鐵路物流運(yùn)輸線路智能規(guī)劃方法研究

文/王蕾

本文將研究鐵路物流運(yùn)輸線路智能規(guī)劃方法，以期為提高鐵路物流運(yùn)輸能力，降低鐵路運(yùn)輸成本而提供技術(shù)上的支持。

1.鐵路物流運(yùn)輸線路智能規(guī)劃方法研究

1.1 影響鐵路物流運(yùn)輸?shù)囊蛩胤治?/p>

由于當(dāng)前鐵路的客運(yùn)運(yùn)輸在正常的鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中的重要性權(quán)重最高，因此影響鐵路物流運(yùn)輸?shù)囊蛩氐淖钪饕蛩刂皇氰F路運(yùn)輸不能對(duì)客運(yùn)運(yùn)輸線路的運(yùn)行造成干擾。即鐵路物流運(yùn)輸時(shí)，在某一條線路上的運(yùn)行時(shí)間，在車站的裝卸停留時(shí)間都需要在一定的范圍內(nèi)。如果超出該時(shí)間范圍，承擔(dān)物流運(yùn)輸?shù)呢涍\(yùn)列車可能需要停車等待[4]。

1.2 建立鐵路物流運(yùn)輸線路規(guī)劃模型

根據(jù)上文分析的影響鐵路物流運(yùn)輸?shù)囊蛩?，結(jié)合實(shí)際的我國(guó)鐵路物流發(fā)展的具體情況，以總運(yùn)輸成本最小為線路規(guī)劃的具體目標(biāo)，建立鐵路物流運(yùn)輸線路規(guī)劃模型。下式為本文建立的鐵路物流運(yùn)輸線路規(guī)劃模型的目標(biāo)函數(shù)[5]：

其中，CT為鐵路物流運(yùn)輸運(yùn)行的綜合成本；Ca為鐵路物流運(yùn)輸?shù)木嚯x成本；Cy為單位距離鐵路物流運(yùn)輸線路的維護(hù)成本；Cm為鐵路物流運(yùn)輸?shù)难b載成本；c（t）為未在規(guī)定期限送達(dá)的懲罰成本。

鐵路物流運(yùn)輸線路規(guī)劃是一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，隨著我國(guó)鐵路運(yùn)輸?shù)慕ㄔO(shè)，鐵路物流運(yùn)輸需要充分考慮實(shí)際的鐵路運(yùn)輸情況。因此本文建立如下的鐵路物流運(yùn)輸線路規(guī)劃模型的約束條件。

上式中，xij代表鐵路物流運(yùn)輸線路兩個(gè)區(qū)段節(jié)點(diǎn)i與j之間的線路選擇，若取值為1，則選擇eij，否則為0[6]。g為區(qū)段鐵路物流運(yùn)輸線路的計(jì)劃運(yùn)輸承載量；Lmax為區(qū)段內(nèi)鐵路線路的最大運(yùn)輸承載量；lij為通過(guò)線路eij的貨物運(yùn)量；Q為貨物列車的平均編成輛數(shù)；nij為節(jié)點(diǎn)i與j之間區(qū)段的通過(guò)能力；Nij為線路eij上的最大通過(guò)能力；aijm為線路上的關(guān)聯(lián)矩，取值為1時(shí)，規(guī)劃運(yùn)輸線路包含eij；Nij'已占用的線路運(yùn)輸容量；xij（t）為使用所選擇的路徑進(jìn)行運(yùn)輸時(shí)，通過(guò)該區(qū)段的時(shí)間；xij（max）為允許通過(guò)所選擇的區(qū)段最大運(yùn)輸耗時(shí)。

1.3 實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸線路智能規(guī)劃。本文采用遺傳算法對(duì)上文建立的鐵路物流運(yùn)輸線路規(guī)劃模型進(jìn)行求解，從而得到最終的智能規(guī)劃的最優(yōu)鐵路運(yùn)輸線路。本文采用適應(yīng)度比例法和最佳個(gè)體保存法來(lái)進(jìn)行選擇操作。這樣的操作方法可使上一代選擇出的最優(yōu)個(gè)體不被破壞，適應(yīng)度較大的能夠保存到下一代群體，操作方便。代碼格式為二進(jìn)制編碼。本文將個(gè)體適應(yīng)度，種群平均適應(yīng)度，以及種群最大適應(yīng)度聯(lián)系起來(lái)，將變異概率和交叉概率在每一代中都進(jìn)行計(jì)算。第n代的交叉和變異概率為：

上式中，Rn是最大交叉概率；km第n-1代群體中個(gè)體的最大適應(yīng)度，k為當(dāng)前個(gè)體的最大適應(yīng)度；kav是平均適應(yīng)度；Mn是最大變異概率。在滿足約束條件的情況下，由各區(qū)段運(yùn)輸線路的部分最優(yōu)個(gè)體組成初始種群。計(jì)算種群中各個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度，并采用多盤輪方法進(jìn)行選擇操作，將適應(yīng)度最高的個(gè)體直接復(fù)制到下一代。根據(jù)上式計(jì)算出個(gè)體的變異概率，生成隨機(jī)數(shù)，如果該數(shù)大于變異概率，則對(duì)該個(gè)體進(jìn)行變異操作。在操作過(guò)程中，采用互換變異。判斷是否達(dá)到終止條件或最大遺傳代數(shù)，評(píng)價(jià)個(gè)體并將每一代中所保存的最優(yōu)個(gè)體和最終的最優(yōu)個(gè)體聯(lián)合比較，選出適應(yīng)度最大的個(gè)體。將最終的最優(yōu)個(gè)體的參數(shù)解碼后輸出，即可得到最優(yōu)的鐵路物流運(yùn)輸線路。

2.仿真實(shí)驗(yàn)研究。

上文提出了鐵路物流運(yùn)輸線路智能規(guī)劃方法，考慮到該方法的未來(lái)應(yīng)用背景，本節(jié)在將方法推廣應(yīng)用前，利用計(jì)算機(jī)仿真相關(guān)理論對(duì)該方法的有效性與可行性進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)分析。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該線路智能規(guī)劃方法是否存在設(shè)計(jì)上的缺陷，以便于及時(shí)糾正、優(yōu)化存在的缺陷。

2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容說(shuō)明。將本文設(shè)計(jì)的物流運(yùn)輸線路智能規(guī)劃方法與傳統(tǒng)的物流運(yùn)輸線路規(guī)劃方法進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)直觀比較不同方法的規(guī)劃效果，來(lái)衡量本文方法的實(shí)際意義。實(shí)驗(yàn)選取不同方法規(guī)劃后的鐵路物流運(yùn)輸線路的總長(zhǎng)度、運(yùn)輸車輛從目的地到終點(diǎn)的車輛運(yùn)行時(shí)間作為對(duì)比指標(biāo)。

2.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與分析。下表1～3分別為鐵路運(yùn)輸線路啟用比例分別為50%、70%、95%條件下，使用不同線路規(guī)劃方法規(guī)劃的運(yùn)輸線路進(jìn)行鐵路物流運(yùn)輸時(shí)，物流運(yùn)輸線路的總長(zhǎng)度、運(yùn)輸車輛從目的地到終點(diǎn)的車輛運(yùn)行時(shí)間對(duì)比情況。比較分析三表中的數(shù)據(jù)，得出最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

表1 50%運(yùn)輸線路啟用比例的仿真結(jié)果

分析上表1中的數(shù)據(jù)可知，在鐵路運(yùn)輸線路啟用比例為50%的情況下，本文方法規(guī)劃的鐵路運(yùn)輸路線較傳統(tǒng)方法規(guī)劃的運(yùn)輸路線總距離較短，但是鐵路運(yùn)輸?shù)目倳r(shí)間之間的差距較小。

分析上表2中的數(shù)據(jù)可知，在鐵路運(yùn)輸線路啟用比例為70%的情況下，本文方法規(guī)劃的距離仍小于傳統(tǒng)方法規(guī)劃的線路運(yùn)輸距離。與傳統(tǒng)方法先比，本文的運(yùn)輸總時(shí)長(zhǎng)的幅度較短。本文方法規(guī)劃后的路徑平均車輛運(yùn)行時(shí)間為17.49h，傳統(tǒng)方法規(guī)劃后的路徑平均車輛運(yùn)行時(shí)間為21.99h，相比傳統(tǒng)方法運(yùn)輸效率提升了20.4%。表明，本文方法能夠借助運(yùn)輸線路啟用比例增大的優(yōu)勢(shì)，提升運(yùn)輸能力，提高運(yùn)輸效率，減少等待時(shí)間。

表2 70%運(yùn)輸線路啟用比例的仿真結(jié)果

分析上表3中的數(shù)據(jù)可知，在鐵路運(yùn)輸線路啟用比例為95%的情況下，本文方法規(guī)劃的路線總距離較傳統(tǒng)的鐵路運(yùn)輸線路規(guī)劃方法的總距離明顯縮短。并且本文方法規(guī)劃的鐵路車輛運(yùn)行時(shí)間縮短，說(shuō)明本文方法能夠在滿足鐵路客運(yùn)的基本要求前提下，最大程度上的提升鐵路物流運(yùn)輸?shù)男逝c承載能力。對(duì)比分析表1～表3可知，隨著鐵路運(yùn)輸線路啟用比例增加，各個(gè)方法規(guī)劃的鐵路運(yùn)輸線路的總長(zhǎng)度均出現(xiàn)不同程度的縮減，在不考慮其它因素對(duì)鐵路運(yùn)輸線路規(guī)劃的影響，本文方法規(guī)劃的鐵路物流運(yùn)輸線路仍是總長(zhǎng)度最短，運(yùn)輸用時(shí)最少的?？偨Y(jié)以上的仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析內(nèi)容，本文提出的鐵路物流運(yùn)輸線路智能規(guī)劃方法能夠提升鐵路運(yùn)輸?shù)膯未螘r(shí)間，提升了鐵路的運(yùn)輸能力。按照本文方法規(guī)劃的鐵路物流運(yùn)輸路線進(jìn)行運(yùn)輸，有效縮短了整體的運(yùn)輸里程，減少了物流運(yùn)輸?shù)木嚯x成本，進(jìn)而提升了鐵路物流運(yùn)輸?shù)男б妗?/p>

表3 95%運(yùn)輸線路啟用比例的仿真結(jié)果

3.結(jié)束語(yǔ)。

本文研究了鐵路物流運(yùn)輸線路智能規(guī)劃方法，利用該方法實(shí)現(xiàn)了在當(dāng)前實(shí)際鐵路運(yùn)輸背景限制下，對(duì)鐵路運(yùn)輸能力的最大程度開(kāi)發(fā)。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)所提出的線路規(guī)劃方法進(jìn)行了測(cè)試，驗(yàn)證了該方法的實(shí)際有效性。在未來(lái)的研究中，仍需進(jìn)一步結(jié)合實(shí)際的鐵路運(yùn)輸工作對(duì)所提出的物流線路規(guī)劃方法進(jìn)行優(yōu)化提升。