重載鐵路的集疏運(yùn)系統(tǒng)協(xié)同技術(shù)分析

於興海

（朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司機(jī)輛分公司，河北滄州 062350）

0 引言

列車在重載鐵路集疏運(yùn)系統(tǒng)中的實(shí)際調(diào)度指揮屬于較為復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過(guò)程，要求實(shí)現(xiàn)集疏運(yùn)系統(tǒng)車流組織方案的制定。為了實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)量中車流組織方案制定，要實(shí)現(xiàn)集疏運(yùn)系統(tǒng)作業(yè)環(huán)節(jié)分析建模，利用實(shí)際作業(yè)環(huán)境的量化能夠?yàn)檫\(yùn)輸決策提供基礎(chǔ)。重載鐵路集疏運(yùn)車流調(diào)度方案目的就是基于一定運(yùn)輸能力，實(shí)現(xiàn)機(jī)車車輛使用的優(yōu)化，使車輛周轉(zhuǎn)率得到提高。目前，此方面的研究比較少[1]。因此，對(duì)重載鐵路集疏運(yùn)系統(tǒng)協(xié)同技術(shù)的研究具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 重載鐵路集疏運(yùn)系統(tǒng)的協(xié)同內(nèi)容

在重載運(yùn)輸過(guò)程中，主要內(nèi)容為車輛、機(jī)車、線路、車站、裝卸設(shè)備、牽引供電設(shè)備等。重載鐵路集疏運(yùn)系統(tǒng)運(yùn)能主要目標(biāo)就是先進(jìn)設(shè)備設(shè)施，在重載運(yùn)輸體系中具有重要作用。在運(yùn)量目標(biāo)不斷提高的過(guò)程中，要實(shí)現(xiàn)相應(yīng)設(shè)備設(shè)施改造，實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備設(shè)施的能力匹配，使系統(tǒng)能力得到提高[2]。

1.1 機(jī)車車輛

車輛屬于重載運(yùn)輸生產(chǎn)力，其也是重載運(yùn)輸基本裝備，提高載重，降低自重，并且使車輛制動(dòng)性能得到提高為今后重載車輛發(fā)展趨勢(shì)。為了使大運(yùn)量需求得到滿足，我國(guó)重載鐵路一般使用全新敞車。

1.2 車站線路

重載列車對(duì)于車站、線路具有較高的要求，首先要對(duì)重載鐵路線橋設(shè)備使用強(qiáng)化措施，能夠提高軌道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。此種鋼軌一般都是使用到具有較大的列車牽引重量重載忒路中，其對(duì)于鋼軌抗磨特性及抗疲勞性提出了一定的需求[3]。

1.3 通信信號(hào)設(shè)備

此方面屬于鐵路運(yùn)營(yíng)基礎(chǔ)，2 萬(wàn)t 重載列車開(kāi)行對(duì)于重載鐵路通信信號(hào)提出了較高的要求。為了對(duì)長(zhǎng)大列車運(yùn)行安全性進(jìn)行保證，要使用高效率、高質(zhì)量的通信設(shè)備實(shí)現(xiàn)。GSM-R（Global System for Mobile Communications-Railway，一項(xiàng)用于鐵路通信及應(yīng)用的國(guó)際無(wú)線通信標(biāo)準(zhǔn)）是世界中最為成熟的GSM 開(kāi)發(fā)專用鐵路通信數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)鐵路運(yùn)輸通信和指揮調(diào)度。另外，其還能夠釋放鐵路生產(chǎn)力，使運(yùn)輸安全性得到提高，并且提高鐵路現(xiàn)代化水平。該系統(tǒng)的通信量比較大，還能有效滿足200～500 km/h 的高速列車運(yùn)行需求，為鐵路移動(dòng)通信未來(lái)的發(fā)展方向。

2 重載鐵路集疏運(yùn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)調(diào)度的計(jì)算

2.1 集疏運(yùn)系統(tǒng)子系統(tǒng)

重載鐵路集疏運(yùn)系統(tǒng)能力確定是通過(guò)裝車點(diǎn)裝車、集運(yùn)線路和運(yùn)輸系統(tǒng)等能力所確定的，集運(yùn)系統(tǒng)能力會(huì)受到車站裝車能力及集運(yùn)線路輸送能力的影響，在系統(tǒng)協(xié)調(diào)過(guò)程中要能夠提高裝車點(diǎn)貨源供應(yīng)、裝車能力及集運(yùn)線路接運(yùn)能力。比如集運(yùn)子系統(tǒng)中的裝車點(diǎn)來(lái)說(shuō)，以裝車點(diǎn)的規(guī)模，通過(guò)銜接集運(yùn)線、裝車機(jī)械能力、裝車點(diǎn)倉(cāng)儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置，從而能夠使裝車點(diǎn)總能力滿足集運(yùn)線能力，實(shí)現(xiàn)能力匹配。其中的倉(cāng)儲(chǔ)能力表示為n 倉(cāng)，裝車能力表示為n 裝，裝車線能力作為n 接發(fā)，集運(yùn)線能力設(shè)置成n 聯(lián)。并且還要能夠協(xié)調(diào)集運(yùn)系統(tǒng)內(nèi)部能力，使其能夠滿足倉(cāng)儲(chǔ)能力>裝車能力>裝車線能力>集運(yùn)線能力的需求[4]。

對(duì)集運(yùn)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，集運(yùn)能力屬于其他能力的最小值，也可以通過(guò)以下公式實(shí)現(xiàn)：

2.2 運(yùn)輸子系統(tǒng)

在確定通過(guò)能力的過(guò)程中主要是通過(guò)區(qū)間通過(guò)、車站通過(guò)、整備設(shè)備通過(guò)、機(jī)務(wù)段設(shè)備及電氣化鐵路線供電設(shè)備的通過(guò)能力所決定的，對(duì)重載鐵路運(yùn)輸子系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，通過(guò)能力和組合站、重載鐵路本線等通過(guò)能力具有密切的關(guān)系。

2.3 輸運(yùn)子系統(tǒng)

重載鐵路集疏運(yùn)系統(tǒng)車流都是到卸載段技術(shù)站中，之后直接卸車再裝船運(yùn)輸，或者使用其他運(yùn)輸方式流轉(zhuǎn)到沿線需求企業(yè)卸車。

對(duì)某個(gè)卸車站來(lái)說(shuō)，卸車能力指主要包括卸車線能力、倉(cāng)儲(chǔ)能力、相鄰輸運(yùn)線路疏松及卸車能力的最小值，也就是：

3 實(shí)證分析

某集團(tuán)為將煤炭生產(chǎn)銷售、煤制油、發(fā)電和煤化工、港口、鐵路等運(yùn)輸服務(wù)作為主要業(yè)務(wù)的綜合性大型能源企業(yè)，鐵路運(yùn)輸屬于集團(tuán)運(yùn)銷一體化經(jīng)營(yíng)過(guò)程中的主要環(huán)節(jié)。為了使鐵路運(yùn)行能力得到進(jìn)一步的提高，鐵路使用擴(kuò)大列車密度，開(kāi)行萬(wàn)噸列車，使用大容量貨車和機(jī)車交路延長(zhǎng)等措施，從而提高鐵路運(yùn)能。但是因?yàn)樗犺F路分裝車站點(diǎn)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)比較低，而且缺乏設(shè)備合理設(shè)計(jì)，開(kāi)行萬(wàn)噸列車整列裝車的比較低，對(duì)鐵路運(yùn)輸組織效率得到了制約。為了解決此問(wèn)題，不僅要對(duì)貨運(yùn)組織方式進(jìn)行改革，還要重視貨運(yùn)技術(shù)管理[5]。

重載運(yùn)輸集疏運(yùn)系統(tǒng)車流方案優(yōu)化問(wèn)題也是帶約束的工件排序問(wèn)題，通過(guò)相應(yīng)算法求解，使目標(biāo)函數(shù)及約束條件成為抗原，使問(wèn)題解成為抗體，解優(yōu)劣程度利用親和度函數(shù)實(shí)現(xiàn)判斷。重載鐵路車流組織方案中具有多變量，主要包括列車在各站的到發(fā)時(shí)間、裝卸站配送順序、分解和組合系數(shù)等，求解困難。但是使用免疫科隆算法中的一維向量編碼，將其優(yōu)勢(shì)充分的發(fā)揮出來(lái)。對(duì)重載鐵路集疏運(yùn)調(diào)度系統(tǒng)作業(yè)流程表示，裝車區(qū)編組站及卸車區(qū)編組站列車出發(fā)順序?yàn)橹剌d鐵路車流組織中的重點(diǎn)，在對(duì)出發(fā)列車作業(yè)時(shí)間地點(diǎn)和出發(fā)順序進(jìn)行確定之后，編碼方案就能夠表示成為一維向量：

5.4 小區(qū)與地鐵站的間距每增多1千米，住宅價(jià)格減少356元/m2；小區(qū)與主干道的間距每增多1千米，住宅價(jià)格減少59元/m2；小區(qū)與商業(yè)中心的間距每增多1千米，住宅價(jià)格減少447元/m2；小區(qū)與中學(xué)和幼兒園的距離每增多1千米，住宅價(jià)格分別減少394元/m2和4145元/m2；小區(qū)與醫(yī)院的間距每增多1千米，住宅價(jià)格減少721元/m2；居住區(qū)與海岸線的間距每增多1千米，住宅價(jià)格減少603元/m2；平均綠化率每增多1%，住宅價(jià)格增加4275元/m2；平均容積率每提升1%，房?jī)r(jià)減少163元/m2。綠化率是影響住宅價(jià)格最大的因素，主干道則是對(duì)住宅價(jià)格影響最小的因素。

一般免疫克隆算法使用進(jìn)化代數(shù)成為算法終止條件，但是確定進(jìn)化代數(shù)為以問(wèn)題規(guī)則反復(fù)測(cè)試，魯棒性比較差。使用計(jì)算種群平均適應(yīng)度，對(duì)算法是否終止進(jìn)行確定，在種群平均適應(yīng)度變化比較小的時(shí)候，算法較為收斂，能夠?qū)ふ覞M意解并最終得到滿意的收斂精度。

在收斂精度比預(yù)設(shè)值要小的時(shí)候，終止算法。要不然表示算法不收斂，就要重新設(shè)置算法[6]。

免疫克隆算法的步驟為：

（1）初始化參數(shù)，實(shí)現(xiàn)抗體種群N 的隨機(jī)產(chǎn)生。

（2）對(duì)種群參數(shù)和抗原親和力進(jìn)行計(jì)算。

（3）以克隆競(jìng)爭(zhēng)的策略，使高親和力及低抗體濃度的抗體實(shí)現(xiàn)克隆操作，得出規(guī)模為N（e）的抗體種群。

（5）使全部抗體濃度從大到小排列，將高濃度抗體刪除，對(duì)N 種群規(guī)模進(jìn)行保證。

（6）使高親和力的抗體作為最優(yōu)解，對(duì)是否滿足算法終止條件進(jìn)行判斷，如果滿足，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)解的輸出；如果不滿足，返回第二步[7]。

最后，對(duì)鐵路集疏運(yùn)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行分析，研究的步驟為：將鐵路集疏運(yùn)系統(tǒng)劃分成為A1、A2 和A2 三個(gè)事件，分別代表輸運(yùn)、通道及疏運(yùn)故障模塊。以狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖創(chuàng)建馬爾可夫轉(zhuǎn)移矩陣P：

表1 為可靠度的計(jì)算結(jié)果。

表1 可靠度的計(jì)算結(jié)果

從表1 可以看出來(lái)，某鐵路集疏運(yùn)系統(tǒng)具有較高的可靠性，運(yùn)算靈活性較高，滿足鐵路集疏運(yùn)系統(tǒng)需求，系統(tǒng)獲得精準(zhǔn)數(shù)據(jù)較為簡(jiǎn)單[8]。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析重載鐵路集疏運(yùn)系統(tǒng)特點(diǎn)，給出疏運(yùn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)內(nèi)容，對(duì)集疏運(yùn)子系統(tǒng)能力進(jìn)行分析，并且實(shí)現(xiàn)市政研究。這不僅能夠有效滿足運(yùn)輸目標(biāo)，還能實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸及集輸運(yùn)子系統(tǒng)的擴(kuò)能改造，從而使其滿足未來(lái)發(fā)展需求。