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原文传递高速铁路周期性列车接续方案编制理论与方法

论文题名：	高速铁路周期性列车接续方案编制理论与方法
关键词：	高速铁路网;列车接续;编制理论;旅客换乘需求;综合优化模型
摘要：	我国高速铁路快速成网，装备水平与运输能力有了大幅提升，为全面提高客运服务质量、开展市场运作提供了强大支撑。大规模成网运营使得我国高速铁路存在较大数量的换乘客流OD，根据估算约占理论客流OD数量的75.8％～90.2％。为了提高直达服务水平，我国高铁开行了一定规模的长距离、甚至超长距离高速列车，列车开行方案表现为跨线列车多、起讫点多、停站方案多、列车运行距离差别大。目前，中短距离的大节点城市之间具有较高的直达服务频率但规律性有待提高，长距离的大节点城市之间、大部分中小节点城市之间的直达服务频率相对较低或旅客需要换乘。　　欧洲、日本高速铁路一般采用周期性列车运行图，并经过多年市场优化形成了一套旅客换乘时间短、服务频率高的列车接续方案，实现了主要客流OD在任意时段都有便捷的、高频率的直达服务或接续服务，极大地方便了旅客出行。　　我国高速铁路运营时间短、成网速度快、未采用周期性列车运行图，还没有形成一套明确的列车接续关系，列车接续服务在空间、时间、频率、规律等方面有大幅提升空间，且大规模成网运营带来的换乘需求日益增加，系统研究列车接续方案的编制理论与方法对实现高铁旅客便捷换乘、高频率服务具有重要意义。　　列车接续方案编制问题是涉及列车开行方案与列车运行图协同优化的复杂问题。列车开行方案编制阶段通过设计列车起讫点、停站方案、旅客换乘次数等因素来控制换乘客流的总规模与总服务水平。列车运行图编制阶段通过设计接续列车在接续车站的到发时间合理控制旅客的换乘时间。列车接续方案由列车开行方案与列车运行图的部分要素构成，通过明确列车间的接续关系、接续地点、接续方式、接续时间等要素为列车开行方案与列车运行图的综合优化提供基础。本论文以周期性列车开行方案为背景，研究我国高速铁路网周期性列车接续方案的编制理论与方法，主要研究内容包括以下几个方面: 　　(1)我国高速铁路旅客换乘需求分析。从铁路企业与旅客角度分析影响旅客直达与换乘组织的影响因素;根据我国高速铁路网覆盖城市的经济、客运量、行政级别、铁路设施设备条件建立分级节点系统，并基于分级节点系统估算不同服务水平与跨线列车组织策略的换乘客流OD规模及换乘客流构成。　　(2)列车接续方案的定义及编制流程。归纳总结列车接续方案的基本定义、构成要素及列车接续具有的性质;基于欧洲铁路列车时刻表数据，系统分析欧洲铁路的换乘客流组织措施，定量分析放射路网、网状路网两种典型路网结构的列车开行模式及列车接续方案特征;提出基于列车接续备选集的列车接续方案编制流程，逐步确定、优化列车接续方案的各个要素。　　(3)周期性列车运行图列车接续约束生成模型。研究列车接续备选集生成策略及列车接续约束生成流程;分析列车接续冲突的主要诱因，并根据周期事件规划理论确定列车接续冲突的判断标准，设计列车接续冲突搜索算法及消解方法;综合考虑各类影响因素建立周期性列车运行图的列车接续约束生成模型(PotentialTrain Connections Model，PTCM)，为周期性列车运行图列车接续约束的合理设计提供理论与方法。　　(4)基于备选列车接续的周期性列车运行图编制模型。不同的列车接续组合使描述传统周期性列车运行图编制模型（Cycle Periodicity Formulation，CPF）的约束图具有不同结构，导致基于备选列车接续编制周期性列车运行图时约束图需要不断重构，同时换乘客流OD的接续服务缺乏保障。针对上述问题从决策变量、目标函数、约束条件等方面改进CPF模型，引入分类整数圈基避免调整列车接续时约束图重构，建立适合备选列车接续的周期性列车运行图编制模型(PotentialConnections& Cyclic timetable model, PCCTM)。　　(5)周期性列车运行图与列车接续方案综合优化模型。针对周期性列车接续方案编制过程中换乘客流接续服务质量有所下降的不足，提出根据周期性列车运行图编制结果反馈调整列车接续方案的基本思想;基于该思想建立综合优化周期性列车运行图与列车接续方案的双层规划模型，并设计基于“进化-贪婪”思想的启发式求解算法。　　(6)案例研究。以我国高速铁路网2016年大节点路网为例、运用C＃与Cplex混合编程实现上述三个模型，根据给定的大节点城市的周期性列车开行方案编制周期性列车运行图与列车接续方案，验证周期性列车接续方案编制流程与上述三个模型的可行性。　　通过本文的研究，形成了基于列车接续备选集的周期性列车接续方案编制理论与方法体系，编制了我国高速铁路网大节点城市的周期性列车接续方案与周期性列车运行图，为我国高速铁路网采用周期性列车运行图、设计列车接续方案提供了理论与技术支撑，有利于提高我国高速铁路的换乘客流服务水平与市场竞争力。
作者：	郭根材
专业：	交通运输规划与管理
导师：	聂磊
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文