基于三方博弈的中国铁路运力资源优化配置研究

摘要

近年来，随着我国经济发展和经济结构调整，铁路运输在我国交通运输系统中发挥着越来越重要的作用。但是在过去相当长的一段时期内，我国运力资源总量无法满足运输需求。以往我国铁路运力资源的配置始终是围绕如何尽可能多地完成运输任务而进行的。近年来我国高速铁路陆续开通运营，很大程度上缓解了运力资源不足的情况，我国铁路的运输组织条件正在发生根本性的变化，传统的组织模式已经不适于进行运力资源的优化配置。亟需研究一种在新运输组织模式下的运力资源优化配置方法，以提高铁路运营总体收益和服务水平。
　　现有运力资源优化配置模型中多数仅以客运分工为研究目标，忽略了货运在整个运输组织中的配置问题。在少数研究客货运总体配置的模型中，客运专线和既有线普通客运之间的转移率并没有被整合到模型中。
　　本文是在新的运输组织背景下，运用系统科学、运筹学等基础理论方法，挖掘客运专线、普通客车和货运列车开行三者之间的合作博弈价值，提出了一种基于三方博弈的中国铁路运力资源优化配置方法，建立了具有普适性的模型，并最终应用遗传算法进行模型的求解，以得出优化配置方案，从而提升铁路部门总体收益和服务水平。
　　本文以武广铁路运输网络为例进行了模型的验证分析，结果表明本文提出的模型在很大程度上可以改善铁路资源的资源配置现状，在不影响客运服务的前提下，充分释放既有线运输能力，以更好的提供货运服务。本文旨在通过这样的模型和验证为铁路部门配置运力资源时提供一定的参考和依据。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 铁路运力资源优化配置研究现状

1．3．2 博弈论在资源配置领域的应用现状

1．4 研究对象及范围

1．5 技术路线及总体框架

2 基于三方博弈的铁路运力资源配置相关理论

2．1 铁路运输网络分析及数学抽象

2．2 博弈论概述

2．2．1 博弈论的概念

2．2．2 博弈的主要类型

2．2．3 本文的博弈类型分析

2．2．4 三方合作博弈的求解方法

2．3 遗传算法概述

2．3．1 遗传算法的基本思想和主要特点

2．3．2 遗传算法的一般过程和基本运算

2．4 本章小结

3 铁路运力资源配置三方博弈分析及模型建立

3．1 铁路运力资源配置原则确定

3．2 铁路运力资源优化配置建模分析

3．3 铁路运力资源优化配置三方博弈模型建立

3．3．1 三方博弈模型的优化目标分析

3．3．2 三方博弈关系分析

3．3．3 客货运三方合作博弈的数学抽象及“核心”解集确定

3．4 铁路运力资源优化配置的约束

3．4．1 各区段的通过能力约束

3．4．2 各站点间的运输需求约束

3．4．3 范围约束

3．5 基于三方博弈的配置总体模型建立

3．6 基于遗传算法的三方博弈模型求解

3．7 博弈模型的动态性和普适性分析

3．8 本章小结

4 铁路运力资源优化配置模型参数标定及求解

4．1 运量转移率的确定

4．1．1 转移率确定的LOGIT模型

4．1．2 服务特性Sij量化

4．1．3 服务特性的计算

4．2 铁路运输产品单位收入的确定

4．2．1 单位货车收入

4．2．2 单位客车收入

4．3 单位列车可变成本的确定

4．3．1 单位货车成本

4．3．2 单位客车成本

4．4 客货运量需求预测

4．4．1 货运需求量预测

4．4．2 客运量需求预测

4．5 线路通过能力分析

4．5．1 基于扣除系数法的既有线列车通过能力分析

4．5．2 基于平均最小列车间隔法的客运专线通过能力分析

4．6 各联盟特征函数v(z)的确定

4．7 本章小结

5 实例分析—以武广铁路通道为例

5．1 武广铁路通道概况

5．2 武广通道配置模型的参数计算

5．2．1 武广通道各区段的通过能力

5．2．2 武广线各区段客货运需求量预测

5．2．3 武广铁路通道各段客货运列车单位收益

5．2．4 三个博弈参与人形成联盟的特征函数计算

5．3 基于三方合作博弈的配置结果

5．4 指标比较分析与建议

5．4．1 运输能力变化分析

5．4．2 运输需求满足率分析

5．4．3 线路能力占用分析

5．4．4 列车单位收益变化对博弈结果的影响

5．4．5 总体建议

5．5 本章小结

6 结论与展望

参考文献

附录A Matlab程序源文件

作者简历

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