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1、,铁路空车调配实用方法研究,目录,1 绪论2 铁路空车调配的基本理论3基于通过能力约束下的空车调配问题研究4空车调配模型5铁路空车调配最小排空费用的合理分摊,1 绪论,1.1 空车调配产生的原因,1 绪论,我国是大陆国家，幅员辽阔，人口众多，资源分布、产业配置、国土开发和经济发展很不平衡。矿产资源大都分布在腹地，加工工业多集中在东部沿海，形成大量货物自西向东、由北至南流动的基本格局。铁路承担着维系国计民生的重要货物的运输任务，作为是我国客货运输的主力和综合运输体系中的骨干，它承担着全国近 60%的旅客运输量和 70%货物运输量。由于路网各个车站、分局、铁路局的装卸车数一般是不相等的，为了保证不
2、间断地按日均衡完成装车任务，必须将卸大于装的地区向装大于卸的地区进行排空，这就是空车调配产生的原因。,卸大于装（按车种）的车站不间断地向装大于卸的车站排空。这一工作就称为“空车调配”。,1.2 空车调整图的编制,1 绪论,空车调整计划可利用空车调整图按车种别编制。铁道部根据各铁路局的使用车计划和卸空车计划，计算各局车种别装卸差，并通过编制全路空车调整图来确定各局间分界站车种别空车交换车数。铁路局根据使用车计划、卸空车计划和铁道部下达的局间分界站空车调整任务编制铁路局空车调整图。,1.3 铁路空车调配的目的,1 绪论,空车调整是为了合理分布运用车和保证装车需要而进行的车流调整。为了保证运输过程的
3、连续性必须组织空车源源不断地送到装车地，从而合理有效地实现将卸车数大于装车数地区（路局、车站）所产生的 多余空车配送到装车数大于卸车数的地区去。同时由于空车走行公里 为非生产走行，因此空车调整还必须考虑减少空车走行的距离，以减少对重车的干扰。,1.3.1 铁路空车调配的不均衡性,1 绪论,在铁路运输过程中最理想的空车分布是保证每天到达各站卸车产生的空车数正好是各车站装车所需要的车数。这样可实现车辆只在站内进行卸装作业不产生空车走行，最经济有效地发挥运输效率。但由于实际货物的产、销地不均衡，地区的产业构成不相同，货源波动以及受线路运输能力的限制等因素，通常很难保证这种装卸平衡。所以 实际每天到达
4、各铁路局及车站按卸车产生的空车数不一定正好是装车所需要的。这就是运输过程中空车分布的不均衡性，也叫做装车资源的波动。,1.3.2 铁路空车调配不均衡性的影响,1 绪论,空车分布的不均衡性，一方面可能会延误装车，另一方面会增加空车等装的停留时间，延长车辆周转时间，对国民经济造成一定的损失。因此，采取必要的车辆组织措施，减少空车分布的不均衡性是铁路运输组织的一项重要任务。空车调整对车辆分布及运用、服务质量、运输工作的均衡性，以及企业和社会效益等都具有重大影响。所以，空车调整必须基于我国铁路运输工作的特点和铁路运输市场的实际，遵循以下的基本原则。,1.4 铁路空车调配原则,1 绪论,满足运输需求是空
5、车调整的最终目的。保证铁路局及站段货物发送装车量所需要的空车。同时，优先保证满足重点厂矿、港口、国境站重点物资或大宗货物的装运，在一定条件下供应装运计划外货物所需要的空车，为运输需求准备足够的空车。,1.4.1满足运输需求的原则,1.4 铁路空车调配原则,1 绪论,空车的合理分布是组织均衡运输、合理利用铁路运输能力、全面完成运输任务的重要保证。空车调整不仅要满足运输需求的车辆数目上的平衡而且还必须考虑路网上空车运用车的合理分布，以保证全路货物运输工作的均衡性和节奏性。为了保持其相对平衡的合理分布，通常采用按层次分级（铁道部、路局）控制车数；按状态（重、空）和去向（交出和接入）控制车数；按主要车
6、种（P、C、N、G、B等）控制车数的原则，通过制定和完成排空计划指标来实现。而且在执行计划过程中，必须从整体利益出发，严守排空纪律，完成各级规定的排空任务。,1.4.2整体利益的原则,1.4 铁路空车调配原则,1 绪论,主要体现在保证装车数量最大、货物运送总量最多、货物运输营销额最高等方面。在运输过程中车辆的装、运、卸、维护等运用成本不尽相同，所以在车辆资源有限的情况下，空车调整必须考虑货物装运和车辆利用的最大效益原则。,1.4.3最大效益原则,1.4 铁路空车调配原则,1 绪论,即压缩空车走行公里，减少空车走行率。车辆在空车状态下的走行为非生产走行，会降低车辆生产率和增加运输成本。因此，应以
7、最小的费用实现车辆调整措施，压缩空车走行公里。在空车调配工作过程中，尽量减少空车从排空地到接空地的走行公里和在途时间消耗。通常在 空车调整过程中应遵循最大限度减少空车的调配量，对需要调配的空车由卸车地至装车地应经由最短径路，尽量消灭同种空车和可以互相代用空车在同一径路上的对流运输，在保证货物和行车安全的条件下采取车种代用方式，正确集中和调配备用车等原则 ，以减少空车走行公里。,1.4.4最小费用原则,1.4 铁路空车调配原则,1 绪论,在路网通过能力等条件的限制下，充分考虑线路和车站能力的均衡利用，车流不拆分、车流径路合理选择等原则，使运输组织比较合理，满足列车编组计划和运行图的要求。,1.4
8、.5运输组织合理性原则,2 铁路空车调配的基本理论,2.1 铁路空车调配的基本方法,2 铁路空车调配的基本理论,在铁路运输生产实际中广泛采用的空车调配方法主要有三种： 1.正常调整 2.综合调整 3.紧急调整,2.1 铁路空车调配的基本方法,2 铁路空车调配的基本理论,1.正常调整 正常调整也称为计划性平衡调整，它是在正常运输情况下根据技术计划(或旬计划)所规定的空车调整任务安排日常空车调配计划的一种方法。这种方法主要是在各路局(公司)根据货运计划调整装卸车工作量之后，再依据装卸车差数进行补充和排出空车的调整。 该方法可从整体上调节弥补区域装卸的不平衡性，并可通过调整各局间分界站移交的空车车种
9、和数量，调控各路局(公司)的空车保有量，实现全路运用车的合理分布。,2.1 铁路空车调配的基本方法,2 铁路空车调配的基本理论,2.综合调整 当货流、车流发生变化或重车流增加时，在不影响接空局重点物资装车需要的前提下，经铁总批准，依据下达的日计划命令，可对重、空车总数进行综合调整，即当本局向某一铁路局交出的某种重车流增加时，可以减少向该局排出该种空车的数量，而由接空局利用卸后空车补充装车需要。 综合调整不是取消空车车辆的调整，而是将重空车流的调整过程相互联系起来。,2.1 铁路空车调配的基本方法,2 铁路空车调配的基本理论,3.紧急调整 紧急调整是由于特殊紧急运输情况需要（如军事调动）或为加速
10、车辆合理分布而采取的非常措施。采用这种方法时，通常规定排空局(公司)按指定的局间贯通列车线编开固定空车直达列车，编挂一定数量或一定车种的空车，定期送往用车地点。 这种调整方式可能造成在某些区间发生同种空车的对流，违反车辆合理使用的基本原则，并会增加空车的走行公里，同时限制了各局(公司)在调配空车上的机动性，所以只能在特殊情况下采用，以调度命令形式公布实施。,2.2 空车调配的业务流程,2 铁路空车调配的基本理论,铁路的空车调配业务主要分为计划和执行两个层面，计划主要体现在铁路运输月度技术计划中的空车使用计划，执行主要体现在各级调度的车流调整上。,2.2 铁路空车调配的业务流程,2 铁路空车调配
11、的基本理论,2.2 铁路空车调配的业务流程,2 铁路空车调配的基本理论,2.2 铁路空车调配的业务流程,2 铁路空车调配的基本理论,3.铁路局车流调整 铁路局的车流调整是通过对空重车的综合考虑，制定铁路局的列车日班运行计划。铁路局的空车调配主要遵循“一卸、二排、三装”为主要原则，即首先安排卸车作业，尽快地产生空车；优先完成铁总下达的排空计划；根据管内的空车情况安排装车作业。,2.3 铁路空车调配问题的研究,2 铁路空车调配的基本理论,2.3 铁路空车调配研究视角,2 铁路空车调配的基本理论,1.静态空车调配 静态空车调配不考虑时间因素的影响，认为每天的空车供需和车流组织是均衡平稳的。 静态调配
12、研究前提是不考虑随机变化，假设一段时期内的空车供需情况是稳定的。通常以空车走行公里或运输费用最小化为目标构建模型获得路网供需节点间的空车最优分配方案。,2.3 铁路空车调配研究视角,2 铁路空车调配的基本理论,静态调配模型大多作为简单的运输问题处理，研究方法包括传统运输问题方法以及现代启发式方法包括遗传、蚁群、粒子群法等。就战术规划层面而言，静态空车调配是有助于货运计划和运输计划的拟定的，它反映了一段时间里的平均空车调配策略。此外，静态空车调配问题的求解复杂度一般也略小。,2.3 铁路空车调配研究视角,2 铁路空车调配的基本理论,空车调配确定性模型往往都是假设卸车站的空车数、装车站需要的空车数
13、是确定的，实际上每天卸车站产生的空车数由于作业车延误、扣修车辆和到达货车信息不准确等不确定性因素，装车站由于路网意外清况导致的停限装、货主需求不同和资金等不确定性因素影响，需要对确定性模型进行改进。,2.3 铁路空车调配研究视角,2 铁路空车调配的基本理论,2.动态空车调配 动态空车调配主要是就日常组织规划层面而言的，它强调空车配送应随时间的推移而变化。国外在研究动态空车调配问题上侧重采用时空网络技术，这种技术主要是考虑离散的时间步(时段)，并在一个规划期内的每个时间步上将物理网络加以复制，从而形成一个时间扩延的网络。 动态优化使得模型进一步符合空车调配的运输组织实际，主要表现在运输时间、空车
14、供给量和需求量以及路段通过能力等方面具有随机特征。,3 基于通过能力约束下的空车调配问题研究,约束条件下空车调配模型,路段通过能力,车站通过能力,空车总走行里程最小,约束条件下空车调配模型,s.t.,求解算法及程序实现,（1）给定目标流量F，或，从给定的最小费用流f 开始，若未给，令f 为零流； （2）若v（f） F，停止运算，f 为最小费用流，否则转； （3）构造与流f相应的有向图D(f),在D(f)中寻找从vs到vt的最短路径P，沿P调整 流f的流量直到F，转，若不存在从vs到vt的最短路径，则f就是最小费用最大流。,1.求解算法,求解算法及程序实现,2.求解程序流程图,实例分析,已知有S
15、1，S2，S3 共3 个空车发送站，产生的空车数量分别为200，300，500 辆;有D1，D2，D3 共3 个空车接收站，需求的空车数量分别为300，300，400 辆;中间车站M1 的最大通过容量为600 辆，中间车站M2 的最大通过容量为500 辆;铁路网结构如图2所示，试求该铁路路网的最小空车总走行里程数。,实例分析,实例分析,实例分析,空车总走行里程最小费用为395500空车公里,4 单车种的空车调配模型,由于空车的供给和需求一般分散在各地,则空车供应站和需求站往往不在一起,所以在未实现运输之前,必须协调各运输部门,构造出空车调配的数学模型,并用求解运输问题的方法,制定出最优调配方案
16、。空车调配优化模型的建模方法是将空车调配问题看作一个运输问题,以总的配送费用最小或空车走行距离最短为目标,然后加上必要的条件约束获得最优分配方案。,假设路网中,有个m个空车供应站,记作 , ,., ,其供应的空车数量分别为有 , , ,有n个空车需求站,记作 , , , 其需求的空车数量分别为 , ,., 数学模型如下： minZ= s.t.,单车种的空车调配模型,供需平衡问题 供需不平衡问题 空车总需求量大于总供应量时，增加一个虚拟空车供应点 空车总需求量小于总供应量时，增加一个虚拟空车需求点,单车种的空车调配模型,最优空车调配方案,由于不同品类的货物存在属性差异，对装运所需的货车车种也有着特殊的要求。例如，石油只能用罐车装运而不能改由其他车种承担；粮食首选棚车装运但却不能由罐车代替。因此在单车种空车调配模型的基础上考虑车种因素，进行改进得到多车种的空车调配模型。,多车种的单车调配模型,数学模型如下：
