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基于时空网络的铁路空车调配动态优化模型

郑可心 宋瑞 李光晔

郑可心, 宋瑞, 李光晔. 基于时空网络的铁路空车调配动态优化模型[J]. 交通信息与安全, 2021, 39(2): 145-152. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.02.018
引用本文: 郑可心, 宋瑞, 李光晔. 基于时空网络的铁路空车调配动态优化模型[J]. 交通信息与安全, 2021, 39(2): 145-152. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.02.018
ZHENG Kexin, SONG Rui, LI Guangye. An Optimization Model of Dynamic Allocation of Empty Railway Cars Based on Time-space Network[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2021, 39(2): 145-152. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.02.018
Citation: ZHENG Kexin, SONG Rui, LI Guangye. An Optimization Model of Dynamic Allocation of Empty Railway Cars Based on Time-space Network[J]. Journal of Transport Information and Safety, 2021, 39(2): 145-152. doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.02.018

基于时空网络的铁路空车调配动态优化模型

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2021.02.018
基金项目: 

国家重点研发计划项目 2018YFB1201402

国家自然科学基金项目 62076023

中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划课题项目 P2019X004

详细信息
    作者简介:

    郑可心(1998—),硕士研究生. 研究方向:交通运输规划与管理.E-mail:19120973@bjtu.edu.cn

    通讯作者:

    宋瑞(1971—),博士,教授.研究方向:交通运输规划与管理.E-mail:rsong@bjtu.edu.cn

  • 中图分类号: U292.3

An Optimization Model of Dynamic Allocation of Empty Railway Cars Based on Time-space Network

  • 摘要: 为合理配置空车资源,研究了路局(公司)管内空车调配的动态优化问题。构建区分时段长度的时空网络,以准确描述车站作业能力的变化。借鉴运输问题(TP)的基本思想,通过引入空车供需约束,将动态空车调配问题转化为基于时空网络的多商品网络流问题。结合空车调配的特点,设置2组整数决策变量,将分界站排空与局(公司)管内配空分开考虑。设置0-1辅助变量构建车种代用约束。在此基础上,以总费用最小为目标,构建了空车调配动态优化的混合整数规划模型。以中国铁路昆明局集团有限公司管内空车调配为例,验证了模型的可行性与有效性。算例结果表明,与静态空车调配方法相比,构建的动态空车调配模型不仅降低了空车调配总成本,而且调配方案更加贴合实际。与现有动态空车调配方法相比,通过改变时空网络中时段的划分方式,降低了模型求解的复杂度,构建的模型在获取空车调配方案的同时能够更加直观的看出空车在不同时间的作业状态。

     

  • 图  1  时空网络的构建

    Figure  1.  Construction of the time-space network

    图  2  简化路网

    Figure  2.  Simplified road network

    图  3  时空网络

    Figure  3.  Time-space network

    图  4  空车调配方案

    Figure  4.  Solutions of empty-car distribution

    表  1  车站装车比重排序表

    Table  1.   List of loading proportions at stations

    排序 单位名 装车比重/% 收人比重/%
    1 王家营 10.141 7 13.212 8
    2 读书铺 8.323 1 10.189 2
    3 中谊村 07.906 2 07.504 2
    4 昆明东 04.500 3 06.188 9
    5 白塔村 04.462 2 06.509 7
    6 红果 04.014 8 01.832 8
    7 曲靖 03.803 3 04.188 6
    8 柏果 03.650 0 02.317 4
    9 宣威 03.245 9 01.709 2
    10 盘关 03.057 3 00.320 4
    11 平田 02.650 6 02.026 4
    12 金马村 02.481 0 03.342 3
    13 威舍 02.401 6 01.265 5
    14 火铺 01.928 6 01.557 4
    15 月亮田 01.818 0 01.933 3
    16 大理东 01.743 4 05.253 4
    17 禄丰 01.662 1 01.356 3
    18 昆明西 01.654 7 01.915 6
    19 陆良 01.653 8 01.655 6
    20 珠江源 01.567 0 01.263 8
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    表  2  空车需求站请求空车情况

    Table  2.   Requested conditions of stations demanding for empty cars

    空车需求站 空车需求情况 货物种类 装运时间
    柏果 罐车20车 石油 时段7
    威舍 敞车30车 煤炭 时段8
    陆良 敞车10车 煤炭 时段4
    中谊村 棚车50车或敞车52车 粮食 时段5
    大理东 敞车10车 煤炭 时段9
    分界站宣威 棚车60车 时段8
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    表  3  空车供给站有效空车数

    Table  3.   Effective number of empty cars of supply stations

    空车供给站 有效空车数 卸空时段
    红果 敞车80车、罐车30车 时段2
    昆明东 敞车100车、棚车100车 时段2
    读书铺 敞车50车、棚车60车 时段2
    禄丰 敞车20车 时段5
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    表  4  列车编组计划

    Table  4.   Formation of freight trains

    发站 到站 列车种类 定期车次
    昆明东 宣威 摘挂 22 608
    宣威 曲靖 直通 22 617
    曲靖 柏果 摘挂 45 307
    红果 柏果 区段 45 305
    曲靖 威舍 摘挂 45 316
    昆明东 威舍 摘挂 37 008
    昆明东 中谊村 摘挂 46 212
    读书铺 禄丰 摘挂 51 781
    读书铺 大理东 空车直达 51 981
    禄丰 大理东 直通 51 987
    读书铺 昆明东 区段 46 105
    昆明东 宣威 直通 22 617
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    表  5  模型求解结果

    Table  5.   Model solutions

    供给节点 需求节点 空车数量/车 调配方案 车种
    红果 柏果 20 C2-C3-C4-C5-C6-B7 罐车
    红果 威舍 30 C2-C3-C4-C5-C6-G7-G8 敞车
    昆明东 陆良 10 E2-H4 敞车
    昆明东 中谊村 52 E2-I3-I4-I5 棚车
    禄丰 大理东 10 J5-K8-K9 敞车
    昆明东 宣威 48 E2-A4-A5-A6-A7-A8-A9 棚车
    读书铺 12 F2-F3-F4-F5-F6-E7-A9 棚车
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    表  6  不同策略下调配结果对比

    Table  6.   Result comparison under different strategies

    策略 供给节点 需求节点 空车数量/车 车种 总成本/元
    静态多阶段优化 阶段1 昆明东 陆良 10 敞车 100 450
    读书铺 中谊村 52 棚车
    红果 柏果 20 罐车
    阶段2 红果 威舍 30 敞车
    禄丰 大理东 10 敞车
    昆明东 宣威 60 棚车
    红果 柏果 20 罐车
    动态优化 红果 威舍 30 敞车 99 560
    昆明东 陆良 10 敞车
    昆明东 中谊村 52 棚车
    禄丰 大理东 10 敞车
    昆明东 宣威 48 棚车
    读书铺 12 棚车
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