高速鐵路周期性列車接續(xù)方案編制理論與方法.pdf

1、我國高速鐵路快速成網(wǎng)，裝備水平與運輸能力有了大幅提升，為全面提高客運服務(wù)質(zhì)量、開展市場運作提供了強大支撐。大規(guī)模成網(wǎng)運營使得我國高速鐵路存在較大數(shù)量的換乘客流OD，根據(jù)估算約占理論客流OD數(shù)量的75.8％～90.2％。為了提高直達服務(wù)水平，我國高鐵開行了一定規(guī)模的長距離、甚至超長距離高速列車，列車開行方案表現(xiàn)為跨線列車多、起訖點多、停站方案多、列車運行距離差別大。目前，中短距離的大節(jié)點城市之間具有較高的直達服務(wù)頻率但規(guī)律性有待提高，長距

2、離的大節(jié)點城市之間、大部分中小節(jié)點城市之間的直達服務(wù)頻率相對較低或旅客需要換乘。
　　歐洲、日本高速鐵路一般采用周期性列車運行圖，并經(jīng)過多年市場優(yōu)化形成了一套旅客換乘時間短、服務(wù)頻率高的列車接續(xù)方案，實現(xiàn)了主要客流OD在任意時段都有便捷的、高頻率的直達服務(wù)或接續(xù)服務(wù)，極大地方便了旅客出行。
　　我國高速鐵路運營時間短、成網(wǎng)速度快、未采用周期性列車運行圖，還沒有形成一套明確的列車接續(xù)關(guān)系，列車接續(xù)服務(wù)在空間、時間、頻率、規(guī)律等

3、方面有大幅提升空間，且大規(guī)模成網(wǎng)運營帶來的換乘需求日益增加，系統(tǒng)研究列車接續(xù)方案的編制理論與方法對實現(xiàn)高鐵旅客便捷換乘、高頻率服務(wù)具有重要意義。
　　列車接續(xù)方案編制問題是涉及列車開行方案與列車運行圖協(xié)同優(yōu)化的復(fù)雜問題。列車開行方案編制階段通過設(shè)計列車起訖點、停站方案、旅客換乘次數(shù)等因素來控制換乘客流的總規(guī)模與總服務(wù)水平。列車運行圖編制階段通過設(shè)計接續(xù)列車在接續(xù)車站的到發(fā)時間合理控制旅客的換乘時間。列車接續(xù)方案由列車開行方案與列車

4、運行圖的部分要素構(gòu)成，通過明確列車間的接續(xù)關(guān)系、接續(xù)地點、接續(xù)方式、接續(xù)時間等要素為列車開行方案與列車運行圖的綜合優(yōu)化提供基礎(chǔ)。本論文以周期性列車開行方案為背景，研究我國高速鐵路網(wǎng)周期性列車接續(xù)方案的編制理論與方法，主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　(1)我國高速鐵路旅客換乘需求分析。從鐵路企業(yè)與旅客角度分析影響旅客直達與換乘組織的影響因素;根據(jù)我國高速鐵路網(wǎng)覆蓋城市的經(jīng)濟、客運量、行政級別、鐵路設(shè)施設(shè)備條件建立分級節(jié)點系統(tǒng)，并

5、基于分級節(jié)點系統(tǒng)估算不同服務(wù)水平與跨線列車組織策略的換乘客流OD規(guī)模及換乘客流構(gòu)成。
　　(2)列車接續(xù)方案的定義及編制流程。歸納總結(jié)列車接續(xù)方案的基本定義、構(gòu)成要素及列車接續(xù)具有的性質(zhì);基于歐洲鐵路列車時刻表數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分析歐洲鐵路的換乘客流組織措施，定量分析放射路網(wǎng)、網(wǎng)狀路網(wǎng)兩種典型路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的列車開行模式及列車接續(xù)方案特征;提出基于列車接續(xù)備選集的列車接續(xù)方案編制流程，逐步確定、優(yōu)化列車接續(xù)方案的各個要素。
　　(3)周期

6、性列車運行圖列車接續(xù)約束生成模型。研究列車接續(xù)備選集生成策略及列車接續(xù)約束生成流程;分析列車接續(xù)沖突的主要誘因，并根據(jù)周期事件規(guī)劃理論確定列車接續(xù)沖突的判斷標準，設(shè)計列車接續(xù)沖突搜索算法及消解方法;綜合考慮各類影響因素建立周期性列車運行圖的列車接續(xù)約束生成模型(PotentialTrain Connections Model，PTCM)，為周期性列車運行圖列車接續(xù)約束的合理設(shè)計提供理論與方法。
　　(4)基于備選列車接續(xù)的周期性列

7、車運行圖編制模型。不同的列車接續(xù)組合使描述傳統(tǒng)周期性列車運行圖編制模型（Cycle Periodicity Formulation，CPF）的約束圖具有不同結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致基于備選列車接續(xù)編制周期性列車運行圖時約束圖需要不斷重構(gòu)，同時換乘客流OD的接續(xù)服務(wù)缺乏保障。針對上述問題從決策變量、目標函數(shù)、約束條件等方面改進CPF模型，引入分類整數(shù)圈基避免調(diào)整列車接續(xù)時約束圖重構(gòu)，建立適合備選列車接續(xù)的周期性列車運行圖編制模型(PotentialCo

8、nnections& Cyclic timetable model, PCCTM)。
　　(5)周期性列車運行圖與列車接續(xù)方案綜合優(yōu)化模型。針對周期性列車接續(xù)方案編制過程中換乘客流接續(xù)服務(wù)質(zhì)量有所下降的不足，提出根據(jù)周期性列車運行圖編制結(jié)果反饋調(diào)整列車接續(xù)方案的基本思想;基于該思想建立綜合優(yōu)化周期性列車運行圖與列車接續(xù)方案的雙層規(guī)劃模型，并設(shè)計基于“進化-貪婪”思想的啟發(fā)式求解算法。
　　(6)案例研究。以我國高速鐵路網(wǎng)20

9、16年大節(jié)點路網(wǎng)為例、運用C＃與Cplex混合編程實現(xiàn)上述三個模型，根據(jù)給定的大節(jié)點城市的周期性列車開行方案編制周期性列車運行圖與列車接續(xù)方案，驗證周期性列車接續(xù)方案編制流程與上述三個模型的可行性。
　　通過本文的研究，形成了基于列車接續(xù)備選集的周期性列車接續(xù)方案編制理論與方法體系，編制了我國高速鐵路網(wǎng)大節(jié)點城市的周期性列車接續(xù)方案與周期性列車運行圖，為我國高速鐵路網(wǎng)采用周期性列車運行圖、設(shè)計列車接續(xù)方案提供了理論與技術(shù)支撐，有利