不確定條件下新港編組場發往燕郊站貨車集結參數仿真研究
2014-10-11 08:28:51王亮亮
中國高新技術企業 2014年21期
摘要：在貨車的編組作業過程中，集結是不可避免且耗時較長的一個環節。貨車集結時間是貨車在編組站上停留時間的一個重要組成部分，且占有很大比重，根據我國部分主要編組站的統計，一般約占改編作業總時間的40%～50%，而貨車集結參數是影響貨車集結時間的主要參數。研究不確定條件下貨車集結參數，對確定貨車集結時間、編組計劃以及車流組織理論研究有一些啟發作用，同時使車流組織的研究更加科學合理。
關鍵詞：不確定條件；貨車集結；集結參數；仿真建模；編組計劃；車流組織
中圖分類號：U294 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）31-0021-03
1 系統仿真的背景、原因和意義
1.1 系統仿真的必要性
鐵路運輸在我國國民經濟中占據主導地位，對保障社會需求和經濟快速發展起著關鍵作用。隨著我國經濟的高速發展，人們對鐵路客貨運輸的時間和質量提出了更高的要求。在我國，客運列車是按運行圖發車，除天氣原因和不可預測因素外，幾乎是正點發車、正點到站。但貨運列車運行圖的兌現率卻不高：一是由于我國鐵路線運能緊張，為了保證客運列車的正點率，貨運列車經常需要停站讓線；二是現行編組站貨車采用定編集結模式，在集結車輛未達到定編要求時，即使到了運行線規定的發車時間也不能發車，無法保證按圖行車。
1.2 系統仿真的意義
貨車集結是鐵路編組站技術作業的重要組成部分，貨車集結時間是編制列車編組計劃所需的一個重要因素，而從參考文獻[1]可知，貨車集結車小時決定于貨車集結參數c和車列的編成輛數m。由于列車編組計劃是運輸計劃和列車運行圖之間的重要聯系環節，是編制列車運行圖的基礎。研究編組站貨車集結參數，對確定編組站貨車集結時間以及編組站能力的計算和利用、合理配置運輸設備、改進編組站工作組織具有重要的意義，進而為車站列車編組計劃和列車運行圖一體化編制提供科學依據，從而實現運輸生產過程組織管理的整體優化。
2 系統研發的內容、方法
在了解編組站集結參數的基本概念和貨車集結參數的前提下，以2014年4月11日至2014年4月17日塘沽站新港編組場集結的發往燕郊站的糧食列車車組大小、到達間隔時間和發車時間數據為基礎，在定編集結模式的條件下分析了集結過程的規律；以貨車集結過程為研究對象，利用Simio仿真軟件，建立編組場貨車集結的概念模型和邏輯模型；對貨車集結參數進行仿真，并根據仿真結果與站細對比驗證模型仿真的有效性，得出結論和建議。
3 仿真模型系統的功能及特點
3.1 貨車集結概念模型
在模型中，列車到達間隔時間和列車車組大小的數據通過現場統計所得到，并利用數理統計方法確定其分布規律：燕郊站方向列車到達間隔時間服從14+EXPO（45）的負指數分布，車組大小服從0.5+EXPO（7）的負指數分布。
3.2 基于Simio的貨車集結邏輯模型
以新港編組場發往燕郊站方向的貨車集結過程為例進行邏輯模型分析
在圖3中各模塊為賦值和判定模塊，如：Assign模塊為賦值模塊，在燕郊去向的貨車集結過程中Assign1模塊定義了列車車組大小變量a的分布表達式0.5+EXPO（7）；Assign2模塊定義了編組站當前的車數CurrentNumber=CurrentNumber+a；Assign3模塊定義了當判定條件為真的情況下編組站當前的殘存車數CurrentNumber=CurrentNumber-b；Assign5為能力釋放模塊，表示集結的貨車輛數達到定編要求后，使貨車進入發車準備狀態。Decide模塊為判斷模塊，即Decide1定義每次到達的貨車數在某一個區間內（即在到達車數的最大與最小之間）；Decide2定義貨車編成輛數b=40才準許準備發車作業，否則繼續集結。
同樣，Assign6模塊為能力釋放模塊，表示集結的貨車輛數達到定編要求后，使貨車進入發車準備狀態，Decide模塊為判斷模塊，定義集結完成出發前的貨車輛數為定編輛數b。
4 新港編組場貨車集結參數的仿真分析
4.1 基本參數設置
在貨車集結過程的邏輯模型中，仿真變量為列車車組大小和列車到達間隔時間這兩個隨機分布變量。通過對新港編組場的實地調研及對調研數據的數理統計分析，得到表1的仿真參數。
通過對仿真模型的設置，使得模型對燕郊方向為期7天的貨車集結過程進行10次仿真模擬，將所得到貨車集結時間t集（單位：小時）這一指標與塘沽站出發車次計劃表2進行對比分析，各個方向的發車列數n和實際貨車集結時間t集這兩個指標如下：
通過表4可以得出：（1）模型仿真的集結參數c與站細查定的參數相差不大，最大誤差3.6689%，誤差百分比均控制在5%之內；（2）通過仿真模型與公式計算法的比較分析，可以得出仿真模型能更系統得出各個去向的集結參數，公式計算法較復雜，在不確定條件下，當車組大小和到達時間間隔難以詳細統計的情況下，相比仿真模型法，公式計算法的誤差較大；（3）通過比較分析驗證了仿真模型的正確性和可靠性；（4）建議編組站可以考慮采用仿真模型法來獲得貨車集結參數。
5 結語
本文在熟練掌握數理統計的相關理論知識的前提下，確定了數據樣本的概率分布表達式，并基于Simio仿真軟件，對燕郊站去向的貨車集結過程進行了模擬仿真，建立了貨車集結的仿真模型，對貨車集結時間做出了相關的分析，從而為塘沽站新港編組場提出了相關的決策依據，有利于進一步提高車站的貨車運用效率，改善貨運服務質量。
本文雖然確定了車組大小和到達間隔時間的概率分布，并將其輸入到仿真模型中進行實際運行，但概率的分布以及運行的結果并不是十分精確，中間的環節仍有待進一步細化和完善。這樣就有必要在定點集結模式的條件下，對編組站貨車集結規律進行更加深入的研究。
參考文獻
[1] 彭其淵，王慈光.鐵路行車組織[M].北京：中國鐵道出版社，2007.
[2] 李建文.鐵路編組站貨車集結模式的研究[J].鐵道運輸與經濟，2004，（3）.
[3] 王慈光.貨車集結參數的研究[J].西南交通大學學報，2006，（7）.
[4] 王慈光.運輸模型及優化[M].北京：中國鐵道出版社，2004.
[5] 王慈光.描述簡單貨車集結過程的群論模型[J].鐵道學報，1994，（3）.
[6] 李建文.鐵路編組站貨車集結理論研究[D].北方交通大學，2001.
[7] 蔡金晶.不確定條件下貨車集結規律及集結時間研究[D].西南交通大學，2010.
作者簡介：王亮亮（1988-），男，甘肅人，北京鐵路局塘沽站助理工程師，研究方向：鐵路運輸與組織。
摘要：在貨車的編組作業過程中，集結是不可避免且耗時較長的一個環節。貨車集結時間是貨車在編組站上停留時間的一個重要組成部分，且占有很大比重，根據我國部分主要編組站的統計，一般約占改編作業總時間的40%～50%，而貨車集結參數是影響貨車集結時間的主要參數。研究不確定條件下貨車集結參數，對確定貨車集結時間、編組計劃以及車流組織理論研究有一些啟發作用，同時使車流組織的研究更加科學合理。
關鍵詞：不確定條件；貨車集結；集結參數；仿真建模；編組計劃；車流組織
中圖分類號：U294 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）31-0021-03
1 系統仿真的背景、原因和意義
1.1 系統仿真的必要性
鐵路運輸在我國國民經濟中占據主導地位，對保障社會需求和經濟快速發展起著關鍵作用。隨著我國經濟的高速發展，人們對鐵路客貨運輸的時間和質量提出了更高的要求。在我國，客運列車是按運行圖發車，除天氣原因和不可預測因素外，幾乎是正點發車、正點到站。但貨運列車運行圖的兌現率卻不高：一是由于我國鐵路線運能緊張，為了保證客運列車的正點率，貨運列車經常需要停站讓線；二是現行編組站貨車采用定編集結模式，在集結車輛未達到定編要求時，即使到了運行線規定的發車時間也不能發車，無法保證按圖行車。
1.2 系統仿真的意義
貨車集結是鐵路編組站技術作業的重要組成部分，貨車集結時間是編制列車編組計劃所需的一個重要因素，而從參考文獻[1]可知，貨車集結車小時決定于貨車集結參數c和車列的編成輛數m。由于列車編組計劃是運輸計劃和列車運行圖之間的重要聯系環節，是編制列車運行圖的基礎。研究編組站貨車集結參數，對確定編組站貨車集結時間以及編組站能力的計算和利用、合理配置運輸設備、改進編組站工作組織具有重要的意義，進而為車站列車編組計劃和列車運行圖一體化編制提供科學依據，從而實現運輸生產過程組織管理的整體優化。
2 系統研發的內容、方法
在了解編組站集結參數的基本概念和貨車集結參數的前提下，以2014年4月11日至2014年4月17日塘沽站新港編組場集結的發往燕郊站的糧食列車車組大小、到達間隔時間和發車時間數據為基礎，在定編集結模式的條件下分析了集結過程的規律；以貨車集結過程為研究對象，利用Simio仿真軟件，建立編組場貨車集結的概念模型和邏輯模型；對貨車集結參數進行仿真，并根據仿真結果與站細對比驗證模型仿真的有效性，得出結論和建議。
3 仿真模型系統的功能及特點
3.1 貨車集結概念模型
在模型中，列車到達間隔時間和列車車組大小的數據通過現場統計所得到，并利用數理統計方法確定其分布規律：燕郊站方向列車到達間隔時間服從14+EXPO（45）的負指數分布，車組大小服從0.5+EXPO（7）的負指數分布。
3.2 基于Simio的貨車集結邏輯模型
以新港編組場發往燕郊站方向的貨車集結過程為例進行邏輯模型分析
在圖3中各模塊為賦值和判定模塊，如：Assign模塊為賦值模塊，在燕郊去向的貨車集結過程中Assign1模塊定義了列車車組大小變量a的分布表達式0.5+EXPO（7）；Assign2模塊定義了編組站當前的車數CurrentNumber=CurrentNumber+a；Assign3模塊定義了當判定條件為真的情況下編組站當前的殘存車數CurrentNumber=CurrentNumber-b；Assign5為能力釋放模塊，表示集結的貨車輛數達到定編要求后，使貨車進入發車準備狀態。Decide模塊為判斷模塊，即Decide1定義每次到達的貨車數在某一個區間內（即在到達車數的最大與最小之間）；Decide2定義貨車編成輛數b=40才準許準備發車作業，否則繼續集結。
同樣，Assign6模塊為能力釋放模塊，表示集結的貨車輛數達到定編要求后，使貨車進入發車準備狀態，Decide模塊為判斷模塊，定義集結完成出發前的貨車輛數為定編輛數b。
4 新港編組場貨車集結參數的仿真分析
4.1 基本參數設置
在貨車集結過程的邏輯模型中，仿真變量為列車車組大小和列車到達間隔時間這兩個隨機分布變量。通過對新港編組場的實地調研及對調研數據的數理統計分析，得到表1的仿真參數。
通過對仿真模型的設置，使得模型對燕郊方向為期7天的貨車集結過程進行10次仿真模擬，將所得到貨車集結時間t集（單位：小時）這一指標與塘沽站出發車次計劃表2進行對比分析，各個方向的發車列數n和實際貨車集結時間t集這兩個指標如下：
通過表4可以得出：（1）模型仿真的集結參數c與站細查定的參數相差不大，最大誤差3.6689%，誤差百分比均控制在5%之內；（2）通過仿真模型與公式計算法的比較分析，可以得出仿真模型能更系統得出各個去向的集結參數，公式計算法較復雜，在不確定條件下，當車組大小和到達時間間隔難以詳細統計的情況下，相比仿真模型法，公式計算法的誤差較大；（3）通過比較分析驗證了仿真模型的正確性和可靠性；（4）建議編組站可以考慮采用仿真模型法來獲得貨車集結參數。
5 結語
本文在熟練掌握數理統計的相關理論知識的前提下，確定了數據樣本的概率分布表達式，并基于Simio仿真軟件，對燕郊站去向的貨車集結過程進行了模擬仿真，建立了貨車集結的仿真模型，對貨車集結時間做出了相關的分析，從而為塘沽站新港編組場提出了相關的決策依據，有利于進一步提高車站的貨車運用效率，改善貨運服務質量。
本文雖然確定了車組大小和到達間隔時間的概率分布，并將其輸入到仿真模型中進行實際運行，但概率的分布以及運行的結果并不是十分精確，中間的環節仍有待進一步細化和完善。這樣就有必要在定點集結模式的條件下，對編組站貨車集結規律進行更加深入的研究。
參考文獻
[1] 彭其淵，王慈光.鐵路行車組織[M].北京：中國鐵道出版社，2007.
[2] 李建文.鐵路編組站貨車集結模式的研究[J].鐵道運輸與經濟，2004，（3）.
[3] 王慈光.貨車集結參數的研究[J].西南交通大學學報，2006，（7）.
[4] 王慈光.運輸模型及優化[M].北京：中國鐵道出版社，2004.
[5] 王慈光.描述簡單貨車集結過程的群論模型[J].鐵道學報，1994，（3）.
[6] 李建文.鐵路編組站貨車集結理論研究[D].北方交通大學，2001.
[7] 蔡金晶.不確定條件下貨車集結規律及集結時間研究[D].西南交通大學，2010.
作者簡介：王亮亮（1988-），男，甘肅人，北京鐵路局塘沽站助理工程師，研究方向：鐵路運輸與組織。
摘要：在貨車的編組作業過程中，集結是不可避免且耗時較長的一個環節。貨車集結時間是貨車在編組站上停留時間的一個重要組成部分，且占有很大比重，根據我國部分主要編組站的統計，一般約占改編作業總時間的40%～50%，而貨車集結參數是影響貨車集結時間的主要參數。研究不確定條件下貨車集結參數，對確定貨車集結時間、編組計劃以及車流組織理論研究有一些啟發作用，同時使車流組織的研究更加科學合理。
關鍵詞：不確定條件；貨車集結；集結參數；仿真建模；編組計劃；車流組織
中圖分類號：U294 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）31-0021-03
1 系統仿真的背景、原因和意義
1.1 系統仿真的必要性
鐵路運輸在我國國民經濟中占據主導地位，對保障社會需求和經濟快速發展起著關鍵作用。隨著我國經濟的高速發展，人們對鐵路客貨運輸的時間和質量提出了更高的要求。在我國，客運列車是按運行圖發車，除天氣原因和不可預測因素外，幾乎是正點發車、正點到站。但貨運列車運行圖的兌現率卻不高：一是由于我國鐵路線運能緊張，為了保證客運列車的正點率，貨運列車經常需要停站讓線；二是現行編組站貨車采用定編集結模式，在集結車輛未達到定編要求時，即使到了運行線規定的發車時間也不能發車，無法保證按圖行車。
1.2 系統仿真的意義
貨車集結是鐵路編組站技術作業的重要組成部分，貨車集結時間是編制列車編組計劃所需的一個重要因素，而從參考文獻[1]可知，貨車集結車小時決定于貨車集結參數c和車列的編成輛數m。由于列車編組計劃是運輸計劃和列車運行圖之間的重要聯系環節，是編制列車運行圖的基礎。研究編組站貨車集結參數，對確定編組站貨車集結時間以及編組站能力的計算和利用、合理配置運輸設備、改進編組站工作組織具有重要的意義，進而為車站列車編組計劃和列車運行圖一體化編制提供科學依據，從而實現運輸生產過程組織管理的整體優化。
2 系統研發的內容、方法
在了解編組站集結參數的基本概念和貨車集結參數的前提下，以2014年4月11日至2014年4月17日塘沽站新港編組場集結的發往燕郊站的糧食列車車組大小、到達間隔時間和發車時間數據為基礎，在定編集結模式的條件下分析了集結過程的規律；以貨車集結過程為研究對象，利用Simio仿真軟件，建立編組場貨車集結的概念模型和邏輯模型；對貨車集結參數進行仿真，并根據仿真結果與站細對比驗證模型仿真的有效性，得出結論和建議。
3 仿真模型系統的功能及特點
3.1 貨車集結概念模型
在模型中，列車到達間隔時間和列車車組大小的數據通過現場統計所得到，并利用數理統計方法確定其分布規律：燕郊站方向列車到達間隔時間服從14+EXPO（45）的負指數分布，車組大小服從0.5+EXPO（7）的負指數分布。
3.2 基于Simio的貨車集結邏輯模型
以新港編組場發往燕郊站方向的貨車集結過程為例進行邏輯模型分析
在圖3中各模塊為賦值和判定模塊，如：Assign模塊為賦值模塊，在燕郊去向的貨車集結過程中Assign1模塊定義了列車車組大小變量a的分布表達式0.5+EXPO（7）；Assign2模塊定義了編組站當前的車數CurrentNumber=CurrentNumber+a；Assign3模塊定義了當判定條件為真的情況下編組站當前的殘存車數CurrentNumber=CurrentNumber-b；Assign5為能力釋放模塊，表示集結的貨車輛數達到定編要求后，使貨車進入發車準備狀態。Decide模塊為判斷模塊，即Decide1定義每次到達的貨車數在某一個區間內（即在到達車數的最大與最小之間）；Decide2定義貨車編成輛數b=40才準許準備發車作業，否則繼續集結。
同樣，Assign6模塊為能力釋放模塊，表示集結的貨車輛數達到定編要求后，使貨車進入發車準備狀態，Decide模塊為判斷模塊，定義集結完成出發前的貨車輛數為定編輛數b。
4 新港編組場貨車集結參數的仿真分析
4.1 基本參數設置
在貨車集結過程的邏輯模型中，仿真變量為列車車組大小和列車到達間隔時間這兩個隨機分布變量。通過對新港編組場的實地調研及對調研數據的數理統計分析，得到表1的仿真參數。
通過對仿真模型的設置，使得模型對燕郊方向為期7天的貨車集結過程進行10次仿真模擬，將所得到貨車集結時間t集（單位：小時）這一指標與塘沽站出發車次計劃表2進行對比分析，各個方向的發車列數n和實際貨車集結時間t集這兩個指標如下：
通過表4可以得出：（1）模型仿真的集結參數c與站細查定的參數相差不大，最大誤差3.6689%，誤差百分比均控制在5%之內；（2）通過仿真模型與公式計算法的比較分析，可以得出仿真模型能更系統得出各個去向的集結參數，公式計算法較復雜，在不確定條件下，當車組大小和到達時間間隔難以詳細統計的情況下，相比仿真模型法，公式計算法的誤差較大；（3）通過比較分析驗證了仿真模型的正確性和可靠性；（4）建議編組站可以考慮采用仿真模型法來獲得貨車集結參數。
5 結語
本文在熟練掌握數理統計的相關理論知識的前提下，確定了數據樣本的概率分布表達式，并基于Simio仿真軟件，對燕郊站去向的貨車集結過程進行了模擬仿真，建立了貨車集結的仿真模型，對貨車集結時間做出了相關的分析，從而為塘沽站新港編組場提出了相關的決策依據，有利于進一步提高車站的貨車運用效率，改善貨運服務質量。
本文雖然確定了車組大小和到達間隔時間的概率分布，并將其輸入到仿真模型中進行實際運行，但概率的分布以及運行的結果并不是十分精確，中間的環節仍有待進一步細化和完善。這樣就有必要在定點集結模式的條件下，對編組站貨車集結規律進行更加深入的研究。
參考文獻
[1] 彭其淵，王慈光.鐵路行車組織[M].北京：中國鐵道出版社，2007.
[2] 李建文.鐵路編組站貨車集結模式的研究[J].鐵道運輸與經濟，2004，（3）.
[3] 王慈光.貨車集結參數的研究[J].西南交通大學學報，2006，（7）.
[4] 王慈光.運輸模型及優化[M].北京：中國鐵道出版社，2004.
[5] 王慈光.描述簡單貨車集結過程的群論模型[J].鐵道學報，1994，（3）.
[6] 李建文.鐵路編組站貨車集結理論研究[D].北方交通大學，2001.
[7] 蔡金晶.不確定條件下貨車集結規律及集結時間研究[D].西南交通大學，2010.
作者簡介：王亮亮（1988-），男，甘肅人，北京鐵路局塘沽站助理工程師，研究方向：鐵路運輸與組織。
