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原文传递铁路网编组站改编能力配置优化研究

论文题名：	铁路网编组站改编能力配置优化研究
关键词：	铁路编组站;改编能力配置;启发式算法;车流组织方案;数学模型
摘要：	编组站布局是铁路网规划的核心问题之一，而改编能力的合理配置是解决编组站布局问题的关键。近年来全路的部控编组站已由原来的49个缩减到40个，且继续呈现紧缩精编态势。在这种背景下，编组站布局优化问题的研究重点已经由原来的新建选址转化为如何充分发挥现有编组站布局的最大效用，形成能够适应未来发展趋势的改编能力配置方案，确定哪些编组站需要进行能力扩充、扩充多少为适宜，哪些编组站的负荷水平不足、亟待调整。由于编组站的布局分工具有高度的非线性关联，某个编组站改编能力配置方案的改变会影响到其他编组站的负荷分工以及路网整体的车流组织方案，所以对该问题的论证不能以点论点，必须从路网整体的角度出发，对编组站的改编能力配置和车流组织方案进行协同优化。　　我国现有的编组站改编能力配置难以满足不断发展变化的运输需求，对生产效率、效益的提高及行业竞争力的增强形成了制约。近期该问题引起了专家和学者的广泛关注，现有的理论成果大多通过备选方案的枚举和对比实现编组站布局的优化，但是备选方案的有效性难以验证。随着社会和经济的发展，运输需求增长、装车地直达比重提高、机车交路延长、改编集中化等因素都会对编组站的改编能力配置产生影响，当前缺乏此方面的研究和探索。　　本文在借鉴国内外研究成果的基础上，密切结合我国铁路的运输组织特点及未来的发展方向，提出了一系列解决编组站改编能力配置优化问题的模型和方法，为今后的路网规划和工程建设提供了新的思路和手段，对促进铁路运输业的和谐、稳定、快速发展具有十分重要的意义。本文的主要研究工作和创新点包括：　　1、运用复杂网络的相关原理对我国编组站的布局特性进行了测算分析。通过对铁路物理网的分析得知，编组站的度大于全路平均水平，介数和度的分布在整体上是正相关的，部分站点的脆弱性较为突出。通过对铁路运输网的分析得知，编组站编发、到达的编组去向数量分布以及日均出入车流量分布都呈正相关态势，出入强度较高的编组站倾向于与出入强度较低的站点连接，呈现出一种局部集群性的结构。利用复杂网络理论研究编组站的改编能力配置存在一定的局限性，因此该问题还需要寻求其他解决途径。　　2、针对备选方案不易选取的问题，设计了编组站解编能力和调车线能力扩充决策变量，构建了编组站改编能力配置优化模型，在形成改编能力扩充方案的同时，计算各编组站的负荷程度，对不合理的现象提出调整建议。由于模型的约束条件复杂，罚函数法存在一定的局限性，结合决策变量和约束条件的特点对模型进行了松弛变换，提出了优先部署路网上的直达去向分布、再推导车流改编方案的求解策略。为了进一步提高求解质量，设计了模型的修正机制，基于绝对条件生成直达去向的预决策，通过损失费用描述模型计算过程中产生的不可行流，利用充分条件改进车流组织方案。之后，分别采用并行禁忌算法、变异蚁群算法和自适应粒子群算法实现了模型的求解，阐明了各算法内部的迭代机制。通过算例分析得知，自适应粒子群算法的收敛速度较快，且能够从充分条件的修正结果中汲取经验，寻优效果最为理想。全路的车流改编量会随着运量的增加而上涨，但是其涨势远不及运量增幅。在运量增长的条件下，满足直达去向开行条件的车流逐渐增多，直达去向的数量将有所上升。编组站的改编能力配置方案与直达去向开行方案、车流改编接续方案是相互作用、相互影响的统一体，一变俱变，必须从全局的角度出发通盘考虑，以综合效果最优为目标确定最终方案。对于负荷水平偏低的编组站，需要采取相关措施提高其能力利用率，或考虑撤销降级；对于能力接近饱和的编组站，需要采取一些措施提高其抵御风险和波动的能力。　　3、将装车地直达比重与编组站改编能力配置优化问题相结合，设计了装车地车流组织决策变量，明确了始发车流与技术车流的转换关系，构建了考虑装车地直达比重的编组站改编能力配置优化模型。通过设置阶梯区间模拟不同的装车地直达比重对编组站改编能力配置的作用和影响。提高装车地直达比重能够有效减少路网上的改编需求和编组站的扩能需求，存在一个装车地直达比重的最佳值使得编组站的改编能力配置和车流组织效果最优化，据此提出了确定理想装车地直达比重的拓展模型。　　4、将机车交路的影响因素纳入编组站改编能力配置优化问题。针对单一中转费用参数不适于描述机车交路的弊端，分别计算车流的有调费用和无调费用，阐明了机车交路与直达去向无调作业地点之间的关联，构建了长交路条件下的编组站改编能力配置优化模型。通过调整直达去向的无调作业地点模拟不同的机车交路方案，考查机车长交路对编组站改编能力配置的影响。由算例结果得知，实施机车长交路能够显著减少直达去向的无调费用，压缩综合成本，优化编组站的作业分工，减少能力扩充需求。　　5、对改编集中化趋势下的编组站改编能力配置问题进行了初步探索，提出了压缩路网规模、限制站点能力以及调整车流组织方案三种不同的改编集中化模拟策略，构建了数学模型并分析了不同策略的特点和弊端。通过计算试验发现，实行改编集中化对编组站的解编能力配置提出了更高的要求，调车线的能力将得到释放。该问题不能仅从费用方面考虑，还涉及到诸多难以量化的社会因素，复杂度较高。
作者：	田亚明
专业：	交通运输规划与管理
导师：	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：	2012
正文语种：	中文