基于车流接续的编组站配流问题建模优化研究

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编组站是铁路网上货运列车解编与到发车辆集散的重要基地,主要承担着对到达列车进行解体和按照编组计划比对阶段内始发的货物列车的编组作业,被形象的比喻为铁路货物列车的生产工厂,是构成中国铁路运输体系不可分割的一环,其作业效能的好坏直接影响中国铁路运输运营组织效能和经济效益。根据计算统计,在现有铁路网货物运输的过程中,在编组站停留的时间大约占运输总时长的70%,这主要是因为车辆在从站编组发车的时候集结等待和技术操作的时间相对较长。而合理的编组站配流计划可以高效、经济地完成货物列车的解编工作,不仅优化了各项技术作业流程,还大大减少了在站停留集结等待时间,有助于提升编组站的作业效率。配流问题主要研究在满足作业时间、设施、人力等约束条件下,所发出列车的编组情况、技术作业等内容,而发出的列车的车辆源头主要是在编组场的站存车辆和可编入新出发列车的适流车辆,这就涉及到了的车流接续的问题,合适的到达列车解体后及时编入出发列车中可以符合满轴、满编的约束。编组站的作业直接关系着车辆在站的停留时间、车辆的周转效率,其效率的高低对压缩货物列车运行时间、满足货物的运到时限、提高铁路货运水平等有着重要意义。同时,编组站作为铁路网上的枢纽节点还具有协调车站、区段能力和调节车流的作用。现代化铁路编组站主要发展方向就是将编组站的调度系统智能化,其关键点在于将日常作业的阶段计划优化,而阶段计划规划的核心就是配流,科学合理的进行车辆接续和制定车组解编顺序以及编组作业内容。配流问题确定并最终了编组场始发列车的主要车流来源,即配流方案。因此可见必须提出相对最优的车流接续的配流方案,才能保证编组场内所有工作的顺利完成,从而提升作业效能,确保整体路网顺畅。本文就车流的接续性对列车编组场配流问题展开了深入研究,首先对配流现有文献进行总结归纳为配流问题优化研究、车流接续推算研究、作业计划综合编制研究三个方面进行概述;接着剖析配流问题的作业主体对象编组站,介绍站内主要作业设备和各个作业子系统,在此基础上分析了配流问题的基本特征和实质,总结出处理配流问题的基本办法;其次,全面考虑了编组场实际作业的不确定性与复杂度,对编组场配流问题展开了深入研究,以形成多目标的配流优化模型,并对模型做出了解析;然后,再引入惩罚系数衡量到达车流编入出发车辆中的合理程度,即对车流接续的拟合程度分配权值,把配流问题转变为运筹学的运输问题,充分考虑了编组站内实际作业时间的不确定性与复杂度,以车流接续的代价最小化为目标函数,构建编组作业站配流优化的模型,并设计算法加以解决,根据配流优化模型的算法特点运用MATLAB进行求解,得到最优化的配流计划;随后检验编组站配流优化算法模拟与计算的有效性,证明其能提升与优化编组场作业效能。最后,进行了算例解析,并根据编组现场的实际状况,以某一阶段内的站场、车流数据为基础设计算例,进一步检验了本文基于车流接续的配流优化算法设计的可行性与有效性,根据配流计算结果表明,该配流优化模型可以快速获得最佳的配流方案,并契合实际作业需要。
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