鐵路物流運輸線路智能規劃方法研究

文/王蕾

本文將研究鐵路物流運輸線路智能規劃方法，以期為提高鐵路物流運輸能力，降低鐵路運輸成本而提供技術上的支持。

1.鐵路物流運輸線路智能規劃方法研究

1.1 影響鐵路物流運輸的因素分析

由于當前鐵路的客運運輸在正常的鐵路運輸系統中的重要性權重最高，因此影響鐵路物流運輸的因素的最主要因素之一是鐵路運輸不能對客運運輸線路的運行造成干擾。即鐵路物流運輸時，在某一條線路上的運行時間，在車站的裝卸停留時間都需要在一定的范圍內。如果超出該時間范圍，承擔物流運輸的貨運列車可能需要停車等待[4]。

1.2 建立鐵路物流運輸線路規劃模型

根據上文分析的影響鐵路物流運輸的因素，結合實際的我國鐵路物流發展的具體情況，以總運輸成本最小為線路規劃的具體目標，建立鐵路物流運輸線路規劃模型。下式為本文建立的鐵路物流運輸線路規劃模型的目標函數[5]：

其中，CT為鐵路物流運輸運行的綜合成本；Ca為鐵路物流運輸的距離成本；Cy為單位距離鐵路物流運輸線路的維護成本；Cm為鐵路物流運輸的裝載成本；c（t）為未在規定期限送達的懲罰成本。

鐵路物流運輸線路規劃是一個實際問題，隨著我國鐵路運輸的建設，鐵路物流運輸需要充分考慮實際的鐵路運輸情況。因此本文建立如下的鐵路物流運輸線路規劃模型的約束條件。

上式中，xij代表鐵路物流運輸線路兩個區段節點i與j之間的線路選擇，若取值為1，則選擇eij，否則為0[6]。g為區段鐵路物流運輸線路的計劃運輸承載量；Lmax為區段內鐵路線路的最大運輸承載量；lij為通過線路eij的貨物運量；Q為貨物列車的平均編成輛數；nij為節點i與j之間區段的通過能力；Nij為線路eij上的最大通過能力；aijm為線路上的關聯矩，取值為1時，規劃運輸線路包含eij；Nij'已占用的線路運輸容量；xij（t）為使用所選擇的路徑進行運輸時，通過該區段的時間；xij（max）為允許通過所選擇的區段最大運輸耗時。

1.3 實現鐵路運輸線路智能規劃。本文采用遺傳算法對上文建立的鐵路物流運輸線路規劃模型進行求解，從而得到最終的智能規劃的最優鐵路運輸線路。本文采用適應度比例法和最佳個體保存法來進行選擇操作。這樣的操作方法可使上一代選擇出的最優個體不被破壞，適應度較大的能夠保存到下一代群體，操作方便。代碼格式為二進制編碼。本文將個體適應度，種群平均適應度，以及種群最大適應度聯系起來，將變異概率和交叉概率在每一代中都進行計算。第n代的交叉和變異概率為：

上式中，Rn是最大交叉概率；km第n-1代群體中個體的最大適應度，k為當前個體的最大適應度；kav是平均適應度；Mn是最大變異概率。在滿足約束條件的情況下，由各區段運輸線路的部分最優個體組成初始種群。計算種群中各個個體的適應度，并采用多盤輪方法進行選擇操作，將適應度最高的個體直接復制到下一代。根據上式計算出個體的變異概率，生成隨機數，如果該數大于變異概率，則對該個體進行變異操作。在操作過程中，采用互換變異。判斷是否達到終止條件或最大遺傳代數，評價個體并將每一代中所保存的最優個體和最終的最優個體聯合比較，選出適應度最大的個體。將最終的最優個體的參數解碼后輸出，即可得到最優的鐵路物流運輸線路。

2.仿真實驗研究。

上文提出了鐵路物流運輸線路智能規劃方法，考慮到該方法的未來應用背景，本節在將方法推廣應用前，利用計算機仿真相關理論對該方法的有效性與可行性進行仿真實驗分析。通過仿真實驗驗證該線路智能規劃方法是否存在設計上的缺陷，以便于及時糾正、優化存在的缺陷。

2.1 實驗內容說明。將本文設計的物流運輸線路智能規劃方法與傳統的物流運輸線路規劃方法進行對比，通過直觀比較不同方法的規劃效果，來衡量本文方法的實際意義。實驗選取不同方法規劃后的鐵路物流運輸線路的總長度、運輸車輛從目的地到終點的車輛運行時間作為對比指標。

2.2 實驗數據與分析。下表1～3分別為鐵路運輸線路啟用比例分別為50%、70%、95%條件下，使用不同線路規劃方法規劃的運輸線路進行鐵路物流運輸時，物流運輸線路的總長度、運輸車輛從目的地到終點的車輛運行時間對比情況。比較分析三表中的數據，得出最終的實驗結論。

表1 50%運輸線路啟用比例的仿真結果

分析上表1中的數據可知，在鐵路運輸線路啟用比例為50%的情況下，本文方法規劃的鐵路運輸路線較傳統方法規劃的運輸路線總距離較短，但是鐵路運輸的總時間之間的差距較小。

分析上表2中的數據可知，在鐵路運輸線路啟用比例為70%的情況下，本文方法規劃的距離仍小于傳統方法規劃的線路運輸距離。與傳統方法先比，本文的運輸總時長的幅度較短。本文方法規劃后的路徑平均車輛運行時間為17.49h，傳統方法規劃后的路徑平均車輛運行時間為21.99h，相比傳統方法運輸效率提升了20.4%。表明，本文方法能夠借助運輸線路啟用比例增大的優勢，提升運輸能力，提高運輸效率，減少等待時間。

表2 70%運輸線路啟用比例的仿真結果

分析上表3中的數據可知，在鐵路運輸線路啟用比例為95%的情況下，本文方法規劃的路線總距離較傳統的鐵路運輸線路規劃方法的總距離明顯縮短。并且本文方法規劃的鐵路車輛運行時間縮短，說明本文方法能夠在滿足鐵路客運的基本要求前提下，最大程度上的提升鐵路物流運輸的效率與承載能力。對比分析表1～表3可知，隨著鐵路運輸線路啟用比例增加，各個方法規劃的鐵路運輸線路的總長度均出現不同程度的縮減，在不考慮其它因素對鐵路運輸線路規劃的影響，本文方法規劃的鐵路物流運輸線路仍是總長度最短，運輸用時最少的。總結以上的仿真實驗數據分析內容，本文提出的鐵路物流運輸線路智能規劃方法能夠提升鐵路運輸的單次時間，提升了鐵路的運輸能力。按照本文方法規劃的鐵路物流運輸路線進行運輸，有效縮短了整體的運輸里程，減少了物流運輸的距離成本，進而提升了鐵路物流運輸的效益。

表3 95%運輸線路啟用比例的仿真結果

3.結束語。

本文研究了鐵路物流運輸線路智能規劃方法，利用該方法實現了在當前實際鐵路運輸背景限制下，對鐵路運輸能力的最大程度開發。通過仿真實驗對所提出的線路規劃方法進行了測試，驗證了該方法的實際有效性。在未來的研究中，仍需進一步結合實際的鐵路運輸工作對所提出的物流線路規劃方法進行優化提升。