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原文传递考虑运输主体公平性的列车运行调整优化模型

论文题名：	考虑运输主体公平性的列车运行调整优化模型
关键词：	列车运行;方案调整;优化模型;运输主体;公平性
摘要：	为巩固并提高铁路运输竞争力，铁路运输系统需要保证运输服务的准时性、可靠性和高效性，相关的铁路运输管理研究在世界范围内引起了广泛关注。随着我国经济的发展，铁路尤其是高速铁路的不断建设与开通运营，人民生活水平和列车运行速度不断提高，人们对旅行时效性的要求逐渐得到满足，同时对列车运行的准时性和可靠性的要求变得越来越突出。　　在铁路运营过程中，经常会出现各种随机扰动影响图定列车区间运行时分、等待和出发作业等情况，使得列车运行秩序偏离初始列车运行图，这时就需要列车调度员采取适当的调度措施来使列车运行秩序恢复正常，实现按图行车。列车运行调整对确保列车的准时性和可靠性具有重要作用，高效的列车调度指挥是控制列车晚点产生及其在铁路网络上的传播，从而保证列车在整个路网上有序运行，实现列车运行安全、高效、可靠和正点的根本途径。　　另外，在市场经济高速发展的条件下，为了适应铁路“政企分开、政资分离”的改革趋势，满足运输主体的竞争需求，迫切需要针对基于公平性的列车运行调整优化理论与方法进行研究，在考虑运输主体竞争公平性的基础上，优化列车运行调整方案。不仅针对引入竞争机制将铁路企业推向市场之后，即使是在现阶段，中国铁路总公司协调各铁路局的列车调度工作过程中也需要公平对待各铁路局。　　本论文在借鉴既有研究成果的基础上，研究考虑运输主体公平性的列车运行调整优化模型。根据考核对象的不同，这里的运输主体可以代指列车个体、运营公司（在国内代指铁路局）或旅客，而运输主体的公平性则是从延误时间或延误惩罚费用角度来衡量。　　本论文主要进行了以下五项工作: 　　(1)简述了当前我国铁路的运营现状和改革趋势，以及国外“网运分离”模式下，多个运输主体竞争的铁路运营现状，明确了研究考虑运输主体延误公平性的列车运行调整问题的迫切性和重要意义。　　(2)分析了国内外列车运行调整问题的相关研究成果，并总结了该领域的研究趋势。分析了列车开行方案设计与列车运行图编制过程中，保证公平性的相关措施与方法，以及在航空交通管理领域，为公平分配进出港航路资源，保证各航空公司航班延误公平性的相关研究工作。　　(3)对列车运行调整问题进行了分析，包括在运营过程中可能产生列车初始延误的原因及其分类，列车运行调整的作用、特点、目标、基本措施及其与列车运行图编制问题的区别。　　(4)基于网络流理论与积聚变量理论建立路网基础设施描述模型，并在该描述模型的基础上构建考虑运输主体延误公平性的列车运行调整优化模型，包括将运输主体延误公平性作为柔性约束（在目标函数中考虑）的模型(P1)和将运输主体延误公平性作为刚性约束（在约束条件中考虑）的模型(P2)。　　(5)基于一个小规模的虚拟铁路网络，对所提出的优化模型的性能进行分析。随后，基于京沪高铁和荷兰局部铁路网络进行实例分析，通过改变使用的模型以及模型的相关参数设置（如权重、列车单位时间延误成本等），来研究模型的敏感性以及列车运行调整公平性的影响因素。主要实验包括:1）对比考虑公平性与未考虑公平性的模型求解结果，说明模型中公平性约束条件的有效性;2）将优化模型求解结果与列车先到先发(FIFO)、按图定列车顺序发车的调度规则所获得的结果相对比，衡量并评估优化模型求解结果的质量;3）对比服从不同的列车初始延误分布的模型求解结果，研究列车的初始延误对列车运行调整公平性的影响;4)采用多种组合的权重值，分析模型求解结果对权重的敏感性;5）改变初始列车运行图中运输主体的公平性，研究其对列车运行调整公平性的影响;6）对比柔性约束与刚性约束的效果，分析两种建模方法的优点与缺点;7）分析改变列车运行路径的调度措施对于提高求解结果质量的作用;8）改变不同类型列车的单位时间延误成本，研究列车单位时间延误成本对实验结果的影响。　　本论文通过大量实验算例，验证了所提出模型的可行性及其对实际情况的适用性，与列车先到先发(FIFO)、按图定列车顺序发车的调度规则所获得的结果相对比，模型可以获得较高质量的解。通过实验我们发现，模型在保证运输主体公平性的同时，其延误惩罚费用也会不断增加，即保证运输主体的公平性需要造成额外的延误惩罚费用。实验还证明了运输主体的竞争公平性是多方面相互作用的产物，不仅与列车运行调整过程中的调度措施有关，还受到列车初始延误的分布规律、初始列车运行图的公平性等方面影响。
作者：	栾晓洁
专业：	交通运输规划与管理
导师：	李海鹰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文