高速铁路车站通过能力计算理论与方法研究

摘要

随着我国高速铁路不断建设和运营，高速铁路通过能力点、线协调的问题日益突出。因此，正确计算和评估高速铁路车站通过能力，对于充分挖掘车站设备潜力、优化车站运输组织、提高铁路运输管理效率以实现高速铁路点线能力协调有十分重要的意义。目前，高速铁路车站通过能力仍然遵照普速铁路车站通过能力的以均衡使用车站资源为目标、以利用率计算法为基础的经典理论体系和方法进行计算，该方法不适应以客运为主、客流有明显时段变化为特点的高速铁路车站，无法满足高速铁路车站工作的需求。虽然，有学者从图解法、仿真法等方面求解高速铁路车站通过能力，但目前为止还没有形成统一完善的理论和方法体系，车站人员仍然是凭经验确定高速铁路车站通过能力。基于此现状，本文对高速铁路车站通过能力的特点及相关影响因素进行分析，研究高速铁路车站、动车所通过能力计算原理和方法，研究高速铁路车站点线能力协调评估方法，以期提供高速铁路车站通过能力计算的理论依据和有效方法。
　　本文主要进行了以下几项工作:
　　(1)在分析高速铁路车站系统及作业流程基础上，归纳总结了高速铁路车站运力资源利用特点，提出了高速铁路车站通过能力的计算目的、衡量指标，明确了高速铁路车站通过能力类型及相关概念，得出了高速铁路车站通过能力计算是一个依赖于能力需求特征的动态计算过程，应体现为不同需求特征下的通过能力组合的结论。从车站技术设备、车站作业参数及规则、车站作业组织方案三方面分析了对高速铁路车站通过能力的影响，明确了车站作业组织方案是计算高速铁路车站通过能力的关键因素。
　　(2)针对高速铁路车站通过能力利用需求特点，提出了高速铁路车站通过能力计算的机理和原则。以生产调度问题、禁忌搜索算法、正交试验法等优化理论方法为基础，分别对高速铁路车站理论通过能力、可用通过能力等问题构建了分时段的以接发列车数最大化为目标，满足列车类型比例、列车作业稳定性等需求特征约束的整数规划模型，并设计了启发式决策规则与禁忌搜索算法相结合的双阶段启发式优化求解算法，为不高速铁路车站通过能力计算提供了思路。进一步利用正交试验法定量分析不同车站作业决策规则对高速铁路车站通过能力计算结果的影响规律，得出了系列结论。
　　(3)对动车所这一特殊的场站系统及作业过程进行分析，将动车所理论通过能力问题归结为多阶段混合流水车间调度问题，构建了分时段的以整备动车组数最大化为目标、满足不同作业流程动车组类型比例约束的动车所理论通过能力问题的整数规划模型，设计了启发式决策规则与基于最长活动链的混合邻域禁忌搜索算法相结合的双阶段启发式优化算法求解模型。
　　(4)探讨了高速铁路枢纽站及动车所与衔接区间点线能力协调的内涵，明确了高速铁路枢纽站及动车所点线能力静态协调与动态协调的概念，归纳和分析了静态协调与动态协调的评估方法。
　　(5)以实际高速铁路车站和动车所为例对上述理论和方法进行了验证，并分别与现有的人工图解法、压缩法、利用率法等方法进行比较，证明了论文算法的有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 车站通过能力相关理论研究现状

1．2．2 车站通过能力计算方法研究现状

1．2．3 车站点线能力协调方法研究现状

1．2．4 现有研究存在问题分析

1．3 研究目标与研究内容

1．3．1 论文研究目标

1．3．2 论文研究内容

1．4 论文结构安排

第2章 高速铁路车站通过能力基础理论研究

2．1 高速铁路车站系统及业务分析

2．1．1 高速铁路车站类型

2．1．2 高速铁路车站业务分析

2．2 高速铁路车站通过能力内涵研究

2．2．1 高速铁路车站通过能力理论体系分析

2．2．2 高速铁路车站运力资源利用特点分析

2．2．3 高速铁路车站通过能力相关概念及特征分析

2．3 高速铁路车站通过能力相关影响因素研究

第3章 高速铁路车站通过能力计算模型与方法研究

3．1 高速铁路车站通过能力计算原则与方法研究

3．1．1 高速铁路车站通过能力计算原则

3．1．2 高速铁路车站通过能力计算思路

3．1．3 高速铁路车站通过能力计算基本假设

3．2 高速铁路车站通过能力算法基础理论

3．2．1 生产调度问题

3．2．2 禁忌搜索算法

3．2．3 正交试验法

3．3 高速铁路车站理论通过能力优化模型与方法研究

3．3．1 问题描述

3．3．2 数学模型

3．3．3 算法设计

3．4 高速铁路车站可用通过能力优化模型与方法研究

3．4．1 问题描述

3．4．2 数学模型

3．4．3 算法设计

3．5 车站作业方案决策规则对高速铁路车站通过能力影响分析

3．5．1 车站作业方案决策规则分析

3．5．2 正交试验设计

3．5．3 算例及结果分析

第4章 动车所通过能力计算模型与方法研究

4．1 动车所设备及作业分析

4．2 动车所通过能力问题分析

4．3 动车所理论通过能力计算模型与方法研究

4．3．1 问题描述

4．3．2 数学模型

4．3．3 算法设计

第5章 高铁枢纽站及动车所点线能力协调研究

5．1 高铁枢纽站点线能力协调性分析及评估

5．1．1 高铁枢纽站点线能力静态协调评估方法

5．1．2 高铁枢纽站点线能力动态协调评估方法

5．2 动车所点线能力协调性分析及评估

5．2．1 动车所点线能力静态协调评估方法

5．2．2 动车所点线能力动态协调评估方法

第6章 实例验证

6．1 实例背景

6．2 西安北站通过能力计算及点线能力协调性评估

6．2．1 西安北站站场数据及作业标准参数

6．2．2 西安北站理论通过能力计算

6．2．3 西安北站可用通过能力计算

6．3 西安北动车所通过能力计算及点线能力协调性评估

6．3．1 西安北动车所站场数据及作业标准参数

6．3．2 西安北动车所理论通过能力计算

结论

致谢

参考文献

附录

攻读博士学位期间发表的论文及科研成果