列车运行线交错铺画,低速货物列车待避旅客列车和高速货物列车的情况时有出现,运行图的铺画结构不合理,运输组织难度高,晚点列车出现概率大,恢复概率小。高速铁路网一络化运营后,既有线能力将进步释放,铁路通道功能和结构更加完善。在高速铁路和既有线合理分工后,,既有线间合理组织分工,对通道整体运输能力的发挥有着重要的作用。一般而言,交通领域运输间的合理分工可以分为不同运输方式的分工和同种运输方式内不同运输产品的分工。,按照运输方式的技术特点,在铁路、公路合理分配客、航空、水运和管道之间 西南交通大学硕士研究生学位论文第32页货运量和周转量的分工方式是多种运输方式间的分工。同种运输方式不同产品的分工。是制定的运输方式内,不同运输产品在数量、等级上的不同一,而根据货物列车编组计划的要求铁路货物运输般是以列车的形式输送货物,’根据货物列车的组织形式和等级,可以将其分为快运货物班列、五定班列、直达列车、直通列车和区段列车等不同的种类。既有平行线间的合理分工就是以上述列车为对象,将其合理分配到既有平行线路上,以确定不同线路上的列车种类和数量,属于第二种分工。3.2.2合理分工的影响因素及原则1.既有平行线间合理分工的影响因素既有线间的合理分工针对的是运输需求,而无论客货运输需求其最终都是以列车的形式输送,并在输送的同时占用线路的能力。因此,运输需求、列车的旅行速度、通道内线路的能力,以及由此带来的运输组织模式、列车运行质量和日常运输调整都一一会都分工产生定的影响,以下将对这几个重要因素逐分析。(1)运输需求及通道吸引范围。客流是制定旅客列车开行方案的基本要素,按照我国铁路运输中先客后货的组织方法,客流影响了既有线的货物运输能力。货流是货物列车编组计划编组货物列车的基础。并且,通道吸引范围的大小决定了货流的数量、,影响了通道内货物列车的数量和列车的种类种类、运输距离等特征。因此,准确确定通道内既有线的客货流,是制定既有线合理分工方案的基础。(2)旅行速度。不同品类的货物运输需求对速度的要求不同,在制定货物列车编组计划时,,应按照货流种类编组不同速度等级的列车。与此同时既有线上还存在不同的速度等级的低层次旅客列车,。不同速度等级列车共线运行时速差导致高速列车和低速列车间存在越行,,影响了货物在途时间和铁路通过能力同时影响了日常运输组织调整和低速列车的运行质量,。因此,对于不同的线路应在分工的同时合理匹配线上不同速度等级的列车,既满足客货要求,又保证提高运输质量和服务质量。(3)运输能力。在供小于求的铁路运输生产实际中,能力是运量的决定性因素,它包括通道内的既有线能力和车站能力。因而,既有线的合理分工需要考虑线路能力,的利用情况,组织部分列车绕行能力紧张区段同时减少改编能力紧张车站的改编作业量,协调使用通道内各设备能力,力争最大限度的使用通道综合运输能力。(5)日常组织调整。列车途中晚点时,应调整列车运行使其尽可能恢复正点运行。一这就要求通道内既有线路的旅客列车幵行方案及货物列车编组计划具有定的弹性,一能为列车从晚点恢复到正点留出定的缓冲时间,以满足分工方案的可调性使运输生产活动能够顺利进行。(6)特定径路的影响。此处所说的特定径路是指对运输条件有特殊要求的如冷藏 西南交通大学硕士研究生学位论文第33页运输的加冰、阔大货物运输或空车调整中的空车径路。对于这部分的车流,应根据实际运输组织中的要求,将其合理的分配到既有平行线路上。2.合理分工的原则铁路运输生产的完成需要运输组织者提供运输供给,运输生产者提供运输需求,一。共同合作完成运输任务因此通道内既有平行线路的合理分工原则可分为两方面:方面是从铁路的角度出发,,,合理利用通道能力协调使用通道内既有线路、车站设备一同时优化运输组织提高效益,;另方面是从旅客及货主的角度出发要满足旅客及货主的运输需求,降低其运输成本,同时提高运输服务质量。对于平行的既有线路,其具体的分工原则如下两个部分。(1)从运输企业的角度上,平行既有线的分工原则有:①促进经济发展,提高铁路运输市场竞争力,实现铁路的可持续发展。铁路运输一具有定的福利性,除保证旅客运输,拉动经济发展外,还应扩大既有线的货运能力,提高铁路在运输市场中的占有率,同时降低其外部不经济性,实现铁路的可持续发展。②协调使用通道内点线能力,充分发挥整体效能。通道内的既有平行线路是由很多个线路区段构成的线路子系统和区段两端的区段站及编组站构成的车站子系统综合而成的串并联系统。这两个子系统的相互协调配置是通道内既有线路发挥铁路整体效能的保障,通。因此道内既有线上的车流应该根据线路区段能力、编组站能力等合理梳理分工,减少线路子系统和车站子系统能力利用及运输组织的不协调问题,发挥铁路的整体效用。③合理设定速度目标值,最大化通道内既有线路能力。货物运输的多样化和多层一次化是未来货物运输的发展趋势,同时既有线上客货共线的局面在很长段时间内无法改变。在列车速度等级不同的情况下,列车速度差是影响快速列车占用区段能力的重要因素,速差变小,运行快速列车的额外占用时间减少,线路的能力得到提高。因此既有线路的合理分工应合理匹配列车速度,以最大化通道整体运输能力。④提高铁路运输的经营管理及运输组织水平。南北通道既有平行线是我国铁路网的骨干线路,它要与路网中的其他线路通力配合,协调合作完成旅客及货物的输送,因此,旅客列车开行方案、货物列车编组计划、日常调度指挥和车站设施布局等方面应紧密协调,统筹兼顾,。既有平行线路的合理分工正是基于此细化不同线路上的列车种类及数量,组织不同种类、速度等级及其他要求的客货列车在平行线路上合理运一。行,减少运输组织压力同时实现不同路局、不同线路、不同车站的统协调,以规范铁路行业管理,提高运输企业生产经营效益。(2)从货主的角度上,平行既有线的分工原则有:①提高列车旅行速度,减少货物的在途时间。旅行速度影响机车车辆周转和货物一的送达速度,,是铁路运输组织的项重要指标。在双线区段因列车速度差产生的高低速列车的越行次数越多,旅行速度越慢。因此,合理组织既有平行线路上不同速度 西南交通大学硕士研究生学位论文第34页的列车,,减少线路上高低速列车之间的越行次数避免列车不必要的停站时间和由此产生的起停附加时分,,从而提高货物列车的旅行速度加速了车辆的周转和货物的送达,减少货物的在途时间。②减少货物运送成本,降低货物运费。货主选择运输方式的主要因素是货物运费。因此,对于货主而言,合理的分工方案表现在货物的运输距离最短,使货主支付的运,费最少,同时可在通道内设置战略装车点和物流园区,提高货物的集散能力降低货主运杂费的支出。③满足货主的多样化运输需求,通道内的货物。随着通道内既有线路能力的释放运输品类、运输条件及运输时限呈现多样化和层次化的特点。为此,通道内既有线路的合理分工应该做到开行多层次的货物列车,以满足货主运送不同品类货物的需求。3.2.3合理分工方法运输分工的目的在于合理组织平行线路上不同速度的列车,减少高低速列车间速度差行车的影响,合理利用线路的运输能力,,同时方便旅客及货主营造较好的运输组织环境。综合上述分析,提出如下既有平行线路的分工方法1.按照列车速度分工类似于既有线和高速铁路的分工,按照列车速度分工是指在既有平行线上,实行一不同速度等级的列车分线运输。以列车的速度等级为依据,将速度等级较高的类或一一几类列车分配到一条线路上运行,而速度等级较低的类或几类列车在另条线路上运行。以这种方法分工,最明显的优势在于减少了高速列车和低速列车(基本列车)之间的越行,基本可以釆用平行运行图的方式组织客货列车运行,并且即使线上存在不,,同速度的列车,列车的速差也不大高速列车扣除系数相对较小提高了列车的旅行速度和线路的能力。同时,高低速列车速度差值的变小,减少了因越行点不在车站造成的能力额外损551]---运行图-失。如图36和图37。其中图36为速差较高时既有线,图37为速差较低时运行图。既有线上,高速列车追踪低速列车运行是,可能会出现高速列车越行多条低速列车运行线。当高速列车越行点不在车站上时,低速列车必须在到达需要越行地点之前-的车站提前待避(如图36中列车a,b)。由于不同区间列车占用时间不同,高速列车一通过后可能存在部分列车无法恢复运行,造成因越行地点与车站位置不致带来的额外能力损失-。(如图36中列车b)-而当列车速度差减少时,可逐渐缓解由于列车越行带来的能力的减少(如图37黒实线,列车b可恢复运行)。 西南交通大学硕士研究生学位论文第35页图3-6线上列车速差较大时运行图lii图3-7线上列车速差较小时运行图除能力外,方便运输日常调,按照速度分工可以营造线路良好的运输环境度指挥。和调整,同时加速车辆周转和货物的送达:同时,按照速度进行既有平行线间分工带来如下不足,会存在较多的车流拆分①按照车流编成的列车种类分线,部分车流无法走行最短路,,导致车流径路紊乱车流实际径路与车流径路要求冲突。②无法考虑点线能力的协调一,尤其是没有考虑线路上编组站的能力问题。般情况下,运行高速列车的线路上旅客列车、货物班列和直达货物列车较多,沿途产生的解编作业较少,导致沿途技术站和编组站能力利用低下,造成资源浪费和虚靡。相反,低速列车主要编组形式是直通列车和区段列车,需要在沿途主要技术站及编组站进行,,改编作业,造成沿途技术站和编组站解编能力紧张容易在车站形成车流堵塞不利于行车组织。2.车流分配法一所谓车流分配法,即把既有线路合理分工和通道内车流分配及车流径路选择统结合,协调优化,在进行线路间合理分工的同时优化通道内的车流径路。 西南交通大学硕士研究生学位论文第36页一既有平行线间的合理分工与车流分配及径路选择是紧密相关的,方面,既有线路间合理分工包含了车流径路选择问题。车流径路是既有线间合理分工的组成部分,一旦线路间的分工方案确定之相关的车流径路也被确定一,与。另方面,车流径路的相关规定和车流径路在实际生产中的执行情况对线路的分工起到反馈作用,车流径路的执行结果,直接反映了线路间分工的合理与否。因此,应将线路合理分工和线路车流分配统一起来,建立通道内车流分配及车流径路选择相关数学模型,求解车流径路方案,该车流径路方案即为线路间合理分工方案。以车流分配法进行通道内既有平行线间的合理分工,能够做到兼顾通道运输能力最大化的目标及线路能力和车站能力的约束,可以同时协调通道内的点线能力,统筹一兼顾。所得到的分工方案考虑了车流径路的般要求,车流较为条理,能够给运输组织提供参考。,二综上分析本文采用第种车流分配法,将车流径路和既有线间的合理分工相统一二。,兼顾者之间的联系和影响,进行既有平行线间的合理分工3.3既有平行线间车流径路选择车流径路选择是运输组织的基础,其选择结果的优劣将直接影响通道内平行既有线的运输效率,,。研宄通道内平行既有线间车流径路的选择问题应抓其主要影响与原则结合通道既有线能力与运输需求变动,,优化调整车流径路充分发挥通道内既有线运输能力。3.3.1车流径路基本理论1.车流径路的定义车流运行径路是指根据货物运输计划组织的车流从始发站被输送至终到站所经由,、的铁路车站和线路简称为车流径路。目前列车运行径路可以分为三种:最短径路特定径路和迂回径路[⑷。最短径路是指从车流始发站至车流终到站,车流的总运输距离(时间、费用)最短的运输径路,可分为距离最短径路、时间最短径路和费用最少径路。通常认为,最短径路是最经济合理的,车流径路应该优先选择最短径路。特定径路是指实际的运输组织中,车流最短径路上出现某些线路输送能力不足时,最短径路能力之外的那部分车流所走行的径路。此外,因上水作业需要经过特定车站的车流、必须走行某些线路的超限车流、折返及回送的空车及存在条件较差的最短车一,般也走行特定径路,流径路时车流。特定径路的存在提同了铁路网总体能力的利一用程度,产生定的经济利益。迂回径路是指突发情况引起的行车中断在段时间内不可恢复而制定绕行的非正常 西南交通大学硕士研究生学位论文第37页径路它是在最短径路及特定径路不能通行或者能力严重受限时的较经济可行径路。本文视南北通道内线路为区域性路网,并基于网络层面,研宄通道内既有平行线上车流径路问题。同时规定,车流径路应该具备在经济合理的条件下,能够均衡使用线路能力,同时满足货主对货物运输的特殊要求。其径路组成为最短径路和特定径路,特殊情况下(最短径路和特定径路能力不足等),可在可行范围内采用迂回径路。2、车流径路选择与优化的影响因素一般情况下:,车流径路选择通常考虑以下几点因素(1)车流的运行距离。(2)从车流输送开始至结束中的总运行时间、在技术站站的中转作业时间等。(3)区段能力、车站能力及能力利用率。(4)车流运行所需总费用。3、通道内既有平行线间车流径路优化的原因并非所有的车流在通道内既有线上都以最短径路的形式输送,因而对非最短径路,的车流需要进行径路调整和优化,对于以最短径路输送的车流如果存在经济和要求上的冲突,也应该对径路进行调整和优化,。可见通道内既有平行线间车流径路优化是普遍存在的,其主要产生原因如下:(1)通道内主要区段运输能力不足,部分车流无法以最短路的方式输送,以最短路确定车流径路的方法需要调整,以充分发挥铁路技术设备的潜力,提高铁路通道乃至铁路整体网络的输送能力。(2)两支点站间存在多条平行线路,存在运量的再分配。并且以阻尼系数法研究车流径路时,阻尼系数的不同取值造成车流在平行线路间摆动。(3)平行线路上运行着本线及跨线两种性质的车流,当通过能力不足时,跨线车流迂回绕行,出现运量的再分配,从而产生非最短的车流径路。一(4)最短径路不定是最经济的径路。由于经济合理径路求解复杂,在车流径路调整时一一般以最短径路代之,,尤,但并不能认为最短径路就定是最为经济的径路其是能力紧张区段超负荷而衍生的经济成本。4、通道内既有平行线间车流径路优化原则从我国铁路通道设备条件,通道内既有平、车流量及结构和通道内线网条件来看行线间车流径路选择遵循的原则有:(1)以经济合理为主要目标,通道内车流应尽可能选择最短径路,减少车流绕行及运输过程中产生的综合费用。(2)车流径路的选择统筹路网特点和货流及车流规律,视通道内既有线为整体,尽量争取整体配置最优。(3)在重、空车运行径路的制定中,应遵循重空结合的原则,在减少重空车走行的同时杜绝同种空车产生对流。 西南交通大学硕士研究生学位论文第38页(4)合理制定特定径路,控制能力不足区段重空车流数量,协调使用线路及车站,能力提高设备利用率,加速车流周转。(5)平行线路间车流径路优化应参考铁路总公司及各铁路局的车流径路文件和货物列车编组计划。3.3.2运能释放对车流径路的影响通道内既有线能力释放后,影响车流径路的调,引起通道货流、能力等发生变化整与优化,具体如下。(1)线路货运能力变化导致车流径路调整,。既有线运能释放前由于线路运能的制约,部分货物列车采用迂回径路,这不但增加了运输成本和时间,也占用了绕行线路的能力,造成资源的浪费。既有线运能释放后,部分迂回货运列车将重新回到最短一路径。以京沪线中的沪宁线为例,沪宁线运能得到定的释放,部分迂回运输的货物54][列车车流径路应由华东二通道和新长线运行改为经京沪线沪宁段运行。(2)货物运输需求变化导致车流径路调整。高铁开通运营前,由于线路运能的制“”约以及停货保客的运输组织方式,铁路部门以实施限装、降低装车申请的方式维持正常的生产秩序,导致大量适宜铁路运输的货流发生滞留或采用其他运输方式。运能的释放缓解了铁路供需矛盾,铁路在运价和运力的优势使得运输需求重归铁路,造成通道内既有线货运量的增加和车流量去向变化,影响车流径路选择。(3)能力释放后,通道内不同线路的功能定位及分工引起的车流径路调整。我国铁路线路可分为单线铁路、复线铁路,在牵引动力上可以分为内燃牵引和电力牵引,在按照闭塞方式可以分为自动闭塞和半自动闭塞等。不同的线路分类决定了线路在能力、运输性质和功能上的不同。因而在径路调整上,合理安排不同等级的列车在不同的线路上运行,尤其是既有平行线间的快运货物列车和普通货物列车,是通道内车流径路选择的重要影响因素。一(4)为均衡线路能力,釆取平行线路分流引起的车流径路调整。铁路运输是个一线路,、车站等设备设施组成的复杂系统其运输能力是种系统能力,受各子系统之间的协调、配合程度和子系统自身能力的制约。高铁的开通运营虽然释放了部分既有一线能力,,,但是既有线能力长期不足的现象将直存在合理分担繁忙干线车流是车一流径路选择的影响因素之。,如京九线刚建成时,本线的运输量非常少在运输组织中,安排京九线分流京广、京沪线的车流,虽然很多车流的路径选择并非最短径路,但从路网运输均衡度的角度出发,缓解了京广,,、京沪线的运输压力因而从路网整体上看这部分非最短路的车551]流径路也是合理的。 西南交通大学硕士研究生学位论文第39页3.4本章小结本章对既有平行线间吸引范围的分类及影响因素做了系统阐述,提出货物列车编“组计划中的远程车流影响了通道吸引范围划分的准确性,在此基础上,提出了基于选”“”“”择集散车站、区域划分、区域流归并三个步骤的既有线吸引范围的划分方法。阐述了运输需求及通道吸引范围、旅行速度、运输能力、日常组织调整与列车运行质量和特定径路对平行既有线合理分工的影响,从运输企业和货物两方面给出了合理分工的原则。提出了按照速度分工和按照车流分配结果分工的既有线合理分工方法。最后,分析了通道内既有线车流径路优化中的影响因素、优化原因及原则,提出能力释放后因货运需求、货运能力、线路的功能定位及分工变动是平行线车流径路的调整的客观原因。 西南交通大学硕士研究生学位论文第40页第4章合理分工及车流径路优化模型与算法一工方案既有平行线间的合理分工和车流径路优化是为了寻找某份分,这个分工方案能够在通过能力允许的范围内,实现平行线路上列车整体运行效果最优。本章试图从合理分工和车流径路优化的目标上分析合理分工和车流径路优化模型应该到达的。目的,并寻求与之相适应的算法4.1合理分工及车流径路优化模型的目标分析通道内既有平行线间合理分工及车流径路优化应满足货主的运输需求,同时有利于运输企业的经营活动和日常生产。因而,既有平行线间合理分工和车流径路优化的目标可以从以下三个方面描述。(1)货主要求货主的要求主要为对时间要求较短,对运费要求较低,同时保证货物运输过程中的安全性。既有平行线间合理分工及车流径路对货物运输的安全性影响较小,而对时间和运费的影响较大。车流径路的选择主要决定了车流在途中的输送距离和必须经过的中转车站一方。一面,车流径路所决定的运输距离影响着货物列车在线路上的纯运行时间,另方面,既有平行线间进行合理分工应减少不必要的越行、会让和待避产生的列车停站时间。此外,运费的核收是以运价率与运距的乘积表示的,运输距离越短,货主所需要支付的运费越少。(2)运输企业的效益效益包含了成本和收入两个不同的目标一。般情况下,降低货物列车在途中的运行成本可减少运输企业的运营支出,提升企ik效益,同时运行成本的降低能够为货物提供较低水平的运输价格。因此,通道内既有线路的合理分工和车流径路的调整优化,应充分发挥各条线路的技术优势,降低通道内货物运输的成本,提高通道内各线路和通道整体的运营收入。(3)运输组织运输组织的基础是线路及车站的能力,表现为在现有运输组织方式下,既有设备、设施所能通过的最大列车量或车流量。目前,我国大部分既有线长期处于超饱和状态,部分区段能力缺口达50%,线路能力不能满足需要。因而,在现有能力约束下,需求一份最大化使用线路能力,尽可能输送更多的客货需求,是通道内既有平行线路合理一分工及车流径路优化的重要目标之。在保证列车量的同时,提高列车的开行质量,简化列车运行的曰常调整是运输组一织的另个要求。以增加行车密度缓解能力紧张的方式组织运输降低了运行图的弹性, 西南交通大学硕士研究生学位论文第41页加强了列车之间的关联性,前后列车往往互相牵制不利于运行调整和列车运行速度的,提高。因此,合理分工及车流径路选择模型应该以方便列车日常行车调整为目标缓解不同速度等级列车混跑带来的不良运输环境。减少由于速度不同带来的列车越行次数,降低高低速列车之间的运行干扰,改善列车运行质量。创造良好的社会效益和经济效益。一上述目标中的个或者几个最优,以达到优化目的。考虑到车流的运行距离影响,并且不同速度列车对距离的敏感程度不同了运输企业的成本和收入,本文采用时间描述与距离相关的目标。另外,线路使用的均衡程度影响了列车运行图的铺画和运行线的调整,因此使用线路能力的均衡程度为第二个目标,用以表示列车的开行质量和日常调整难以程度。4.2合理分工与车流径路选择模型4.2.1模型的特点及条件假设1.模型的特点一般情况下,车流径路选择与优化模型依据考虑问题角度的不同可分为车流径路优化与货物列车编组计划协同优化、车流径路与重空车协同优化和车流径路与路网能力综合优化等不同方面。本文考虑通道内既有平行线间的合理分工及车流径路问题,与传统的车流径路优化问题存在如下差异:(1)所考虑的通道为区域大通道,且通道内存在多条方向相同(南北大方向)的铁路主要干线,。与整体路网线路条件参差不齐相比,这些干线的线路条件不变运输组织方法相对稳定,可以认为其能力是确定的。(2)虽然通道整体具有无界性,但通道内的线路和车站是确定的。那么,依据文3.1中.2所论述的方法,各个车站的吸引范围是可以确定,因此,在该范围内的车流量也就确定了,包含车流的大小及流向。一(3)通道的带状结构决定了通道内空车调整的方向单,并且,由于空车的车种代用以及为保证装车或其他原因所导致的大量空车特定径路,使得通道内的空车调整问题在车流径路优化中的重要性相对较低,空车调整可以忽略。一(4)通道内的车流分为两种基本形式:是通道外的车流通过中转作业后形成的二一,(车流,是通道内自装自卸的车流虽。从路网的角度上看这两种车流并非同性质D一一然表现在通道内0点相同,但有可能部分车流是自装自卸车流,另部分可能是通道外有调或无调中转形成的车流,在径路选择上可以拆分。)(5)车流径路和货物列车编组计划的联系及相关性在于车流径路限制了车流的改一一编中转车站和终点站相同的车流在同个改编站中转后形成支车流。因此,车流径路的确定是货物列车编组计划规定改编车站的前提与基础,该问题可以独立于货物列 西南交通大学硕士研究生学位论文第42页车编组计划之外进行研究的。2.条件假设基于上述合理分工及车流径路模型的特点及建模需要,本文在构建模型之前,给定如下假设:(1)通道封闭性假设,,所研宄内容为。假定通道吸引范围划分后通道内外封闭通道内部车流的走向,与外部没有联系。(2)车流确定性假设。所说车流确定性,是指在吸引范围划分后,各个车站间的一,车流量确定,不受其他因素影响,并且同0D上下行车流量相同径路在空间中重合,方向相反,研宄中可考虑单方向车流。(3)通道确定性假设。假设研究通道内行车组织方法及各车站和线路能力剩余货运能力上限己知,并且在研宄过程中不发生改变。此外,假设通道内各线路上旅客列100%。车数量及结构己知,线路剩余货运能力利用率均可达到(4)研究对象假设,不涉及空车调整和空车径路选。模型仅考虑通道内的重车流择。(5)研宄范围假设。模型仅仅考虑车流径路问题,不考虑货物列车编组计划和由其带来的改编站和改编费用等问题。4.2.2通道内既有平行线路的数学描述1.可行径路的描述一所谓可行径路,是指在车流径路调整优化模型中,同OD点的车流可以选择的一径路集合,该径路集合为最短径路/t、特定径路和以及定绕行率下旳短(可以是时一间,、距离或费用)径路般而言,由于不同0D之间通道线路复杂情况不同,其可行径路集中径路的条数也不同。可行径路与车流组织中的共同径路约束并不相俘,二者相互补充。对于可行径路做如下规定:通道能力满足的情况下,所有0D采用共同径路约束能力不足情况下,;为最大化通道能力,部分0D进行拆分,采用可行径路约束。南北通道同时使路网中的主要干线,,关系路网大部分物资及旅客的输送能力较为紧张,为此本文研究的模型基于可行径路。2.通道内既有线路描述本文中讨论通道内既有平行线路的合理分工和车流径路优化,涉及到通道内的既有线路和主要技术站及装车地车站。因此保留具有组织始发直达条件的装车地车站和主要技术站。此外,考虑跨线列车的转线问题,保留路网中度不小于2的车站,同时保留上述车站的之间的线路,以车站间相邻的线路为无向。以保留的车站为网络节点弧,构成无向网络图,用以描述通道内既有平行线路。 西南交通大学硕士研究生学位论文第43页=■1以集合K2内既有线路上保留的车站序号,以,,表示通道(==-<?表示通道内既有线路。为加以区分,以五12?表示,,,;;。{^4通道既有平行线路区段,++表示其他线路区段,并且有所构造的无向网络图可表示为G=r五。i,;)4.2.3模型的建立1.车流量及货物列车编成辆数(1)车流量通道内各站间的车流数量是进行通道内既有平行线间合理分工及车流径路优化的主要依据。由于路局统计资料多为各个站间货物的发送与达到量,因此在忽略空车的前提下,需要将货流转化成车流。目前,铁路使用的敞车、平车及棚车中,以四轴60t载重车体为主,因此,本文以60t/车为换算系数,将铁路各站间的货物到发量变成车流量。而对于通道外部的货流,在其按照上述系数换算值车流时,按照本文3.1.2中所述方法,划分其是否属于通道范围内,对于不属于的车流,不计入本文计算范围。(2)货物列车编成辆数货物列车的满轴与否决定与列车载重及换长,考虑到我国铁路线路技术条件复杂,、。不同线路不同区段的牵引质量千差万别,本文以列车的换长作为计算标准我国货物列车编组计划中规定的列车换长,除少数列车为83m外,其他货物列车换长为70m。60t载重、.5、1.21.5通过查询车辆资料,的四轴棚车敞车和平车的车体换长分别为1和(不同型号车体有细微差别),假定三种车流使用数量均衡的情况下,那么车列的换长=在1.4左右。对于货物列车来说/1.450。因此文中取每列,每列车的编成辆数为70货物列车的编组数量为50(车/列)。2.模型相关参数及变量(1)参数:—一弧m的货运能力,单位为车/日,由列车编成辆数(取50车/列)折算,meE;C——车站;t的通过能力,单位为车/日,由列车编成辆数(取50车/列)折算,?neV;—t车站《的无调中转停留时间;?_一一从车站z到车站的第Z个等级的车流量;_/—第/个等级车流的时间系数K;—a弧m是否在车站i到车站的第;t。如果在f条可行径路上,否则"=0<;_《是否在车站=/到车站的第条可行径路上。如果在,T1,否车站_/广 西南交通大学硕士研究生学位论文第44页则=0十;一—能力限制下不可行流惩罚系数较大正数M,为;V一一fm上的运行速:第等级车流编成的列车在弧度;/弧W的长度;?—(车站/到车站j的可行径路条数;P,(2)决策变量:—e车站/到车站第t等级的车流在其第k条可行径路上的分配率。j,j?—0-1<变量,表示车站/到车站第f等级的车流是否拆分。如果0<01,‘〖,=.《i,表示车流拆分,否则4o,表示车流不拆分。y,’,j^3.目标函数由4.1中可知,通道内既有线路合理分工和车流径路优化模型的目标函数包含车流的输送时间和既有平行线路区段能力的利用均衡程度。因此有:(1)货流的输送时间最短,包含可行流的输送时间最短和能力限制下不可行流的等待时间最短两部分,对于可行流的输送时间有:Z?<+!>⑷)?舍iJ^Vk‘““tVmJ对于不可行流l/,视惩罚时间J为其等待时间,有:=-2minF(4):iJ^Vt\kJ因此:,时间最短的目标函数为二者之和,有i^im\^J\j(4-3)(2)既有平行线路能力的均衡使用,可以既有平行线路区段能力利用率的标准差表示:,标准差越小,能力均衡程度越大,有‘=m(4-inFSD4)ym\/其中,meE,表示通道内既有平行线路区段D表。。,S示标准差4.约束条件(1)线路通过能力约束经过弧的所有车流总数不超过该弧的通过能力,所以对于每个弧段有:V所-eJ5(45)E,YLfu<风tk 西南交通大学硕士研究生学位论文第45页(2)车站通过能力约束通道内每个车站通过的车流数,必须小于车站本身的通过能力,有:4-(6)ieVJtk(3)车流分配约束考虑到通道内车站和线路能力的限制,可能存在部分车流不能完全分配或者无法分配,因此:,对于每支车流的分配率,应保证在0和1之间,有<\\/-ieVt(47,,j,)k(4)可行径路约束通道内的车流,如果发生拆分,那么该支车流可以在其可行径路集中选择多条车流径路,因此有:2s-(48)^,,.Kk(5)其他取值约束'0=0或1=0,§,,:,-<k&eV(49V/,y,t,()^y笑=11^..4.3模型的算法及步骤关于车流径路优化模型算法的研究可以分为两类:以/:短路为基础的启发式算法及以最短路为基础的阻尼系数法。以短路为基础的启发式算法(遗传算法、模拟退火算法等)在处理大规模优化问题存在一定的优势,能够在较短的时间内给出决策者希望的满意解。但是,该算法存在如下问题:5[gA-(1):短路的求解。对于前者DoubleSweeFlod,虽然目前存在p算法、推广的y“”:算法等,但是无法解决铁路网络中所求得的ii短路中包含圈(如果短路中出现重复29一[]的节点,视该短路含有圈)的情况。林柏梁提出的绕道率提供了个解决A:短路中圈的方法,但是S的取值和网络的密集程度有关,因此在应用中需要根据经验判断S的一。大小,存在定的主观性(2)尤的取值限制了网络流的可选径路。路网密集程度较高的两个车站,在距离一增加的绝对值定的情况下,其可选径路条数明显高于边缘网络,因此固定尤值的车流径路明显限制了部分车流的合理可选径路。26一[](3)存在车站及线路能力约束时定是可行解。由于欠短路,给定的初始解不集中不同区段的能力和待分配的车流不确定一,容易出现不同车流经由同区段,从而一一会导致尤短路中的条甚至全部不可行,缺乏定的实用性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第46页以最短路为基础的阻尼系数法,给通过能力紧张区段加入阻尼系数A,,使得能力紧张区段的里程长度变为原来的倍,改变原有的最短路,使0D流分配到其他能力53[]剩余的区段。这种方法虽然避免了求解路网短路,但是容易产生新的困难区段,且会因为路网能力紧张,,使整个系统不收敛出现车流在不同区段的来回摆动,同时可能产生路段阻尼系数无限增大的可能,导致路网因距离的无限增大而断路。此外,阻尼系数法随机性较大,无法区分车流的性质,有可能将本应该在最短路上的车流转移到其他径路中,不利于车流组织的管理与优化。一综合上述算法研究的优缺点,本文将模型求解分为两个部分,其为采用改进Doub-leSweep算法求解可行径路集,其二为结合动态可行径路集的遗传算法求解车流径路优化模型。-1.改进的DoubleSweep算法-上具有很强的优势传统的DoubleSweep算法在求解无圈的有向图短路,但当网络图(有向或无向)中出现圈时,传统的算法因无法解决圈的问题而存在瓶颈,为此,本文提出如下两点改进方案。(1)环路消除一Doub-leSwee算法先求网络中给定起点至任意点的欠短路长度p,然后按照短路一距离次寻找节点,构成欠短路集合。这种求解方式决定了其只能用在无圈的有向图一,而不能用在铁路这无向拓扑图或含圈有向图中。为此,图中本文提出,在以向量表示顶点的距离信息的同时,建立向量集合尸=((0,其中0表示起点,表示不存在径路。在每次前向扫描或者后向扫描的过程中,假设一扫描到点/,与点/相连的边为y,首先判断中的每条径路是否包含点,如果包_/’含,则跳过7点继续搜索,直至算法结束,从而避免了某个节点在径路中的重复出现,从而避免计算结果中存在圈的问题。(2)K的动态取值Doub-leSweep算法中每次迭代的结果来源于前向或后向扫描的结果,但节点标记的方法消除环路可能会使部分节点对间的短路数量小于条。为此,本文提出如下判/断:当前向和后向扫描结果相同时,检查节点,记与相邻的节点集合为'J==--‘jU;*,记S为的K短路中不经过节点{jjj/的条数与_/的尤短路中不存在\的短路条数之和。如果尺,令尤的值加1,继续循环,直到*5的值不小于给定的初始i:值。2.动态可行径路集及其遗传算法依据现行的车流径路分配方法,通道能力不受限制时,无论0D流釆用何种先后,各OD流均采用最短径路,顺序分配径路,得到最优解。考虑到能力限制时部分OD一流因线路能力不足而必须绕行,采用非最短径路,。从另个角度上去讲车流径路分一配实际上是先选择部分0D流,使其走行最短径路,然后选择另部分0D流,使其 西南交通大学硕士研究生学位论文第47页走行可行径路集中的非最短径路,从而达到需要的目标值最大。由于不同0D车流无法同时分配一,需要按照定的先后顺序分配径路,将对目标值贡献较大的0D流放在前面,缩短其走行距离有着更重要现实意义,应保证该部分流优先进行径路选择。从而,车流径路分配问题转化为车流径路排序的问题。排序后的车流应依据路网能力,从各自的可行径路集中选择最短径路。综上所述一,采用遗传算法对车流径路模型求解时,可采用实数编码,并且每个染色体表示一个个体配流的先后顺序,然后依据顺序从其可行径路集合中选择最短径路。需要注意的是,0D流的可行径路集在车流分配的同时计算并更新,以保证每支0D流中的径路都是可行的。借鉴上述研宄,本文针对遗传算法的下列问题进行了研宄:(1)基于群体的编码方式遗传算法存在二进制编码、实数编码、整数编码及字母排列编码等方式。考虑到75一[]问题需要,采用整数编码,但染色体以群体为基础。基于群体的染色体以个染色一一一体基因位表示,个车流,同时对应于每个基因位存在个长度为可行径路集长度-的01串,表示该基因位上车流的径路选择结果。,在编码的整数序列中,其最小值为1最大值为0D流的数量。如假设存在5支0D流需要分配一,每支车流的可行径路集合均为3:,其个染色体可以表示为 ̄34染色体I5I2I1I1xxxxxXX*'xxX,,,,.,’,,.]lll\221ff4径路集图4-1群体表示的染色体一4-二从图1可知,配流时第次分配编号为3的车流,第次分配编号为5的车?-流,最后分配编号为4的车流,所分配的径路结果以01的形式保存在对应的径路集中。(2)初始种群的生成-M假设车流数量为M支,种群大小为个。随机生成尸OP57Z£个1_的随机数列,产生初始种群。与文献[58中编码与初始种群的生成不同,由于本文中染]色体表示配流的先后顺序,然后从其各自的动态可行径路集中选择径路,因此任意随。机生成的染色体都是可行的,无需进行染色体的人为调整与干预(3)遗传算子遗传算法的两个主要算子为交叉算子和变异算子,综合本文的编码方式及59F[]alkenauer提出的基于基因群体的遗传算子,本文提出如下交叉算子和变异算子。①交叉算子?一交叉是按照定的概率从群体中选择两个个体,交换两个个体的部分基因,产生继承了父代特征的新个体。本文提出的交叉算子主要包含以下过程: 西南交通大学硕士研究生学位论文第48页一一第:,随机选择个交叉位置步针对选择的两个父代个体;第二步:交换父代中从指定位置开始至最后的基因片段;第三步:产生的后代包含了两个父代的信息,从而可能产生某些基因位的值相同,对每个个体,从交换前的基因片段中删除与交叉片段相同的基因;第四步:删除相同基因后,个体可能出现某些基因值的消失。对于每个个体,按照其父代中基因值出现的先后顺序,将缺失的基因值插入到个体的末尾。完成交叉操作。如图4-2所示为交叉算子示意图。父代:1:3176524个体13l7656l8:IIIII_|I|||||||||j交叉位父代2:32574618个体2:32574824||||||||1|||||||||(a)选择交叉的父体和交叉位(b)交换父体的两个基因段'":3756181个体:821个体3754:II|1IN说III」遍||'个体2:357824个体2:35761I则I丨II]I丨||原来基因段中的重复基因(d插入消失的基因,得到新个体(C)删除)图4-2交叉算子图②变异算子一变异是指染色体的一个或几个基因值发生改变而产生新个体的情况。变异是以种随机的算法,产生新个体,但是这种随机算法能够避免因为选择和交叉操作所导致。的父代染色体信息消失,从而保证了遗传算法的有效性因此,作为遗传算法中产生新个体的辅助方法,变异是必不可少的步骤。本文采用交换变异操作,即对选择的个体,随机产生两个位置,然后交换这两个位置的基因值。-如图43所示为变异操作示意图。"Tli96582471Q|||||||||^基因值互换]\产生新个体,r『3796582410丨1.:||:||_I丨1tI图4-3变异算子图在遗传算法中,而变异算子避免了交,交叉算子提供了是新个体出现的主要方法叉运算产生的后代因适应值不再进化且没有达到最优解造成的早熟收敛现象。二者结合,。,共同完成了遗传算法在解空间的全局搜索和局部搜索从而完成其优化搜索过程(4)适应值函数 西南交通大学硕士研究生学位论文第49页适应值是遗传算法选择优秀个体的依据,其值由适应值函数计算得到,因此,适一应值函数选取的合理与否是遗传算法设计的个重要方面。标准遗传算法中适应值函数的选取有以目标函数为适应值函数和构造目标函数值界限与目标函数相结合这两种方法。而对于多目标函数,目标冲突或目标值的不可比较性使得多目标函数的解无法兼顾所有目标值最优。为此,本文釆用文献60]中所提出的适应性权重法构建适应值函数。[所谓适应性权重法,给,是指利用当前种群中的有用信息,不断调整权重出适应性值的策略。由于本文问题为最小化问题,故而定义Z,其中i-4-44为式3,厂为式。假设在遗传算法中,当前个体构成的种群为POP个,那()2()么对于每个目标,有最大值和最小值分别为'=-=PP^POP(-ZTnaxFk\2410)^,,{^{)\]==-Zr(411)式中是种群POP中的一个个体。(-由此,在该种群下,第it个目标的适应性权重可用式412)表示:—--=-= ̄l(4wjtk\12),,‘(\)/max^一对于种群POP中旳给定个体P:,其适应值为=-fitPwkZZr(4-13){){,Y)\)k⑷-Zr户=(4-14)‘M?)/ArmaxrmmmUVI]卜]y-ykAVj在本文构建的染色体中及染色体在交叉和变异的过程中均不会产生不可行后代,----因此,对于模型中的不等式约束45、46、47、48无需通过罚函数处理约()()()()束。3.算法步骤及流程图(1)算法步骤Stepl:设置初始参数。设置种群规模POP5JZ£;,需要选择的父代个数_ELITESIZE(偶数)、最大进化代数7\交叉概率Pc、变异概率Pm,并生成初始种-Step2:利用上述提出的适应性权重法计算各个个体的适应值。61[]Step3;选择?依据Step2中个体的适应值,计算各个个体的适应值占种群适应>值的比例,依次作为个体的选择概率,同时计算从个体1到个体iOP57ZE的累积概_ 西南交通大学硕士研究生学位论文第50页率。釆用轮盘赌的方式从父代中选择£L/7E57Z£个子代。_"S一te4;交叉。以两个个体为组,在区间0,产生随机数?。SPc,p[”内,如果co。利用上述交叉算子对所选择的两个个体进行交叉操作一,并将产生的新个体保存到下代>Pc一,如果a,所选的两个个体直接进入下代。重复££i7E57ZE/2次。v_stes;变异。以交叉得到的种群为基础,在区间010),如o<Pm,p,产生随机数果c[]??一针对种群中的每一个个体,利用上述变异算子进行变异操作,得到的结果保存至下代,重复ELITESIZE次。-Step6:最优插入策略。从父代种群中选择出适应值最大的POP57Z£-iZ/7E57ZE:<9P57ZE(个体插入到变异后子代中,以构成P个个体的种__)_群。Step?:迭代与终止。如果迭代次数达到预设的最大进化代数,或者连续若干代后。最佳染色体个体的适应值没有明显变化时,迭代终止,算法结束(2)算法流程图-根据上述步骤,表示为流程图如图44所示。4.算法可行性比较58为证明算法的合理性和有效性,利用本文模型及算法对文献[]中数据进行了计50500.8算,设计初始参数中种群规模为,最大进化代数为,交叉概率为,变异概率为0.2。计算结果如下表所示:-表41车流优化对比表方案重车走行公里拆分的车流数目舍去的总车流量本文结果4731791034880文献58中方案4710108045630[]从上表可以看出,本文模型及算法所计算的结果在舍去车流总数和拆分车流数目58在重车走行公里上稍微偏大一点上优于文献。可以认为文所建模型和算法具[],,本一有定的优越性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第51页rsso___设置初始参数计算合理径路集产生初始种群止,JN输jp出结果I一I计算个体k应度⑥I+r结束)^)轮盘赌选择个Ii=0/II ̄j=+^h1//!11\1 ̄H生成机数^IY?II![_H__I执行交叉算子if=0I!丄h- ̄ ̄■“=M—’//+!}wIj<rH ̄H生成机数^^I>II执行最优插入策略ij.执行变异算子III▼I^」产生子代‘T计算合理径路I图4-4算法流程图 西南交通大学硕士研究生学位论文第52页4.4本章小结借鉴以往研究,论述了平行线路合理分工与车流径路优化的目标,提出通道内既有平行线路间合理分工及车流径路优化应以平行线路能力均衡和货流在途时间最少为目标,以能力、车流分配和可行径路为约束构建数学优化模型。阐述了车流径路优化模型常用的阻尼系数法和基于K短路的启发式算法求解车流。径路优化模型的不足,提出基于可行径路集的改进遗传算法首先,提出在“”Doub-leSweep进行矩阵运算的同时标定节点标号,以防止求解的径路中存在圈,优“”化了其在含圈网络图中的不足。其次提出基于群体的遗传算法编码方式和交叉算“”0-子,改进了传统1编码在车流径路优化模型中出现的不可行解问题。一最后以本章模型和算法与已有研究对比,在同个算例中验证了该模型和算法的优越性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第53页第5章车流径路选择实例分析5.1实例描述本章以中以京广线、京九线和焦柳线作为南北通道的主要构成线路,并包含与之。相接的晚海线、宁西线、汉丹线、沪昆线及益湛线等,由此构成的铁路区域网络整-个网络图共包含31个节点,47条路段,通道拓扑结构及节点名称如图51所示。新乡?,月一,?泽丘洛#^\\平顶山河\<■(V??\_I皐lit南阳//信阳潢川襄阳/武^^\\南昌/\/务一/长沙">Z:\怀化?Z//fI衡阳1/,A,/(//\1f/ss^IIf!Iy^Hi龙川I/广州k广?叙\,、乂^名5-图1通道既有线路结构示意图 西南交通大学硕士研究生学位论文第54页从郑州局、武汉局、上海局、南昌局、南宁局和广州集团这六个铁路局的线路主要技术资料表中查出区段距离如下表所示。依据线路主要技术资料表中的旅客列车对数、追踪间隔时间和区段运行图周期,计算区段通过能力并扣除旅客列车后,按照货-50,5物列车的编组数量为车/列得到各区段的货运能力如表1所示。5-表1区段距离及货运能力表区段距离区段能力区段距离区段能力区段区段km))km)(((车(车)月山-新乡833500荆门-石门2202350新乡-菏泽1593350武汉-岳阳233400-洛阳243350-241850月山1武汉九江-780-2362新乡郑州65麻城九江150荷泽-商丘87-长沙2781750石门500洛阳-郑州202050长沙-株洲49750-28-2郑州商丘11400株洲南昌325250洛阳-平顶山402650九江-南昌572650平顶山-潔河107550石门-怀化348600■-48500-3郑州漯河不化娄底]58501潔河-阜阳214250娄底-株洲251950-862、-商丘阜阳]50M化柳州449750-2-永州398800平顶山南阳112900柳州南阳-信阳95550永州-衡阳4950-163-潔河信阳1650娄底永州212400阜阳-横川202500株洲-衡阳49450信阳-潢川2-6205511600南昌龙川0-492-南阳襄阳100衡阳韶关295350-3-12襄阳武汉172150广州龙川30000-242700-50500襄阳荆门岳阳长沙1荆门-武汉249250韶关-广州2171250信阳-武汉208750广州-茂名342350武汉-麻城80400柳州-茂名449500潢川-麻城126^根据2012年我国铁路车站货物到发量,依据3.1.2中吸引范围的划分方法和4.2.1-中车流确定性假设,整理得到通道内的车流如表52所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第55页5-2通0D表道车流表(单位:车)序号0D点OD量序号0D点0D量序号OD点0D量-月山-新乡00835阜阳-襄阳069株洲柳州2672月山-郑州3236阜阳-武汉0970株-韶关575洲3-襄阳27537阜阳-九江77-80月山1株洲广州4--4月山-武汉50038阜阳南昌40372株洲怀化480-?5月山-洛阳6939阜阳株洲5673株洲姿底7706荷泽-郑州2040阜阳-广州774株洲-衡阳6977-34--菏泽商丘11阜阳怀化4775株洲永州348荷泽-阜阳4442阜阳-7576新乡-菏泽5961演川--9荷-武汉2543信阳377新乡郑州23泽襄阳13---789310荷泽南昌6844信阳潢川71潔河阜阳-1-3345-3707951荷泽株洲信阳武汉潔河信阳19---12荷泽广州3246襄阳长沙6180潔河武汉304---13洛阳郑州88947襄阳南昌1581南阳信阳100--45382南阳-24014洛阳平顶山38948襄阳株洲襄阳--47583-715洛阳南阳049襄阳怀化南阳武汉---16洛阳襄阳5250襄阳武汉65484潢川麻城57---17洛阳武汉30351襄阳荆门63585麻城九江60-8洛阳-20552武汉-2986荆门石门2361株洲长沙--4487石门-719洛阳衡阳953武汉南昌6长沙1120洛阳-柳州2554武汉-株洲92388石门-娄底42--8789石-931洛阳怀化8155武汉广州1门怀化--22郑州-阜阳56956武汉怀化3890九江南昌58523-襄阳35057武汉-麻城8-郑州191长沙南昌7524-武汉6--郑州1058武汉荆门7292长沙株洲61525-株洲5259武汉-岳阳223-25郑州19娄底永州26郑州-商丘7060-6394娄底-261武汉九江怀化--27-5496389525郑州潔河1岳阳株洲衡阳永州1--28郑州-南昌262岳阳九江4396衡阳韶关34829商丘-武汉363岳阳-长沙47497永州-柳州13430商丘-阜阳9264南昌-柳州4398永州-怀化57-3--4099柳州怀化4811平顶山阜阳3365南昌怀化132平顶山-襄阳566南昌-株洲37900柳州-广州36-33-58-530平顶山潔河167南昌龙川11韶关广州12 西南交通大学硕士研究生学位论文第56页序号0D点OD量序号0D点0D量序号0D点0D量34-南阳37968南昌-6?平顶山广州1102龙川广州185,2合理分工及车流径路选择方案依据上文所提模型和算法,利用.Net平台编制车流径路分配软件,对实例中数据进行计算。详细车流径路分配及区段能力见附录1、附录2。拆分车流和舍去车流情况如下。1.拆分的车流及车流量“”一如表5-3所示为实例计算中因为路径能力不足需要拆分的车流,其中表示该部分车流无法分配径路。5-3表拆分车流表(单位:车)序号0D点车流量分配量m44洛阳-平顶山-南阳-襄阳-荆门?石门-长沙-株洲---?-----18洛阳株洲20597洛阳郑州潔河信阳潢川麻城九江南昌株洲-64洛阳-郑州-商丘-阜阳潢川-麻城-九江-南昌-株洲566郑州-潔河-信阳-武汉24-6郑州武汉1044郑州-洛阳-平顶山-南阳-襄阳-武汉550平顶山-潔河33-58平顶山潔河1—3139?--1阜阳潢川麻城武汉36阜阳-武汉509---190阜阳潢川信阳武汉--岳阳--156襄阳武汉长沙株洲-48襄阳株洲453236襄阳-武汉-九江-南昌-株洲6一1456襄阳-荆门-石门-怀化49襄阳-怀化475------19襄阳荆门石门长沙株洲娄底怀化651武汉-岳阳-长沙-株洲54武汉-株洲923272武汉-九江?南昌-株洲352株洲-衡阳-韶关-广州7-1株洲广州480-----128株洲娄底永州衡阳韶关广州5-3从表中可以看出,在所有的102支车流中,共有8支车流因为径路能力被拆“”“平顶山?分,拆分后仍无径路可供选择的车流有两支,分别为漯河的31车和襄”-61车92阳株洲的,总计车。实例中车流分配率为8/102=7.84%。在拆分的8支车流中,计分流径路中的车流 西南交通大学硕士研究生学位论文第57页量为径路拆分条件下可额外多完成的输送量。本实例中共有车流25979车,多完成的050车1=输送量为1。因拆分车流可多完成的车流输送比率为050/259794.04%。2.舍去的车流及车流量如表5-4所示为舍去的车流数量及0D点。5-4表需要舍去的车流表(单位:车)序号OD0D总量舍去车流量舍去合计J-11菏泽株洲133133-19洛阳衡阳9933平-潔河顶山5813133148-株洲4536襄阳188石门-娄底4489石门-怀化93^从表5-2中可以看出,因通道既有线路能力限制导致无法分配的车流共331车,=占总车流的比例为331259791.27%。/3.能力利用率图与能力饱和区段5-2所示如图为区段能力利用率示意图。新乡(Id;】yn洛阳乏平顶\?域|J’々{\'細/\■>14r>/f1子汰洲(州>a,"I\图例mmm能力賴率\:100%90%"能乃利竭申100%:茂K能%-%;j利翔罕:70BQ_*?-能乃约两率:60%70—能/J羁招50¥以下图5-2区段能力利用率示意图-2中可以看出从图5,,京广线衡阳以北能力极为紧张能力饱和区段也较多。而 西南交通大学硕士研究生学位论文第58页京九线九江至南昌段因分流大量京广线和焦柳线车流,导致该区段能力紧张。总体上看,京九线各区段货运能力利用程度在70%以下,而京广线货运能力利用程度在80%以上,二者依然存在较大差距。5.3结果分析针对5,.2中计算结果,与货物列车编组计划对比给出京广线、京九线及焦柳线构成的南北通道内车流径路调整与优化建议如下:(1)南北通道整体能力不足,车流径路制定时,应首先保证本线长途货流的输送,南北间受限区段集中在沪昆线上下,应,因此,对于需要跨越沪昆线的车流按照车流一性质,从重点车流到般车流选运。如对通道内的快运货物班列和特快货物班列,应。首先选择最短径路,以创造更高的运输价值(2)京广线和京九线上去往昆明局、成都局及南宁局应尽可能在怀化及其以南接入焦柳线,以缓解焦柳线石门至怀化段能力不足的压力;(3)京九线上本线车流或京九线上的通过及分流车流,应尽可能在京九线上运行,尤其是应该减少由横麻线跨入到京广线的车流,从而缓解京广线岳阳至株洲段的压力,同时,京广线车流可尽可能在京九线上分流;(4)对于需要在京广、京九及焦柳线之间跨线运行的列车,使其尽可能在陳海线洛阳至商丘段、新石线新乡至菏泽及月山至新乡段和沪昆线怀化至南昌段进行跨线。(5)京九线九江至南昌段承担大量的跨线及中转车流,因此,当长沙至株洲和石门至怀化能力不足时,可考虑绕行该区段。具体可调整的车流及车流径路如下:①京广线上郑州至武汉之间的车站上去往南宁局的车流可经武九线输送至向塘西中转后输送至株洲及其以西、以南;郑州及其以西以北产生的车流沿晚海线向东输送,在阜阳和向塘中转后输送至株洲以西以南;荷泽及以北以东的车流应走行京九线至向塘后中转。②洛阳以北、以西(路网西北部车流)至向塘以东及以南车流,可经由晚海线至。商丘然后输送至阜阳,缓解宝丰线能力紧张局面③株洲地区去往龙川以东、梅州以南地区车流,可先至向塘西站,经京九线南下-至龙川,以缓解京广线上株洲衡阳线路能力不足的压力。、④焦柳线西斋口以南为单线,能力紧张。因此,应保证山西内蒙古的煤及焦炭。在该线路上,而沿途其他车流可经石门分流至京广线而后经益湛线与湘桂线输送⑤焦柳线和京九线上跨线至京广线的车流应尽可能少占用京广线能力,尤其京广线郑州以南和衡阳以西。 西南交通大学硕士研究生学位论文第59页5.4本章小结本章以京九线、京广线和焦柳线构成的南北通道为例,以2012年全路各车站货流0D为基础,通过上文中的通道吸引范围划分方法、车流径路优化模型和算法求解,统计线路各区段的车流数量及利用率。与货物列车编组计划进行对比,提出车流径路优化建议。 西南交通大学硕士研究生学位论文第60页结论1.论文的主要工作:论文在借鉴大量的文献及资料的基础上,结合我国南北主要通道的基本情况,将现状分析、理论分析与数学建模的方法相结合,研宄了我国南北主要通道内既有线平行线路间合理分工和车流径路优化的相关问题。论文进行了详细的分析和研宄,研宄的主要内容和成果如下所述。一(1)本文首先分析了南北通道货物运输中运量和结构的特点,阐述了般情况下线路通过能力和车站能力的影响因素及计算方法。研究高铁开通运营后,通道内与其平行的既有线能力释放的可能情况,提出通道货物运输的集中化、重载化、直达化、集装化、快速化趋势。(2)对既有平行线间吸引范围的分类及影响因素做了系统阐述,在此基础上提出通道内既有线路合理吸引范围的划分应包含车流径路中的接续车流。同时提出选择集散车站、区域划分、区域流归并三步的既有线吸引范围的划分方法。(3)分析通道内既有线路合理分工原则,提出平行线路按照速度分工和与按照车流分配分工的两种方法,。通过对通道内车流径路定义、影响因素等的分析提出通道进行车流径路优化的原因在于通道内部分区段能力紧张、平行线路上存在运量再分配、线路上跨线流和本线流占用能力的冲突一、最短路不定是最经济合理径路以及高铁开通后,既有线货运能力可能发生变化。(4)结合文中对车流径路和合理分工的论述,论述了车流径路优化中运输距离、运输时间、运输成本、运营收入、列车量或车流量、列车的开行质量、列车运行组织的日常调整等目标。结合通道实际,本文提出以平行线路区段能力利用率的标准差表示能力均衡程度并与车流在途的输送时间为目标构建模型。在分析己有研究算法优劣,的基础上,,针对本文模型提出基于群体方式的编码方式设计了本文模型的改进遗。传算法,并给出计算步骤和流程(5)、选取晚海线以南,由京九线京广线和焦柳线构成的南北区域大通道为例优化其车流径路,对文中所述模型和算法进行验证分析。所得结果与现有货物列车编组计划对比,提出车流径路优化建议。2.存在的不足与展望铁路车流径路调整本身是一个极为复杂的问题,虽然通道内既有平行线路较路网,,内部线路为我国铁路M的主要干线规模较小但南北通道范围广,车流基本涉及路一网范围,问题的研究难度较大。虽然本文己经取得了定的研究成果,但是作者水平有限,思维局限,对通道内既有平行线路车流分工和径路优化问题的研究仍有许多不 西南交通大学硕士研究生学位论文第61页足,有待继续研究。(1)南北通道内既有平行线路能力释放有限,并且由于日益增长的旅客运输需求和长期以来先客后货的运输思想,通道内既有线路能力释放不明显。论文虽然提出了能力释放的三个方面,但是并没有提出能力释放的理论计算方法,为此,有必要研究并探求科学严谨的能力释放计算方法。一(2)本文将线路合理分工与车流径路纳入同个模型中,并建立在通道内旅客列车数量及能力占用已知的基础上,并主要以区段能力均衡使用描述分工的合理性。忽视了通道内旅客列车数量和货物列车数量在既有线上合理分工,并且,当区段能力受限时,车流径路优化结果对分工问题的体现较小。如何在能力紧张的同时体现分工方一。案的合理性,有待进步研宄(3)文中虽然依据问题实际改进了遗传算法在车流径路中的编码、交叉和变异的形式,但是随所求问题规模的变大,车流径路优化问题求解的时间复杂性会快速递增,仅仅以遗传代数控制问题的终止可能会造成资源的浪费,而以最优解的变动程度作为终止条件,则会产生局部收敛而非全局最优的可能,因此,对于遗传算法的终止条件仍需进行更深入的研宄。 西南交通大学硕士研究生学位论文第62页致谢、本论文是在导师马驱副教授的悉心指导下完成的,论文的选题研究思路和内容无不凝聚着马老师的心血。在研宄生的学习和生活中,马老师渊博的知识、严谨的治学态度、宽厚待人的品质及无私的教诲深深地影响着我。在此,我要向马老师致以最诚挚的敬意和谢意,谢谢您的指导与关心。感谢交通运输与物流学院的各位老师在我研究生期间对我的教诲,特别是王琳老师、闫海峰老师、朱志国老师在我学习、科研期间的指导与帮助。感谢同门、室友和一同学对我学习和生活的关心和帮助,与你们起学习和交流使我得到了诸多启示,受益匪浅。同行三年,有你们为伴将是我永远的骄傲。感谢我的家人为我提供了良好的学习环境,你们对我的支持和理解,是我不断进步,顺利完成学业的动力。最后衷心感谢在百忙中抽出宝贵时间对本论文评审,并提出宝贵意见的老师和专家。 西南交通大学硕士研究生学位论文第63页参考文献1]杨月芳,胡锦云.新建京沪高速线与既有线合理分工方案的研究[J].北方交通大学学[报-.1995.199:1516()M-[2彭其渊.客运专线运输组织.北京:科学出版社.2007:7576][]3赵峻,叶玉玲.沪宁铁路运输通道线路的合理分工研究J..[][]城市轨道交通研宄20103:57()4..2]孙健客货分线后既有线运输组织研宄[J].铁道运输与经济009314:4344[,()5王董.2009,彭其渊,李海波.客运专线建设对既有线的影响分析J]铁道运输与经济..[][3-1(1):2628[6]王进勇,闰海峰,任其亮.客运专线与既有线运输组织协调的探讨[J].铁道运输与经济27-.2009.315:30()[7]张怡.铁路客运专线与既有线对跨线旅客列车的分工[J].铁道运输与经济.2006.287-59:58()-8方亚玲?通道分工方案对线路通过能力的影响J..200805104107交通与运输,:[][]9张迪南,赵鹏,纪丽君.客运专线与既有线合理分工模型J.系统工程.2011.292;[][]()-10410910金国.客运专线条件下铁路运输通道运力资源优化配置模型研究D.北京交通大[][]学.200911汤杰.客运专线与既有铁路合理分工及优化方法研究D.中南大学.2008[][]12]彭其渊,殷勇,闫海峰.客运专线建成后铁路运输通道合理分工模型J.西南交通大[[]-.20088学学报5.406.7792()13石博..北京.]客运专线与既有线合理分工问题研究[D]:北京交通大学2009,07[-14杨军民.新建集包三四线与既有线运输分工研究J.铁道标准设计.201012:3436[][]()15谭云江.通道内平行铁路间列车径路选择优化研宄[J.],_海峰,顾国林华东交通[]-大学学报.2005,225;5861()16WrihCJarrettD.Satialasectsoftrafficcirculation:II.Routinatternsthat[]gjppgpmnmizeacrossnsrns-:exactlyiithiJ.Tans.ReB.1995298133pg[]p,()17LamWHK,HuanHJ.Dnamicuserotimaltrafficassinmentmodelformanto[]gypgyoneldn-traveemandJ.TranspB199529B4:243[],,()[18WatlinD.AsmmetricProblemsandstochasticressmodelsoftraficassimnentJ.]gypg[]ranss-Tn;p.ReBl996305339,,()19.r.ourvofmizaonodelsfornunandJ.FCodeauP.TothD\^.ASeOtitiMTraiRoti[],,gypgu一SchlinransraiienceedgJ.Totton.Sc.3241998380404[]p(),, 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西南交通大学硕士研究生学位论文第68页序号0D点0D量分配量车流径路--29商丘武汉33商丘-郑州-潔河信阳-武汉30商丘-阜阳9292商丘-阜阳3-----1平顶山阜阳3333平顶山南阳信阳潢川阜阳32平顶山-襄阳55平顶山-南阳-襄阳-33平顶山-潔河581550平顶山潔河34平顶山-南阳379379平顶山-南阳35阜阳-襄阳----1010阜阳潢川信阳南阳襄阳3---19阜阳潢川麻城武汉36阜阳-武汉509---190阜阳潢川信阳武汉---37阜阳九江77阜阳-潢川麻城九江----38阜阳南昌403403阜阳潢川-麻城九江南昌39-56-----阜阳株洲1156阜阳潢川麻城九江南昌株洲------40阜阳广州77阜阳潢川麻城九江南昌-龙川广州4--------1阜阳怀化4747阜阳潢川麻城九江南昌株洲娄底怀化42阜阳-潢川7575阜阳-潢川43信阳-襄阳33信阳-南阳-襄阳44-7-信阳演川171信阳潢川45信阳-武汉370370信阳-武汉46-6---襄阳长沙161襄阳荆门石门长沙47----襄阳南昌]515襄阳武汉九江南昌----156襄阳武汉岳阳长沙株洲48襄阳-株洲453236襄阳-武汉-九江-南昌-株洲456襄阳-荆门-石门-怀化49襄阳-怀化475------19襄阳荆门石门长沙株洲娄底怀化50襄阳-武汉654654襄阳-武汉51襄阳-荆门635635襄阳-荆门52武汉-长沙2929武汉-岳阳-长沙53武汉-南昌644644武汉-九江-南昌651武汉-岳阳-长沙-株洲54武汉-株洲923-272武汉-九江-南昌株洲--56武汉怀化3838武汉-荆门-石门怀化57-8i8-武汉麻城1武汉麻城 西南交通大学硕士研究生学位论文第69页序号0D点0D量分配量车流径路58武汉-荆门7272武汉-荆门59-22-武汉岳阳1221武汉岳阳60武汉-九江6363武汉-九江6---1岳阳株洲3838岳阳长沙株洲62岳阳-九江4343岳阳-武汉-九江63岳阳-长沙474474岳阳-长沙64南昌-柳州4343南昌-株洲-衡阳-永州-柳州65-0---南昌怀化41401南昌株洲娄底怀化66南昌-株洲379379南昌-株洲67南昌-龙川5353-11南昌龙川68-广州616--南昌1南昌龙川广州-69株洲-柳州267267株洲-衡阳永州-柳州70株洲-韶关5157株洲-衡阳-韶关352株洲-衡阳-韶关-广州7-1株洲广州480128株洲-娄底-永州-衡阳-韶关-广州72株洲-怀化480480株洲-娄底-怀化73株洲-娄底770770株洲-娄底-74株洲衡阳697697株洲-衡阳75株洲-永州3434株洲-衡阳-永州76新乡-荷泽596596新乡-菏泽--77新乡郑州13231323新乡郑州78漯河-阜阳9393潔河-阜阳79潔河-信阳519519潔河-信阳80漯河-武汉304304潔河-信阳-武汉81南阳-信阳00100南阳-1信阳-82南阳襄阳240240南阳-襄阳83南阳-武汉77南阳-襄阳-武汉84-麻城5757-潢川11潢川麻城85麻城-九江6060麻城-九江86荆门-石门236236荆门-石门87石门-长沙71-长沙1171石门-90九江南昌585585九江-南昌 西南交通大学硕士研究生学位论文第70页序号0D点OD量分配量车流径路9---1长沙南昌7575长沙株洲南昌92长沙-6-株洲15615长沙株洲-93娄底永州25-1125娄底永州-9426-娄底怀化1126类底怀化-95衡阳永州251251衡阳州96衡阳-韶关348348衡阳-韶关97-34-永州柳州1134永州柳州--98永州怀化5757永州-娄底怀化99-48-柳州怀化1481柳州怀化---100柳州广州3636柳州茂名广州--101韶关广州112112韶关广州--102龙川广州1818龙川广州 西南交通大学硕士研究生学位论文第71页附录2"“""“" ̄w]区段区段用能力TTrrrrirzrrII使I号名称能力能力利用率---1月山新乡3500114032.57%月山新乡1008月山郑州132——?-3350962新乡菏泽517.79%新乡菏泽596月山-洛阳69月山-襄阳2753月-335084425山洛阳.19%——月山-武汉500I4---新乡郑州1650145588.18%新乡郑州1323月山郑州132菏泽-阜阳44菏泽-1广州325-50302--菏泽商丘1717.26%菏學直吞13菏泽郑州20-菏泽-武汉25菏泽南昌68郑州-武汉44郑州-襄阳350_6-2050--洛阳郑州144470.44%洛阳株洲97洛阳郑州889——洛阳-株洲64-7-郑州商丘10郑州南昌121-7郑-00-州商丘14137898.43%郑州阜阳569商丘武汉3-洛阳株洲64菏泽?郑州208-洛阳化1月山武汉500-洛阳?平顶山389月山襄阳275……郑州-武汉44洛阳-南阳10-8洛阳平顶山2650217382.00%i--洛阳柳州25洛阳襄阳152洛阳-株洲44洛阳-武汉303——郑州-襄阳350——-9-550550平顶山潔河100.00%平顶山漯河550--郑州株洲152洛阳株洲97---10郑州漯河1500136791.13%商丘武汉3郑州漯河549——郑州-武汉566--菏泽阜阳144菏泽广州32-郑州-阜阳569洛阳株洲64-11商丘阜阳2150100646.79%郑州-南昌2-921商丘阜阳菏泽-武汉25荷泽-南昌68—_--12潔河阜阳2509337.20%漯河阜阳93||| 西南交通大学硕士研究生学位论文第72页 ̄"“"""““W区段区段使用能力rTT且]II丨l…号名称能力能力利用率-洛阳怀化8-1郑州襄阳350?……平顶山-襄阳5月山-武汉50044月山-襄阳275.……—…歷:輕---13平顶山南阳2900220175.90%洛阳柳州25洛阳南阳10—-株洲44洛阳-襄阳52洛阳1平顶山-南阳379洛阳-武汉303-—平顶山-阜阳33-南阳信阳-100信阳襄阳314-55014626南阳信阳.55%阜阳-襄阳-10平顶山阜阳33-漯河-武汉304郑州武汉566---15潔河信阳1650164199.45%郑州株洲152潔河信阳519商丘-武汉3洛阳-株洲97■阜阳九江7菏泽-广州32-阜阳武汉319洛阳-株洲64-阜阳-武汉90阜阳1广州7阜阳-南昌403阜阳-怀化47-16阜阳潢川2500144857.92%1-阜阳-株洲6阜阳15潢川75阜阳-襄阳-10平顶山阜阳33、--68丨南菏泽南昌—?變色—_?-菏泽武汉25荷泽-广州32阜阳-武汉90洛阳-971株洲7信阳--0-1潢川60040166.83%阜阳襄阳1平顶山阜阳33_ ̄信阳-潢川1_^-8-洛阳怀化1洛阳株洲44丨丨平顶山-襄阳郑州-襄阳350.L-郑州-武汉44月山武汉500―…-18南-襄阳2002039971-240阳1.0%阜阳襄阳10南阳襄阳-南阳武汉月山-襄阳275…2…-洛阳柳州25-襄阳洛阳152-信阳襄阳3洛阳-武汉303-6-襄阳长沙1洛阳株洲4429-长沙50029559石门.00%-襄阳9石门-17怀化1长沙1 西南交通大学硕士研究生学位论文第73页 ̄序区段区段使用I=I7^…县号名称能力能力利用率郑州-武汉44襄阳-武汉654-南阳武汉7襄阳-南昌51-19襄阳武汉2150191589.07%襄阳-株洲392洛阳-武汉303—一月山-武汉500‘襄长沙^襄阳-怀化456'""'…-""""M-19IiTsis襄阳怀化! ̄""—一20襄-荆门2700132148.93%阳E洛阳-株洲44i阳‘州25—_2-250--1荆门武汉11044.00%武汉怀化38武汉荆门72潔河-武汉304信阳-武汉370……---22信阳1750158590.57%武汉903武汉阜阳1商丘武汉—郑州-株洲52-5661郑州武汉I--23武麻城400400-汉100.00%武汉麻城81阜阳武汉319-阜阳-九江1洛阳株洲97_-3-阜阳武汉19洛阳株洲64阜阳-南昌403阜阳-广州724-2500139455-?潢川麻城.76%郑州南昌12阜阳怀化47..-■-株洲6阳15荷泽南昌68___荷泽-武汉25-麻城潢川157—-荷泽-广州32-襄阳长沙6襄阳-怀化456.]—--洛阳怀化81襄阳怀化1925-235096040荆门石门.85%武汉-怀化38洛阳-株洲44-洛阳-柳州25荆门石门236-156武汉长沙29?…輕:遲26-400--武汉岳阳1125289.43%郑州株洲152武汉株洲651--43武汉岳阳22岳阳九江1-阜阳九江7菏泽-广州32-麻城九江60洛阳-株洲97—-阜阳-南昌403洛阳-株洲6428-2麻城九江15097845.49%--郑州南昌12阜阳广州7—-阜阳株洲156阜阳-怀化47荷泽-武汉25菏泽-南昌68 西南交通大学硕士研究生学位论文第74页 ̄""“"“序区段区段使用rzIIILn县OD^OD*I0D…县?5£ODM^^号名称能力能力利用率-襄阳-株洲236…翌?■座iL.?.-襄阳-南昌5武-南昌6441汉27-0129870武汉九江185.16%菏泽-武汉25武汉-九江63……——武汉-株洲272--襄阳株洲156襄阳怀化19…—-株洲-郑州152岳阳株洲3830-750长沙株洲11750100.00%-75-65长沙南昌武汉株洲1长沙-株洲6-15洛阳株洲44-南昌株洲379洛阳-株洲64—-—南昌-柳州43阜阳-怀化47—3--361株洲南昌2250177078.67%长沙昌襄阳株洲2.-武汉-株洲272阜阳株洲561—洛阳-株洲97南昌-怀化401-九江南昌585阜阳-怀化47-阜阳-南昌403襄阳株洲236-郑州-南昌12菏泽南昌68-菏泽-广州32株洲56阜阳132-2626九江南昌5050100.00%武汉-272-南昌5株洲襄阳1…--株洲97南昌2洛阳郑州1_洛阳-株洲武汉-南昌644^——阜阳-广州7-怀化8-洛阳1洛阳柳州25-6000033石门怀化6001.00%38-456武汉-怀化襄阳怀化_^-娄底-怀化126株洲怀化480I丨i-34-怀化娄底1850113061.08%襄怀化南昌怀化401丨?阜阳-怀化47永州-怀化57株洲-娄底770株洲-怀化480---8459435类底株洲19501.62%襄阳怀化19南昌怀化401阜阳-怀化47-广州株洲128-36-050667-怀化柳州75.47%洛阳柳州25柳州怀化481南昌-柳州43株洲-柳州26737柳-永州80044455州.50%——永州-柳州134 西南交通大学硕士研究生学位论文第75页 ̄"“""“"“ ̄"“ ̄n ̄ ̄w区段使用能力r^]II丨OD流0D量OD流OD量号名称能力能力利用率南昌-柳州43株洲-柳州267--38-衡阳072362永州1】5.87%衡阳永州251株洲广州128_—株洲-永州34-娄底-永州怀化57125永州“‘39类底-永州40031077.50%-—株洲-广州281南昌-柳州43株洲-永州34--40株洲-衡阳14501450100.00%株洲阳697株洲柳州267—:赞株洲-韶关57株洲-广州352-龙川-南昌153阜阳广州7—4-1南昌龙川55025346.00%-32-6菏泽广州南昌广州1衡阳-韶关348株洲-广州352^42衡阳-韶关135088565.56%-株洲韶关57-广州28株洲1龙川-广州-〗8阜阳广州743广州-85龙川200011.90%1菏泽-广州32南昌-广州61--襄阳株洲156武汉长沙29…-44岳长沙-?阳15001500100.00%郑州株洲152岳阳株洲38-474-5岳阳长沙武汉株洲61韶关-广州-112株洲广州12845韶关-广州125059247.36%—-株洲-广州352——-46广州茂名35036-10.29%柳州广州36—_--.50036747柳州茂名.20%柳州广州36||| 西南交通大学硕士研究生学位论文第76页攻读硕士期间发表的学术论文1.论文发表情况:-[1ComrehensiveOtimizationModelofDiaramsofHihseedRailwayExress]ppggppFreightTrainsOperatedinPassengerTrainPattern.ICLEM2014,[2]褚岩,马刘苏.灾害条件下山区路网能力损失评估方法的研宄[J].铁道运输与经济2015373-:6468,,()2.参与漸情况:(1)我国南北主要通道高速铁路与既有线间客货运输能力综合运用研宄(铁路总公司)(2)我国南北主要通道车流径路优化与运输组织研究(铁路总公司) 查看更多

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