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        鐵路貨物快運(yùn)列車辦理站選址優(yōu)化方法研究

        2015-06-07 11:10:54楊卓倩帥斌黃文成
        鐵道經(jīng)濟(jì)研究 2015年6期
        關(guān)鍵詞:鐵路優(yōu)化方法

        楊卓倩帥斌黃文成

        (1西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院碩士,四川成都610031;2西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院教授、博士,四川成都610031;3西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院碩士,四川成都610031)

        鐵路貨物快運(yùn)列車辦理站選址優(yōu)化方法研究

        楊卓倩1帥斌2黃文成3

        (1西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院碩士,四川成都610031;2西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院教授、博士,四川成都610031;3西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院碩士,四川成都610031)

        以中國(guó)鐵路總公司近幾年進(jìn)行的鐵路貨物運(yùn)輸改革為研究背景,重點(diǎn)研究鐵路貨物快運(yùn)列車的辦理站選址優(yōu)化方法。選取與貨物快運(yùn)相關(guān)的多項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),以一條鐵路快運(yùn)線路上的辦理站為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行聚類分析,確定該條線路上的保留站、待定站和取消站。案例分析表明,聚類分析能夠有效挑選出鐵路貨物快運(yùn)線路上不合理的車站,使鐵路貨物快運(yùn)列車運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)更加符合市場(chǎng)化需求。研究方法與結(jié)果為我國(guó)鐵路貨物快運(yùn)列車的運(yùn)營(yíng)管理提供了參考。

        鐵路;貨物快運(yùn)列車;辦理站;選址優(yōu)化;聚類分析

        0 引言

        為了加大我國(guó)鐵路在零散貨物運(yùn)輸市場(chǎng)中的比例、提高鐵路運(yùn)輸市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,各鐵路局陸續(xù)開啟了貨物快運(yùn)列車業(yè)務(wù)??爝\(yùn)列車的開行對(duì)中國(guó)零散貨運(yùn)市場(chǎng)產(chǎn)生了一定的影響,這種準(zhǔn)時(shí)、快速、低價(jià)優(yōu)質(zhì)的服務(wù)受到了貨主的一致好評(píng)[1],但鐵路快運(yùn)列車的運(yùn)到時(shí)限與公路運(yùn)輸相比依然不具優(yōu)勢(shì)。鐵路貨物快運(yùn)列車采用站站停的運(yùn)行模式,部分不合理的停站導(dǎo)致列車旅行速度偏低,上海鐵路局長(zhǎng)三角貨物快運(yùn)專列環(huán)形運(yùn)行的旅行速度值在40 km/h以下,濟(jì)南鐵路局齊魯貨物快運(yùn)列車環(huán)線的旅行速度值在50 km/h左右,均小于一般的道路物流速度。鐵路貨物快運(yùn)列車停站問題不僅影響列車旅行速度,更關(guān)乎鐵路運(yùn)營(yíng)管理部門的盈利及貨運(yùn)站周邊集貨便利程度,所以合理的列車停站規(guī)劃是提高列車旅行速度、縮短貨物送達(dá)時(shí)間、降低物流成本的關(guān)鍵。

        國(guó)外關(guān)于貨運(yùn)站的布局調(diào)整研究主要涉及關(guān)停不合理貨運(yùn)站和建立貨運(yùn)服務(wù)中心兩個(gè)方面,近期理論研究較少,Sibel Alumur[2]和Hatice Calk等[3]探究了固定成本樞紐選址問題的整數(shù)規(guī)劃模型;Yan Sun和Lang Maoxiang[4]運(yùn)用混合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,識(shí)別貨運(yùn)站的不同特性,將貨運(yùn)站分為四個(gè)等級(jí),便于后期貨運(yùn)站分等級(jí)運(yùn)營(yíng)管理。同樣的優(yōu)化思路,國(guó)內(nèi)學(xué)者魏然[5]則以貨運(yùn)站數(shù)量和車站貨物年到發(fā)量為研究基礎(chǔ),運(yùn)用ABC分類法將貨運(yùn)站分為三個(gè)等級(jí),然后針對(duì)不同等級(jí)進(jìn)行管理和控制;萬濤[6]運(yùn)用層次分析法(AHP)確定影響物流中心選址因素的權(quán)重,并用模糊綜合評(píng)價(jià)確定備選地址優(yōu)選排序;海濤、張星臣等[7]建立用于危險(xiǎn)貨物辦理站配置的模糊綜合評(píng)判模型,為危險(xiǎn)貨物辦理站的優(yōu)化配置提供決策依據(jù);杜艷平、賈利民等[8]考慮了經(jīng)濟(jì)因素和貨運(yùn)站的相對(duì)位置,提出基于Agent-人元模型的貨運(yùn)站布局調(diào)整方法,將所研究的車站劃分成保留站、待定站和取消站三類。馬波濤[9]采用重要度計(jì)算和聚類分析的方法,對(duì)全國(guó)行包快運(yùn)節(jié)點(diǎn)的等級(jí)進(jìn)行劃分。

        目前模糊評(píng)價(jià)法和層次分析法是解決貨運(yùn)站選址優(yōu)化問題運(yùn)用最多的方法,但兩類方法都較多地受人為因素的影響,這就極易夸大或降低某些指標(biāo)的作用,致使最終車站優(yōu)化排序的結(jié)果不能完全真實(shí)反映實(shí)際情況。當(dāng)數(shù)據(jù)指標(biāo)繁雜多樣的時(shí)候,這種局限性將更加明顯。而聚類分析從數(shù)據(jù)分析的角度,給出同一分類過程中科學(xué)的定量評(píng)價(jià)方法,從而避免了普通分類方法主觀、隨意性大的弊端,是一種更加準(zhǔn)確細(xì)致的分類工具[10]。本文將采取聚類分析法,選取與鐵路貨物快運(yùn)相關(guān)的多項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),以一條鐵路快運(yùn)線路上的辦理站為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行聚類分析,確定該條線路上的保留站、待定站和取消站,為我國(guó)快運(yùn)貨物辦理站的布局優(yōu)化問題提供一定的理論基礎(chǔ)。

        1 辦理站選址方法

        聚類分析的實(shí)質(zhì)是建立一種分類方法,它能夠?qū)⒁慌鷺颖景凑账鼈冊(cè)谛再|(zhì)(變量)上的親疏程度在沒有先驗(yàn)知識(shí)的情況下進(jìn)行分類。這里的一個(gè)類就是一個(gè)具有相似性的個(gè)體的集合,不同類之間具有非相似性。聚類過程中,不必事先給出一個(gè)分類標(biāo)準(zhǔn),聚類分析能夠從樣本數(shù)據(jù)出發(fā),根據(jù)所采用的聚類方法產(chǎn)生分類標(biāo)準(zhǔn),并且繪制出聚類的譜系圖[11]。

        按照分組理論依據(jù)不同,聚類分析法可以分為系統(tǒng)聚類法、動(dòng)態(tài)聚類法、模糊聚類法和圖論聚類法等多種方法。本文所采取的系統(tǒng)聚類法的基本思想是,把n個(gè)樣品看成p維(p個(gè)指標(biāo))空間的點(diǎn),而把每個(gè)變量看成p維空間的坐標(biāo)軸,根據(jù)空間上點(diǎn)與點(diǎn)的距離來進(jìn)行分類。以歐氏距離衡量組間距離,采用離差平方法進(jìn)行聚類計(jì)算。

        聚類分析的樣本由能夠反映其特征的若干指標(biāo)來表征,分類結(jié)果很大程度上取決于樣本指標(biāo)的選擇。所以應(yīng)選擇具有代表性、適應(yīng)性、可測(cè)性和獨(dú)立性的指標(biāo)[12]。影響辦理站選址布局的因素主要是地區(qū)經(jīng)濟(jì)水平和各辦理站在線路上的相對(duì)位置以及快運(yùn)貨物發(fā)送量[9],地區(qū)經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá),產(chǎn)生的貨運(yùn)需求越大,越有必要開設(shè)辦理站。綜合考慮后,本文選取的主要聚類分析經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有:GDP、工業(yè)總產(chǎn)值、社會(huì)消費(fèi)品零售總額、交通環(huán)境與政策導(dǎo)向系數(shù)和貨運(yùn)站快運(yùn)貨物月均發(fā)送量等。

        初始樣本數(shù)據(jù)受量綱和數(shù)量級(jí)的影響,不具有可比性,需通過數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化來消除各類數(shù)據(jù)之間的差異,平衡各指標(biāo)的作用。可選擇的標(biāo)準(zhǔn)化方法有標(biāo)準(zhǔn)差、均差、極差、協(xié)方差和廣義夾角余弦法等。本文采用標(biāo)準(zhǔn)z分?jǐn)?shù)(z score)的方法進(jìn)行聚類分析。具體流程如圖1所示。

        圖1 鐵路貨物快運(yùn)列車辦理站聚類分析步驟示意圖

        2 案例討論

        以濟(jì)南鐵路局齊魯貨物快運(yùn)西環(huán)順向線路上辦理站為例進(jìn)行實(shí)例分析,按照各車站的影響范圍對(duì)沿線的區(qū)域進(jìn)行劃分,通過查閱相關(guān)資料獲得2014年每個(gè)車站涉及區(qū)域的年GDP、年工業(yè)總產(chǎn)值、年社會(huì)消費(fèi)品零售總額、交通環(huán)境與政策導(dǎo)向系數(shù)以及2014年11月各車站的快運(yùn)貨物發(fā)送量。相關(guān)數(shù)據(jù)指標(biāo)見表1,及圖2、圖3。聚類結(jié)果產(chǎn)生的樹形圖如圖4所示,0-25的標(biāo)尺刻度表示類別之間的親疏關(guān)系,結(jié)果形象地反映了各類辦理站之間存在的異同。根據(jù)聚類樹形圖可以看出,齊魯貨物快運(yùn)西環(huán)順向線路上的辦理站應(yīng)該分為六類,具體見表1。

        表1 各辦理站指標(biāo)

        圖2 各類辦理站經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(億元)對(duì)比圖

        圖3 各類辦理站快運(yùn)貨物運(yùn)輸量(噸)對(duì)比圖

        圖4 快運(yùn)列車辦理站聚類分析譜系圖

        由圖2、圖3以及表1可知,第6類辦理站各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及快運(yùn)貨物運(yùn)輸量都排在最后,是首先需要關(guān)閉的車站;第5類辦理站的工業(yè)總產(chǎn)值比較高,但是其他各項(xiàng)指標(biāo)都很低,隨后也可考慮關(guān)閉;第4類辦理站GDP較高,第3類辦理站貨運(yùn)量較高,其他指標(biāo)都略低,均可作為待定站;第1、2類辦理站各項(xiàng)指標(biāo)都較高,是該條快運(yùn)貨物運(yùn)輸線上最重要的辦理站,將其作為保留站。各車站的具體取消保留情況如表2所示。

        表2 快運(yùn)業(yè)務(wù)辦理站最終分類結(jié)果

        3 結(jié)論

        聚類分析可將鐵路快運(yùn)車站按照一定的條件客觀地、快速地進(jìn)行分類,從而挑選出最具市場(chǎng)價(jià)值的快運(yùn)業(yè)務(wù)辦理站。通過選擇適當(dāng)?shù)木垲惙治鲋笜?biāo),對(duì)一條快運(yùn)線上的辦理站進(jìn)行分類并確定保留站、待定站和取消站,為鐵路以及其他運(yùn)輸方式的類似辦理站選址優(yōu)化問題提供了一定的參考。本文僅對(duì)一條快運(yùn)線路上的車站進(jìn)行了聚類分析,該方法是否適合快運(yùn)線路連線成網(wǎng)后的辦理站選址還需做進(jìn)一步討論。同時(shí),被取消車站的快運(yùn)業(yè)務(wù)如何轉(zhuǎn)移到保留車站,以保證整個(gè)鐵路快運(yùn)網(wǎng)絡(luò)正常、高效、合理的運(yùn)營(yíng),也是今后重點(diǎn)研究的問題。

        [1]黃文成,張寶運(yùn),帥斌.鐵路貨物快運(yùn)列車運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)總結(jié)與發(fā)展建議[C].協(xié)同發(fā)展與交通實(shí)踐——2015年中國(guó)城市交通規(guī)劃年會(huì)暨第28次學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集

        [2]Sibel Alumur,Bahar Y.Kara.Network hub location problems:The state of the art[J].European Journal of Operational Research,2008, 190(1):1-21

        [3]Hatice Calk,Sibel A.Alumur,Bahar Y.Kara,Oya E.Karasan.A tabu-search based heuristic for the hub covering problem over incomplete hub networks[J].Computers&Operations Research.2009,36(12): 3088-3096

        [4]Yan Sun,Maoxiang Lang.Optimization and integration method for railway freight stations based on a hybrid neural network model[J]. computer modelling&new technologies,2014,18(11)1233-1241

        [5]魏然.我國(guó)鐵路貨運(yùn)站布局調(diào)整方法研究[D].北京:北京交通大學(xué),2006

        [6]萬濤.鐵路物流中心選址布局規(guī)劃問題研究[D].北京:北京交通大學(xué),2009

        [7]海濤,張星臣,楊月芳.鐵路危險(xiǎn)貨物辦理站優(yōu)化配置方法研究[J].鐵道學(xué)報(bào),2006,28(3):101-105

        [8]杜艷平,賈利民,趙云云,等.基于Agent-人元模型的鐵路貨運(yùn)站布局調(diào)整方法[J].物流技術(shù),2010,29(8):209-212

        [9]馬波濤.鐵路行包快運(yùn)節(jié)點(diǎn)等級(jí)劃分及布局方法研究[J].鐵道經(jīng)濟(jì)研究,2011(6):9-11

        [10]閆楓逸,毛海軍.安徽省各城市物流重要度聚類分析[J].交通科技與經(jīng)濟(jì),2005(3):67-69

        [11]薛薇.統(tǒng)計(jì)分析與SPSS的應(yīng)用[M].北京:中國(guó)人民大學(xué)出版社, 2008

        [12]李代坤.路局貨運(yùn)站布局優(yōu)化調(diào)整研究[D].北京:北京交通大學(xué), 2013

        (責(zé)任編輯:魏艷紅)

        Under the background of the railway freight transportation reform carried on by China Railway Corporation, this research focused on the optimization method of railway freight express train stations' location. Economic indicators which are related to railway freight express train stations are picked up and classified based on the method of clustering analysis. Eventually,some references to the optimized result of railway freight express train stations'location are put forward.

        railway;freight express train;freight station;location optimization;clustering analysis

        A

        1004-9746(2015)06-0011-03

        2015-11-06)

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