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原文传递高速铁路列车停站方案与动车组运用计划一体化编制研究

论文题名：	高速铁路列车停站方案与动车组运用计划一体化编制研究
关键词：	高速铁路;列车停站方案;动车组运用;人工蜂群算法;移动时间窗理论
摘要：	在全球化经济发展的大背景下，我国人民生活水平得到了极大地改善，各地间出行交流愈加频繁，我国居民的出行需求不断激增。虽然随着铁路投资建设，旅客出行需求与运能不匹配问题在一定程度上得到缓解，但现有旅客运输设备还远不能高质量地满足多元化的旅客出行需求。　　高速铁路列车停站方案与动车组运用计划正是反映旅客出行需求服务水平和铁路运输设备配置的重要理论与方法。因此，对于高速铁路列车停站方案与动车组运用计划一体化编制问题的研究，有助于促进相关理论的完善和实际管理工作水平的提高。　　本文将高速铁路列车停站方案和动车组运用计划作为研究对象，尝试建立列车停站方案和动车组运用一体化编制理论。一方面，优化列车停站方案，提高车站停站率和站间可达率，提升旅客服务水平；另一方面，优化动车组接续方案和接续时间，提高动车组利用效率。从以上两方面着手解决日益增加的旅客出行需求和铁路运输设备不匹配问题。因此，本文在参考国内外相关的成熟的理论的基础上，通过尝试构建不同导向的计划编制模型和设计相应的求解算法，通过对比分析，推导出了具有优越性、高效性的一体化数学模型和求解算法，并采用哈大高铁相关数据和某小型路网数据进行了实例验证。　　论文的主要研究工作如下：　　（1）分析了高速铁路列车停站方案与动车组运用问题的内在机理。第一，以列车运行计划编制流程为基础，通过分析列车停站方案的设计原理和动车组运用计划的编制方法，明确了二者在编制过程中的内在联系；第二，对高速铁路列车停站方案与动车组运用计划一体化编制问题的概念进行了界定，并确定了一体化编制问题的优化目标和影响因素，最后确定了构建考虑旅客需求和铁路运输设备数量的优化模型，并基于移动时间窗理论和动车组运行时空路径方法设计了人工蜂群算法进行求解的一体化优化思路。　　（2）根据动车组运用对列车停站的影响，构建了基于动车组高效利用的高速铁路列车停站方案设计模型，研究分析了动车组运用对列车停站深层影响机理。从企业成本角度出发，基于给定的旅客需求（确定的车站停站次数和站间可达性次数），采用了动车组运行时空路径方法，以优化动车组的周转接续，减少动车组的使用数量为基础，进行了旅客需求的优化。结果表明基于动车组利用效率最大进行列车停站方案设计，能有效解决列车停站方案、列车始发时刻、动车组接续三者之间的匹配衔接问题，但同时会导致列车停站次数在一定程度上受限，使得旅客需求不能得到完全满足；并且以动车组接续为框架进行列车停站方案的设计方法存在一些缺陷，其只考虑了动车组的接续最优，忽略了不同动车组使用数量、不同动车组接续方案对列车停站方案的制约机制和停站方式的随机性、无序性对旅客需求的影响机理。因此，可以对其进行优化改进。　　（3）根据列车停站对动车组运用的影响，构建了基于旅客服务水平的高速铁路动车组运用模型并进行了求解和深入分析，阐明了其深层影响机理。从旅客需求角度出发，基于给定的旅客需求（确定的车站停站次数和站间可达性次数），采用二阶段方法，侧重考虑旅客需求优化，同时考虑优化动车组的周转接续，减少动车组的使用数量。结果表明先设计列车停站方案，后计算动车组接续的求解方法确实能最大程度上满足旅客需求，但其根据列车停站方案随机生成的列车时刻表，在进行动车组接续计算时结果不够理想，不能充分实现动车组的高效利用。因此，可以对其进行优化改进。　　（4）根据高速铁路列车停站方案与动车组运用计划一体化编制思路和前两部分研究内容总结得出的结论，推导出了更具优越性的一体化求解思路，建立了高速铁路列车停站方案与动车组运用计划一体化编制模型。设计了以动车组运行时空路径为基础，先进行模糊动车组接续方案求解，并根据旅客需求约束剔除掉不满足约束条件的方案，使满足约束的方案组成可行方案备选集，进行方案迭代；然后进行列车停站方案设计时以旅客需求（各站停站次数）为备选集进行求解，保证最大程度满足旅客需求的求解算法。　　（5）验证一体化模型和求解方法的可行性和有效性。首先使用一体化模型的求解算法求解第三章、第四章所设计的实例，对求解结果进行分析，并与第三章、第四章实例分析求解结果进行对比，验证了一体化模型和算法的高效性；其次构建了小型路网，利用现有数据设计实例，用一体化模型的求解方法求解，并对求解结果进行分析，验证了一体化模型和求解方法的适用性；最后对于这两种案例进行场景分析，验证动车组使用均衡性和非均衡性场景下模型求解结果的差异性。
作者：	秦永胜
专业：	交通通运输规划与管理
导师：	孟学雷
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022