基于網絡演化的高速鐵路列車開行方案調整.pdf

1、近年來中國高速鐵路建設蓬勃發(fā)展，隨著西成高鐵、濟青高鐵等全線貫通以及復興號高速列車的投入使用，我國高速鐵路在固定基礎設施和移動設備等方面都取得了新成就。截至2017年底，高速鐵路營業(yè)里程達到2.5萬公里，“四縱四橫”干線布局網絡提前建成運營，網絡化運營及越來越強大的客運市場占有份額使得高速鐵路安全可靠性受到高度重視。然而，我國高速鐵路系統(tǒng)非常規(guī)突發(fā)事件時有發(fā)生，尤其是在成網條件下，突發(fā)事件不僅導致局部區(qū)間的列車晚點、停運和旅客滯留，隨著

2、局部車站的影響在路網上的迅速傳播與擴散，極易導致大面積晚點和大量旅客滯留。突發(fā)事件條件下高效地做出列車運行調整決策可以有效降低事件對列車運行秩序的干擾，因此突發(fā)事件條件下列車開行方案的調整成為當前成網運營條件下鐵路運輸管理領域研究的熱門問題。本文綜合考慮高速鐵路網絡特性和運輸組織策略，從復雜網絡演化角度出發(fā)，提出了突發(fā)事件下調整列車開行方案的新思路，主要包括以下內容:
　　首先，本文以復雜網絡理論為基礎，從高速鐵路基礎設施連接狀態(tài)

3、、客流需求和運輸服務能力三個角度分別建立高速鐵路地理網、客流網和車流網，三個網絡之間具有緊密邏輯關系:地理網為列車開行的基礎設施約束，客流網為列車開行方案編制的客流需求約束，車流網則是在地理網和客流網約束條件下形成的列車開行方案的拓撲形式表達。在上述網絡模型基礎上，本文分析了我國高速鐵路網絡拓撲特性，地理網表現(xiàn)為樹狀網絡，車流網具有較大集群系數(shù)和較小平均路徑長特點，呈現(xiàn)小世界網絡特性。此外，本文從加權網絡拓撲特性角度建立了車站的重要度評

4、價指標，為本文開行方案調整網絡演化模型中車站連接度的計算提供基礎。車流網與開行方案的映射關系分析表明二者是同質的，為本文利用網絡演化理論進行車流網重構，進而調整列車開行方案的方法提供理論支持。
　　其次，本文總結了不同突發(fā)事件影響程度下鐵路列車運行調整策略。基于復雜網絡級聯(lián)失效理論建立了突發(fā)事件影響的網絡傳播模型，根據(jù)突發(fā)事件下列車受影響程度，將列車劃分為4類，即在事件發(fā)生線路區(qū)間附近車站采取等待策略的未出發(fā)列車、無法采取等待策略

5、的未出發(fā)列車、運行路徑前方車站不具備迂回條件需先折返后迂回的在途列車和前方直接采取迂回策略的在途列車，為本文針對不同類別列車制定不同演化規(guī)則做鋪墊。
　　再次，本文分析了突發(fā)事件下的高速鐵路車流網演化特點。綜合考慮停站集合和列車運行時間提出了K-最短路蟻群算法，用于搜索突發(fā)事件條件下的列車迂回徑路。根據(jù)突發(fā)事件下列車運行調整策略，建立了基于網絡演化的開行方案調整模型。該模型分為三個部分:(1)在原定列車開行方案基礎上確定列車徑路起

6、訖點，通過K-最短路蟻群算法確定列車運行徑路，進而劃分群落集合;(2)綜合考慮既定開行方案、客流量、突發(fā)事件下路網通過能力等限制約束制定車流網演化規(guī)則，其中車站間連接度由車站重要度、OD客流量等因素決定，演化生成突發(fā)事件下的高速鐵路車流網;(3)根據(jù)車流網和開行方案的映射關系，由演化生成的車流網輸出調整后的列車開行方案。此外，本文從網絡效率、服務強度和列車上座率等不同角度建立了網絡化列車開行方案調整評價指標體系。
　　最后，以我國

7、京滬高速及周邊鐵路網為例，設置突發(fā)事件場景，實現(xiàn)受損條件下車流網的演化并生成調整后的列車開行方案。結果證明了本文提出的列車開行方案調整思路的可行性，且本文生成的調整后列車開行方案更加符合高鐵運營實際情況，能夠充分利用路網通過能力。
　　本文提出的基于網絡演化的列車開行方案調整模型，著眼于我國高速鐵路成網運營、線路間組織關系愈加緊密的現(xiàn)狀，綜合了客流需求、車站服務能力等傳統(tǒng)因素和網絡效率、換乘可達性等網絡化因素，相較于傳統(tǒng)模型，更適