高速鐵路客運產(chǎn)品設計中的客流分配理論與方法研究.pdf

1、客流分配理論是鐵路客運產(chǎn)品設計的核心技術。在高速鐵路大規(guī)模建設條件下，客運產(chǎn)品規(guī)劃質(zhì)量直接影響著新建鐵路網(wǎng)的運營效益。在客運產(chǎn)品設計的不同階段，即“宏觀戰(zhàn)略層”的客運產(chǎn)品結(jié)構優(yōu)化，“中觀策略層”的旅客列車開行方案優(yōu)化，“微觀操作層”的旅客列車運行圖優(yōu)化都與客流量有直接的關系，所以，在每個規(guī)劃階段建立合適的客流分配模型以及設計快速有效的客流分配算法對指導高速鐵路客運產(chǎn)品優(yōu)化設計有重要意義。
　　由于高速線客流與既有線客流的選擇行為和

2、特點不同，呈現(xiàn)出“時間需求敏感性、客流層次多樣性、出行距離不均衡性、日客流高低峰明顯性”等新特點，決定了高速線客運產(chǎn)品設計與既有線不同，是全新的系統(tǒng)工程。另外，在網(wǎng)絡化的全新高速鐵路客運產(chǎn)品規(guī)劃中，客流分配方法需要適應網(wǎng)絡優(yōu)化的需求。除此之外，鐵路客流分配又不同于道路交通流分配，需要針對鐵路客流分配特點，進行客流分配理論與方法的研究。
　　本論文以高速鐵路運營網(wǎng)絡為背景，從高速鐵路客流特點出發(fā)，研究適合高速鐵路客運產(chǎn)品設計中的客流

3、分配理論與方法，研究工作主要有以下幾個方面:
　　(1)旅客出行選擇特性及客流分配問題研究。首先，根據(jù)鐵路旅客出行選擇特性，對高速鐵路客運產(chǎn)品的不同層次內(nèi)容進行分析，指出客運產(chǎn)品規(guī)劃的主要問題。然后，重點對不同層次客流分配的影響因素進行研究，提出基于客流分配方法的高速鐵路客運產(chǎn)品一體化規(guī)劃流程。最后，根據(jù)博弈理論，建立多層次規(guī)劃模型描述客運產(chǎn)品規(guī)劃的企業(yè)效益與旅客效益間的Stackelberg博弈關系，其中，多層次規(guī)劃模型的下層模

4、型均為不同層次客運產(chǎn)品規(guī)劃下的客流分配模型。
　　(2)高速鐵路物理路網(wǎng)客流分配方法研究。合理路徑集合生成是客流分配的基礎，直接關系到客流分配算法的效率。本論文提出客流起訖點間的備選路徑集合和合理路徑集合的生成方法，采用混合遺傳學算法進行物理節(jié)點間的K短路生成，即備選路徑集合，在備選路徑集合的基礎上，根據(jù)多約束條件生成合理路徑集合。在此研究基礎上，研究鐵路物理路網(wǎng)客流分配方法，建立基于合理出行路徑集合的客流分配模型，并設計遺傳算法

5、對模型進行求解。最后，以京滬高速鐵路相關物理路網(wǎng)為例進行客流分配，驗證模型和算法的有效性。
　　(3)基于復雜列車服務網(wǎng)絡的客流分配方法研究。首先對旅客列車開行方案形成的復雜列車服務網(wǎng)絡屬性及其構造方法進行研究，在分析多層次客流選擇行為基礎上，確定列車服務網(wǎng)絡弧段阻抗。建立體現(xiàn)差異性服務水平需求的復雜列車服務網(wǎng)絡客流分配模型，該模型以旅客出行效益最大化為目標，通過分別限制不同出行距離、不同層次旅客的換乘次數(shù)及換乘時間，設置旅客出行

6、路徑的多約束條件。設計由改進的蟻群算法和Frank-Wolfe算法構成的混合算法進行求解，為更加符合旅客的選擇行為，按OD客流量、出行距離、優(yōu)先級等規(guī)則進行流量加載。最后，以京滬高速鐵路相關旅客列車開行方案為例進行客流分配，驗證模型和算法的有效性。
　　(4)基于復雜列車時空服務網(wǎng)絡的客流分配方法研究。首先對“微觀操作層”客運產(chǎn)品設計的列車時空服務網(wǎng)絡時空特性和構建方法進行了研究。在分析高速鐵路旅客出行的時空特性及選擇行為基礎上，

7、研究時空服務網(wǎng)絡下的時空服務弧段阻抗。然后建立帶有服務時間窗約束以及旅客差異性服務需求約束下的復雜列車時空服務網(wǎng)絡客流分配模型，該模型考慮旅客出行路徑的時間窗約束、差異性服務需求約束、換乘等多種約束條件。提出由時間窗搜索算法和改進的Dijkstra算法構成的組合算法求解旅客在列車時空服務網(wǎng)絡中的合理路徑集合，并設計基于時空服務網(wǎng)絡合理出行路徑集合的客流分配子算法。最后，以京滬高速鐵路相關網(wǎng)絡下的旅客列車運行圖為初始化時空服務網(wǎng)絡，進行客