中铁第一勘察设计院新疆铁道勘察设计院有限公司 新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市 830000
摘要：铁路危险货物在铁路运输过程中易发生燃烧、爆炸等，在运输过程中确保其安全至关重要。本文通过考虑运输过程中的人口风险和运输成本风险来建立多目标路径优化模型，从而在铁路运输网络中找到一条相对最优的路径，既保证了铁路危险货物的运输安全，又降低了运输成本，为铁路危险货物的安全运输提供了理论指导。
关键词：铁路危险货物；安全运输；运输风险；路径优化
0 引言
铁路运输一直在我国社会经济建设中发挥着主干作用，具有适合中长远距离运输、运量大、安全性高等特点。铁路危险货物在运输过程中是移动的危险源，一旦发生泄漏、火灾或爆炸等事故会给周围的环境、人以及财产造成巨大的损失和伤害。所以，从运输危险的角度来讲，在铁路运输网络中进行路径选择时必须考虑沿线扩散区域的人口数，而从运输经济学角度来讲，还要考虑所选运输路径的运输成本。因此，本文主要从人口风险和成本风险两个方面建立多目标优化模型，然后从整个铁路运输网络中寻找最优的运输线路，从而使运输人口风险和成本风险最小。
1 运输人口风险分析
铁路危险货物在铁路运输过程中发生危险事故时，它的危害性主要为扩散区域内影响的人口数，而扩散范围内暴露的人口数是人口风险的主要指标，其与铁路沿线扩散范围内的人口密度和人口聚集区的人口数有直接关系。因此，建立危险货物的铁路运输人口风险评价模型为：
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其中，
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表示泄漏扩散区域面积，
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表示泄漏扩散范围内的人口密度。
建立铁路运输网络人口风险模型为：
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s.t：
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，
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>0，且为整数
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为从i城市到j城市选择第k条运输线路的线路长度；
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为第k条线路上中转或编组的节点城市i的人口数；
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为可供选择的运输线路的集合；
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为所有要经过的城市的集合。
2 输成本风险分析
（1）运输费用
铁路危险货物运输费用主要包括、集装箱的租赁费用和运价，集装箱的租赁费用按单个集装箱来计算设为C1，集装箱货物运输的计费标准按一个箱子每公里的运输费用来计算设为C2，危险货物在基本运价上要增加50%的加成，其运费计算如下：
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其中，
Cy—运输费用；
C1—发到基价，元/箱；
C2—运行基价，元/（箱·公里）；
S—运输里程；
n—集装箱数目。
（2）运输时间成本
铁路危险货物在铁路运输过程中会消耗一定的时间，这些都会产生相应的时间成本，时间成本是指物品在运输过程所消耗的时间花费在其他方面而产生的经济效益。时间成本计算如公式所示：
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其中：
CT—时间成本；
p—当前危险货物的市场价值；
i—当前市场危险货物的利润率；
C1—占用集装箱的时间；
T—运输的时间；
t—延误的时间；
n—运输的箱数。
铁路危险货物运输成本模型的建立
（1）铁路危险货物运输过程条件假设
① 运输过程中，每个节点城市只能进行一次列车的重新编组或中转；
② 运输过程中，列车重新编组或转运而产生的成本计入时间成本；
③ 运输过程中，每个节点城市都可以进行列车的编组；
④ 运输过程中，每条线路上的速度和每公里的费用均相等；
（2）符号的说明
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表示城市i和城市j之间选择的是第k条运输路线，为决策变量，取值为0或1；
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表示k条线路上在节点城市i是否进行列车的编组，为决策变量，取值为0或1；
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表示k条线路上在节点城市i是否进行中转，为决策变量，取值为0或1；
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表示城市i和城市j之间k线路的单位运输费用；
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表示在节点城市i和节点城市j之间选择第k条线路运输的时间；
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表示列车在节点城市i和节点城市j之间第k条线路上延误的时间；
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表示在节点城市i中转的时间；
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表示在节点城市i编组的时间；
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表示列车的运行速度，本文中假设为常数；
在铁路运输网络中，以运输危险货物成本为目标的模型：
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s.t：
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，
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3 多目标函路径优化数学模型的建立
为了将铁路危险货物路径优化问题抽象为数学模型，主要做出以下假设条件和约束条件。
假设条件：
（1）本文研究的铁路危险货物径路选择问题是相异的单一起点和终点路径优化问题；
（2）铁路运输网络中各条线路上的运行速度相同；
（3）铁路运输网络中每一条运输线路上的运输费用都相同；
（4）将每个路段上的行车延误时间设为一个定值。
约束条件：
（1）节点城市都可以进行编组但只能进行一次编组，且不得重复编组；
（2）每一个节点城市都可以进行中转作业；
构建铁路危险货物路径优化模型需要综合考虑运输成本和运输风险两个目标，这是一个多目标优化问题，建立以下铁路危险货物路径优化模型：
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4 函数的进一步分析
本文调查了23个节点城市之间的铁路线路长度，各个节点城市的常住人口数（万人），各路段平均人口密度等数据。本文的路径优化模型需要对两个目标都进行优化，而两个目标在实际的选择过程中对应的权重是不同的，为了简化运算过程，需要先对一个目标进行优化，得到一个最优的解集；然后对第二个目标进行优化，得到一个最优的解集，也就意味着将模型的目标分解了，对每一个目标进行优化处理；最后对不同目标的最优解集进行加权组合，给运输成本和运输风险赋予相应的权重值，问题的目标函数变为：
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其中，α为权重值且0<α<1。
通过对α的不同取值，确定在运输过程中偏重于运输成本还是运输安全，从而可以在全国铁路运输网络中选择具有偏向性的最优路线。
5 结论
本文通过将铁路危险货物运输过程中风险模型分解为人口风险模型和成本风险模型，再对二者赋予不同的权重，进而得到在不同的权重值下铁路运输网络中最优的运输路线，证明了从路径选择方面来保证铁路罐箱安全运输的可行性，从而为铁路危险货物运输安全提供理论指导。由于全国铁路运输网络的复杂性，本文主要考虑了铁路干线，数据匮乏，在以后的研究中可结合大数据云计算等先进技术获得大量数据进行进一步研究。
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