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铁路货物空车调配研究综述#
程学庆*
(西南交通大学交通运输与物流学院,成都610031)
5摘要:从理论上对铁路空车调配问题进行研究并构建数学模型,以此求解最优的空车调配方
案,对提高铁路货物运输服务质量和铁路企业运营效益等具有重要的意义。文章是对铁路货
物空车调配研究的综述,归纳并分析铁路空车调配的研究历程及国内外对此问题研究的现
状,在分析存在问题的基础上提出了研究方向。
关键词:综述;铁路空车调配;随机规划;可靠性分析
10中图分类号:U292
AReviewofStudyonAllocationofEmptyRailwayCar
CHENGXueqing
(SchoolofTransportationandLogistics,SouthwestJiaotongUniversity,Sichuan610031)
15Abstract:Itissignificanttofocusontheallocationofemptyrailwaycarintheoryandestablish
appropriatemodelstogaintheoptimalallocationplan,whichhasimportantmeaningforimprovingthe



20ofallocationofemptyrailwaycarisproposedbasedontheanslysisoftheexistingproblemswhichyet
notbesolved.
Keywords:review;allocationofemptyrailwaycar;stochasticprogramming;reliabilityanalysis
0引言
25我国是大陆国家,幅员辽阔,人口众多,资源分布、产业配置衡。矿产资源大都分布在腹地,加工工业多集中在东部沿海,形成大量货物自西向东、
由北至南流动的基本格局。铁路承担着维系国计民生的重要货物的运输任务,作为是我国客
货运输的主力和综合运输体系中的骨干,它承担着全国近60%的旅客运输量和70%货物运
输量。
30由于路网各个车站、分局、铁路局的装卸车数一般是不相等的,为了保证不间断地按日
均衡完成装车任务,必须将卸大于装的地区向装大于卸的地区进行排空,这就是空车调配产
生的原因。空车调配是否合理,对提高铁路货物运输服务质量,降低运输成本、加快车辆周
转等具有重要的意义。铁路货物空车调配问题是铁路运输管理研究部门最为关注和广泛研究
的问题之一,许多学者一直在寻求建立能够反映空车调配过程优化的数学模型。
351国外空车调配问题研究
通过查阅大量外文文献,国外学者对铁路空重车调配研究主要集中在能力富裕条件下,
结合列车径路及编组计划来对路网上空车调配进行综合优化,将不确定性的动态优化模型及
基金项目:教育部博士点基金新教师基金课题(200806131022);中央高校基本科研业务费专项资金
(SWJTU10ZT04)
作者简介:程学庆(1978-),男,江苏连云港人,西南交通大学副教授,博士,从事交通运输规划与管理、
交通运输安全理论及技术、交通运输系统决策与优化、智能交通理论与应用技术、系统科学理论与方法等
方面研究
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算法应用于该问题的研究也较多。进一步归纳分析,可将国外学者在该领域的研究划分为静
态、动态和随机空车调配三个方面。

铁路空重车静态调配研究在早期研究中应用较多,前提是不考虑时间参数,假设一段时
期内的空重车供需情况是稳定的。
Misra通过对铁路货物空车调配问题的性质分析,提出将其看作为“运输问题”来进行
研究,据此建立线性规划模型,并应用单纯形法进行求解[1]。Dejax和Crainic在运输能力富
45裕的前提条件下,论述了铁路空车管理和分配模型[2]。Herren建立了同一路网条件下重空车
流组织的优化模型[3]。Fernandes等以最大化收益为目标函数建立了空车调配线性规划模型,
求解方法同样应用了单纯形法[4]。

铁路空车动态调配是相对于静态调配而言的,它考虑时间参数,强调调配计划应当随着
50时间的推移而变化。
Gorenstein等较早的提出将列车时刻表、重车和空车混合考虑,构建的线性规划模型反
映了空车动态调配过程[5]。Philip等将空车调配问题抽象为各个货物作业车站的“库存问题”,
以此来决定铁路路网上每一车站应该保留或向其它车站提供的空车数量[6]。Ouimet强调应做
好空车供需量的预测,提出空车调配模型应随着供需量的变化而重新修正,建立了“空车库
55存”的概念,以空车走行公里最小化、空车库存数量最小化和服务延误最小化为目标建立了
的调配优化模型[7]。
时空网络技术也较多的应用于国外学者研究中,White等首次提出采用时空网络技术来
研究空车调配问题,建立了以最小空车走行费用为目标函数的线性规划模型[8]。Haghani运
用时空网络技术,对路网上车站作业分成计划期内几个时段,将不同时段的各个车站的时空
60点分为IN点和OUT点,以费用最小为目标,建立车站间空车分配、列车径路选择与编组
计划优化的综合优化模型,在求解该问题时设计了分解启发式算法,但是该算法在大规模求
解上具有局限性[9]。
针对规模效应问题,Joborn等以空车走行费用和技术站费用总和最小化目标,构建了动
态空车调配模型,并应用了禁忌搜索算法进行求解[10,11]。由于铁路空车调配属于大规模求解
65问题,求解往往非常复杂,因此国外一些学者提出采用分阶段优化的策略[12,13]来求解。

随着随机规划理论的发展,铁路空车随机调配研究也已经逐渐成为国外学者所关注的热
点。研究铁路空车调配随机性,能够掌握各种随机因素对调配结果的影响情况。铁路空车调
配具有的随机特征主要表现在三个方面:(1)运输时间;(2)空车供给量;(3)空车需
70求量。
在铁路空车随机调配理论研究方面,Jordan等作出了重要贡献,通过假定铁路空车供给
量与需求量服从正态分布,运输时间服从负二项分布,综合考虑空车走行费用、空车库存费
用、脱销费用和收入,以期望收益最大化为目标函数的非线性优化模型[14,15]。Beaujon等考
虑了不确定性运输需求和旅行时间的动态性质,构建了关于列车编组数量和空车调配的组合
75随机模型。由于计算的复杂性,运输需求和旅行时间相关的随机变量被相应的期望值所代替,
由此得到一个网络优化模型,并应用Frank-Wolfe算法进行求解[16]。Crainic、Ricardo等随
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后也分别构建了空车调配问题的动态随机模型[17-19],推动了铁路空车随机调配理论的发展。
2国内空车调配问题研究
近年来,我国学者也相继对铁路空重车调配问题进行了大量深入的研究,建立了许多模
80型和优化方法。主要集中在大规模空车调配、空车调配与路径的综合优化、重空车流协同优
化研究、空车调配时效性等几个研究领域。

任民和杜文等借助多人合作对策的思想建立了铁路空车调整问题中最小费用合理分摊
的数学模型,比较有效地解决了空车调整中最小费用的合理分摊问题[20]。何世伟针对铁路
85枢纽内的空车调配问题进行了研究,并给出了具体数学模型[21]。
空车调配对车种的忽视已经在很大程度上使得理论优化方案与实际优化决策有所偏差,
因此需要在空车调配模型中考虑车种别因素,并适当地采用车种代用。梁栋等从多车种的空
车调配模型出发,分析车种代用对该模型的影响,以效益最大化为目标函数,构建了多车种
空车调配模型[22]。

随着空车调配问题研究的深入,TP问题作为整数规划问题——典型的NPC问题,在求
解大规模路网上节点空车调配过程中会遇到“维数灾难”。
面对此种困难,出现了两种不同的研究路线:①寻找新的合适的现代优化算法[23-25],
以待解决算法复杂性问题;②通过对路网进行同构变换,采用压缩路网节点的办法来尽量
95降低空车调整优化问题的维数[26,27],从而降低和控制问题的规模。

空车调配数量与路径综合优化,从本质上可以看成为一个有容量限制的最小费用流问
题。林柏梁等研究了铁路网上车流径路的选择优化问题,在充分考虑到真实路网中的车流具
有不同权重的情况下,建立了该问题的0-1规划模型,并讨论了带权重与不带权重两种车流
100径路优化模型之间的关系[28]。张喜等提出了基于流量分配满足最小费用和路径选择满足流
量合理分布的综合评价原则,通过引入知识约束的概念,构造了一个带混合约束的综合优化
模型[29]。程学庆等将空车调配的核心可归结为两个问题:一是空车从供应地调配至需求地
的空车数量;二是空车从供应地调配至需求地所走的运输路径。据此建立了空车调配数量与
路径的协同优化模型,并给出了求解方法[30]。

近年来,我国学者已开始研究铁路重空车流协同优化问题。施其洲建立了路网重空车流
径路优化的多目标线性规划模型[31]。李宗平分析了我国目前重车、空车调配相互分离的缺
陷,提出将装车同卸后排空紧密结合起来建立了空重车综合调整模型[32]。林柏梁构造了路
网重空车流组织的协同优化模型,研究如何把重车流和空车流的改编策略有机地结合起来
110[33]。梁栋提出了基于列车编组计划和按图行车下的连续时间的空重车服务时空网络[34]。该
网络将重车运输和空车运输分开考虑,并借助装卸车作业将两者相关联,重车严格按编组计
划进行列车接续和车流走行,空车则根据需要机动灵活调配。
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目前对铁路空重车调配的研究,一般都淡化了车流的时效性(即车流的时间维)。陈柏
115谦利用时空网络技术建立了空车调配动态优化模型,从加快铁路车辆周转的角度进行求解,
大大减少了空车在车站的停留车小时,在实际算例中取得较好的应用效果[35]。程学庆分析
时效性因素对空车调配的影响,从铁路需求方和铁路企业自身的运输生产两个角度出发,分
别建立基于货主满意度的模糊空车调配模型[36]和基于时间窗的空车调配模型[37],并对这两
种模型进行比较。结合近年来突发性的自然灾害发生频繁的现状,程学庆提出基于模糊综合
120评判方法对应急物资优先权进行了分析,并结合车种代用,构建了考虑应急物资优先权的车
种代用空车调配模型[38]。
3存在的问题与研究方向
对比国外研究前沿,我国学者利用不确定性优化方法来研究空车调配问题还比较少。雷
中林和何世伟等建立了铁路空车调度问题的不确定性模型,通过将随机机会约束转化为相应
125的确定性等价类,并设计了解决问题的遗传算法[39]。程学庆针对以往铁路空车调配优化研
究中对不确定性考虑不足的现状,分析了空车调配存在的随机因素,建立了基于不确定性分
析的空车调配概率模型,并将机会约束转变为等价的确定性约束来求解。分析表明该新模型
更贴近实际应用,同时为铁路空重车调配问题的研究提供了一种新思路[40]。
在铁路空重车调配运输过程中,有多种随机事件可以造成对铁路运输网络系统的破坏,
130并且这些随机事件中有很多是不可避免的,铁路路网的复杂性和全路运输生产的动态变化特
性,决定了获得最优的空车调配计划是一个非常难于实现的问题。系统可靠性分析正是解决
此类问题的一种有效手段,可靠性作为一门新兴的工程学科,用于研究系统所提供的服务水
平的稳定程度。尽管可靠性分析在很多系统中,作为规划、设计及运行的重要组成部分,并
且得到了比较广泛的应用,然而将可靠性分析应用于交通运输领域的研究还比较少。
135综合上述因素,有必要研究铁路空车调配运输过程中不确定性和动态性因素的影响,设
计铁路空重车调配可靠性评估指标,基于可靠性理论来对现有空车调配模型进行修正,并研
制相应的高效启发式算法或混合优化算法。
4结语
目前学者们已从不同角度对空车调配问题展开分析,并取得了较多的研究成果。从铁路
140空车调配的研究层面来看,大部分都集中在对其算法的研究上,已有的一些调配模型往往缺
乏对影响铁路运输网络的随机因素的度量,难以真实、合理地反映铁路货物运输系统的随机
动态性特征。因此急需对铁路空车调配动态可靠性展开研究,将可靠性分析作为一种概率测
度,研究在路网状况改变下的铁路货物运输保障水平具有重要意义。
145[参考文献](References)
[1][J].RailInternational,1972,3(3):151-180.
[2]DejaxPJ,[J].
TransSci.,1987,21(4):227-247.
[3]-controlledemptywagondistributionontheSBB[J].RailInt.,1977,(8):25-32.
150[4]FernandesGMT,FogliattiD,[A].In:Proceedingsof
the1stInternationalCongressinFranceofIndustrialEngineeringandManagement,EcoleCentraledeParis,
France,1986:21-26.
[5]GorensteinS,PoleyS,[R].IBMData
ProcessingReport320-2999,IBMPhiladelphiaScientificCenter,1971.
-4-
中国科技论文在线
155[6]PhilipCE,[J].Transportation
ResearchRecord,1977,(656):52-60.
[7][D].Queen'sUniversity,Kingston,Ontario,Canada,1972.
[8]WhiteWW,[J].,8:
147-169.
160[9],andemptycardistribution
model[J].TransportationResearchPartB,1989,33:433-452.
[10]-analysisandoptimizationmodeling[D]..
Dissertation,DepartmentofMathematics,LinkopingUniversity,Sweden,1995.
[11]JobornM,CrainicTG,
165railways[J].,2004,38(2):121-134.
[12][D].
,PrincetonUniversity,Princeton,NewJersey,1985.
[13]GlickmanTS,-scalenetworkdistributionofpooledemptyfreightcarsovertime,with
limitedsubstitutionandequitablebenefits[J]..,1985,19B(2):85-94.
170[14]JordanWC,[J]..,
1983,17(2):123-145.
[15][D]..
Dissertation,CornellUniversity,Ithaca,NewYork,1982.
[16]BeaujonGJ,[J].TransportationScience,2001,
17535:19-45.
[17]CrainicTG,GendreauM,
dynamicapproach[A].In:BradleyHE,ed.,:PergamonPress,2003:473-486.
[18]CrainicTG,GendreauM,[J].
OperationsResearch,2004,52:102-126.
180[19]RicardoF.,,[J].ElectronicNotesin
TheoreticalComputerScience,2002,66(6):1-11.
[20]任民,王彦,[J].西南交通大学学报,1998,33(2):214-218.
[21][J].西南交通大学报,1995,30(10):566-572.
[22]梁栋,林伯梁,严贺祥,[J].铁道学报,2005,27(4):1-5.
185[23]熊红云,鲁五一,[J].中国铁道科学,2002,23(4):118-121.
[24][J].兰州铁道学院学报,1999,18(1):77-85.
[25]闫海峰,谭云江,[J].铁道运输与经济,2006,28(8):31-34.
[26]果鹏文,褚江,[J].中国铁道科学,2002,23(4):
111-117.
190[27]纪嘉伦,林伯梁,李福志,[J].铁道学报,2001,23(3):
109-113.
[28]林柏梁,彭辉,[J].北方交通大学学报,1996,20(6):
645-650.
[29]张喜,[J].铁道学报,2003,25(6):14-20.
195[30]ChengXQ,LuYX,[A].In:
InternationalConferenceonTransportationEngineering(ICTE)2007:241-246.
[31]施其洲,、空重车流的路网车流径路多目标线性规划模型及算法[J].铁道学报,1999,
21(1):1-9.
[32]李宗平,[J].西南交通大学学报,2005,40(3):361-365.
200[33]林柏梁,[J].铁道学报,1998,20(5):9-14.
[34][D].北京交通大学博士学位论文,2007.
[35][D].北京交通大学硕士学位论文,2009.
[36]程学庆,[J].铁道运输与经济,2007,29(11):71-73.
[37]程学庆,尹传忠,[J].中国铁道科学,2007,28(1):
205113-117.
[38][J].铁道运输与经济,2010,32(1):63-65.
[39]雷中林,何世伟,宋瑞,[J].铁道学报,2005,27(5):
1-5.
[40]ChengXueqing,TangRuixue,
210distribution[A].In:Proceedingsofthe2010InternationalConferenceofLogisticsEngineeringandManagement
(ICLEM)2010:3363-3368.
-5-