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《北京交通大学》 2018年
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面向超长距离客流的高速铁路网络化列车开行方案研究

王莹  
【摘要】:我国已成为世界上高速铁路投产运营里程最长、在建规模最大的国家。截止到2017年末,我国高速铁路运营里程突破了 2.5万公里,占全世界高速铁路运营总里程的60%以上。高速铁路运输网络颇具规模且日趋完善,网络结构也不断变化,为快速换乘提供了可能。同时,由于我国幅员辽阔并且区域发展不均衡,高速铁路超长距离的运输需求逐渐增长,有必要予以专门研究。既有研究较少考虑高速铁路网络中超长距离的出行需求以及由于超长距离出行需求带来的网络化列车开行方案编制难度增加的问题,本文试图从高速铁路超长距离运输需求的特点出发,研究面向超长距离客流的网络化高速铁路列车开行方案。论文首先系统分析了高速铁路超长距离运输需求与运输组织模式,实现了高速铁路运输网络旅客全出行过程客流分配方法,提出用中转换乘和直达运输两种方式满足超长距离客流。然后基于超长距离客流的乘车方案构建了面向超长距离客流的高速铁路网络化列车开行方案优化模型及方法。进一步,对于直达运输方式的一种特殊形式,研究了高速铁路夜间行车约束下的超长距离列车开行方案。最后通过宝兰高铁相关网络案例证明了模型及方法的可行性。论文具体研究内容如下:(1)高速铁路超长距离运输需求与运输模式分析。首先,基于市场竞争力对高速铁路的运输距离进行分析,确定高速铁路超长距离的范围;其次,通过对高速铁路新线进行分类与特征分析,借助复杂网络理论得出网络化条件下超长距离运输需求产生机理与变化特征;最后,分析超长距离客流运输组织的模式,分别对直达、中转换乘的运输组织难度进行分析,确定了超长距离运输组织模式的确定准则。(2)高速铁路运输网络旅客全出行过程客流分配研究。考虑超长距离出行中主要涉及的中转换乘问题重构运输网络,以重构运输网络中的要素以及旅客在网络中的出行环节为基础,构建基于旅客全出行过程的运输网络。在此基础上构建高速铁路运输网络客流全过程客流分配模型,解决了考虑超长距离出行特征的旅客全出行过程的客流分配问题,得到网络化开行方案的初始解。(3)面向超长距离客流的高速铁路网络化列车开行方案优化。提出基于系统中心性理论的高速铁路车站分析方法,以换乘枢纽为核心,研究超长距离中转换乘方案并提供了相应的计算方法用于超长距离中转换乘方案的选取。将直达和中转乘车方案加载到考虑超长距离运输的网络化列车开行方案模型中,模型解决了基于乘车方案的网络化列车开行方案的优化。(4)高速铁路夜间行车约束下的超长距离列车开行研究。确定了在夜间行车约束下高速铁路夜行列车的超长距离范围,并对超长距离夜行列车的需求进行分析。接着,对应用既有模式解决超长距离高速铁路夜行列车开行的难点进行分析,提出不同模式下的优化策略,在此基础上提出差异化的超长距离高速铁路夜行列车开行模式并构建相应的模型。再者,分析天窗约束下超长距离通道内夜行列车冲突的表现,针对该问题提出时空疏解策略,构建基于时间疏解策略的夜行列车开行与天窗关系优化模型。论文研究的创新之处主要有:(1)构建了基于旅客全出行过程的高速铁路运输网络模型。针对超长距离运输问题带来的枢纽中转换乘组织问题,构建基于旅客全出行过程的运输网络,将该网络与网络客流全过程客流分配模型结合,能够完整反映不同OD对在网络中的出行过程,全面把握通过能力、到发线能力、车站集散能力、咽喉道岔组能力等约束。对于描述存在环状结构的运输网络具有理论意义。(2)提出了面向超长距离客流的网络化高速铁路列车开行方案的优化模型。基于系统中心性理论分析超长距离客流乘车方案,针对超长距离出行的旅客提供直达和中转换乘的多种乘车方案,该模型突破了直达最大化的开行方案优化模式,有效解决网络中复杂OD关系、跨线运输组织的难点问题,同时解决了中转换乘方案与直达方案综合优化的难点,属于理论方面的创新。(3)提出了不同模式超长距离高速铁路夜行列车开行的优化策略和差异化的列车开行模式,并构建求解模型。考虑到高速铁路夜间行车与天窗关系的约束,提出不同开行模式下高速铁路夜行列车开行的优化策略,提出的超长距离高速铁路夜行列车差异化开行模式和相应的模型,用以保证超长距离夜行列车开行中各区段天窗检修作业均衡完成,为未来组织开行超长距离的高速铁路夜行列车提供了新的思路和方法。(4)构建了天窗约束下基于时间疏解策略的夜间列车开行与天窗关系优化模型,刻画了超长距离高速铁路通道内多种夜行列车与天窗的关系,构建的模型能够高效解决一个通道内存在重合区段的多种夜行列车与天窗关系的优化。研究成果为网络化条件下复杂多样的夜行列车开行提供了理论方法,是理论方法与实践应用的创新。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:U292

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