基于列车开行方案调整的高速铁路网络能力优化

摘要

随着我国高速铁路逐渐步入大规模网络化运营时代，高速铁路网络能力利用呈现出“紧张和浪费”两个极端状态的现象日益显著。以列车开行方案调整对高速铁路网络能力利用的影响分析为切入点，通过部分调整列车开行方案，尽可能提高高速铁路网络通过能力利用的均衡性，实现高速铁路网络通过能力利用的整体优化。　　明确了高速铁路网络通过能力利用率及其均方差的概念和计算方法，分析了我国现状高速铁路网络通过能力利用存在的问题：各客流区段通过能力利用两极分化明显，繁忙区段通过能力趋于饱和，与此同时，许多区段却存在不同程度能力的虚靡浪费现象。　　研究了列车开行方案调整措施，如列车增开、停运以及调整列车OD服务范围，调整列车速度等级、列车径路及列车停站等对高速铁路网络通过能力利用产生的影响，并制定了既有高速铁路列车开行方案的调整原则。在此基础上，采用基于熵权的灰色白化权函数聚类方法对既有高速铁路跨线列车进行了筛选，针对筛选出的待调跨线列车，提出了基于关键车站的列车OD归并方法。充分考虑高速铁路线路和车站的能力限制、列车单次运行里程以及路径唯一性等约束，建立了以提高高速铁路网络通过能力利用均衡性，同时减少列车整体运行距离为目标的待调跨线列车径路优化模型，并针对该模型特点，设计了以K短路为基础的模拟退火算法进行求解。　　以我国2018年12月全国高速铁路网络以及列车时刻表数据为例，验证了文中提出的方法、模型及求解算法的合理性。结果表明，优化后的高速铁路网络在各客流区段通过能力利用率平均值变化不明显的情况下，高速铁路网络通过能力利用的均衡性得到了提高，且高速铁路网络繁忙区段个数大幅减少，缓解了现状高速铁路网络繁忙区段通过能力利用紧张的问题。

目录

声明

第1 章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外相关理论研究现状

1.2.1 列车开行方案编制

1.2.2 列车开行方案评价方法

1.2.3 列车开行方案优化与调整

1.2.4 高速铁路网络能力

1.2.5 研究现状总结

1.3 研究内容及技术路线

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 技术路线

第2 章高速铁路网络能力利用现状分析

2.1 高速铁路通过能力概念及其影响因素分析

2.1.1 高速铁路通过能力概念

2.1.2 高速铁路通过能力影响因素分析

2.2 高速铁路通过能力利用率现状分析

2.2.1 高速铁路网络客流区段限制通过能力计算方法

2.2.2 高速铁路实际通过能力计算

2.2.3 高速铁路通过能力利用率现状及问题分析

2.3 高速铁路网络通过能力利用均衡性现状分析

2.4 本章小结

第3 章 列车开行方案调整原则及跨线列车筛选方法

3.1 高速铁路列车开行方案基础理论

3.1.1 高速铁路列车开行方案概念及主要内容

3.1.2 高速铁路列车开行方案编制基本原则及形成过程

3.1.3 高速铁路列车开行方案影响因素

3.2 高速铁路列车开行方案调整原则

3.2.1 列车开行方案调整措施对路网通过能力利用的影响

3.2.2 高速铁路列车开行方案调整原则制定

3.3 基于熵权和灰色白化权函数聚类的高速铁路跨线列车筛选

3.3.1 高速铁路跨线列车筛选指标选取

3.3.2 高速铁路跨线列车筛选指标权重计算

3.3.3 基于灰色白化权函数的高速铁路跨线列车筛选方法

3.3.4 高速铁路跨线列车筛选

3.4 本章小结

第4 章基于路网能力均衡利用的跨线列车径路优化模型

4.1 高速铁路网络模型构建方法

4.1.1 高速铁路网络抽象方法

4.1.2 高速铁路网络的数学描述

4.2 高速铁路跨线列车径路优化模型

4.2.1 模型假设

4.2.2 变量定义及参数说明

4.2.3 约束条件

4.2.4 目标函数

4.2.5 基于高速铁路网络能力均衡利用的跨线列车径路优化模型

4.3 模型求解

4.3.1 确定待调跨线列车合理径路集

4.3.2 求解模型的模拟退火算法

4.4 本章小结

第5 章实例分析

5.1 数据准备

5.2 实例求解及结果分析

5.2.1 实例求解

5.2.2 结果分析

5.3 本章小结

结 论

致 谢

参考文献

附录1 高速铁路网络各客流区段单方向限制通过能力

附录2 高速铁路网络客流区段单方向实际通过能力

附录3 跨线列车径路优化结果

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果