高速铁路列车开行方案与列车运行图协调优化理论与方法研究

【摘要】随着我国高速铁路不断发展,“四纵四横”高速铁路网络初具规模,高速铁路的发展为提升旅客出行服务水平提供了可能。然而,现有的高速铁路运营管理理论与方法仍遵循既有线管理模式,没有根据高速铁路实际运营情况和特点进行调整与改进,制约着高速铁路服务水平的提升。其中,高速铁路列车开行方案与列车运行图编制阶段之间的不协调问题最为突出。针对该问题,论文从列车开行方案与列车运行图协调优化的必要性和可行性出发,构建高速铁路列车开行方案与列车运行图协调优化体系,并对其中一系列关键的理论与方法展开研究。主要研究内容包括以下几个方面：(1)构建高速铁路列车开行方案与列车运行图协调优化体系。以列车开行方案和列车运行图的优化目标和约束对比为基础,分析两者之间冲突的表现形式。针对综合优化问题难于求解的特点,在现有分层优化的基础上,提出运用协调信息的列车开行方案与列车运行图协调优化方法。从协调基本理论出发,设计区间通过能力修正系数、分时段给定列车开行线路信息、分等级开行线路、可调整的停站方案、开行线路换乘关系等协调信息。结合现有列车开行方案和列车运行图编制理论与方法,构建协调优化体系,并给出具体流程。(2)研究了考虑列车运行图协调信息的系统最优条件下列车开行方案优化设计模型与算法。首先,以现有的列车开行方案研究方法中旅客需求与运输服务之间的互动关系为基础,鉴于高速铁路运输服务需要适应旅客出行需求波动的特点,提出基于时段的旅客出行服务网络构造方法以及在该网络下的系统最优客流分配模型。针对该问题的大规模特性,设计列生成算法进行求解。其次,构建基于时段的系统最优条件下开行方案优化设计模型,并设计改进的Benders分解算法获取开行方案优化结果。该算法整合列生成、Benders分解算法和免疫克隆算法,以提升算法求解效率和精度。算例结果表明列生成算法在基于时段系统最优客流分配中的高效性,改进的Benders分解算法对开行方案问题的求解效率和精度方面都优于其它对比算法。(3)研究了考虑列车运行图协调信息的用户平衡条件下列车开行方案优化设计模型与算法。先分析现有高速铁路用户平衡客流分配方法存在的问题,设计引入失败概率的基于超级路径的用户平衡分配方法。构建基于超级路径的用户平衡分配数学模型,并证明该模型与旅客出行平衡状态之间等价性。在基于系统最优的列车开行方案优化体系基础上,提出用户平衡条件下的列车开行方案优化设计数学模型。结合该模型的特点,提出基于拉格朗日松弛算子的割平面生成方法,并构建新的Benders分解算法。算例结果表明基于超级路径客流分配方法获取结果在各时段内取得平衡状态,改进Benders分解算法能在有效时间内获取开行方案优化结果。(4)研究了考虑列车开行方案协调信息的列车运行图优化编制模型与算法。分析列车运行图概念与特点,提出高速铁路时空网络构建方法,网络中采用车站通过时空弧、车站停车时空弧和车站附加等待弧描述列车在车站内部的运行,以此得到可调整停站方案的时空网络。进一步以协调信息为基础,提出列车运行时间区域的概念,设计列车开行方案协调信息影响下的列车运行图优化编制数学模型。针对时空网络规模较大的特点,提出改进分支定价求解列车运行图。为加速算法的求解进程,提出启发式的列车时空路径生成方法。在列车运行图编制结果的基础上,提出协调收敛机制和协调反馈信息设置方法,构建完整的协调优化流程。算例结果表明基于时空网络的列车运行图优化编制模型能获取符合运营要求的列车运行图,改进分支定价算法的改进措施能提升算法效率,保证算法在有效时间内获取优化解。同时,算例结果还表明所设置协调收敛条件与反馈协调信息有效性。(5)进行基于实际高速铁路网络的实例验证研究。以我国实际高速铁路路网为研究对象,结合实际客运需求数据和路网实际情况,运用基于超级路径的用户平衡列车开行方案优化方法设计开行方案,并运用改进分支定价算法求解列车运行图优化模型。通过协调优化迭代求解获取最终的列车开行方案与列车运行图优化设计结果。实例结果表明协调优化方法对于提升旅客服务水平和列车运行图效率、降低企业运营成本的有效性,能将协调优化方法应用于实际高速铁路运营管理问题中。进一步通过数学实验,得出旅客广义出行费用系数和列车时空网络构建中合理行车时间区域设置方法,提升论文研究方法应用于实际案例的可行性。
【作者】何必胜；
【导师】宋瑞；
【作者基本信息】北京交通大学，交通运输规划与管理，2014，博士
【关键词】高速铁路；列车开行方案；列车运行图；协调优化；Benders分解算法；分支定价算法；

【参考文献】
[1]殷凤姣.归化与异化角度看虚构专有名词的翻译[D].武汉理工大学,外国语言学及应用语言学,2012,硕士.
[2]王作功.基于生态理论的高速公路投资风险管理研究[D].北京交通大学,2009.
[3]王蓉.人脑型肌酸激酶Lys177位点突变对去折叠与再折叠的影响[D].浙江理工大学,生物化学与分子生物学,2014,硕士.
[4]钱建芬.基于批次需求计划的某中小企业现场物料管理系统的开发[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[5]潘佳彦.基于TCPN网的双跑道航班进离港并行调度研究[D].南京航空航天大学,交通信息工程及控制,2014,硕士.
[6]刘茜.河北省金融业对经济增长的贡献研究[D].河北经贸大学,统计学,2012,硕士.
[7]王博.钢管混凝土格构式风力发电机塔架可靠性分析[D].内蒙古科技大学,结构工程,2013,硕士.
[8]周东生.计算机视觉中的相机标定相关问题研究与应用[D].大连理工大学,2010.
[9]刘弋华.昆明市现阶段城中村改造的研究[D].云南大学,公共管理,2012,硕士.
[10]张霄霏.区域产业结构调整与优化研究[D].云南财经大学,国民经济学,2014,硕士.
[11]王春,杨志萍,方曙.利用德温特分析家软件开展专利情报研究[J].现代情报,2005,12:14-17.
[12]冯淑伟.泰国东北部汉语教学师资现状调查研究[D].广西民族大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[13]牛泓博.辽宁沿海蛤仔群体种质资源调查研究[D].大连海洋大学,海洋生物学,2014,硕士.
[14]陈雪梅.基于嵌入式系统的服装CAD绘图机的开发[D].天津工业大学,控制理论与控制工程,2004,硕士.
[15]沈博伟.气溶胶地球化学找矿方法在荒漠戈壁区的效果验证[D].中国地质大学（北京）,地球化学,2013,硕士.
[16]龙悦宁.湄公河流域水资源国际合作法律机制研究[D].昆明理工大学,矿产资源保护与法制,2014,博士.
[17]吴意谦.兰州市某地铁车站深基坑变形规律数值模拟研究[D].兰州理工大学,结构工程,2013,硕士.
[18]张宁,熊锐,吴坚,傅亮奇,钟凯弦.杆件布置对双叉臂前悬架性能影响的研究[J].广东工业大学学报,2014,02:103-107.
[19]石浩然.应收账款质押融资分析与风险评价优化[D].首都经济贸易大学,管理科学与工程,2014,硕士.
[20]魏昭峰.抽水蓄能电站经济性评价及产业政策研究[D].华北电力大学（北京）,技术经济及管理,2004,硕士.
[21]王晓坡.新型吸收式制冷系统研究[D].河北工业大学,热能工程,2004,硕士.
[22]姜上维.飞行器执行机构控制系统软件开发[D].吉林大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[23]刘天玲.上海通用汽车再造项目中项目预算流程设计[D].大连海事大学,项目管理,2012,硕士.
[24]谭蓉.林果冷链物流中心布局优化研究[D].中南林业科技大学,森林工程,2014,硕士.
[25]张月.H型高血压与老年糖尿病性脑梗塞的关系研究[D].郑州大学,老年医学,2013,硕士.
[26]张易兴.谱色散光束的非线性时空演化特性研究[D].湖南大学,信息与通信工程,2012,硕士.
[27]夏琼.基于差分进化算法的加热炉生产过程操作调度[D].东北大学,系统工程,2010,硕士.
[28].中国版本图书馆月度CIP数据精选[J].全国新书目,2014,04:25-200.
[29]何鹏飞.行政问责主体制度的研究[D].广西师范大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[30]郑志亮.踝关节的贴扎对人体运动能力影响的研究[D].内蒙古师范大学,体育（专业学位）,2013,硕士.
[31]王爽.流放者的归来：斯泰伦在《苏菲的选择》中关于生死的言说[D].吉林大学,英语语言文学,2004,硕士.
[32]陈海华.工作不安全感的来源和结果[D].浙江大学,2006.
[33]张倩茹.遥操作增强现实中冗余机器人动态避障路径规划策略研究[D].北京邮电大学,模式识别及智能系统,2013,硕士.
[34]周晓曼.中小城市城乡规划管理模式优化研究[D].安徽建筑大学,城市规划与设计,2013,硕士.
[35]郑京香.企业局域网中的VLAN应用[J].冶金自动化,2003,S1:240-242.
[36]徐印.隐藏式副气囊开发及仪表板弱化工艺研究[D].吉林大学,车辆工程,2013,硕士.
[37]刘周强.肾脏小肿瘤的诊疗策略[D].华中科技大学,外科学,2013,硕士.
[38]蔡芗宁.边界层参数化及其在中尺度数值模式中的应用[D].南京气象学院,气象学,2004,硕士.
[39]潘晓晨.图像压缩感知融合恢复算法研究[D].大连海事大学,信息与通信工程,2013,硕士.
[40]刘学成.资质认证系列谈(15)——项目管理很重要[J].中国计算机用户.2002(28)
[41]耿志刚.石墨烯复合结构的吸附和电催化性能研究[D].中国科学技术大学,2013.
[42]戴祥.USB数字摄像平台的软件开发[D].天津大学,信号与信息处理,2004,硕士.
[43]潘倩.广州市九龙镇电子政务发展问题与对策研究[D].西南交通大学,公共管理,2013,硕士.
[44]祁康峰.基于Java的个性化推荐系统研究[D].西安电子科技大学,计算机技术,2011,硕士.
[45]付睿智.猴打棒田野调查与分析[D].中国艺术研究院,舞蹈学,2013,硕士.
[46]梁毅.以社会主义核心价值体系引领大学生校园文化建设研究[D].河北师范大学,马克思主义基本原理,2012,硕士.
[47]王彦照.稀土掺杂的正（多）磷酸盐在UV和VUV下的发光和猝灭性质研究[D].兰州大学,凝聚态物理,2013,硕士.
[48]石榴.所有权保留买卖中买受人的期待权[D].西南交通大学,法律,2013,硕士.
[49]刘金栋.摆式电动车组拖车转向架结构优化设计[D].西南交通大学,车辆工程,2003,硕士.
[50]白玉光.S公司设备管理策略研究[D].天津大学,工商管理,2013,硕士.