车流径路辅助决策系统优化与实践

杨文浩，邓桂星，张 锐，刘耀宗，马海彬

(1.中国国家铁路集团有限公司 货运部，北京 100844；2.中国铁路兰州局集团有限公司 信息技术所，甘肃 兰州 730000)

货车车流径路是铁路货物运输组织的基础，是组织货运生产和经营的基本依据，也是提升路网效率和效益的重要手段。通常铁路网上2个车站间车流径路按照最短径路运输，但由于我国资源分布和生产布局，以及铁路路网规模和结构、部分区段和枢纽能力等条件限制，部分车流不能按最短径路运输，只能规定特定径路，组织迂回运输，从而造成了我国铁路货车车流径路的复杂性较高。在运能与运量矛盾突出的年代，既有车流径路辅助决策系统运用运距和车流定量分析，为统筹平行通道车流和提高路网整体通过能力提供了充分的技术手段[1]。但是，在当前货运市场竞争日趋激烈，客户更关注运费和运到时限[2]，运输企业更关注效率效益的背景下，原有的车流径路辅助决策系统在功能定位上具有一定局限性。为此，在详细分析车流径路业务和辅助决策系统发展历程的基础上，提出当前铁路货车车流径路辅助决策系统的优化创新实践方案，为促进铁路货运营销、优化运输组织效率、挖掘路网通过能力提供技术支撑。

1 车流径路辅助决策系统的发展

现有计算机辅助决策车流径路调整起始于2001年的全路车流径路调整工作。2001年之前，铁路路网结构较为简单，最短径路的判定主要依赖纸质环状径路图，车流径路的调整也主要依赖人为经验。2001年之后，铁路建设脚步加快，路网结构逐渐复杂，通过纸质环状径路图判定最短径路也愈来愈困难，随之车流径路辅助决策系统逐步应用到了全路车流径路的调整工作之中。铁路部门研发的车流径路辅助决策系统实现了最短径路、环状径路和特定径路的计算机判定与可视化展示，在历年车流径路调整工作中发挥了重要作用。

2007年，为实施原铁道部“一主两翼”的车流径路调整策略，铁路部门详细分析当时铁路运能与运量的关系，充分考虑京哈(北京—哈尔滨南)、石太(石家庄南—太原)、京广(北京—广州西)、京沪(北京—上海西)和陇海(兰州西—连云)等线“一主两翼”的调整需求，对车流径路辅助决策系统建设目标重新定位，以缓解运能与运量矛盾、挖掘路网通过能力为系统研发主要方向，以Microsoft Visual C++ 6.0为研发工具，实现了路网货源分布与车流强度的定量分析。此版车流径路辅助决策系统为2007年以及2009年、2014年全路车流径路调整，以及张集(孔家庄—集宁南)、临哈(临河—哈密)、兰渝(兰州东—渭沱)和瓦日(瓦塘—日照南)等线开通后分流方案的制定发挥了重要作用。

近年来，随着国家产业结构和生产力布局的调整，兰渝、唐包(曹妃甸北—包头)、浩吉(浩勒报吉南—吉安)等货运新通道的形成，高速铁路成网后主要干线货运能力的释放，以及客户对运输价格的日益关注，全路车流径路需进行整体性、系统性优化，以提升铁路货运市场竞争力。但既有车流径路辅助决策系统缺乏对铁路货流的趋势分析，缺少对径路调整后的运费测算，对铁路运输能力研判不准确，存在对编组计划支撑力度不足等问题。因此，车流径路辅助决策系统的优化建设应从缓解运能与运量的矛盾，向深度分析货流车流、准确测算运输收益、与相关业务紧密衔接、促进铁路运输高质量发展方向转变。

2 车流径路辅助决策系统优化实践方案

车流径路辅助决策系统的优化建设原则应以市场为导向，以铁路运输能力为基础，从运输距离、车流强度、站线能力、牵引定数、机车交路、运输收入和运输成本等多角度出发，运用全局化系统性思维，为缩短货物运输距离，降低全程运费，吸引新增货源，扩大铁路市场份额提供技术手段；为平衡新通道与最短路，畅通车流组织[3]，降低运输成本，实现铁路整体提质增收、降本增效提供辅助决策支持。具体的优化实践方案有以下方面。

2.1 车流径路与市场变化动态结合

随着我国发展进入新阶段，特别是能源行业、产业布局和运输结构调整，全路货源结构变化明显，主要体现在煤炭装车向山西、陕西、内蒙古、新疆集中。疏港矿石、矿建、水泥等散货“公转铁”大幅增量[4]，石油、木材等传统品类运量有所下滑。加之近年来我国公路、内河水运价格连续波动，铁路在部分地区市场缺乏价格优势，并且部分迂回运输的货流由于径路长、运费高而造成货源流失。因此，车流径路辅助决策系统应适应每季度进行局部分析与调整的业务工作机制，为铁路货运营销提供动态数据支撑。

（1）根据区域化装车趋势变化调整车流径路。按照铁路当前货源分布，通过车流径路辅助决策系统对路网进行区域划分，按月监控分析区域内装车、品类和去向的变化趋势，紧密对接铁路局集团公司货运营销部门，对需要调整优化的径路，组织相关部门研究调整，使市场变化与径路调整紧密对接，提升铁路运输竞争力。如包头、集宁地区装到承德地区的部分货物，原经由丰沙线(丰台—沙城)、京承线(双桥—承德)运输，运输里程约430 km，唐包线开通后，调整经唐包线运输，运输里程和运费均大幅度降低。

（2）追踪车流径路调整对装车的影响反馈。建立车流径路调整效果追踪分析模型，从运距、运价、发送量、周期等多方面形成追踪分析评价机制，对效果良好的径路调整，进一步加强货运营销，促进货运上量，对未达到预期效果的及时进行修正，使径路调整与市场变化动态关联，提升货运营销对市场的敏感度。

2.2 车流径路与计费径路同步制定

车流径路是制定计费径路的依据，计费径路是铁路货物运价和承运清算的基础。但由于铁路货物运价规则规定，部分车流径路调整后并未同步调整计费径路，形成车流径路与计费径路不一致，既关系到客户物流成本，也影响货运清算。当前不同运输方式竞争激烈，需借助车流径路辅助决策系统即时计算车流径路调整造成的货物运费变化，同步研究制定计费径路，避免增加客户物流成本，影响铁路竞争力。

（1）计费径路自动推导。车流径路与计费径路的路网基础里程均基于铁路货物运价里程表，因而根据车流径路与计费径路的业务关系——车流径路通过国家铁路线路运输时计费径路执行最短径路，车流径路通过合资地方铁路时，计费径路比照车流径路执行。通过车流径路辅助决策系统实现车流径路自动推导计费径路如图1所示。图1中黄色径路为武威南—虢镇的车流径路，经过兰新线(兰州北—阿拉山口)和陇海线，全程为国家铁路线路，计费径路按照绿色的干武线(干塘—武威南)、包兰线(包头—兰州西)、宝中线(虢镇—迎水桥)最短径路执行。在计费径路自动推导功能的辅助下，制定车流径路时，即可预判计费径路的变化，避免迂回的车流径路造成计费径路的里程增加。

图1 车流径路自动推导计费径路Fig.1 Automated deduction of charging routing by car flow routing

（2）运费测算。在自动推导计费径路的基础上，设计铁路运费科目无极递归法如图2所示(以北仑运费为例)，实现了科目运费计算的完全参数化设置、整车和集装箱科目运费多重条件下的快速计算、车流径路调整时的货物运费即时测算，使车流径路调整的手段更加丰富，导向性更加明确，可以为铁路货运营销提供决策依据。

图2 铁路运费科目无极递归法Fig.2 Infinite recursion for railway freight subject

2.3 车流径路与运输能力深度融合

在铁路运能与运量矛盾的紧张时期，全路车流径路优化主要关注分界口和重点区段的车流强度变化。而当前高速铁路已加密成网，平行既有线货运能力得到一定释放，兰渝、瓦日、唐包、浩吉等新线开通，西合、阳安、渝怀等线扩能，新丰镇、兴隆场、襄阳北等编组站补强，路网运能明显提高。运能与运量的矛盾只在局部地区存在，一部分铁路线路已具备回归最短径路运输的条件。随着铁路建设的发展和运输组织的变化，将有更多铁路线路具备最短径路运输的条件。全路部分线路能力利用率情况如图3所示，图3中红色代表线路能力利用率在90%以上，橙色代表80% ~ 89%，黄色代表70% ~ 79%，绿色代表60% ~ 69%，蓝色代表59%以下。优化后的车流径路辅助决策系统可实现区段能力利用率分析、径路折角和编组站转场判定、机车交路匹配和技术站车流矢量分析等功能，为科学利用平行通道运能，合理调配运力资源、打通运输瓶颈限制、提升路网整体通过能力[5]提供了技术保障。

图3 全路部分线路能力利用率情况Fig.3 Capacity utilization rate of a part of whole railway

（1）线路能力利用率整体与局部分析。根据现行列车图定数据，对线路通过能力进行量化，依据全路历史货票数据和现行车流径路，对车流进行矢量铺画，对全路线路紧张与繁忙程度直观地进行展示，并对任意区段和节点的通过车流和装卸车数进行查询统计。通过车流和装卸车查询如图4所示，图4展示了石德线(石家庄南—德州)石家庄南—衡水段上下行通过车流量、线路能力利用率、图定能力和里程等基本信息，可为决策者提供宏观及微观决策依据。

图4 通过车流和装卸车查询Fig.4 Search for car flow and loading and unloading truck

（2）完善运输约束条件。车流径路调整不仅要考虑线路通过车流量和分界口交接车数，还需研判径路折角、编组站转场、机车交路和牵引定数等约束条件。通过车流径路辅助决策系统可以实现部分约束条件的参数化与可视化。在此功能的辅助下，车流径路调整时，可即时判定经由线路是否存在折角，以及机车交路和牵引定数的匹配情况，为合理制定车流径路提供技术手段。以石太线与阳涉线(白羊墅—悬钟)为例，石太线与阳涉线(白羊墅—悬钟)径路折角如图5所示，此条径路的车流量不应过大，避免给现场作业造成困难；而在机车交路方面，太原北—石家庄南机车交路如图6所示，此条径路便可根据机车交路对数，匹配适当的车流量。

图5 石太线与阳涉线(白羊墅—悬钟)径路折角Fig.5 Shijiazhuang–Taiyuan Railway and Yangquan–Shexian Railway(Baiyangshu–Xuanzhong) route bevel

图6 太原北—石家庄南机车交路Fig.6 Taiyuan North–Shijiazhuang South locomotive routing

2.4 车流径路与编组计划紧密对接

车流径路辅助决策系统为全路列车编组计划的制定与执行创造更为有利的条件。在车流径路调整时，以可视化方式为始发直达列车提供径路支撑，以车流矢量分析为技术直达列车提供车流支撑，以支点径路判定为直通列车提供组号范围参考[6]。全路列车编组计划方案形成后，通过车流径路辅助决策系统实现了始发直达、技术直达和直通等列车的可视化展示，实现了全路编组站有调无调比的量化分析，同时为全路日常调度指挥人员提供了统一的车流径路查询方式，为创造良好的运输秩序、节约运输成本、提升运输组织效率提供了重要技术手段。

以郑州北站到榆次、丰台西、徐州北站的直通列车运行径路和组号范围为例，直通列车的可视化展示如图7所示，编组计划制定人员和执行人员便可对郑州北站的车流去向范围及运行径路一目了然；编组计划运行径路与车流径路的差异分析如图8所示[7](郑州北站到成都北站的运行径路为紫色，车流径路为黄色)，如有此种径路出现，需及时调整编组计划或车流径路，避免违流情况的发生；编组站车流矢量分析如图9所示，展示的是武威南站到宝鸡东站的车流强度及去向分布[8](其中红色为装车线路，绿色为通过线路，蓝色为卸车线路，线段粗细代表车流量大小)，通过车流矢量分析可为既有直通列车和新增直通列车的车流分析提供辅助决策手段[9]。

图7 直通列车的可视化展示Fig.7 Visual presentation of transit train

图8 编组计划运行径路与车流径路的差异分析Fig.8 Variance analysis of running routing in marshalling plan and car flow routing

图9 编组站车流矢量分析Fig.9 Vector analysis of car flow at marshalling station

3 车流径路辅助决策系统优化实践效果

2020年底以来，铁路部门持续开展货车车流径路的优化工作，车流径路辅助决策系统优化研究成果提供了重要支撑作用。计费径路自动推导和运费测算，成为制定车流径路和计费径路的重要技术手段；线路能力利用率的宏观展现成为车流径路调整前后线路能力利用情况的重要展示窗口；线路折角与机车交路判定成为车流径路优化的重要决策依据；编组站的组号范围和车流矢量分析[10]是编组计划制定的重要辅助功能，极大地降低了全路编组计划制定的复杂性，提高了工作效率和准确程度。

2021年1季度，在车流径路辅助决策系统的有力支撑下，铁路部门完成了全路货车车流径路的系统性优化。唐包、瓦日和浩吉线等重点货运通道的运量有所提升，充分发挥货运大通道作用；京哈(北京—哈尔滨南)、京沪、西合、武九(武昌东—九江西)、兰渝、渝怀等线部分车流回归最短径路运输，提升了铁路运输效率，降低了铁路运输成本和社会物流成本；同时调减丰台西、榆次、新丰镇、襄阳北等能力紧张枢纽，以及京广、南同蒲(榆次—华山)、焦柳(月山—柳州南)、南昆(南宁南—昆明东)等线路部分能力紧张区段的车流，为铁路货运增量行动提供了更多的运能空间。

4 结束语

铁路货车车流径路需阶段性地根据货源与运能的变化，持续地进行调整与优化，朝着经济效益与运输组织的最佳平衡点迈进。车流径路辅助决策系统需根据我国铁路和信息技术的发展，不断优化调整功能定位，融入更多的先进技术手段，丰富辅助决策功能。下一步，随着铁路运输条件全面参数化的完成，车流径路辅助决策系统应结合外部运输需求和内部运输能力，采用多目标及人工智能等算法，逐步降低车流径路调整的人工参与比重，最终实现全路车流径路的自动化调整，有助于促进我国铁路运输高质量发展。