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原文传递铁路网车流推算及动态车流组织方法研究

论文题名：	铁路网车流推算及动态车流组织方法研究
关键词：	铁路网;车流推算;动态流量;时空网络;装车决策
摘要：	车流推算是日常铁路行车组织极为关注的一个问题。若要保证运输秩序有条不紊地进行，必须事先推算未来路网的车流，掌握未来车流的变化情况，作为编制运输计划和进行车流调整的依据。而现行的车流推算方法仍然局限于传统的对于运到期限的粗略计算和基于历史经验的人工判断，导致行车部门对于未来路网车流分布信息的掌握存在明显的滞后性，经常出现编组站或分界口堵塞、车站产生保留列车等不利局面，在目前的综合运输体系中，铁路运输已成为制约经济发展的瓶颈环节。因此，在铁路信息化建设日趋完善的条件下，实时准确的车流推算，将使得行车组织部门有预见地掌握路网车流的变化趋势，制定合理高效的应对决策，从而有利于保证路网车流的合理分布、实现运力资源的优化配置。　　车流推算与动态车流组织之间存在着相辅相成、相互依存的关系，一方面，车流推算结论可为动态车流组织计划的制定提供数据参数和决策依据，另一方面，有效的车流推算需通过模拟车流组织过程来实现。因此，对于车流推算问题，不能脱离动态车流组织而展开孤立的研究，应对这两个问题进行有机结合并进行综合分析，从而促进流量预测的准确性以及日常运输计划制定的合理性。　　随着我国铁路货运服务理念的转变，对于提高铁路货运服务质量的迫切需要促使越来越多的专家学者开始关注车流推算与动态车流组织问题。但既有研究更多地集中于车流推算方法的概括性论述与列车编组计划优化等静态车流组织的研究方面，缺乏一套系统的车流推算与动态车流组织相关理论与方法。对此，本文在借鉴国内外相关研究成果的基础上，结合我国铁路运输组织特点，细化车流推算与动态车流组织的问题本质，提出了一系列有针对性的解决理论与方法，这对于提高铁路行车调度的管理水平、提升铁路竞争力，具有积极意义。　　本文的主要研究工作包括: 　　1、系统地分析了铁路网重空车流推算的基本原理:在重车流推算方面，以重车流输送时间的有效测算为切入点，分析了重车流推算的基本原理与方法，并且对其中的难点，即车流沿途中转作业时间的推算技术进行了重点分析，分别给出了基于列车编组计划推算车流有调中转作业站点序列和基于机车交路推算车流无调中转作业站点序列的理论方法。在空车流推算方面，主要通过模拟空车动态调配过程实现路网空车流时空分布的预测;建立了利用时空网络来完成空车动态调配计算的理论框架，并分别分析了离散型时空网络和连续型时空网络在实际应用中的优缺性。　　2、考虑到仅依靠决策基准时刻的在途重车为数据源推算远期（未来3～7天）路网重车流分布将导致路网流量明显失真的弊端，本文结合路网流量产生、运行及消失的时空分布机理，将装车需求信息引入远期重车流推算的参数结构并假设需求全部满足，通过在途重车与装车需求运到时限的测算，实现远期路网潜在重车流量的合理推算。参考此推算结论，我们可找出路网中流量负荷超出通过能力的线路区段，即瓶颈区段。由此，如何合理抑制瓶颈区段的重车流量负荷，确保路网车流运转通畅，是铁路行车调度亟待解决的重要问题，而这也是车流推算的延伸问题。对此，本文首先基于远期重车流推算结论，给出了目标日瓶颈区段动态流量结构的推算方法，并据此提取了瓶颈区段运能动态分配的研究对象;其次，通过分析影响铁路承运装车决策的多项效益指标，构建了瓶颈区段运能动态分配的多目标数学规划模型，并设计了基于线性加权和法的模型求解算法。最后，以陇海铁路“洛阳东→铁炉”瓶颈区段为例，推算而得未来第5日该区段的潜在流量负荷，并给出了相关的装车需求限额承运方案，探讨了该方案的合理性。　　3、对于车流推算极为关注的路网分界口排空流量推算问题，本文提出了通过模拟全路空车动态调配以获取路网空车流分布态势进而追踪每一分界口排空流量的解决思路。首先，考虑到基于全国实际铁路网模拟空车动态调配所带来的计算复杂程度，构建了包含155个支点的全路支点路网同构代替实际路网，以使空车动态调配的计算更具可行性。其次，为使求解问题更为直观化，通过分析计算任意两支点间空车流的平均走行时间，构造了多时段离散型时空服务网络，并据其特性构建了空车动态调配优化模型，从而为该问题的解决提供了理论框架。再次，针对模型特点设计了一种引入混沌搜索思想的粒子群算法进行优化求解，并将其应用于全路支点路网层面的空车动态调配。最后，基于空车动态调配的计算结论，给出了次日路网分界口排空流量的推算流程。　　4、对于微观层面的车流推算，即对未来（次日）任意时刻路网中重空车流分布状态与出发列车编组内容的推算与预测，本文以任一铁路局为研究对象，在按图行车的条件下模拟日常重空车流的组织流程，从而给出每一股动态重空车流于各车次货物列车的分配策略。首先以列车运行图为基本框架构造连续型时空网络，并通过对铁路货车周转过程的分析，完成双层时空网络中点弧的设计;其次，分别针对日常行车组织过程中重空车流的走行特点和组织模式，采取以弧-路模型思想描述动态重车流走行特征、以点-弧模型思想刻画空车动态调配策略的建模思路，构建了铁路局动态重空车流组织优化模型;再次，通过对实际问题计算规模的分析，选取整数编码的遗传算法对模型进行优化求解;最后，以兰州铁路局的动态重空车流组织为例进行计算分析，有效推算出了次日局管内编发列车的编组内容及其车流来源，试验表明，本文提出的模型和算法具有较为显著的现实意义。
作者：	王龙
专业：	交通运输规划与管理
导师：	马建军;林柏梁
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文