客运专线与既有线合理分工及协调优化研究

摘要

客运专线与既有线合理分工及协调优化是一个复杂的运输组织优化问题。随着客运专线的修建，铁路运输通道的功能和结构不断完善，各组成线路的功能和性质将发生较大的变化，通道内部客运专线与既有线分工是否合理，对通道内各条线路通过能力的合理利用、通道内客货列车旅行速度的提高、铁路运输的旅客服务供给的改善等有着较大的影响。因此，必须详细调查并分析客运专线与既有线各构成要素的基本情况，科学合理地进行二者内部的运输组织分工及协调优化，以便充分发挥铁路运输通道整体的运输能力，适应国民经济建设的高速发展，不断提高人民的生活水平。
　　 本论文在总结分析国内外研究客运专线与既有线分工的理论和方法的基础上，结合我国客运专线的具体情况，完善客运专线与既有线合理分工的原则和方法。以系统工程思想为指导，以客运专线与既有线的合理分工为主线，研究客运专线与既有线的分工原则，并建立以运输成本、旅行速度、旅客服务供给和日常运输组织调整四者综合最优为目标函数的分工模型。论文系统研究客运专线建成并投入运营后对既有线运输组织的影响，针对分工后可能出现的问题，建立协调优化模型及算法，并与分工模型相结合建立了多层次、多目标、非线性的合理分工及协调优化组合优化问题模型。论文针对模型的特点及选用合适的算法进行求解，构建了客运专线与既有线合理分工及协调优化的相关理论体系。本文的研究内容主要包括以下几个方面：
　　 (1)首先在深入分析国内外运输组织模式的基础上，结合我国的实际分析我国既有线运输组织模式的形式及特点，剖析其在我国不同社会经济发展时期的作用和适应条件，以及既有线运输组织存在的问题；其次在总结国外高速铁路发展经验的基础上，对我国客运专线可能的运输组织模式进行分析研究，并结合其特点分析各种运输组织模式的适用条件，然后对二者的运输组织模式之间存在的异同及各自的优势进行分析，提出了我国三种客运专线各自可能的运输组织模式。
　　 (2)在充分考虑我国客运专线与既有线运输组织特点的基础上，以提高路网运能为前提，以提高铁路运输服务质量为目标，系统分析影响我国客运专线和既有线分工的影响因素，提出了适合我国国情和路情的分工原则。
　　 (3)根据客运专线和既有线旅客出行需求、客运专线和既有线分工影响因素和分工原则，利用数学抽象原理和最优化理论建立分工模型，该模型是一个以通过能力为约束，以运输成本、旅行速度、旅客服务供给和日常运输组织调整四者综合最优为目标函数的分工模型。
　　 (4)系统研究客运专线建成并投入运营后对既有线运输组织的影响，并针对分工后既有线出现的问题，建立协调优化模型，并与第4章的合理分工模型相结合建立了多层次、多目标、非线性的合理分工及协调优化组合优化问题模型，并运用成熟的蚁群算法提出了求解分工问题的Ant(1)～Ant(5)寻优策略。
　　 (5)以武广客运专线为背景，采用蚁群算法策略对武广运输通道相关区域的旅客列车开行方案进行了分工方案的求解，结果表明该算法能够求得合理的分工方案，充分验证了模型和算法的有效性和适用性。
　　 最后，总结了全文的研究工作及研究结果，提出了论文的若干创新点并提出了一些未来需要深入研究的工作。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1选题背景

1.1.1客运专线的发展概述

1.1.2客运专线与既有线合理分工问题的提出

1.1.3研究意义

1.2国内外客运专线与既有线分工的研究现状

1.2.1运输通道内分工的研究现状

1.2.2客运专线运输组织的研究现状

1.2.3客运专线列车开行方案的研究现状

1.3论文的研究方案

1.3.1研究目标

1.3.2研究内容及论文结构

1.3.3研究方法及技术路线

第2章客运专线与既有线运输组织模式及分工原则因素分析

2.1国内外高速铁路运输组织模式分析

2.1.1日本新干线铁路运输组织方式

2.1.2德国高速铁路运输组织模式

2.1.3法国高速铁路运输组织模式

2.1.4意大利、西班牙等国的高速铁路运输组织模式

2.1.5我国台湾的高速铁路运输组织模式

2.1.6世界各国高速铁路运输组织模式综述

2.2客运专线与既有线行车组织特点分析

2.2.1客运专线的行车组织特点分析

2.2.2既有线的行车组织特点分析

2.3客运专线可能的运输组织模式及可行性分析

2.3.1时速300km／h及以上客运专线的运输组织模式

2.3.2时速250km／h客货混跑客运专线的运输组织模式

2.3.3时速200km／h的城际快速铁路的运输组织模式

2.4客运专线与既有线的分工原则和因素分析

2.4.1相关要素界定

2.4.2客运专线与既有线分工的主要影响因素分析

2.4.3客运专线与既有线合理分工原则的界定

第3章客运专线与既有线合理分工模型

3.1铁路运输通道内旅客出行方式的选择

3.1.1客流分担率模型

3.1.2效用函数值的确定

3.2客运专线与既有线分工模型的建立

3.2.1铁路运输通道的系统抽象描述

3.2.2分工方案模型的建立

第4章客运专线与既有线运输组织协调优化

4.1国外运输组织协调经验概述

4.1.1日本新干线

4.1.2法国TGV

4.1.3德国ICE

4.2我国客运专线与既有线相互影响因素及协调原则分析

4.2.1影响因素分析

4.2.2协调原则

4.3车站衔接协调

4.3.1客运专线与既有线车站布局分析

4.3.2车站衔接协调的影响因素及原则

4.3.3车站衔接协调的数学描述

4.4运输组织协调

4.4.1列车开行方案及其数学描述

4.4.2列车运行调整及其数学描述

4.4.3运营调度及其数学描述

4.5综合能力协调

4.5.1客运专线与既有线区间通过能力协调

4.5.2客运专线与既有线间点、线能力协调

4.5.3路网综合能力协调

4.6“夕发朝至”列车的开行方案协调

4.6.1夕发朝至列车夜间行车特点

4.6.2夕发朝至列车开行距离分析

4.6.3夕发朝至列车开行方案协调的数学描述

4.7客运专线与既有线协调优化模型

4.8客运专线与既有线分工及协调优化综合模型

第5章分工协调优化模型的算法设计

5.1蚁群优化算法原理简介

5.1.1蚁群优化算法的概念及特点

5.1.2蚁群优化算法的机制原理

5.1.3蚁群算法的参数选择

5.2分工及协调优化模型的ACO求解策略

5.2.1分工协调优化问题与蚁群活动的相似性描述

5.2.2求解分工及协调优化问题的ACO设计

5.2.3分工及协调优化的ACO求解策略

第6章实例及协调优化因素适用性分析

6.1实例分析——武广客运专线

6.1.1武广运输通道的基本情况分析

6.1.2武广运输通道的分工方案推算步骤及方法

6.1.3武广运输通道分工方案

6.2主要协调优化因素适应性分析

6.2.1综合能力适应性分析

6.2.2分工后客运专线与既有线旅行速度的适应性分析

6.2.3车站衔接及跨线列车开行方案适应性分析

结论

致谢

参考文献

附表

攻读博士学位期间发表的论文及科研成果