大型客運站調車機車運用優化研究

涂 瑜，劉 康

(1.大秦鐵路股份有限公司太原車務段;2.大秦鐵路股份有限公司榆次站)

調機運用計劃是客運站到發線、客技線、咽喉等各子系統協調作業的關鍵，調機牽引車底出入庫作業時間決定了始發、終到列車占用到發線、客技線的起止時間，直接決定了始發終到列車的接發情況。因而如何合理組織好調機運用計劃，直接關系著鐵路客運站作業效率和鐵路客運站通過能力的提高。目前，有關學者就客運站調機運用的優化問題，國內外有關專家學者做過的研究相對很少。文獻以車底、調機運用、車底停留線為研究對象，利用排序理論，以總晚點數最小為第一目標和調機均衡運用為第二目標建立具有柔性流水作業性質的車底取送模型。文獻主要研究編組站調機運用計劃具有不同開工、完工時間窗口的單機調度問題，其優化目標是最小化晚點列車的數量，建立單機調度數學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機、時間窗等因素及多個約束條件，但其仍存在若干問題:只是在日(班)計劃的層面考慮調機的均衡使用而未將階段計劃考慮在內;未考慮兩相鄰車底出入庫時刻應滿足最小時間間隔;忽略了咽喉區作業的協調(避免交叉干擾);客運站到發線的能力限制問題。

以上相關研究均未涉及調車機車的緊連續以使調車機車充分調用，減少不必要的消耗成本，未考慮調車機車為牽引車底時的空走行程等因素。鑒于此，本文考慮調機空走程數最小，避免不必要的空走行程;調車機車的緊連續等影響因素。建立鐵路客運站調車機車運用優化模型，根據所建模型，設計相應算法，以求解該模型，對解決該問題提出較全面的方法。在到發線上出發作業時間標準為Tsf，調機在取、送車底的等待時間為θk，調機取、送車底的時間標準均為T，車底Jj在車底停留線上的時間標準為，最早可能入庫時刻和最晚可能出庫時刻分別記為、。辦理入庫作業的調機集合為Z1={Eq│q=1，2，K，K1}，辦理出庫作業的調機集合為 Z2={Eq│q=1，2，K，K2};調機 Eq(q=1，2，Λ，K)被車底占用次數xq∈{0≤xq≤n，xq∈Z};用eq表示調機Eq是否為虛擬調機，若調機Eq為虛擬調機，則eq=1，否則eq=0。

1 調機運用優化模型的建立

此文在既有研究基礎上，結合客運站的技術設備和行車作業組織方法，同時考慮以下約束條件:

(1)將調機取送作業的空走行程考慮進去，保證調機空走程數最小，避免不必要的空走行程;

(2)同一到發線接發相鄰列車的時間間隔至少要滿足最安全時間間隔要求;

(3)考慮客運站到發線的使用能力;

(4)考慮到調車機車的緊連續，以使調車機車充分調用，減少不必要的消耗成本。

(5)非正常情況下的調機優化使用，例如:春運、暑運、旅游高峰期以及設備故障等。

設K為調車機車總臺數，f為到發線總條數，Skj為第k臺調機取送第j個車底的總走行距離。車底Jj(j=1，2，Λ，n)的到達時刻zdtj和出發時刻sftj都可依據列車運行圖確定取值;終到列車在到發線上終到作業時間標準為Tzd，始發列車

此外，因車底出入庫作業時間相差不大，可以利用調機Eq被占用次數xk的方差來體現調機使用的均衡性。這種調機使用模型應盡可能保證列車作業正點運行，因此用Dj統計車底Jj所屬車次正晚點情況。其中，Dj=1表示車底Jj所屬的列車車次不能正點運行;Dj=0表示車底Jj所屬的列車車次能夠正點運行。

至此，為保證列車經整備后按點始發，本文以列車總晚點數∑Dj最小為第一優化目標(即誤工數最少)。以調機均衡使用，即方差最小為第二優化目標建立具有兩個處理機中心、緩沖區有限。記為M2(采用國際使用的三參數α│β│γ)，如下式。

則的調機運用優化模型M2:

2 算法設計

采用排序方法，對入庫車底實行“先到先入庫”、出庫車底實行“先發先出庫”的原則進行合理排序，通過調機的緊接續，制定調機作業計劃方案，從而制定更加合理的調機運用方案。

Step1對于入庫車底，計算其最早入庫時刻x'j，且x'j=rj;對于出庫車底，計算其最晚出庫時刻y'j，若x'j＜y'j則y'j=dj，否則 y'j=dj+tday

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

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

Step4對于序列Ⅰ和序列Ⅱ，按由先到后的順序排列構成序列Ⅲ，其中相鄰的前后兩項應滿足:y'jπy'j+1或x'jφx'j+1或 y'jφy'j+1或 x'jφy'j+1，共 2n 項。

Step5j=1。

Step6對于序列Ⅲ中的車底Jj。

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

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

Step7若j≥2n成立，轉 Step8;否則，轉Step6。

Step8輸出調機運用計劃，統計∑Dj和S2x。

3 實例

一大型客運站在某日內，有21對始發和終到旅客列車需要辦理車底出入庫作業;查閱相關鐵路資料，鐵路規章等可得數據，本文取辦理列車的出發作業時間為四十分鐘，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時間為三十分鐘;取調車機車在整備庫和車站之間的運行最小時間為十分鐘，此大型客運站擁有調機3臺，來進行車底的取送作業;整備庫客技線充足，在18:00時刻，D1在整備庫，D2、D3在到發場。

制定出的此時段內的車底在該站辦理各項作業的計劃，其安排結果見表1～表2。

表1內的T968次旅客列車辦理相關作業時間較為緊迫為了保證調機的充分運用(T968次辦理終到作業計劃時間為25min)，在實際操作中應注意加強作業組織從表1～表2中的數據可見，車站調機運用很均衡，利用率較高，列車均能正點運行，能較充分滿足現場作業的需要。

表1 終到旅客列車辦理徹底入庫作業

表2 始發旅客列車辦理車底出庫作業

4 結論

通過考慮調車機車的緊連續以使調車機車充分調用，減少不必要的消耗成本，考慮調車機考慮調機空走程數最小，避免不必要的空走行程;調車機車的緊連續等各相關影響因素和約束條件，建立大型客運站調車機車運用優化模型，設計相應算法，解決了旅客列車車底的出入庫重要性排序、調機選擇，最終給出解決調機均衡使用的優化方法。雖然其中不乏決策者的決策，但目前還是系統地解決了調機安排的工作問題，并對該方案進行了分析。使得解決方案更具科學性。

:

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