考慮運(yùn)輸主體公平性的列車運(yùn)行調(diào)整優(yōu)化模型.pdf

1、為鞏固并提高鐵路運(yùn)輸競爭力，鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)需要保證運(yùn)輸服務(wù)的準(zhǔn)時(shí)性、可靠性和高效性，相關(guān)的鐵路運(yùn)輸管理研究在世界范圍內(nèi)引起了廣泛關(guān)注。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，鐵路尤其是高速鐵路的不斷建設(shè)與開通運(yùn)營，人民生活水平和列車運(yùn)行速度不斷提高，人們對旅行時(shí)效性的要求逐漸得到滿足，同時(shí)對列車運(yùn)行的準(zhǔn)時(shí)性和可靠性的要求變得越來越突出。
　　在鐵路運(yùn)營過程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種隨機(jī)擾動(dòng)影響圖定列車區(qū)間運(yùn)行時(shí)分、等待和出發(fā)作業(yè)等情況，使得列車運(yùn)行秩序偏離初始

2、列車運(yùn)行圖，這時(shí)就需要列車調(diào)度員采取適當(dāng)?shù)恼{(diào)度措施來使列車運(yùn)行秩序恢復(fù)正常，實(shí)現(xiàn)按圖行車。列車運(yùn)行調(diào)整對確保列車的準(zhǔn)時(shí)性和可靠性具有重要作用，高效的列車調(diào)度指揮是控制列車晚點(diǎn)產(chǎn)生及其在鐵路網(wǎng)絡(luò)上的傳播，從而保證列車在整個(gè)路網(wǎng)上有序運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行安全、高效、可靠和正點(diǎn)的根本途徑。
　　另外，在市場經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的條件下，為了適應(yīng)鐵路“政企分開、政資分離”的改革趨勢，滿足運(yùn)輸主體的競爭需求，迫切需要針對基于公平性的列車運(yùn)行調(diào)整優(yōu)化理

3、論與方法進(jìn)行研究，在考慮運(yùn)輸主體競爭公平性的基礎(chǔ)上，優(yōu)化列車運(yùn)行調(diào)整方案。不僅針對引入競爭機(jī)制將鐵路企業(yè)推向市場之后，即使是在現(xiàn)階段，中國鐵路總公司協(xié)調(diào)各鐵路局的列車調(diào)度工作過程中也需要公平對待各鐵路局。
　　本論文在借鑒既有研究成果的基礎(chǔ)上，研究考慮運(yùn)輸主體公平性的列車運(yùn)行調(diào)整優(yōu)化模型。根據(jù)考核對象的不同，這里的運(yùn)輸主體可以代指列車個(gè)體、運(yùn)營公司（在國內(nèi)代指鐵路局）或旅客，而運(yùn)輸主體的公平性則是從延誤時(shí)間或延誤懲罰費(fèi)用角度來衡量

4、。
　　本論文主要進(jìn)行了以下五項(xiàng)工作:
　　(1)簡述了當(dāng)前我國鐵路的運(yùn)營現(xiàn)狀和改革趨勢，以及國外“網(wǎng)運(yùn)分離”模式下，多個(gè)運(yùn)輸主體競爭的鐵路運(yùn)營現(xiàn)狀，明確了研究考慮運(yùn)輸主體延誤公平性的列車運(yùn)行調(diào)整問題的迫切性和重要意義。
　　(2)分析了國內(nèi)外列車運(yùn)行調(diào)整問題的相關(guān)研究成果，并總結(jié)了該領(lǐng)域的研究趨勢。分析了列車開行方案設(shè)計(jì)與列車運(yùn)行圖編制過程中，保證公平性的相關(guān)措施與方法，以及在航空交通管理領(lǐng)域，為公平分配進(jìn)出港航路資

5、源，保證各航空公司航班延誤公平性的相關(guān)研究工作。
　　(3)對列車運(yùn)行調(diào)整問題進(jìn)行了分析，包括在運(yùn)營過程中可能產(chǎn)生列車初始延誤的原因及其分類，列車運(yùn)行調(diào)整的作用、特點(diǎn)、目標(biāo)、基本措施及其與列車運(yùn)行圖編制問題的區(qū)別。
　　(4)基于網(wǎng)絡(luò)流理論與積聚變量理論建立路網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施描述模型，并在該描述模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建考慮運(yùn)輸主體延誤公平性的列車運(yùn)行調(diào)整優(yōu)化模型，包括將運(yùn)輸主體延誤公平性作為柔性約束（在目標(biāo)函數(shù)中考慮）的模型(P1)和將運(yùn)

6、輸主體延誤公平性作為剛性約束（在約束條件中考慮）的模型(P2)。
　　(5)基于一個(gè)小規(guī)模的虛擬鐵路網(wǎng)絡(luò)，對所提出的優(yōu)化模型的性能進(jìn)行分析。隨后，基于京滬高鐵和荷蘭局部鐵路網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)例分析，通過改變使用的模型以及模型的相關(guān)參數(shù)設(shè)置（如權(quán)重、列車單位時(shí)間延誤成本等），來研究模型的敏感性以及列車運(yùn)行調(diào)整公平性的影響因素。主要實(shí)驗(yàn)包括:1）對比考慮公平性與未考慮公平性的模型求解結(jié)果，說明模型中公平性約束條件的有效性;2）將優(yōu)化模型求解結(jié)

7、果與列車先到先發(fā)(FIFO)、按圖定列車順序發(fā)車的調(diào)度規(guī)則所獲得的結(jié)果相對比，衡量并評估優(yōu)化模型求解結(jié)果的質(zhì)量;3）對比服從不同的列車初始延誤分布的模型求解結(jié)果，研究列車的初始延誤對列車運(yùn)行調(diào)整公平性的影響;4)采用多種組合的權(quán)重值，分析模型求解結(jié)果對權(quán)重的敏感性;5）改變初始列車運(yùn)行圖中運(yùn)輸主體的公平性，研究其對列車運(yùn)行調(diào)整公平性的影響;6）對比柔性約束與剛性約束的效果，分析兩種建模方法的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn);7）分析改變列車運(yùn)行路徑的調(diào)度措施

8、對于提高求解結(jié)果質(zhì)量的作用;8）改變不同類型列車的單位時(shí)間延誤成本，研究列車單位時(shí)間延誤成本對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。
　　本論文通過大量實(shí)驗(yàn)算例，驗(yàn)證了所提出模型的可行性及其對實(shí)際情況的適用性，與列車先到先發(fā)(FIFO)、按圖定列車順序發(fā)車的調(diào)度規(guī)則所獲得的結(jié)果相對比，模型可以獲得較高質(zhì)量的解。通過實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)，模型在保證運(yùn)輸主體公平性的同時(shí)，其延誤懲罰費(fèi)用也會(huì)不斷增加，即保證運(yùn)輸主體的公平性需要造成額外的延誤懲罰費(fèi)用。實(shí)驗(yàn)還證明了運(yùn)輸