哈尔滨铁路局调度所黑龙江哈尔滨150000
摘要：车流调整是铁路运输组织过程中必须面对的问题，在有限时间内进行全路网的空车车流调配对于运输生产具有十分重要的意义。本文在不减少计算精确度的基础上解决了空车调配过程求解时间过长的问题，提出了针对大规模铁路路网的简化算法和车流归并方法，实例对该解决方案的可行性进行了初步验证，为铁路行车调度部门及时采取措施应对车流调配问题提供了一种计算机解决方案。下一阶段将进一步研究点线能力约束以及多车种空车流对空车调配的影响。
关键词：大规模路网；铁路；重空车流；调整
一、路网简化算法
为进行车流调整，需要建立路网，但全路路网中车站数、线路数太多，会导致计算量巨大，无法满足实际应用的需要，因此，首要的工作就是减少车站数量，简化路网结构。建立全国铁路网上各铁路车站的拓扑连接。根据不同网络简化要求，保留的支点车站不一样，网络结构也将发生着变化。因此，有必要提出一种简化路网的计算机通用算法，适应不同简化网络的要求。本文按照车站等级、办理货运业务以及铁路局之间的分界站筛选保留车站，以此形成简化网的支点车站集合。为此，本研究初步确定车站等级为二等以上的货运车站（包括同时办理客货运业务车站），以及各编组站、区段站，各分界站、各分支站保留，删除其他中间站，形成新的支点车站连接关系。对于我国铁路网，原有车站有6000多个，经过筛选后，符合要求的车站数量为500多个。根据上述分析，需要对全路货运网络进行简化处理，形成节点支撑的简化网络。我们将简化后的全路货运网络称之为全路简化货运网（简称货运网），该网络上的车站称之为支点站。支点站应包括以下几个方面的车站：①办理大量货运装卸作业的货运站（简称大货运站）；②办理货物列车解编作业的主要技术站（编组站、区段站）；③局间分界站；④路网上衔接多个方向位于车流交会、分歧点上的分支站（分歧站）。
二、案例分析
算例
以我国东北地区局部路网为算例背景对上述优化模型进行验证，路网中共包含18个支点站和28个区段，选取该地区主要的4个货物品类和3类车种进行分析。货物品类分别为：1——煤、2——金属矿石、3——石油、4——粮食；车种分别为：1——敞车、2——棚车、3——罐车。若不考虑车种代用，按照最适宜装车的车种、煤和金属矿石的流量合并为敞车OD，石油对应罐车，粮食对应棚车。限于篇幅，仅列举路网中各支点站间煤炭和金属矿石的OD矩阵。路网中各区段的里程和通过能力如表，由于每一区段上下行双方向的里程和通过能力均相等，因而此处仅列举其中一个方向的区段参数。另外，路网中各支点站的通过能力如表4所示。若考虑到车种代用，模型（Ｍ—2）中车流走行的单位费用为0.8元/车•ｋｍ，不同车种空车装载各品类货物的代用费用。将各类参数分别带入模型（Ｍ—1）和模型（Ｍ—2），运用优化计算软件LINGO11.0对模型进行求解，获得路网重空车流径路的优化方案和空车调配的轮廓方案。若仅考虑分车种的空车调配，重空车流总的走行费用为1.783×107车•ｋｍ；若引入车种代用因素，则重空车流总的走行费用为1.424×107元（1.780×107车•ｋｍ），不同车种货车的装车费用为9.308×105元。可见，车种代用策略的引入，一定程度上有利于缩减空车流的无效走行费用．
通过路网点弧流量负荷与其通过能力的比较可以看出，部分车站和区段的能力已近饱和，成为导致部分车流走行径路为非最短径路的关键因素。在点线能力限制以及树形径路原则的共同作用下，车流径路方案与最短径路存在一定差别。为便于对比研究，基于最短径路，我们对车种代用下重空车流的分配方案也进行了测算，测算结果中重空车流总的走行费用为1.391×107元。也就是说，因部分点线能力限制而造成的车流绕道费用为3.3×105元。路网306（18×17）个点对间共计39股车流的走行径路为非最短径路，而路网的点线能力得到了均衡利用。以“让湖路→四平”的车流径路为例进行说明。按照最短径路，则其走行径路为：让湖路→大安北→长春北→四平；而在考虑点线通过能力限制的情况下，基于模型（Ｍ——2）的优化方案，该股流的走行径路为：让湖路→哈尔滨南→长春北→四平，车流径路有所迂回，绕行里程为57ｋｍ，绕行率为12％，同时一定程度缓解了“让湖路→大安北”区段的运输压力。
此外，在空车调配的总体把握方面，路网中共计33686车的日均装车需求（即总的重车OD需求）中，利用本地卸空后就地装车的为24218车，占71.9％。从另一个侧面反映出路网中每日共产生9468车的空车交流量。各站的装车需求均得到满足，以大安北地区为例，其装运煤所需的车种全部为敞车，日均装煤1281车，其中有359车来源于本地卸车，另有635车来源于长春北地区、287车来源于让湖路地区。
计算表明，本文模型在满足铁路网点线能力限制和树形径路要求的情况下，统筹规划重空车流的运行径路，对于合理利用路网运能资源、缩减车流运输费用是有利的。同时，优化而得的空车调配方案将减少空车的无效走行里程、压缩货车周转时间；而且，车种代用决策的引入，更加提高了空车的运用效率。
结论
1）深入剖析了重空车流的相互转换关系，分别将分车种和车种代用下空车流的分配纳入铁路网车流径路的优化体系，充分考虑了我国铁路车流运行径路所呈现的树形结构特点以及路网中点线通过能力的限制约束，构建了铁路网重空车流径路选择的混合整数规划模型。对于合理利用路网通过能力规划车流径路，宏观掌控路网重空车流分布状态，具有积极意义。
2）相比于模型（Ｍ——1），考虑车种代用的模型（Ｍ——2）无疑更为全面，更有利于模拟铁路网中重空车流的分配决策，但鉴于规划路网车流径路和分析重空车流分布状态的研究较为宏观，方案更具轮廓性，而且，多货种和多车种因素的引入极易导致问题复杂度的加剧，因而基于分车种空车调配的重空车流径路优化模型（Ｍ——1）即可达到计算应用的精度需求。
3）本文基于数学软件的优化计算，其求解规模对于我国局部铁路网是适用的，然而扩展到全路网，则需采取适当的区域划分和流量归并决策。因此，如何结合模型特点，设计适应大规模案例优化求解的启发式算法，有待于后续的进一步研究.
参考文献
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