大型客運(yùn)站調(diào)車機(jī)車運(yùn)用優(yōu)化研究

涂 瑜，劉 康

(1.大秦鐵路股份有限公司太原車務(wù)段;2.大秦鐵路股份有限公司榆次站)

調(diào)機(jī)運(yùn)用計(jì)劃是客運(yùn)站到發(fā)線、客技線、咽喉等各子系統(tǒng)協(xié)調(diào)作業(yè)的關(guān)鍵，調(diào)機(jī)牽引車底出入庫作業(yè)時(shí)間決定了始發(fā)、終到列車占用到發(fā)線、客技線的起止時(shí)間，直接決定了始發(fā)終到列車的接發(fā)情況。因而如何合理組織好調(diào)機(jī)運(yùn)用計(jì)劃，直接關(guān)系著鐵路客運(yùn)站作業(yè)效率和鐵路客運(yùn)站通過能力的提高。目前，有關(guān)學(xué)者就客運(yùn)站調(diào)機(jī)運(yùn)用的優(yōu)化問題，國內(nèi)外有關(guān)專家學(xué)者做過的研究相對(duì)很少。文獻(xiàn)以車底、調(diào)機(jī)運(yùn)用、車底停留線為研究對(duì)象，利用排序理論，以總晚點(diǎn)數(shù)最小為第一目標(biāo)和調(diào)機(jī)均衡運(yùn)用為第二目標(biāo)建立具有柔性流水作業(yè)性質(zhì)的車底取送模型。文獻(xiàn)主要研究編組站調(diào)機(jī)運(yùn)用計(jì)劃具有不同開工、完工時(shí)間窗口的單機(jī)調(diào)度問題，其優(yōu)化目標(biāo)是最小化晚點(diǎn)列車的數(shù)量，建立單機(jī)調(diào)度數(shù)學(xué)模型并采用蟻群算法求解。但需要指出的是，盡管上述模型考慮了虛擬調(diào)機(jī)、時(shí)間窗等因素及多個(gè)約束條件，但其仍存在若干問題:只是在日(班)計(jì)劃的層面考慮調(diào)機(jī)的均衡使用而未將階段計(jì)劃考慮在內(nèi);未考慮兩相鄰車底出入庫時(shí)刻應(yīng)滿足最小時(shí)間間隔;忽略了咽喉區(qū)作業(yè)的協(xié)調(diào)(避免交叉干擾);客運(yùn)站到發(fā)線的能力限制問題。

以上相關(guān)研究均未涉及調(diào)車機(jī)車的緊連續(xù)以使調(diào)車機(jī)車充分調(diào)用，減少不必要的消耗成本，未考慮調(diào)車機(jī)車為牽引車底時(shí)的空走行程等因素。鑒于此，本文考慮調(diào)機(jī)空走程數(shù)最小，避免不必要的空走行程;調(diào)車機(jī)車的緊連續(xù)等影響因素。建立鐵路客運(yùn)站調(diào)車機(jī)車運(yùn)用優(yōu)化模型，根據(jù)所建模型，設(shè)計(jì)相應(yīng)算法，以求解該模型，對(duì)解決該問題提出較全面的方法。在到發(fā)線上出發(fā)作業(yè)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)為Tsf，調(diào)機(jī)在取、送車底的等待時(shí)間為θk，調(diào)機(jī)取、送車底的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)均為T，車底Jj在車底停留線上的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)為，最早可能入庫時(shí)刻和最晚可能出庫時(shí)刻分別記為、。辦理入庫作業(yè)的調(diào)機(jī)集合為Z1={Eq│q=1，2，K，K1}，辦理出庫作業(yè)的調(diào)機(jī)集合為 Z2={Eq│q=1，2，K，K2};調(diào)機(jī) Eq(q=1，2，Λ，K)被車底占用次數(shù)xq∈{0≤xq≤n，xq∈Z};用eq表示調(diào)機(jī)Eq是否為虛擬調(diào)機(jī)，若調(diào)機(jī)Eq為虛擬調(diào)機(jī)，則eq=1，否則eq=0。

1 調(diào)機(jī)運(yùn)用優(yōu)化模型的建立

此文在既有研究基礎(chǔ)上，結(jié)合客運(yùn)站的技術(shù)設(shè)備和行車作業(yè)組織方法，同時(shí)考慮以下約束條件:

(1)將調(diào)機(jī)取送作業(yè)的空走行程考慮進(jìn)去，保證調(diào)機(jī)空走程數(shù)最小，避免不必要的空走行程;

(2)同一到發(fā)線接發(fā)相鄰列車的時(shí)間間隔至少要滿足最安全時(shí)間間隔要求;

(3)考慮客運(yùn)站到發(fā)線的使用能力;

(4)考慮到調(diào)車機(jī)車的緊連續(xù)，以使調(diào)車機(jī)車充分調(diào)用，減少不必要的消耗成本。

(5)非正常情況下的調(diào)機(jī)優(yōu)化使用，例如:春運(yùn)、暑運(yùn)、旅游高峰期以及設(shè)備故障等。

設(shè)K為調(diào)車機(jī)車總臺(tái)數(shù)，f為到發(fā)線總條數(shù)，Skj為第k臺(tái)調(diào)機(jī)取送第j個(gè)車底的總走行距離。車底Jj(j=1，2，Λ，n)的到達(dá)時(shí)刻zdtj和出發(fā)時(shí)刻sftj都可依據(jù)列車運(yùn)行圖確定取值;終到列車在到發(fā)線上終到作業(yè)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)為Tzd，始發(fā)列車

此外，因車底出入庫作業(yè)時(shí)間相差不大，可以利用調(diào)機(jī)Eq被占用次數(shù)xk的方差來體現(xiàn)調(diào)機(jī)使用的均衡性。這種調(diào)機(jī)使用模型應(yīng)盡可能保證列車作業(yè)正點(diǎn)運(yùn)行，因此用Dj統(tǒng)計(jì)車底Jj所屬車次正晚點(diǎn)情況。其中，Dj=1表示車底Jj所屬的列車車次不能正點(diǎn)運(yùn)行;Dj=0表示車底Jj所屬的列車車次能夠正點(diǎn)運(yùn)行。

至此，為保證列車經(jīng)整備后按點(diǎn)始發(fā)，本文以列車總晚點(diǎn)數(shù)∑Dj最小為第一優(yōu)化目標(biāo)(即誤工數(shù)最少)。以調(diào)機(jī)均衡使用，即方差最小為第二優(yōu)化目標(biāo)建立具有兩個(gè)處理機(jī)中心、緩沖區(qū)有限。記為M2(采用國際使用的三參數(shù)α│β│γ)，如下式。

則的調(diào)機(jī)運(yùn)用優(yōu)化模型M2:

2 算法設(shè)計(jì)

采用排序方法，對(duì)入庫車底實(shí)行“先到先入庫”、出庫車底實(shí)行“先發(fā)先出庫”的原則進(jìn)行合理排序，通過調(diào)機(jī)的緊接續(xù)，制定調(diào)機(jī)作業(yè)計(jì)劃方案，從而制定更加合理的調(diào)機(jī)運(yùn)用方案。

Step1對(duì)于入庫車底，計(jì)算其最早入庫時(shí)刻x'j，且x'j=rj;對(duì)于出庫車底，計(jì)算其最晚出庫時(shí)刻y'j，若x'j＜y'j則y'j=dj，否則 y'j=dj+tday

Step3對(duì)于入庫車底，按其最早入庫時(shí)刻x'j由先到后進(jìn)行排序，即 x'j＜ x'j+1時(shí) x'jφx'j+1，否則 x'jπx'j+1;若最早入庫時(shí)刻相等，則按最晚出庫時(shí)刻由先到后排序，即x'j=x'j+1且y'j＜ y'j+1時(shí) y'jφy'j+1，反之，則則 y'jπy'j+1，由此構(gòu)成序列Ⅰ，共n項(xiàng)。

對(duì)于出庫車底，按其最晚出庫時(shí)刻y'j由先到后排序，即y'j＜ y'j+1時(shí) y'jφy'j+1，否則 y'jπy'j+1;若最晚出庫時(shí)刻相等，則按最早入庫時(shí)刻由先到后排序，即y'j=y'j+1且x'j＜x'j+1時(shí)y'jφy'j+1，反之，則，由此構(gòu)成序列Ⅱ，共n項(xiàng)。

Step4對(duì)于序列Ⅰ和序列Ⅱ，按由先到后的順序排列構(gòu)成序列Ⅲ，其中相鄰的前后兩項(xiàng)應(yīng)滿足:y'jπy'j+1或x'jφx'j+1或 y'jφy'j+1或 x'jφy'j+1，共 2n 項(xiàng)。

Step5j=1。

Step6對(duì)于序列Ⅲ中的車底Jj。

(1)若Jj來源于序列Ⅰ，則安排調(diào)機(jī)Ej(Ej∈Z1)，若Ej空閑且占用次數(shù)較少，等待時(shí)間較長，取送該車底的總走行距離較短，則Ej被占用，修改各調(diào)機(jī)所處的狀態(tài)及相應(yīng)的等待時(shí)間θk和調(diào)整時(shí)間At或Bt，x1=xl+1(El=Ej，“=”表示兩者為同一臺(tái)調(diào)機(jī);El∈z)。若沒有合適的調(diào)機(jī)供該車底使用時(shí)，則調(diào)整車底出入庫作業(yè)時(shí)間，轉(zhuǎn)Step2。

(2)若Jj來源于序列Ⅱ，則安排調(diào)機(jī)Ej(Ej∈Z2)，若Ej空閑且占用次數(shù)較少，等待時(shí)間較長，取送該車底的總走行距離較短，則Ej被占用，修改各調(diào)機(jī)所處的狀態(tài)及相應(yīng)的等待時(shí)間 θk和調(diào)整時(shí)間或 At，Bt，Dj=0，j=j+1，若 El=Ej，El∈Z，則xl=xl+1，轉(zhuǎn)Step7。若沒有合適的調(diào)機(jī)供該車底使用(即此時(shí)Dj=1)，則調(diào)整車底出入庫作業(yè)時(shí)刻，轉(zhuǎn)Step2。

Step7若j≥2n成立，轉(zhuǎn) Step8;否則，轉(zhuǎn)Step6。

Step8輸出調(diào)機(jī)運(yùn)用計(jì)劃，統(tǒng)計(jì)∑Dj和S2x。

3 實(shí)例

一大型客運(yùn)站在某日內(nèi)，有21對(duì)始發(fā)和終到旅客列車需要辦理車底出入庫作業(yè);查閱相關(guān)鐵路資料，鐵路規(guī)章等可得數(shù)據(jù)，本文取辦理列車的出發(fā)作業(yè)時(shí)間為四十分鐘，最少不得小于三十五分鐘;辦理列車的終到時(shí)間為三十分鐘，但最小不得少于二十五分鐘。取最小車底整備作業(yè)時(shí)間為三十分鐘;取調(diào)車機(jī)車在整備庫和車站之間的運(yùn)行最小時(shí)間為十分鐘，此大型客運(yùn)站擁有調(diào)機(jī)3臺(tái)，來進(jìn)行車底的取送作業(yè);整備庫客技線充足，在18:00時(shí)刻，D1在整備庫，D2、D3在到發(fā)場。

制定出的此時(shí)段內(nèi)的車底在該站辦理各項(xiàng)作業(yè)的計(jì)劃，其安排結(jié)果見表1～表2。

表1內(nèi)的T968次旅客列車辦理相關(guān)作業(yè)時(shí)間較為緊迫為了保證調(diào)機(jī)的充分運(yùn)用(T968次辦理終到作業(yè)計(jì)劃時(shí)間為25min)，在實(shí)際操作中應(yīng)注意加強(qiáng)作業(yè)組織從表1～表2中的數(shù)據(jù)可見，車站調(diào)機(jī)運(yùn)用很均衡，利用率較高，列車均能正點(diǎn)運(yùn)行，能較充分滿足現(xiàn)場作業(yè)的需要。

表1 終到旅客列車辦理徹底入庫作業(yè)

表2 始發(fā)旅客列車辦理車底出庫作業(yè)

4 結(jié)論

通過考慮調(diào)車機(jī)車的緊連續(xù)以使調(diào)車機(jī)車充分調(diào)用，減少不必要的消耗成本，考慮調(diào)車機(jī)考慮調(diào)機(jī)空走程數(shù)最小，避免不必要的空走行程;調(diào)車機(jī)車的緊連續(xù)等各相關(guān)影響因素和約束條件，建立大型客運(yùn)站調(diào)車機(jī)車運(yùn)用優(yōu)化模型，設(shè)計(jì)相應(yīng)算法，解決了旅客列車車底的出入庫重要性排序、調(diào)機(jī)選擇，最終給出解決調(diào)機(jī)均衡使用的優(yōu)化方法。雖然其中不乏決策者的決策，但目前還是系統(tǒng)地解決了調(diào)機(jī)安排的工作問題，并對(duì)該方案進(jìn)行了分析。使得解決方案更具科學(xué)性。

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