铁路网车流推算及动态车流组织方法

王伟卿

摘要：在市场经济的大背景下，传统运输组织方式的滞后性严重束缚了铁路货运的手脚，影响着铁路自身运输优势的发挥。特别是在目前铁路货物运输中大宗货物所占比例逐渐降低、日常车流的波动性和随机性随之增强的情况下，对于车流变化的预判和分析在优化行车调度决策、提高货运服务质量方面所起到的作用也将变得越来越突出。因此，为了保证正常的铁路运输秩序，防止路网上车流拥堵状况的发生，必须强化车流推算的重视度，提高车流推算的合理性和有效性。

关键词：铁路网车流；推算；动态车流；组织方法

本文基于最远站法则依次获取车流的有调和无调中转作业地点，从而提出车流运输时间的精确推算方法，以此实现区段动态车流的有效推算；采用动态资源分配思想，基于推算的瓶颈区段动态车流量及其构成，考虑影响承运装车的多项指标，建立区段运力资源分配多目标规划模型，同时基于线性加权和法设计模型求解算法。

1远期重车流推算及动态分配方法

1.1在途车辆和需求车流运到时限的推算方法

根据在途车辆的运行或作业状态，可将其划分为如下3类：①随列车在途中运行（包括在区间内运行和在中间站待避停留）的车辆；②在技术站进行技术作业（包括有调作业和无调作业）的车辆；③在装车站处于装车状态（包括正在装车和装毕待发）的车辆。对于①在途车辆k，以TKⅠ表示车辆k自决策时刻至运到目的地卸车完毕的剩余输送时间，则TKⅠ中的停时不包括装车停时Tk装，仅包括卸车停时Tk卸。基准时刻车辆xk0所在的位置对可通过车号自动识别系统获取，设定Rk表示车辆k自xk0至目的地的走行径路上需进行有调作业的站点集合，Hk表示车辆k进行无调作业的站点集合；对于任意站点r∈Rk；其有调中时标准为tr有，对于任意h∈Hk，其无调中时标准为th无。定义车辆k当前位置xk0所在区段的平均旅速为vk0，车辆k自xk0至前方第一技术作业站（即区段端点站）的里程为lko。设定Dk表示扣除lko部分后车辆k在送达至目的地前经过的区段集合；对于任意d∈Dk，区段里程为Id，平均旅速为Vd。由此，则有：

针对任意第②类在途车辆k，其剩余输送时间TkⅡ中亦不包括装车停时Tk装。沿用Rk、HK和DK的符号表达，将其定义分别更改为车辆k从当前所在技术站出发后至送达目的地的走行径路上需进行有调、无调作业的站点集合以及途经的区段集合；tr有、th无、ld和Vd的定义不变。另外，设定tko表示根据基准时刻车辆k的技术状态而预估的本次技术作业剩余滞留时间。则有：

针对任意第③类在途车辆k，设定τko表示根据车辆当前的装车状态预估的剩余等待时间。此外，RK、HK和DK的定义分别改为车辆k从装车站至目的地的走行径路上需进行有调、无调作业的站点集合以及途经的区段集合。则有：

1.2潜在装车需求的运到时限

对于任意一股需求车流而言，由于在决策基准时刻尚未装车，相应的运到时限即为从其开始装车至送达目的地卸车完毕的整个输送过程所消耗的时间。以任意一个要车计划号k对应一股需求车流k，以Tk装和Tk卸分别表示车流k的装车停时和卸车停时，令RK、HK和DK分别表示车流k从始发站至终到站的走行径路上需进行有调、无调作业的站点集合以及途经的区段集合。则需求车流k的运到时限Tk需为：

由于需求车流为尚未装车的潜在车流，而通过要车计划仅能获知开始装车的日期，具体的开始装车时刻尚不得而知。对此，可通过分析以往数日车流k的装车站取送车计划推算而得空车配送时刻的分布规律，进而给出货物开始装车时刻Tk装的合理取值。经试验，此预测方法的误差在可接受的范围之内。由此以时刻Tk装向后延伸时长Tk需，即可推算出需求车流送达目的地卸车完毕的日期与时刻。

2空车动态调配时空网络的建立

2.1全路同构支点路网的建立

目前，全路有装卸作业的货运营业站多达三千余个，因此，有必要选取路网中部分具有代表性的车站作为支点站，并将其余中间站产生的空车以及装车需求的空车归并至对应的支点站上，作为对应支点站的相关参数，这样既可缩小计算规模，又不失准确性，仍保持了对行车调度的指导意义。在支点站的选取方面，总的支点数量的确定应该适当，如果选取的支点过多，则将导致计算的规模过大，运算时间会呈现几何程度的增加；同时，选取的支点站也不能过少，支点过少将使得支点间的空车流难以覆盖路网中的全部分界口站，导致排空流量推算结论不够全面。考虑到编组站作为重要的截流支点，汇集了大量的空车，通常情况下，本地产生的空车都将就近运送至相邻的编组站，而需求的空车也将经由邻近编组站配送至各装车地，因此，我们首先将路网中的编组站设定为支点站。

2.2时空网络的元素设计

车自其产生站出发至送到相应的需求站，沿途的运送时间主要包括两部分：①空车在区段内的旅行时间；②空车在沿途技术站的中转停留时间。空车旅行时间以空车走行里程除以平均旅速即可计算获取；而空车中转时间由有调中转时间和无调中转时间两部分构成，原则上需分别推算每股空车流的有调、无调作业地点并对应各站的技术作业时间标准进行累加求得，而此处为简化计算过程，通过空车沿途平均中转次数乘以平均中转时间计算获取。由此，任意两支点站之间空车的送达时间为：

式中，Tij空车自支点站i至j的运送时间，h；Lij支点站i至J之间的里程，km；V旅：货物列车平均旅行速度，km/h；L中：货车平均中转距离，km；t中：车辆在技术站的平均中转停留时间，h。其中，V旅、L中和t中均可通过查询《全国铁路统计资料汇编》而得。根据上式，我们可以推算出路网中任意两支点站间的空车走行时间，从而可为时空网络添加空车走行弧。

图1基于空车走行时间的空车动态调配时空网络

任意站点的相邻时段间也均有空车停留弧相连，表示空车在站结存等待。为简化处理，此处设定空车到达目的站后可立即装车，而空车在沿途技术站的中转停留已包含在空车走行弧中，所以，空车停留弧仅存在于空车产生站。这样，一组接续的空车停留弧和走行弧首尾相连即构成一条空车走行路径。

结语

在铁路信息化建设日趋完善的条件下，实时准确的车流推算，将使得行车组织部门有预见地掌握路网车流的变化趋势。车流推算与动态车流组织之间存在着相辅相成、相互依存的关系，对于车流推算问题，不能脱离动态车流组织而展开孤立的研究，应对这两个问题进行有机结合并进行综合分析，从而促进流量预测的准确性以及日常运输计划制定的合理性。构建区段运力资源动态优化分配多目标规划模型，并基于运筹学的线性加权和法设计模型的求解算法，实现了区段运力资源的优化分配，平衡了运量与通过能力的适应关系。验证了区段车流推算及运力资源分配优化方法的合理性与有效性。

参考文献：

[1]王龙，林柏梁，马建军，闻克宇。铁路网瓶颈区段动态车流推算及运力资源分配优化方法[J].中国铁道科学，2016,（03）：116-123.

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[3]林柏梁。“实货制”条件下铁路网瓶颈区段流量动态推算技术[R].北京：北京交通大学，2015.