浅析信息化铁路空车调整方案
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[摘 要]针对目前铁路空车调整方案制定仅依靠静态思想和人工经验的局限性，分析空车调整随货物运输需求变化和车流接续波动的动态特性，以最大限度地满足铁路货物及时装车为目标，基于信息化的数据分析处理与计算机智能优化技术，提出铁路空车动态调整决策系统的框架设计与优化方法，从而为实现空车资源的有效配置和最大利用提供决策支持。
中图分类号：TP169 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0338-01
空车调整是为了合理分布运用车和保证装车需要而进行的车流调整方法，空车调整对全路车辆分布具有重大影响。随着铁路运输市场化进程的加快，货物装车需求以及车辆周转的动态特性在制定日常调度计划中的决定性越来越突出，而传统的静态方法在日常空车调整中表现出极大的局限性。
1问题概述
我国的铁路空车调整可以根据空车流性质分为路网级的空车调整，即集团公司分界口的排空调整，以及区域级的空车调整，即集团公司管内的配空调整。
首先，由铁路总公司来规定各集团公司分界口分车种的排空方向和排空流量，而后集团公司在接收到排空命令后，以满足分界口的排空要求和本局管内的装车需求为目标，编制管内空车调整方案。
2空车调整的动态特性分析
“实货制”条件下，一定程度上货物运输依赖于市场变化，所以随之空车调整也将表现出明显的动态特性，主要表现为：（1）装车需求的动态变化。虽然长期来看，日均的装车需求相对稳定，或表现出一定的周期变化特点，但从短期来看，货物运输市场不断变化，每日的装车需求也并非维持在一个均值附近，而是表现出较大的波动特性。（2）空車供给的动态变化。重车卸后产生空车，因而路网上空车流的分布与流量是由重车流决定的，而重车自装车到途中运输再到卸车的一系列组织过程，都具有一定的时变性，这种变化也必将传递给空车的产生和配送。（3）空车运输组织的动态变化。不同车种空车的需求情况、同一去向的重空车流强度、图定的行车能力等多重因素，都将导致空车运行的动态性和随机性。因此，空车调整的动态特性使得车流组织更加复杂、难以合理把握和控制。
3铁路信息化建设对于空车动态调整的意义
随着我国铁路运输管理信息系统（TMIS）的不断完善，铁路运输管理的信息化进程也在逐步加快。铁路信息化极大地推进了铁路运输的现代化进程，并为铁路空车资源的动态优化配置提供了技术支撑，进一步增进了空车动态调整的可行性。
运输组织、客货营销、经营管理是铁路信息化的三大应用领域。运输组织领域的信息系统，主要服务于铁路运输的调度指挥、生产作业部门和人员，能够实时追踪车辆的运行信息，涵盖运输生产的各主要环节，将为重车到卸时间（即空车产生时间）的推算提供技术保障。货运营销领域的信息系统，主要服务于铁路市场营销人员和货主，立足于建成铁路电子商务和现代物流系统，从而有利于实时捕捉路网中各站的货运需求，辅以市场需求为导向的营销策略，将为空车的动态优化配置提供可能，也为实现随到随装的“实货制”装车需求奠定基础。经营管理领域的信息系统，主要服务于运力资源、经营资源管理与运营决策支持的部门，能够全方位地为铁路运输调度决策人员提供列车编组计划、运行图、通道运能和运输里程等技术资料，更有利于空车调整优化方案的编制。
4基于信息化的铁路空车动态调整决策方法
4.1集团公司分界口排空方案
作为统筹各集团公司之间运输调度的总指挥，铁路总公司则需根据各个集团公司的次日卸车情况以及装车需求来制定各集团公司分界口的排空计划，以实现全路分车种的空车资源于各集团公司之间的均衡配置。
首先，鉴于以包含3000余站点的全路网为对象进行空车动态调整将导致计算规模的急剧膨胀，本文借助同构支点路网替代全路网，以全路完整网络结构数据为基础，通过历史空车流量数据的比对与分析，选取其中较有代表性的车站作为支点站，并同时确定每一支点站的辐射区域，其中支点站的选取以路网中的重要技术站和大型装卸站为主要基准。
其次，经过分析，铁路空车调整问题本质上即为运筹学中运输问题（TP问题）的变型，因而，最关键的基础数据即为空车的供需数据。出于空车动态调整的计算要求，通过网络化数据库及时提取各个车站带时间参数的卸空车情况和装车需求，并通过区域归并法将支点站吸引区域内其他小站的空车供需量汇集于支点站。
再次，针对空车动态调整过程中空车的送达时限问题，鉴于全路网层面的空车动态调整及分界口排空流量测算是一相对粗放型的轮廓计划，所以基于车流传播的平均旅速推算空车流自卸车站至装车站的运达时间即可满足精度要求。
最后，通过信息化的数据分析处理技术，由实时数据提取计算所需的参数后，即可运用计算机智能优化求解技术对大规模铁路网的空车动态调整问题进行分析计算，从而获取决策日全路网层面不同时段的空车动态调整方案。
4.2集团公司管内配空方案
集团公司管内的空车调整，在分界口排空计划的指引下，结合技术计划中本局管内各站的装车计划，从而制定一日的配空指标。对此，基于信息化的分析与测算技术，结合列车编组计划与运行图的数字化解析，提出集团公司管内空车动态调整系统模块的设计思路，进而实现集团公司管内空车资源的动态分配。
首先，虽然相比于全路网，集团公司区域路网的网络规模小一个数量级，但仍含盖了数百个货运营业站点，计算的复杂性依然较高。对此，我们仍采取以代表点作为支点站的同构替换方法。
其次，空车需求数据、即装车数据的获取仍为借助网络请车平台获取及时的装车需求。而空车供给数据的获取则更为精细化，局管内产生的空车包括本局到卸后产生的空车，也包括外局移交的空车，通过数字联网的列车确报信息库，分析管内卸车和即将接入管内卸车的列车中的车辆信息，推算列车的解体及到卸时刻，从而使得空车产生数据更为精确。
再次，数字化解读列车编组计划和运行图两大指导列车运行的基础性技术文件，分析每一列车编组去向的吸引范围以及划归为该去向的列车运行线分布情况，根据空车的产生站、车种、产生时刻等信息推断空车所能编入的列车车次以及可能的空车配送去向，进而精确获取空车配送至各装车站的时刻。
最后，以运行图中连接主要支点站间的列车运行线为框架构建时空网络，并结合各站的空车供需数据，借助于计算智能优化技术，实现时空网络中不同车种空车的流量分配，进而完成集团公司管内空车的动态调整，并系统展示细化至具体时刻的空车调整方案，从而为集团公司调度人员的空车实时调整决策提供技术支持。
5结论
铁路车辆的合理运用对于铁路货物运输效率的提高具有重大的促进作用，而路网空车的调整则是车辆周转过程中的重要环节。传统的空车调整方法受限于信息化技术的滞后，仅局限于静态方法和人工经验。而随着近年铁路信息化建设的快速发展，逐步完善的技术设施也为自动化的空车动态调整提供了支撑平台。
本文结合我国铁路运输组织过程中空车调整计划的编制需求，基于信息化的数据分析与智能优化技术，分两级分别对空车的动态调整提出了解决思路和系统设计框架，分别给出了全路空车动态调整（即集团公司分界口排空流量有效测算），以及集团公司管内空车动态分配的优化方法，为铁路运输日常调度的计划编制提供了决策支撑。
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