車流徑路輔助決策系統(tǒng)優(yōu)化與實踐

楊文浩，鄧桂星，張 銳，劉耀宗，馬海彬

(1.中國國家鐵路集團有限公司 貨運部，北京 100844；2.中國鐵路蘭州局集團有限公司 信息技術所，甘肅 蘭州 730000)

貨車車流徑路是鐵路貨物運輸組織的基礎，是組織貨運生產和經營的基本依據，也是提升路網效率和效益的重要手段。通常鐵路網上2個車站間車流徑路按照最短徑路運輸，但由于我國資源分布和生產布局，以及鐵路路網規(guī)模和結構、部分區(qū)段和樞紐能力等條件限制，部分車流不能按最短徑路運輸，只能規(guī)定特定徑路，組織迂回運輸，從而造成了我國鐵路貨車車流徑路的復雜性較高。在運能與運量矛盾突出的年代，既有車流徑路輔助決策系統(tǒng)運用運距和車流定量分析，為統(tǒng)籌平行通道車流和提高路網整體通過能力提供了充分的技術手段[1]。但是，在當前貨運市場競爭日趨激烈，客戶更關注運費和運到時限[2]，運輸企業(yè)更關注效率效益的背景下，原有的車流徑路輔助決策系統(tǒng)在功能定位上具有一定局限性。為此，在詳細分析車流徑路業(yè)務和輔助決策系統(tǒng)發(fā)展歷程的基礎上，提出當前鐵路貨車車流徑路輔助決策系統(tǒng)的優(yōu)化創(chuàng)新實踐方案，為促進鐵路貨運營銷、優(yōu)化運輸組織效率、挖掘路網通過能力提供技術支撐。

1 車流徑路輔助決策系統(tǒng)的發(fā)展

現有計算機輔助決策車流徑路調整起始于2001年的全路車流徑路調整工作。2001年之前，鐵路路網結構較為簡單，最短徑路的判定主要依賴紙質環(huán)狀徑路圖，車流徑路的調整也主要依賴人為經驗。2001年之后，鐵路建設腳步加快，路網結構逐漸復雜，通過紙質環(huán)狀徑路圖判定最短徑路也愈來愈困難，隨之車流徑路輔助決策系統(tǒng)逐步應用到了全路車流徑路的調整工作之中。鐵路部門研發(fā)的車流徑路輔助決策系統(tǒng)實現了最短徑路、環(huán)狀徑路和特定徑路的計算機判定與可視化展示，在歷年車流徑路調整工作中發(fā)揮了重要作用。

2007年，為實施原鐵道部“一主兩翼”的車流徑路調整策略，鐵路部門詳細分析當時鐵路運能與運量的關系，充分考慮京哈(北京—哈爾濱南)、石太(石家莊南—太原)、京廣(北京—廣州西)、京滬(北京—上海西)和隴海(蘭州西—連云)等線“一主兩翼”的調整需求，對車流徑路輔助決策系統(tǒng)建設目標重新定位，以緩解運能與運量矛盾、挖掘路網通過能力為系統(tǒng)研發(fā)主要方向，以Microsoft Visual C++ 6.0為研發(fā)工具，實現了路網貨源分布與車流強度的定量分析。此版車流徑路輔助決策系統(tǒng)為2007年以及2009年、2014年全路車流徑路調整，以及張集(孔家莊—集寧南)、臨哈(臨河—哈密)、蘭渝(蘭州東—渭沱)和瓦日(瓦塘—日照南)等線開通后分流方案的制定發(fā)揮了重要作用。

近年來，隨著國家產業(yè)結構和生產力布局的調整，蘭渝、唐包(曹妃甸北—包頭)、浩吉(浩勒報吉南—吉安)等貨運新通道的形成，高速鐵路成網后主要干線貨運能力的釋放，以及客戶對運輸價格的日益關注，全路車流徑路需進行整體性、系統(tǒng)性優(yōu)化，以提升鐵路貨運市場競爭力。但既有車流徑路輔助決策系統(tǒng)缺乏對鐵路貨流的趨勢分析，缺少對徑路調整后的運費測算，對鐵路運輸能力研判不準確，存在對編組計劃支撐力度不足等問題。因此，車流徑路輔助決策系統(tǒng)的優(yōu)化建設應從緩解運能與運量的矛盾，向深度分析貨流車流、準確測算運輸收益、與相關業(yè)務緊密銜接、促進鐵路運輸高質量發(fā)展方向轉變。

2 車流徑路輔助決策系統(tǒng)優(yōu)化實踐方案

車流徑路輔助決策系統(tǒng)的優(yōu)化建設原則應以市場為導向，以鐵路運輸能力為基礎，從運輸距離、車流強度、站線能力、牽引定數、機車交路、運輸收入和運輸成本等多角度出發(fā)，運用全局化系統(tǒng)性思維，為縮短貨物運輸距離，降低全程運費，吸引新增貨源，擴大鐵路市場份額提供技術手段；為平衡新通道與最短路，暢通車流組織[3]，降低運輸成本，實現鐵路整體提質增收、降本增效提供輔助決策支持。具體的優(yōu)化實踐方案有以下方面。

2.1 車流徑路與市場變化動態(tài)結合

隨著我國發(fā)展進入新階段，特別是能源行業(yè)、產業(yè)布局和運輸結構調整，全路貨源結構變化明顯，主要體現在煤炭裝車向山西、陜西、內蒙古、新疆集中。疏港礦石、礦建、水泥等散貨“公轉鐵”大幅增量[4]，石油、木材等傳統(tǒng)品類運量有所下滑。加之近年來我國公路、內河水運價格連續(xù)波動，鐵路在部分地區(qū)市場缺乏價格優(yōu)勢，并且部分迂回運輸的貨流由于徑路長、運費高而造成貨源流失。因此，車流徑路輔助決策系統(tǒng)應適應每季度進行局部分析與調整的業(yè)務工作機制，為鐵路貨運營銷提供動態(tài)數據支撐。

（1）根據區(qū)域化裝車趨勢變化調整車流徑路。按照鐵路當前貨源分布，通過車流徑路輔助決策系統(tǒng)對路網進行區(qū)域劃分，按月監(jiān)控分析區(qū)域內裝車、品類和去向的變化趨勢，緊密對接鐵路局集團公司貨運營銷部門，對需要調整優(yōu)化的徑路，組織相關部門研究調整，使市場變化與徑路調整緊密對接，提升鐵路運輸競爭力。如包頭、集寧地區(qū)裝到承德地區(qū)的部分貨物，原經由豐沙線(豐臺—沙城)、京承線(雙橋—承德)運輸，運輸里程約430 km，唐包線開通后，調整經唐包線運輸，運輸里程和運費均大幅度降低。

（2）追蹤車流徑路調整對裝車的影響反饋。建立車流徑路調整效果追蹤分析模型，從運距、運價、發(fā)送量、周期等多方面形成追蹤分析評價機制，對效果良好的徑路調整，進一步加強貨運營銷，促進貨運上量，對未達到預期效果的及時進行修正，使徑路調整與市場變化動態(tài)關聯(lián)，提升貨運營銷對市場的敏感度。

2.2 車流徑路與計費徑路同步制定

車流徑路是制定計費徑路的依據，計費徑路是鐵路貨物運價和承運清算的基礎。但由于鐵路貨物運價規(guī)則規(guī)定，部分車流徑路調整后并未同步調整計費徑路，形成車流徑路與計費徑路不一致，既關系到客戶物流成本，也影響貨運清算。當前不同運輸方式競爭激烈，需借助車流徑路輔助決策系統(tǒng)即時計算車流徑路調整造成的貨物運費變化，同步研究制定計費徑路，避免增加客戶物流成本，影響鐵路競爭力。

（1）計費徑路自動推導。車流徑路與計費徑路的路網基礎里程均基于鐵路貨物運價里程表，因而根據車流徑路與計費徑路的業(yè)務關系——車流徑路通過國家鐵路線路運輸時計費徑路執(zhí)行最短徑路，車流徑路通過合資地方鐵路時，計費徑路比照車流徑路執(zhí)行。通過車流徑路輔助決策系統(tǒng)實現車流徑路自動推導計費徑路如圖1所示。圖1中黃色徑路為武威南—虢鎮(zhèn)的車流徑路，經過蘭新線(蘭州北—阿拉山口)和隴海線，全程為國家鐵路線路，計費徑路按照綠色的干武線(干塘—武威南)、包蘭線(包頭—蘭州西)、寶中線(虢鎮(zhèn)—迎水橋)最短徑路執(zhí)行。在計費徑路自動推導功能的輔助下，制定車流徑路時，即可預判計費徑路的變化，避免迂回的車流徑路造成計費徑路的里程增加。

圖1 車流徑路自動推導計費徑路Fig.1 Automated deduction of charging routing by car flow routing

（2）運費測算。在自動推導計費徑路的基礎上，設計鐵路運費科目無極遞歸法如圖2所示(以北侖運費為例)，實現了科目運費計算的完全參數化設置、整車和集裝箱科目運費多重條件下的快速計算、車流徑路調整時的貨物運費即時測算，使車流徑路調整的手段更加豐富，導向性更加明確，可以為鐵路貨運營銷提供決策依據。

圖2 鐵路運費科目無極遞歸法Fig.2 Infinite recursion for railway freight subject

2.3 車流徑路與運輸能力深度融合

在鐵路運能與運量矛盾的緊張時期，全路車流徑路優(yōu)化主要關注分界口和重點區(qū)段的車流強度變化。而當前高速鐵路已加密成網，平行既有線貨運能力得到一定釋放，蘭渝、瓦日、唐包、浩吉等新線開通，西合、陽安、渝懷等線擴能，新豐鎮(zhèn)、興隆場、襄陽北等編組站補強，路網運能明顯提高。運能與運量的矛盾只在局部地區(qū)存在，一部分鐵路線路已具備回歸最短徑路運輸的條件。隨著鐵路建設的發(fā)展和運輸組織的變化，將有更多鐵路線路具備最短徑路運輸的條件。全路部分線路能力利用率情況如圖3所示，圖3中紅色代表線路能力利用率在90%以上，橙色代表80% ~ 89%，黃色代表70% ~ 79%，綠色代表60% ~ 69%，藍色代表59%以下。優(yōu)化后的車流徑路輔助決策系統(tǒng)可實現區(qū)段能力利用率分析、徑路折角和編組站轉場判定、機車交路匹配和技術站車流矢量分析等功能，為科學利用平行通道運能，合理調配運力資源、打通運輸瓶頸限制、提升路網整體通過能力[5]提供了技術保障。

圖3 全路部分線路能力利用率情況Fig.3 Capacity utilization rate of a part of whole railway

（1）線路能力利用率整體與局部分析。根據現行列車圖定數據，對線路通過能力進行量化，依據全路歷史貨票數據和現行車流徑路，對車流進行矢量鋪畫，對全路線路緊張與繁忙程度直觀地進行展示，并對任意區(qū)段和節(jié)點的通過車流和裝卸車數進行查詢統(tǒng)計。通過車流和裝卸車查詢如圖4所示，圖4展示了石德線(石家莊南—德州)石家莊南—衡水段上下行通過車流量、線路能力利用率、圖定能力和里程等基本信息，可為決策者提供宏觀及微觀決策依據。

圖4 通過車流和裝卸車查詢Fig.4 Search for car flow and loading and unloading truck

（2）完善運輸約束條件。車流徑路調整不僅要考慮線路通過車流量和分界口交接車數，還需研判徑路折角、編組站轉場、機車交路和牽引定數等約束條件。通過車流徑路輔助決策系統(tǒng)可以實現部分約束條件的參數化與可視化。在此功能的輔助下，車流徑路調整時，可即時判定經由線路是否存在折角，以及機車交路和牽引定數的匹配情況，為合理制定車流徑路提供技術手段。以石太線與陽涉線(白羊墅—懸鐘)為例，石太線與陽涉線(白羊墅—懸鐘)徑路折角如圖5所示，此條徑路的車流量不應過大，避免給現場作業(yè)造成困難；而在機車交路方面，太原北—石家莊南機車交路如圖6所示，此條徑路便可根據機車交路對數，匹配適當的車流量。

圖5 石太線與陽涉線(白羊墅—懸鐘)徑路折角Fig.5 Shijiazhuang–Taiyuan Railway and Yangquan–Shexian Railway(Baiyangshu–Xuanzhong) route bevel

圖6 太原北—石家莊南機車交路Fig.6 Taiyuan North–Shijiazhuang South locomotive routing

2.4 車流徑路與編組計劃緊密對接

車流徑路輔助決策系統(tǒng)為全路列車編組計劃的制定與執(zhí)行創(chuàng)造更為有利的條件。在車流徑路調整時，以可視化方式為始發(fā)直達列車提供徑路支撐，以車流矢量分析為技術直達列車提供車流支撐，以支點徑路判定為直通列車提供組號范圍參考[6]。全路列車編組計劃方案形成后，通過車流徑路輔助決策系統(tǒng)實現了始發(fā)直達、技術直達和直通等列車的可視化展示，實現了全路編組站有調無調比的量化分析，同時為全路日常調度指揮人員提供了統(tǒng)一的車流徑路查詢方式，為創(chuàng)造良好的運輸秩序、節(jié)約運輸成本、提升運輸組織效率提供了重要技術手段。

以鄭州北站到榆次、豐臺西、徐州北站的直通列車運行徑路和組號范圍為例，直通列車的可視化展示如圖7所示，編組計劃制定人員和執(zhí)行人員便可對鄭州北站的車流去向范圍及運行徑路一目了然；編組計劃運行徑路與車流徑路的差異分析如圖8所示[7](鄭州北站到成都北站的運行徑路為紫色，車流徑路為黃色)，如有此種徑路出現，需及時調整編組計劃或車流徑路，避免違流情況的發(fā)生；編組站車流矢量分析如圖9所示，展示的是武威南站到寶雞東站的車流強度及去向分布[8](其中紅色為裝車線路，綠色為通過線路，藍色為卸車線路，線段粗細代表車流量大小)，通過車流矢量分析可為既有直通列車和新增直通列車的車流分析提供輔助決策手段[9]。

圖7 直通列車的可視化展示Fig.7 Visual presentation of transit train

圖8 編組計劃運行徑路與車流徑路的差異分析Fig.8 Variance analysis of running routing in marshalling plan and car flow routing

圖9 編組站車流矢量分析Fig.9 Vector analysis of car flow at marshalling station

3 車流徑路輔助決策系統(tǒng)優(yōu)化實踐效果

2020年底以來，鐵路部門持續(xù)開展貨車車流徑路的優(yōu)化工作，車流徑路輔助決策系統(tǒng)優(yōu)化研究成果提供了重要支撐作用。計費徑路自動推導和運費測算，成為制定車流徑路和計費徑路的重要技術手段；線路能力利用率的宏觀展現成為車流徑路調整前后線路能力利用情況的重要展示窗口；線路折角與機車交路判定成為車流徑路優(yōu)化的重要決策依據；編組站的組號范圍和車流矢量分析[10]是編組計劃制定的重要輔助功能，極大地降低了全路編組計劃制定的復雜性，提高了工作效率和準確程度。

2021年1季度，在車流徑路輔助決策系統(tǒng)的有力支撐下，鐵路部門完成了全路貨車車流徑路的系統(tǒng)性優(yōu)化。唐包、瓦日和浩吉線等重點貨運通道的運量有所提升，充分發(fā)揮貨運大通道作用；京哈(北京—哈爾濱南)、京滬、西合、武九(武昌東—九江西)、蘭渝、渝懷等線部分車流回歸最短徑路運輸，提升了鐵路運輸效率，降低了鐵路運輸成本和社會物流成本；同時調減豐臺西、榆次、新豐鎮(zhèn)、襄陽北等能力緊張樞紐，以及京廣、南同蒲(榆次—華山)、焦柳(月山—柳州南)、南昆(南寧南—昆明東)等線路部分能力緊張區(qū)段的車流，為鐵路貨運增量行動提供了更多的運能空間。

4 結束語

鐵路貨車車流徑路需階段性地根據貨源與運能的變化，持續(xù)地進行調整與優(yōu)化，朝著經濟效益與運輸組織的最佳平衡點邁進。車流徑路輔助決策系統(tǒng)需根據我國鐵路和信息技術的發(fā)展，不斷優(yōu)化調整功能定位，融入更多的先進技術手段，豐富輔助決策功能。下一步，隨著鐵路運輸條件全面參數化的完成，車流徑路輔助決策系統(tǒng)應結合外部運輸需求和內部運輸能力，采用多目標及人工智能等算法，逐步降低車流徑路調整的人工參與比重，最終實現全路車流徑路的自動化調整，有助于促進我國鐵路運輸高質量發(fā)展。