成网条件下高速铁路列车开行方案设计理论与方法研究

With the sequential construction of high-speed railway network, the service level and operation efficiency had been improved remarkably as the benefit of network operation. The passenger train plan with high quality could provide significant guarantee for enhancing operation efficiency of high-speed railway system. The travel demand in high-speed railway has some core difference with that in the existing railway, which has not only huge volume but also obvious fluctuation feature. Hence, the train plan should adapt to the time-varying demand, which can’t be solved by the traditional optimization method in the existing railway system. This project focuses on the time fluctuation of demand, extends the meaning of train plan, and introduces the concepts of train starting time distribution and train plan sketch. These innovations contribute to conveniently describe and evaluate the fitness degree of train plan with time-varying demand. Because the process of optimizing train plan should reflect the Master-slave game of railway operator and travel passenger, we choose bi-level programming to describe this process and use passenger equilibrium assignment to explain the response of passenger on train plan. We also design the heuristic solution algorithm and present the evaluation method for the train plan. Making use of the sale information of railway ticket system, we could predict the quantity and distribution of travel demand well, which constructs a good fundament for the project research. This project strives to establish the theory and method of optimizing the train plan in high-speed railway network.

随着高速铁路网络逐步形成，网络化运营大幅提升服务水平与运营效率，高质量的旅客列车开行方案是提升高速铁路运营效率的重要保障。高速铁路的出行需求与普速铁路具有本质差异，不仅流量大，还具有明显的时变性，因此，列车开行方案需要与时变需求相适应。然而，普速铁路列车开行方案的传统优化方法难于适应高速铁路的时空客运服务的需要。本项目针对需求的时变性，扩展列车开行方案的内涵，增加列车始发时间分布，引入列车运行方案图，方便地描述和评价列车开行方案与时变需求的吻合程度。由于制定列车开行方案的过程是铁路企业与出行旅客的主从博弈过程，采用双层规划描述这个主从博弈，采用均衡客流分配描述旅客对列车开行方案的响应，设计求解模型的智能算法，并建立列车开行方案的评价方法。利用铁路客票系统中的售票信息，估计出行需求规模和分布，对项目形成良好支撑。本项目力图建立成网条件下高速铁路列车开行方案设计理论与方法。

高密度开行的高铁列车，满足旅客出行时变需求成为可能；高铁网络的不断扩大，开行大量跨线列车是合理组织形式；省、地级车站客流需求的集聚特征，使重要车站之间服务列车数是必要关注。因此，考虑旅客出行时变需求、重要车站之间要求足够的服务列车数，成网条件下优化高铁列车开行方案铁列车运输组织的热点研究问题。. 本项目研究了高铁列车开行方案的系列相关基础问题。借助于引入列车始发时间分布，描述开行方案与旅客出行时间的吻合程度；借助于运用网络路径的非直线系数，描述高铁网络开行跨线列车的径路绕道程度的评价；借助于优化最优停站概率，将重要车站之间的服务列车数转化为车站停车数量。另外，还提出了车站到发列车均匀性，以保证需求稀疏时空区域的服务列车数达到最小间隔。. 本项目研究了基于列车时刻表的高铁客流动态均衡分配方法，用于评价旅客对列车开行方案的反应。认为高速铁路的客流分配过程实际上就是旅客的购票过程，高铁列车没有拥挤费用，旅客在当前剩余能力范围内选择最小费用出行方案，将购票过程描述为连续动态决策，进而将其转化为离散化动态决策，获得旅客的出行径路和各项费用。. 基于上述基础工作，以高铁网络结构、能力和资源条件、运输组织模式、服务水平等为约束，以列车公里数、旅客出行费用等为优化目标，构建优化列车开行方案的双层规划模型。以各通道开行方案并行优化推进网络列车开行方案优化的思想，设计了网络化方案的模拟退火优化算法，形成高铁网络列车开行方案的核心优化方法。. 在传统评价方法基础上，着重增补设计服务类、速度类和网络化指标，基于因子-聚类分析构建了列车开行方案评价方法。另外，还拓展研究了不同需求日高铁列车开行方案协同优化方法等相关内容。. 项目的各项研究工作都针对我国高速铁路实际案例进行了数据分析，获得良好的分析结果。. 本项目建立了成网条件下高速铁路列车开行方案设计理论与方法，可为高速铁路系统网络化组织经营提供必要的理论支撑。