基于复杂网络的高速铁路网络结构特征分析

便捷稳定的高速铁路运输网络是铁路客货运高效运输的保证,以复杂网络理论为基础,从铁路实际基础设施角度构建高速铁路网络,从网络拓扑性质方面分析高速铁路网络特性,了解高速铁路网现状。运用L Space方法构建高速铁路网络模型,从度与度的分布、平均路径长度、聚集系数等复杂网络指标分析拓扑网络结构特征。研究得出,我国高速铁路网络整体上具有无标度网络特征,中东部和沿海沿江地区车站数量较多,聚集性较高;局部枢纽地区的节点连接聚集,具有小世界网络特征,主要集中在杭州南、南京南、郑州东等大型车站。此外,通过对比分析2023年高速铁路网络特性的变化情况,可以看出路网车站具有连通性不断增强、路网区域布局均衡化发展的特征。     

区域铁路网应急运输保障能力评价研究

论证区域铁路网在突发事件救援行动中发挥的重要作用,分析应急运输相关影响因素后,提出区域铁路网应急运输保障能力的定义及评价方法,建立区域铁路网连通性、应急运输可靠性、路网节点车站和区段重要度的计算模型。结合新疆地区铁路网规划和应急物资储备库节点分布情况,利用该模型对2010、2015、2020年新疆地区铁路网应急运输保障能力进行评价,验证该方法的合理性和可行性,并针对评价结果提出新疆地区铁路网应急运输保障能力的发展建议。     

铁路车流改编方案与技术站布局的综合优化

车流改编方案和技术站布局是铁路运输组织工作中重要而又紧密关联的两个基础问题。通过技术站改编能力约束和编组去向数约束,将车流改编方案和技术站布局两个问题组合并进行综合协调优化,以最小化车流走行、改编费用和技术站布局调整投资费用为目标,构建综合优化0-1整数规划模型。鉴于问题的复杂性,提出基于备选集和区域划分的思想对模型进行深化分析和拓展,以降低问题的规模。以具有10个节点的网络为例进行验证,结果表明车流改编方案和技术站布局的综合优化,有利于路网上车流组织和车站作业能力的协调,促进系统的整体优化。     

提高铁路枢纽综合运输能力技术组织措施的研究

铁路枢纽是由各种线路、车站和有关设备组成的综合体，在路网中具有十分重要的地位，枢纽运输组织和综合能力关系到整个路网的运输工作。分析了在实际运营和工程设计中枢纽运输组织存在的问题，提出枢纽内编组站合理分工、货运站专业化、组织远程直达列车以及改变枢纽内车流径路等提高枢纽综合运输能力的技术组织措施，并结合规划济南枢纽进行了研究。     

高速铁路车站布局研究

合理安排路网中客运站布局能有效提高高速铁路通过能力和运营管理水平。通过分析车站布局的影响因素和布局原则,针对旅客列车旅行速度、线路通过能力、运输组织模式得出三种情况下的高速铁路合理站间距,进而根据高速铁路车站布局原则和具体高速铁路相关技术标准确定最终的车站布局方案。算例分析表明该计算方法能够合理确定高速铁路车站布局方案。     

新建铁路网络效益计算

研究目的:新建铁路的网络效益是指新建铁路对路网中其他线路运量和效益的增加效果,是新建线路经济效益评价以及网络影响评估的重要指标。为准确界定新建铁路本线和跨线客流引起的路网中其他线路运量增加及路网中原始客货流径路调整后产生的额外效益,本文基于外部性理论,分析新建铁路网络效益的构成及计算方法。研究结论:(1)依据网络配流和车流径路优化,构建了新建铁路网络效益计算的多目标优化模型;(2)考虑0D流的等级要求,按照OD点重要度划分运输需求层次,并给出动态径路搜索调整下的模型求解步骤,以实例验证了模型和算法的有效性;(3)所建模型及算法可用于路网视角下铁路新建项目的网络影响计算及铁路建设项目的经济效益评价。     

基于重要性贡献矩阵的城市轨道交通关键站点识别

城市轨道交通网络少数关键站点发生故障可能导致整个网络性能下降甚至瘫痪。现有基于节点重要性贡献矩阵识别网络关键节点的方法忽略了网络功能特性的解析,无法准确识别运营过程中城市轨道交通网络关键站点。通过改进传统节点重要性贡献矩阵,在节点效率的评估中考虑客流运输,在节点重要度贡献矩阵中考虑多阶邻接节点的贡献及网络交通特性,提出站点重要性的量化指标。利用该方法识别上海市地铁网络关键站点,通过模拟对关键站点的攻击以及与传统识别方法的比较,对所提出的关键站点改进识别方法进行验证。研究结果表明：相比于传统节点重要性贡献矩阵,基于改进节点重要性贡献矩阵识别出的关键站点失效后,对城市轨道交通网络效率及网络效率可达性的影响更大;单个站点失效后对网络效率造成的损失最高可达8%,对网络效率可达性造成的损失最高可达10%。同时还发现,基于改进方法识别出的关键站点不一定是分布在网络中心区域的换乘站,客流量大且周边线路稀疏的非换乘站点也同样重要;当占网络站点总数5%的关键站点失效后,对网络效率造成的损失可达70%,对网络效率可达性造成的损失可达67%,因此关键站点的识别与保护将有助于最大程度地降低系统损失和保障交通系...     

城市轨道交通站点网络结构综合重要度识别

研究目的:为识别城市轨道交通站点在网络拓扑结构中的综合重要度,分别用复杂网络中节点的度中心性、接近中心性和介数中心性描述车站在线网中与其他车站的直接关联性、联系的便捷性以及在其他车站间联系中的桥接作用,从三个维度建立车站在网络拓扑结构中的重要度指标;为减少主、客观综合评价结果的差异性,兼顾评价方法的功能驱动与差异驱动的特点,基于主客观集成赋权法建立站点的综合重要度模型。研究结论:通过分析北京地铁线网中站点的中心性分布,并对全网站点的综合重要度进行识别,发现:(1)中心性高的站点多分布于功能核心区及中心城办公、商业密集区内;(2)环型结构线路上站点的中心性均值最高,棋盘型线路次之,而放射型线路最低;(3)综合重要度大于0. 05的站点服务区域涵盖了城市中央商务区、高新技术核心区、综合枢纽等重要开发区域,表明总体上站点综合重要度分布与北京城市区位关系相吻合;(4)本研究成果可为轨道交通站点与城市区位关系的匹配性规划、围绕重要站点进行的一体化开发等提供一定的参考。     

编组站运输组织存在的问题及对策

编组站是车流调整的主要节点,编组站的组织水平直接影响路网车流分布。通过对徐州北站运输组织存在的问题进行剖析,分析当前编组站运输组织存在的普遍问题,提出针对性的对策措施。     

城市轨道交通网络可靠性研究

运用复杂网络理论及熵权法对城市轨道交通网络进行可靠性的综合评价,找出脆弱的站点以加强防护。将城市轨道交通网络抽象为由车站和轨道交通线路所构成的非加权无向网络,再对网络节点的度和度分布,以及网络直径、平均路径长度、聚类系数等特性进行分析,得出网络类型。提出了评价网络可靠性的3个指标,并用熵权法确定各指标权重。以重庆城市轨道交通网络为实例对该方法进行了应用。     

基于关键站点识别的区域轨道交通路网抗干扰性研究

区域轨道交通系统是一个开放的巨系统,易受突发事件干扰且处置难度大。为研究突发事件影响下区域轨道交通路网(RRTN)吸收和抵御干扰的能力,以粤港澳大湾区轨道交通系统为研究背景,采用复杂网络理论,基于度、中介中心度、紧密中心度和聚类系数等指标挖掘区域轨道交通路网拓扑特征,统筹考虑物理网和秩序网评价指标,分析基于度与介数、TOPSIS全要素的权重确定方法,提出基于网络融合的区域轨道交通路网关键站点识别方法,采用网络效率与网络连通度,仿真分析蓄意、随机攻击模式下区域轨道交通路网抗干扰性能。研究结果表明：区域轨道交通物理网、秩序网均不是无标度网络,但后者具备小世界网络特征,且区域轨道交通路网是介于随机网络与无标度网络之间的特殊网络。区域轨道交通路网面对蓄意攻击呈现脆弱性,在对区域轨道交通路网的关键站点加以保护后,面对随机攻击具有更强的抗干扰性能。与基于节点度、度与介数的评价方法相比,所提出的基于网络融合的关键站点识别方法执行效果更好,对区域轨道交通路网抗干扰性能研究更有效。     

铁路货运最短车流径路算法与实现

铁路货运最短车流径路是发到站的最短里程,选取该径路可降低运输成本、提高运输效率.最短车流径路算法虽然较为成熟,但将算法应用到复杂的铁路货运网络仍是研究热点.以现有"2020全国铁路货运营业站示意图"为基本路网结构,建立里程信息表,利用Dijkstra算法实现铁路货运节点站间最短车流径路、非节点站间最短车流径路、支线上尽...     

铁路网车流径路优化模型及算法研究

分析目前铁路网车流径路存在的问题,提出路网车流径路综合最优的含义,对路网进行数学描述;分别以运输时间最少、运输距离最短、运输成本最低为目标建立多目标0-1规划模型;采用线性加权和法将多目标0-1规划转化为单目标问题进行求解,利用专家打分法获得合理的权系数,设计并采用阻尼系数法约束线路能力,在此条件下对路网车流径路模型及算法进行分析,提出求解的方法步骤;最后运用本文模型和算法,以我国铁路网为背景,通过改变阻尼系数调整线路流量,实现宝中线和宝兰线的车流径路调整,验证了本文模型及算法的有效性。     

基于点-弧结构的路网单组列车编组计划优化线性0-1规划模型

合理编制和执行货物列车编组计划,是提高铁路网车流组织效率和运输服务质量的重要保证.研究路网单组列车编组计划优化问题,基于多商品网络流点-弧模型的建模框架,设置每支列流的径路选择和每支车流的改编决策都为0-1变量.以列车集结耗费和车流改编耗费总和最小为目标,考虑车站改编能力和调车线数约束,引入辅助变量和线性约束刻画接续归...     

铁路车流改编方案随机优化模型及其算法

以同一支车流不可拆散、编组去向容量、车站最大编组去向数量、车站改编能力作为约束条件,以车流走行和改编总成本最小作为目标函数,构建车流改编方案优化模型;在此基础上考虑日均车流量的波动,构造车流改编方案随机优化模型;设计基于随机模拟的混合模拟退火算法;以具有10个节点的网络为例进行验证计算.结果说明:随机优化模型可以获得鲁棒性较强的车流改编方案,该方案虽然不能保证在所有情景下都为最优,但是在绝大多数情景下都是"较优"解.此外,车流改编方案的总成本在车流量随机波动的情况下变化相对平稳,在可容忍的范围之内.可见采用给出的随机优化模型获得的车流改编方案具有更高的可靠性,对车流量变化的敏感度更低.     

铁路网络系统运输能力与车流路径模型

从系统理论和运输需求的概念出发，提出路网系统运输能力的概念。在此基础上，将运输需求与车流路径以及车流路径与路网系统运输能力的密切关系构造在车流路径的多目标决策模型和路网系统运能的模型之中。     

在规模路网上空车调配的区段中心优化法

针对大规模铁路网上的空车调配问题，提出了一种网络变换方法。作为一般小规模的空车调配问题，其数学模型属于一类特殊线性规划问题，即运输问题，表上作业法具有很好的求解效果。但由于该算法 的计算量随着所需处理问题的规模的扩大呈几何速度增加，所以对于我国这样拥有数千个装卸站的路网来说，直接用计算机求解具有几千个节点的运输问题是相当困难的。文中提出了一种区段中心优化法，对于主要支点站周边的中间站进行车流归并 ，以压缩节点的数量，从算例上可以看出，区段中心优化法在解决大规模路网同构变换问题时具有比较明显的优点，节约了计算中所城同的时间和空间，是解决大规模路网上空车调配问题的有效途径。文末给出了具体算例。     

合肥东编组站改扩建方案探讨

合肥东编组站是华东路网重要的编组站之一，衔接华东二通道、宁西线、合九线等重要路网干线。随着路网的扩充和经济的发展，合肥东编组站承担的车流量快速增长，既有场站能力已趋于饱和；相关线路扩能后，车站的作业量还将稳步增长，迫切需要对合肥东编组站进行改扩建。通过对目前存在问题的剖析，结合研究年度内的运量预测和车流分析，从车站的功能定位、运输组织分工和车流组织、站型选择、规模确定、进出站线路布置等方面，对合肥东编组站改扩建方案进行研究。     

面向局站一体的铁路动态车流组织优化研究

针对局站一体的铁路网动态车流组织问题，基于基本运行图和编组计划，综合考虑运输企业效益和服务质量，构建基于连续型时空网络的重空车流协同优化混合整数线性规划模型。为适应车流波动，引入备选改编方案增加车流的可行时空路径，从而灵活调整开行列车的车流内容，以期实现动态车流在运行线上的合理分配。为解决大规模时空网络模型求解困难的问题，在协同优化模型的基础上进一步提出分阶段优化方法。基于路局级规模路网的案例结果表明，两种方法均能有效加速车流输送，提高运输服务质量，但分阶段优化方法的求解效率显著高于协同优化方法。     

多阶段空车调整方法在车流推算系统中的应用研究

本文所研究的空车调整模型属于铁路运输信息集成平台下的车流推算系统。车流推算模型能够比较准确地给出在多阶段路网中车站空车的需求量和提供量。针对铁路网络空车调整问题的动态变化特性,建立了多阶段动态空车调整模型,模型的目标函数考虑了与时间因素相关的空车滞留费用和需求未满足惩罚费用等相关费用,设计了模拟退火的启发式算法并进行了求解。对一个简单的路网进行了验证,结果表明,该模型及算法能够较好地解决动态变化环境下的空车调整问题。