高速铁路列车运行图与车站径路计划协同编制理论与方法研究

论文摘要

与既有铁路相比,高速铁路具有高速度、高密度的运营特征,因此需要更加精确、合理的列车运行图用以指导铁路行车组织工作。由于车站径路计划是列车运行图的重要延伸部分,两者之间有着密切的相互作用关系,所以通过对两者进行协同编制方法的统筹研究,更有利于改善列车运行图的编制质量,以实现高速铁路运营良好的社会效益和经济效益。因此,本文研究列车运行图与车站径路计划协同优化编制方法具有一定的现实意义。本文在阅读大量相关文献的基础上,对列车运行图和车站径路计划的协同编制方法进行了深入的研究。首先分析了列车运行图和车站径路计划的关联关系,研究了两者协同编制的理论基础。引入协同学理论,分析高速铁路行车组织系统的系统特征,给出了基于协同学的列车运行图和车站径路计划优化编制方法的优化策略。依据该策略,提出了列车运行图和车站径路计划协同编制模型和算法。通过对实例的求解,验证了该理论方法的有效性。本文的主要研究工作总结如下：1.阐述高速铁路列车运行图和车站径路计划问题的内涵和特点,并从两个问题的建立基础、动车组因素影响、解的空间结构和问题相互间作用机理的四个方面分析了列车运行图和车站径路计划问题的关联关系,总结得到列车运行图和车站径路计划问题具有协同编制研究的理论可行性结论。2.分析了高速铁路行车组织系统的系统特性,利用协同学理论,将系统内列车流所体现出的状态分为有序状态与无序状态,把列车运行图和车站径路计划对铁路行车系统内资源的控制行为定义为对列车流的役使作用,其计划内的指令定义为系统的序参量,并建立序参量方程。通过对方程的分析,总结得到列车运行图和车站径路计划协同优化编制方法策略,形成了基于协同学的高速铁路行车系统计划层面的协同优化思想。3.研究了列车流的基本属性、列车流的区间属性、列车流区段属性、列车流车站属性以及列车流列车属性的属性特征,分析了以上特征对列车流有序性的影响。提出了列车流有序性的计算方法,并将列车流有序性的计算结果作为列车运行图和车站径路计划协同优化的决策依据。4.基于高速铁路列车流的特征分析,根据分层优化的求解思路对列车运行图和车站径路计划进行协同优化建模,首先从最大化能力利用的角度出发,编制“满表”运行图；并在此基础上,应用基于状态转移的全局调整算法求解局部优化问题,以一种动态协同的方式寻求模型的最优解。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 图目录
• 表目录
• 1 引言
• 1.1 列车运行图与车站径路计划研究的背景与意义
• 1.2 国内外列车运行图与车站径路计划协同编制方法研究现状
• 1.2.1 运行图编制方法研究现状
• 1.2.2 车站径路问题研究现状
• 1.2.3 列车运行图与车站径路计划协同编制方法研究现状
• 1.2.4 现有研究存在的问题
• 1.3 研究目的和思路
• 1.3.1 列车运行图和车站径路问题协同研究的目的
• 1.3.2 研究的思路
• 1.4 主要的内容和框架结构
• 2 列车运行图与车站径路计划协同编制方法的理论基础分析
• 2.1 高速铁路列车运行图与车站径路计划的编制特点
• 2.1.1 高速铁路列车运行图的内涵及特征
• 2.1.2 高速铁路车站径路计划的内涵及特征
• 2.2 高速铁路运行图与车站径路计划问题的关联性分析
• 2.2.1 问题相互作用的关联性
• 2.2.2 问题优化性质的关联性
• 2.2.3 问题建立基础的关联性
• 2.2.4 动车组资源影响作用的关联性
• 2.2.5 问题解的结构关联性
• 2.3 本章小结
• 3 基于协同学的运行图与车站径路计划协同编制理论概述
• 3.1 协同学概念及应用
• 3.1.1 协同学基本定义
• 3.1.2 协同学研究的对象
• 3.1.3 协同学的应用
• 3.2 高速铁路行车组织系统协同优化基础
• 3.2.1 高速铁路行车组织系统基本性质
• 3.2.2 子系统间的合作、竞争关系
• 3.3 基于协同学的高速铁路行车组织系统协同优化
• 3.3.1 基本概念和原理
• 3.3.2 高速铁路行车组织系统的序参量——STA与RTA
• 3.3.3 以STA与RTA为序参量的序参量方程
• 3.3.4 基于列车流的运行图与车站径路计划协同优化模式
• 3.4 基于协同学的运行图和车站径路计划编制方法的研究策略
• 3.5 本章小结
• 4 列车流状态分析
• 4.1 列车流有序性定义
• 4.2 列车流属性分析
• 4.2.1 列车流的基础属性分析
• 4.2.2 列车流区间属性分析
• 4.2.3 列车流区段属性分析
• 4.2.4 列车流车站属性分析
• 4.2.5 列车流列车属性分析
• 4.3 列车流有序性计算
• 4.3.1 列车流有序性的计算意义
• 4.3.2 列车流有序性的计算指标
• 4.3.3 列车流有序性的计算方法
• 4.4 算例分析
• 4.5 本章小结
• 5 列车运行图与车站径路计划协同优化模型及算法研究
• 5.1 基础数据
• 5.2 前提假设和符号说明
• 5.3 运行图和车站径路计划协同编制基础模型
• 5.4 “满表”运行图求解算法设计
• 5.4.1 模型分析
• 5.4.2 算法思想
• 5.4.3 算法步骤
• 5.5 运行图和车站径路计划协同编制优化模型
• 5.6 基于状态转移的全局调整优化算法设计
• 5.6.1 算法思想
• 5.6.2 算法步骤
• 5.7 本章小结
• 6 算例验证
• 6.1 原型系统构建
• 6.2 计算结果及分析
• 6.2.1 算例
• 6.2.2 计算结果
• 6.2.3 计算结果分析
• 6.3 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 论文主要工作与结论
• 7.1.1 主要研究工作
• 7.1.2 本文主要创新点
• 7.2 有待进一步研究问题
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 学位论文数据集