2016年铁路树枝形专用线-兰州交通大学.doc
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1、兰州交通大学毕业设计(论文)摘要本论文总结了在铁路树枝形专用线取送车作业问题优化方面取得的研究成果,对铁路与企业生产活动中的树枝形专用线取送车作业的重要性与意义做了介绍,简述了中间站相关作业及中间站基本站型布置,介绍了中间站的线路设备。对中间站进行了分类,并对中间站专用线所在位置与朝向等进行了详细的说明。对取送车作业的模式和顺序进行了描述,对取送车问题的分类进行了分析,并对树枝形专用线取送车作业问题进行了讨论。本论文从铁路与企业、统一技术作业过程的主要内容和重要性、取送车作业的主要内容和作业模式以及取送车作业问题的分类等几个不同的方面,阐述了本论文主要研究的问题,即铁路带有技术特点的中间站树枝
2、形专用线取送车作业问题优化。随后,本论文对带有技术特点的中间站的树枝形专用线取送车作业做了由浅入深的分析,并结合带有技术特点的中间站调车作业的特点建立了相应的数学模型和设计了回溯算法,通过对算例进行求解验证了回溯算法的可行性。关键词:树枝形专用线;中间站;取送车;回溯算法;ABSTRACTThis paper summarizes the special line of railway branches take shape in the research results send a car homework problems made optimizing, the importance
3、and meaning of production activities, railway and enterprises in the tree shaped special line the delivery vehicle were introduced, the intermediate station operations and intermediate station base station layout, the line equipment intermediate station. The intermediate stations are classified, and
4、 the intermediate station dedicated line position and orientation in detail. On the mode and order the delivery vehicle is described, the classification of delivery vehicle for the problems are analyzed, and the branch shaped sidings the delivery vehicle is discussed. This paper from the railway and
5、 enterprise, unity of technological process, main content and importance of the delivery vehicle main content and mode of operation as well as the delivery vehicle classification of issues in several different ways, this paper describes the main research problems, namely with the technical character
6、istics of railway intermediate station branch shaped fetching and delivering vehicle operation optimization. Subsequently, the intermediate with the technical characteristics of the standing tree shaped special line delivery vehicles homework from the shallower to the deeper analysis, and the corres
7、ponding mathematical model is established and the design of the backtracking algorithm combined with the technical characteristics of the intermediate station shunting operation characteristics, is adopted to solve the numerical example to verify the feasibility of the backtracking algorithm.KEYWORD
8、S: Tree-shaped special lines; Intermediate station;Placing-in and taking-out of wagons; Backtracking algorithm35目录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 选题背景11.1.1 现实背景11.1.2 铁路专用线取送车的作用和地位11.2 国内外研究现状21.3 论文的结构和主要研究内容41.4 本章小结52 铁路中间站62.1 中间站的相关作业62.2 中间站的基本站型布置62.3 中间站的线路设备72.4 中间站的分类92.4.1 双线铁路中间站92.4.2 单线铁路中间站12
9、2.5 中间站的专用线的位置与朝向132.5.1 中间站的专用线的位置132.4.2 中间站的专用线的朝向143 铁路树枝形专用线取送车作业与车站作业163.1 铁路与企业163.1.1 铁路与企业163.1.2 统一技术作业过程163.2 取送车作业163.2.1 取送车作业简介163.2.2 取送车作业模式173.2.3 取送车问题的分类174 树枝形专用线取送车作业优化204.1 树枝形专用线取送车作业基本问题204.2 货物作业线的布局204.3 中间站取送车作业模式224.3.1 中间站的取送车作业224.3.2 中间站的取送车作业模式224.4 中间站专用线的取送车顺序234.5
10、中间站树枝形专用线取送车作业的优化算法244.5.1 建立模型254.5.2 算法的设计264.5.3 算例27结论311 研究结论312 展望31致谢33参考文献341 绪论1.1 选题背景1.1.1 现实背景铁路运输是我国大交通运输体系中的重要运输方式,是我国国民经济的大动脉,它对发展社会经济和提高人民生活水平起着重要的作用,铁路运输的快速发展,是我国社会经济快速发展的重要途径之一,其中提高铁路运输效率的关键问题是提高铁路货车的利用率。货车集结、空车走行率以及企业专用线与铁路车站取送车和装卸作业问题是提高货车利用率问题主要问题。我们需要通过合理的车辆的集结、组织装卸作业以及取送车作业提高车
11、辆利用率。取送车工作和装卸作业紧密联系,也就是说与生产单位有简接的联系。及时取送车是货物的及时装卸以及车辆的及时挂运的优越条件,对货物送达速度、流动资金、经济建设有着直接的影响。反之取送效率低下,会延误装卸,耽误列车,发生事故,导致经济建设的重大的损失。此外,我国铁路运输需求非常巨大切超过其供应能力,因此计划和组织好装卸作业和取送车作业,是充分利用既有铁路与企业的装卸和调度能力的重要基础,在既有设备的基础条件下,充分发挥各设备的能力,不仅是提高运输效率和效益的重要途径,也是运输组织管理的重要任务。车辆取送作业铁路运输的一项重要工作,取送车系统是铁路车站调度系统的子系统,出发列车的正点率、车辆周
12、转时间和其它运输生产指标都受取送车系统效率的影响。优质的取送车作业计划是高效合理的取送车这样的保障。系统的分析取送车工作的作业过程、协调系统内部各要素之间的关系使其与铁路车站调度系统其他子系统相联系、分析取送车系统和路网之间的关系是编制优质的取送车作业计划的重要途径。取送车系统中的相关问题统称为取送车问题,他的实质就是一个组合问题,因此已取得的组合优化理论成果能为取送车问题的建模和构造方法提供更好的参考和借鉴。1.1.2 铁路专用线取送车的作用和地位1)、铁路专用线具有广阔的发展空间铁路专用线是指由企业或者其它单位管理的与国家铁路或者其他铁路线路接轨的岔线。铁路专用线和专用铁路都是由企业或其他
13、单位修建的,主要是为企业内部运输服务的。铁路专用线与专用铁路不同的是,专用铁路1一般都自备动力,自备运输工具、系统的运输组织,目的是为在企业内部形成适合企业自身需要的运输生产程序;而铁路专用线则仅仅是一条线路,其长度一般不超过30公里2,其运输动力是与其接轨铁路车站的动力。我国几乎所有的大型的装卸车站与大型企业由铁路专用线衔接,并将逐步合并和关闭吞吐量小的车站,将区域货源集中起来,建设大型装卸车基地等措施,铁路专用线会有更大的发展空间。2)、铁路专用线是铁路运输的重要场所铁路专用线不仅为企业提供服务,同时也是铁路运输组织生产的重要场所。目前,铁路组织运输的大宗货物几乎所有的都是在铁路专用线上完
14、成装卸作业的,部分铁路专用线还采取对外租赁和共用等措施来吸引周围货源,这样不仅起到集散货物的作用,而且起到货物蓄水池的作用,实现了国家铁路和企业单位的共赢。 3)、铁路专用线是我国铁路网的重要组成部分铁路专用线的修建是为了解决铁路与企业或企业内部的运输需求,但也是我国铁路网的重要组成部分,专用线取送车作业是铁路货运站与货物作业量较大的技术站的一项重要作业,其效率的高低直接影响到列车出发的正点率、车辆的周转时间、其他运输生产指标。因此,加强管理专用线,做好路企协作,是确保行车和货物运输安全、加速车辆周转、提高管理水平与工作质量以及增加路企经济效益的重要保障。4)、专用线取送车作业计划的合理制定和
15、完成是铁路车站的主要任务制定科学高效合理地取送车作业计划是铁路车站调度的主要工作之一。铁路车站调度员将通过综合装卸作业计划、到发作业计划、到发线占用计划等,安排合理的取送顺序和取送车的时机,达到有效的缩短待取送和待发等非生产停留时间的目的,提高车辆运用率。因此,合理制定以及完成专用线取送车作业计划是铁路车站的主要任务之一。1.2 国内外研究现状取送车系统作为铁路车站调度系统的组成部分,其在铁路车站组织工作中起着重要的作用,因此,为提高铁路专用线取送车作业的效率,在上世纪五十年代我国铁路运输领域的专家就开始研究取送车问题,并取得了巨大的成果。建国初期,苏联取送车作业模式的统一的技术作业过程是我国
16、取送车作业的主要依据。这时还没有进一步研究作业组织的理论和方法,主要研究铁路车站和铁路专用线在统一的技术作业过的中的配合。1956年,我国著名的铁路运输专家学者马许3首次以书面形式提出取送车的概念,为研究取送车作业系统奠定了理论基础,并提出了宝贵的研究意见。上世纪八十年代,随着我国铁路货物运输的快速发展,使得与之联系密切的取送车问题引起了广泛的重视,对去送车问题的研究由此进入了第一个高峰专家学者对这个问题进行更加细致的理论研究。 郑时德等4对取送车问题进行了细化,确定了取送车作业问题优化的基本原则,并且提出了一些新的研究方向。杨明伦、高资5探讨了取送车的模型和算法。徐忠明、孔庆紟6仔细研究直达
17、列车取送顺序问题,并初步引入了排序论思想。顾守淮7运用分支定界法解决了取送车的顺序问题。韩延桂8研究了货物作业和货物运输的关系,综合分析了铁路车站和取送作业之间的协作关系。直到上世纪90年代后期,随着各种优化算法和启发式方法的发展,迎来了取送车问题的研究的第二次高峰,并一直延续到今天。王慈光9分析了非直达车流连送带取(包含单送、单取)的情况,并提出了新的优化目标。杜文、李文权10对调机送后等取、单送和送后再取作业模型研究后,建立了铁路数枝形专用线取送车问题的图论和排序论数学模型。宋建业11提出了直达列车多点装卸取送顺序优化的数学模型。关镇东【12】提出了按站场规模和按车站实际货物作业车数配置担
18、当取送作业调车机的两种基本方法,并在实际中运用,取得了良好的效果。余少鹤、李夏苗13运用启发式方法求解取送车的图论模型,取送车问题的研究又提高了一个水平。从此,取送车问题的研究主要集中在了算法的改进。例如,李智14引进了启发式算法;赵洋、方晓平15应用多目标决策中的层次分析法选择最优的的取送车作业计划;谢金宝16提出了不利方案的判断条件和基于枚举法的中断时间方案筛选法;王雅琳17提出用遗传算法求解“送取分离”模式下的取送车顺序问题。而靳磊18对树枝型专用线取送车顺序的问题进行了细致的总结和探讨。在模型构造方面,石红国、黄向荣19有所突破,将树枝型专用线取送车顺序问题转化成求哈密尔顿中权值最小的
19、哈密尔顿回路的问题,取得了显著的效果。由于国内外铁路在方法论方面的发展模式各不相同,而且面对的实际情况也不相同,因此国外的研究成果可供借鉴并直接应用的并不多。但是国外专家学者对排序论、图论以及算法等领域的研究也非常重视,并取得了非常丰富的研究成果,尤其是在排序论和启发式算法方面对于取送车作业模型的构造和求解产生了巨大的影响。铁路专用线取送车问题优化是实际问题,即没有具体可行的数学模型,但是它是明显的顺序问题,如列车到发时间的先后顺序、取送车顺序、列车编组顺序等,广大专家学者对此产生了浓厚的兴趣。排序问题应用非常广泛,无论是国防、大交通运输体系、工程建设还是工农业生产都可以运用它的影子。排序问题
20、就是对不同的工作任务制定执行顺序和作业时间,使得达到预定的最优目标。由于排序问题在生活的广泛应用,因此在仅有的60年内取得了飞速的发展。上世纪五十年代初,S.M.Johson20提出了求解流水车间、两台机器下使得最终完工时间最小排序问题F2|Cmax的算法,拉开了研究排序问题的序幕。一直到上世纪六十年代,排序问题的广泛应用被人们发现,开始大量投入研究,但是突破和进步却很缓慢。由于单纯形法解线性规划问题的广泛应用,引起了人们寻找解决一些组合优化问题(包括排序问题)的方法。在当时将一个简单的排序问题转化为有几百个0-1变量的整数规划问题几乎是不可解的,因此是的排序算法的研究是非常缓慢的,到了上世纪
21、七十年代后,随着计算机技术的迅速发展,以及专家学者对排序问题研究经验的积累,由此排序轮的求解有了年进一步的发展。尤其是,S.C.Cook21等提出的算法复杂性理论,对排序问题的研究有了强大的动力。人们通过问题的复杂性进行分类发现排序问题有一个明显的特点,即从容易问题P类向困难问题NP类的过度十分显著,从此,排序论在计算复杂性理论中有了一个重要的位置。排序问题在生活中的广泛应用,在每一个领域几乎都会出现,这些问题或与空间位置有关或与时间有关,特别是在时空综合的排序问题中更是层出不穷。因此排序问题引起各个领域专家学者的高度关注。一直到今天几乎所有的排序问题的研究思路还是上世纪七十年代的思路,即一方
22、面应用动态规划和分支界定法进行对理论最有算法的研究;另一方面利用启发式算法对实际问题进行研究。例如,B.B.Simons22进一步研究多机排序问题;E.M.Arkin和E.B.Silverberg23对确定开始时间和结束时间的单机排序问题进行了研究;C.Y.Lee和C.L.Li24深入研究了固定间隔时间的排序问题;V.R.Dondeti和H.Emmons25对有两类作业过程的单机排序问题;S.Webster和K.R.Baker26对单机组成排序问题进行了研究。此外,我国著名学者林诒勋27-30对铁路运输组织和排序论结合进行研究,对排序论在铁路运输组织的运用进行深化,开拓了求解铁路问题新的思路。
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