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方侃:基于顾客需求的有害物质铁路运输问题探讨

天津大学管理与经济学部2018-06-22 05:36:41

为满足现代人类社会生活需求,有害物质往往在其中有不可或缺的作用。然而一旦这些物质发生泄漏又会对人类的财产和生命安全构成极大的威胁。因此如何有效管理有害物质的运输成为人们所需要考虑的一个紧迫问题。天津大学管理与经济学部工业工程系方侃老师就此问题进行了研究。


在现今的有害物质运输网络中,铁路运输是其中最主要的一种运输方式,根据美国交通局(DOT)的统计数据显示,每年通过美国铁路网络运输的有害物质达1亿3千万吨。根据最近几年的运输趋势,人们预计在接下来的十年里,通过铁路运输的有害物质将会显著增加。尽管从统计数据上看,铁路运输相比公路运输更加安全和可靠,然而发生多车厢火车事故的概率仍然存在且相较公路运输产生更严重的后果,在过去10年里共有125次产生有害物质泄漏的铁路事故。

 

迄今为止在有害物质运输方面的研究主要集中于高速公路的运输方案分析。在这次报告中,我们希望在铁路运输方案上弥补现有研究的不足。注意到如果只考虑最小化铁路网络中的总风险,可能产生的运输方案会过度集中于部分区域,导致该区域邻近居民的风险大增从而产生不公平的运输方案,在本文中,我们同时考虑了铁路网络的公平性问题。

 

在该工作中,我们首先分析了过去十五年(1999-2013)美国联邦铁路管理局(FRA)记录的主要铁路公司(Class I)在铁轨上共计5476条的安全事故数据,发现铁路在发生事故时刻的运行速度和火车脱轨的概率存在极强的联系;根据此观察,我们构建了一个基于顾客需求时间且满足风险尽可能公平分布的铁路运输模型,在该模型中我们假设火车在相邻车站之间铁轨上的运行速度维持不变,并且每位顾客的需求不能被分拆,同时我们假设铁路运行过程中存在侧轨以便快速火车超过慢速火车而不导致相撞;我们证明该类问题是强NP难问题,并提出了相应的启发式算法用以求解该类问题。通过对现实铁路网络数据进行验证,我们发现该启发式算法尽管简单直观,然而却相当有效。根据模型求解的结果,我们发现铁路运输成本和风险阈值存在显著的此消彼长,并给出了铁路公司运输方案产生机制的一些建议和启发。

 

需要注意的是,我们所提出的模型主要针对铁路运输方案,并不直接适用于公路网络的运输。这主要是因为公路运输过程中车辆运输速度往往取决于当前路段的拥堵状况,同时公路事故的相关数据并未像美国联邦铁路管理局这样类似的机构对其进行系统规范的整理和统计。

作者简介

方侃,天津大学管理与经济学部工业工程系讲师,毕业于普渡大学工业工程学院,主要研究兴趣包括调度排序,组合优化和交通运输等问题。