客运专线网络旅客列车开行方案优化设计与调整研究

摘要

客运专线网络旅客列车开行方案是客运专线旅客列车运营组织工作的重要组成部分，其优化设计与调整是一项非常复杂的系统工程，涉及影响因素众多，随着我国铁路客运专线网络的不断建设，如何制订一个合理的客运专线网络旅客列车开行方案，已经成为我国铁路旅客运输面临的履待解决的核心问题。
　　旅客列车开行方案要能较好地反映铁路旅客运输的经营策略和服务质量水平。好的旅客列车开行方案能够提高铁路旅客运输的经营效果和效益，有效地利用铁路运输企业的运能，吸引更多的客流，而且能为旅客提供更加快捷、舒适、方便的乘车环境。
　　因此，寻找和探索一个系统的有效的解决客运专线网络旅客列车开行方案优化设计与调整的研究思路和研究方法，对于我国客运专线网络的不断建设和完善、理论的不断发展、客运专线网络旅客运输组织的协调与优化等方面都具有十分重要的意义。
　　本文紧紧围绕客运专线网络旅客列车开行方案优化设计与调整这一研究主题，在查阅了大量文献资料的基础上，充分借鉴和参考以往的研究成果，以系统工程理论为指导，采用了定性分析与定量分析相结合、宏观分析和微观分析相结合、反馈控制原理、运筹学原理、协同优化理论、决策科学、经济分析法、统计分析法、文献分析法、最优化理论、系统建模原理与方法等相关学科的研究方法，综合交叉运用，构建了客运专线网络旅客列车开行方案优化设计与调整的理论方法体系，以期为实际工作中的客运专线网络旅客列车开行方案的优化设计与调整提供理论基础。
　　本文的主要研究内容包括以下几个部分：
　　(1)客运专线网络的系统描述和混沌效应
　　本文对客运专线网络进行了系统描述，在深入的分析了客运专线网络的系统构成的基础上，探讨了客运专线网络的系统类型及特性，界定了客运专线网络系统的边界，分析了客运专线网络系统的演化，利用混沌理论从理论上对客运专线网络系统进行了效应分析。
　　(2)基于粗糙集理论的客运专线网络客流量组合预测模型
　　本文深入的研究了基于粗糙集理论的组合预测模型。在对比分析各种预测模型的优缺点后，结合客运专线网络客流量预测方法选择的影响因素，提出了基于粗糙集理论的客运专线网络客流量组合预测模型，并针对预测结果的可靠性及合理性进行分析，并做以算例验证了该方法的有效性。
　　(3)客运专线网络旅客列车开行方案优化设计
　　本文界定了客运专线网络旅客列车开行方案的定义与作用，对客运专线网络旅客列车开行方案制定的原则、包含的主要内容和影响因素进行了深入的分析，针对开行方案的制定进行了相关边界的假定，提出了始发终到站和停站方案的确定方法和设计原则，在综合考虑铁路客运部门的收益、旅客的出行成本和未被服务的旅客人数的基础上构建了开行方案优化模型，并对模型进行了分析及简化，提出了模型的求解策略及算法设计。
　　(4)基于客流动态反馈控制的客运专线网络旅客列车开行方案调整方法
　　本文在介绍了自动控制原理中反馈控制原理和对旅客列车开行方案调整的原因、内容以及原则进行深入分析的基础上，提出了基于客流动态反馈控制的客运专线网络旅客列车开行方案调整方法。为实现该调整方法设计了基于客流动态反馈控制的客运专线网络OD矩阵推算模型及算法。该模型首先对客运专线网络路段流量进行计算，然后建立基于多路径交通分配的客运专线网络OD矩阵推算模型。针对当前现有开行方案制定与调整过程存在的缺点提出了需要对客运专线网络旅客列车开行方案的调整办法进行改革、将客运专线网络中现行的旅客列车开行方案客流情况的统计数据作为改进开行方案的工具和客运专线网络旅客列车开行方案的调整应该针对不同的条件和阶段采取不同的方案三点建议。最后对客运专线网络旅客列车开行方案调整系统及功能模块进行了分析设计。
　　(5)基于综合维修天窗优化设置的客运专线网络旅客列车开行方案的优化调整研究
　　本文对客运专线网络旅客列车开行方案的合理发车时间域进行了研究，在提出了客运专线网络旅客列车等级重要度和关键列车的概念的基础上建立了基于综合维修天窗优化设置的客运专线网络旅客列车开行方案的优化调整模型，并对模型的求解进行了算法设计，最后做以算例验证了该方法的有效性。
　　最后，总结了全文的主要研究结论，提出了本文的创新点，同时指出了需要进一步研究的问题并对未来研究工作进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 选题背景与研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

1.2.2 国外研究现状

1.2.3 研究现状总结

1.3 研究目标与方法

1.4 研究结构与主要内容

第2章 客运专线网络系统描述和混沌效应

2.1 客运专线网络系统概述

2.1.1 客运专线的概念

2.1.2 客运专线的基本类型

2.1.3 客运专线的技术经济特征

2.1.4 客运专线网络系统内涵

2.2 客运专线网络系统构成

2.2.1 车站的分类

2.2.2 线路的权值

2.2.3 列车的性质

2.3 客运专线网络系统类型及特性

2.3.1 客运专线网络系统类型

2.3.2 客运专线网络系统特性

2.4 客运专线网络系统边界

2.5 客运专线网络系统演化

2.6 基于混沌理论的客运专线网络系统效应分析

2.6.1 混沌理论的特性

2.6.2 混沌理论中系统的三种不同形态

2.6.3 客运专线网络系统的混沌效应分析

2.7 本章小结

第3章 基于粗糙集理论的客运专线网络客流量组合预测模型

3.1 预测的概念与分类

3.2 预测的程序与步骤

3.3 基于粗糙集理论的组合预测模型分析

3.3.1 组合预测方法分析

3.3.2 粗糙集理论概述

3.3.3 基于粗糙集理论的组合预测模型

3.4 基于粗糙集理论的客运专线网络客流量组合预测模型研究

3.4.1 客运专线网络客流量各种预测模型比较分析

3.4.2 客运专线网络客流量预测方法选择的影响因素

3.5 预测结果的可靠性及合理性分析

3.5.1 预测结果的可靠性分析

3.5.2 预测结果的合理性分析

3.6 算例

3.7 本章小结

第4章 客运专线网络旅客列车开行方案优化设计

4.1 开行方案的定义与作用

4.2 开行方案制定的原则

4.2.1 安全性原则

4.2.2 满足客运需求原则

4.2.3 方便旅客出行原则

4.2.4 经济合理的原则

4.2.5 提高旅客旅行舒适度的原则

4.2.6 合理停站的原则

4.3 开行方案的主要内容

4.3.1 列车开行等级和种类

4.3.2 列车开行对数

4.3.3 列车运行区段

4.3.4 列车编组方案

4.3.5 车底运用方案

4.3.6 列车停站方案

4.4 开行方案的影响因素分析

4.4.1 客流量与客流性质

4.4.2 列车编组及定员

4.4.3 客流波动系数

4.4.4 列车上座率

4.4.5 车站及区间通过能力

4.4.6 旅客的出行成本

4.4.7 铁路客运部门的经济效益

4.5 开行方案优化模型构建

4.5.1 相关边界假定

4.5.2 始发终到站的确定

4.5.3 停站方案影响分析及设计原则

4.5.4 模型构建

4.6 模型求解策略及算法设计

4.6.1 求解策略

4.6.2 算法设计

4.7 本章小结

第5章 基于客流动态反馈控制的客运专线网络旅客列车开行方案调整方法

5.1 研究的意义

5.2 反馈控制原理概述

5.3 开行方案调整概述

5.3.1 开行方案调整原因

5.3.2 开行方案调整内容

5.3.3 开行方案调整原则

5.4 客流动态反馈控制过程分析

5.5 基于客流动态反馈控制的客运专线网络OD矩阵推算模型及算法

5.5.1 客运专线网络路段流量的计算

5.5.2 基于多路径交通分配的客运专线网络OD矩阵推算模型

5.6 开行方案制定与调整过程分析及建议

5.7 客运专线网络旅客列车开行方案调整系统及功能模块分析

5.8 本章小结

第6章 基于综合维修天窗优化设置的客运专线网络旅客列车开行方案的优化调整研究

6.1 客运专线网络旅客列车开行方案的合理发车时间域

6.2 客运专线网络旅客列车等级重要度

6.3关键列车的定义

6.4 协同优化模型的建立

6.4.1 条件假设

6.4.2 建模思路

6.4.3 模型的建立

6.4.4 算法设计

6.5 算例

6.6 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读博士期间发表的论文及科研成果