铁路超限超重货物运输优化模型与算法 -中南大学出版社

铁路超限超重货物运输优化模型与算法

【作者】：雷定猷
【出版时间】：2013-01-01
【字数】：294（千字）
【定价】：￥38（元）
【出版社】：中南大学出版社
【ISBN】：978-7-5487-0776-9
【页码】：228（页）
【开本】：小16开

第一章铁路超限超重货物运输评价。刻画了铁路超限超重货物运输特征，在分析超限超重货物运输过程与运输决策影响因素的基础上，设计铁路超限超重货物运输评价指标体系，并构建超限超重货物运输评价模型与算法。

第二章铁路建筑限界综合。提出铁路建筑限界数据采集方法，剖析铁路建筑限界图形特征，设计铁路建筑限界综合算法，并给出直线段及曲线段外轮廓与限界距离、货物轮廓和建筑轮廓限界距离计算方法。

第三章铁路超限超重货物装载决策。运用物元理论，构建铁路超限超重货物装载决策实例推理模型，设计基于实例推理的装载决策算法和基于双空间模型的机器学习算法，较好地解决铁路超限超重货物装载决策问题。

第四章铁路超限超重货物运输径路选择。构建超限超重货物运输径路优化模型，定量表达运输径路决策的目标函数，设计基于不断修正规范化目标函数权重的实例匹配策略，构造了启发式径路搜索算法求解模型。

第五章铁路超限超重货物运输通道规划。明晰超限超重货物运输通道形成机理，设计基于关联规则和对象属性分布特征向量的方法，探索超限超重货物运输规律，规划出超限超重货物运输通道初始骨架和全路通道。

第六章超限车运行对铁路运能损失评估。阐述超限车运行干扰机理，提出基于CA的超限车运行对单双线铁路运能损失评估原理，探索超限车禁会区间对双线铁路运能的影响，阐明超限车运行对铁路运能损失机理。

第七章铁路超限超重货物运输决策支持系统开发。设计系统组织结构与功能，提出系列系统研发关键技术和实现方法，开发出基于B/S模式的铁路超限超重货物运输决策支持系统，并给出了应用实例。

限于作者水平，书中难免有不妥之处，敬请读者批评指正。

第1章铁路超限超重货物运输评价(1)
1.1 超限超重货物特征(1)
1.2 超限超重货物运输过程(2)
1.2.1 超限超重货物运输电报处理流程(2)
1.2.2 超限超重货物运输作业流程(4)
1.3 超限货物运输决策因素分析(6)
1.3.1 货物装载加固因素分析(6)
1.3.2 货物运输环境因素分析(8)
1.4 超限超重货物运输评价(11)
1.4.1 超限超重货物运输评价指标体系(11)
1.4.2 超限超重货物运输评价模型(13)
1.4.3 超限超重货物运输评价算法(18)
第2章铁路建筑限界综合(20)
2.1 铁路机车车辆限界 (20)
2.2 铁路建筑限界 (23)
2.2.1 铁路建筑限界的分类(23)
2.2.2 铁路建筑限界的作用(27)
2.2.3 铁路建筑限界管理现状分析(27)
2.3 铁路建筑限界数据采集(30)
2.3.1 基于轨面基准的丈量法(30)
2.3.2 基于大地基准的丈量法(32)
2.3.3 基于轨面基准的角架法 (34)
2.3.4 建筑限界数据离散汇总(36)
2.4 铁路建筑限界综合算法(38)
2.4.1 限界综合算法(39)
2.4.2 算法实例(41)
2.5 限界距离检算方法(43)
2.5.1 直线段外轮廓与限界距离(44)
2.5.2 曲线段外轮廓与限界距离(45)
2.5.3 货物轮廓和建筑限界距离(46)
第3章铁路超限超重货物装载决策(47)
3.1 超限超重货物装载决策问题分析(47)
3.2 超限超重货物装载决策实例推理模型(47)
3.2.1 物元描述 (48)
3.2.2 装载决策实例推理模型(49)
3.3 超限超重货物装载决策实例推理算法(52)
3.3.1 基于实例的推理算法(52)
3.3.2 机器学习(53)
第4章铁路超限超重货物运输径路优化(55)
4.1 超限超重货物运输径路优化分析(55)
4.1.1 超限超重安全性要求(55)
4.1.2 超限超重运输径路要求(55)
4.2 超限超重货物运输径路优化模型(56)
4.2.1 原始优化模型(56)
4.2.2 扩展优化模型(58)
4.2.3 模型进一步处理(60)
4.3 超限超重货物运输径路搜索算法(60)
4.3.1 图的连通性(68)
4.3.2 实例匹配决策(71)
4.3.3 径路搜索算法(73)
第5章铁路超限超重货物运输通道规划(82)
5.1 超限超重货物运输通道(82)
5.1.1 超限超重货物运输通道形成机理(82)
5.1.2 超限超重货物运输通道规划流程(84)
5.2 超限超重货物历史运输数据挖掘(85)
5.2.1 基于关联规则的集散点数据挖掘(85)
5.2.2 基于属性分布特征向量径路聚类(88)
5.3 超限超重货物运输通道骨架构造(98)
5.3.1 东北区至西南区运输通道(98)
5.3.2 东部南方区至西北区运输通道(100)
5.3.3 东部南方区至西南区运输通道(102)
5.4 超限超重货物运输通道调整完善(104)
5.4.1 超限超重货物运输通道补充完善(104)
5.4.2 客专运营后超限超重货物运输通道调整(106)
第6章超限车运行对铁路运能损失评估(108)
6.1 超限车运行干扰机理(108)
6.1.1 超限车越行(109)
6.1.2 超限车禁会（112）
6.2 超限车运行对单线铁路运能损失评估 (116)
6.2.1 超限车运行对单线铁路运能损失评估模型(116)
6.2.2 超限车运行对单线铁路运能损失评估算法(120)
6.2.3 超限车运行对单线铁路运能损失评估仿真实验(121)
6.3 超限车运行对双线铁路运能损失评估(124)
6.3.1 超限车运行对双线铁路运能损失评估模型(124)
6.3.2 超限车运行对双线铁路运能损失评估算法(128)
6.3.3 超限车运行对双线铁路运能损失评估仿真实验(129)
6.4 禁会区间对双线铁路运能损失仿真实验(133)
6.4.1 单一禁会区间位置对双线铁路运能影响分析(134)
6.4.2 禁会区间的长度对双线铁路运能影响分析(138)
6.4.3 递增禁会区间对双线铁路运能影响分析(141)
6.4.4 连续禁会区间对双线铁路运能影响分析(144)
6.5 超限车运行对铁路运能损失评估系统(151)
第7章铁路超限超重货物运输决策支持系统开发(157)
7.1 系统设计原则与目标(157)
7.1.1 系统设计原则(157)
7.1.2 系统设计目标(158)
7.2 系统需求分析(159)
7.2.1 三级管理模式分析(159)
7.2.2 铁路限界管理需求 (160)
7.2.3 货物运输决策需求(161)
7.2.4 基础数据管理需求(164)
7.2.5 角色权限管理需求(165)
7.3 系统结构与功能(167)
7.3.1 系统组织结构(167)
7.3.2 系统功能模块(169)
7.4 系统设计重点（172）
7.4.1 货物数据录入（172）
7.4.2 装载方式处理(174)
7.4.3 车辆与通用平车参数录入(174)
7.4.4 货物装载数据处理(175)
7.4.5 装后轮廓处理(178)
7.4.6 导向与偏差量计算(178)
7.4.7 限界检算处理(186)
7.4.8 路径决策处理(195)
7.5 系统研发与实现(195)
7.5.1 开发平台与运行环境 (195)
7.5.2 人机交互操作界面(195)
7.5.3 限界管理流程(196)
7.5.4 支持决策流程(204)
7.6 系统辅助决策实例(211)
7.6.1 变压器运输背景(211)
7.6.2 变压器装后轮廓 (212)
7.6.3 变压器运输径路(214)
7.6.4 变压器装载加固方案(217)
7.6.5 非正常情况下专列运输应急预案(224)
参考文献(228)

经济持续增长和城市化进程的加快，促使我国旅客和货物运输需求迅速增长，从而对铁路的运输能力和运输质量提出了更高的要求。我国铁路是世界上运输效率最高的铁路，铁路运输密度已达世界之首，虽然新修了很多客运专线，但客货混跑仍是其主要运输模式。客货混跑致使铁路运输机动性差，客货列车的速度差，降低了线路的运输能力，尤其是比一般货车速度更低的超限超重货物运输长期制约着铁路运输能力的提高。

超限超重货物是超限货物与超重货物的统称。超限超重货物具有笨重、长大和价格昂贵等特性，多数是工农业生产和国防的大型设备，超限超重货物运输对国民经济的发展，特别是对国家基础建设和国防建设具有特别重大的意义。超限超重货物的特性决定超限超重货物运输有以下特征：首先，超限超重货物运输是高风险运输。高风险，一是在于货物本身的价格昂贵，往往是投资几亿，甚至上百亿元的重大工程的配套设备；二是在于它的运输过程，超限超重货物运输环节很多，若任何一个环节考虑不周，都将造成货车脱轨或出现其他预料不到的问题，几百吨重的一个庞然大物，堵塞线路，目前起重量最大的铁路救援起重机也无法使其复位。其次，超限超重货物运输是高成本运输。铁路超限货物运输是超机车车辆限界的运输，尤其是某些特大型货物是超国家标准建筑限界的运输，有些超限超重的专列运输，对某些桥梁和线路区段，需要进行大量的加固改造，大大增加了运输的费用。再次，超限超重货物运输速度低，干扰铁路正常的运输秩序，严重影响铁路的正常通行能力。最后，超限超重货物运输是组织上高度复杂的运输。运输的各个环节都需要针对超限超重货物的特点采取相应的措施，如运行中的限速、限会、绕道等。超限超重货物运输涉及调度、车辆、机务、工务和电务等几乎所有的铁路运输部门，超限超重货物运输是一个复杂的系统工程。我国超限超重货物运输组织极其困难，正如一些超限超重调度人员所说： “现在超限货物运输是‘蜀道难，难于上青天’。” 超限超重货物运输被普遍认为是制约我国铁路运输能力的瓶颈之一。公路运输的限速和限载使得越来越多的货物，尤其是超限超重货物回流至铁路；大量的超限超重货物运输越来越制约铁路的运输能力。

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国际上，由于铁路在世界各国的综合交通网络中所处的地位不同，各国铁路的运输组织方式的差异，以及铁路建筑限界和机车车辆限界尺寸不同，车辆、线路的特征和超限超重货物数量、特点也不相同，因此，各国对超限超重货物运输理论的重视和研究程度各不相同。美国由于公路运输发达、公路基础设施好、公路运输车辆承载能力高，大件货物一般由各个公路大件运输公司承运，因此对铁路超限超重货物运输理论研究较少。随着国际联运的发展，为方便超限超重货物运输组织， 1989年开始在保加利亚、匈牙利、波兰、罗马尼亚、捷克和苏联铁路上试用超限货物统一分级的组织办法；国际铁路联盟(UIC)对国际联运动力车的动态限界、国际联运客车和行李车的动态限界和国际铁路运输中使用的货车动态限界给出了确定的方法；欧盟在铁路超限货物运输方面的研究主要体现在如何压缩超限货物运送时间方面，采用代码法、超限限界法、重型车辆法、计算机技术支持下的超限货物运输等多种方法进行超限货物的运输组织工作。

新中国成立后，我国铁路科技工作者对超限超重货物运输进行了大量基础理论研究和科学实验，主要集中在长大货物车的制造、超限车的动态偏移量、超限超重货物运输限速条件和会车条件、货物装载加固方案优化和超限超重货物运输组织等方面。研究成果多数已纳入到现行的《铁路超限超重货物运输规则》(简称为《超规》)中。本书从信息化角度来论述超限超重运输优化问题，提出了一系列超限超重运输优化模型与算法，探索更好地解决超限超重货物运输组织和运输安全问题的途径，并应用这些优化方法开发铁路超限超重货物运输决策支持系统。

本书的顺利出版，得到了国家自然科学基金委员会、铁道部科技司的支持，铁道部运输局、各铁路局和铁路院校超限超重运输同行的指导和支持，本书直接或间接引用了一些研究成果，在此深表感谢。同时感谢所有超限超重运输决策支持软件的使用者们，感谢你们对我的工作肯定和信任，你们现场的反馈意见和建议，纠正了模型与算法的偏差。特别感谢我的团队，感谢我的博士和硕士学生们，你们是那样的富有朝气和激情，一届一届接力式地进行超限超重运输领域的研究工作。

雷定猷

2012年11月18日

于中南大学铁道校区梅岭苑