高速铁路运输组织相关问题的研究

在分析客流类型与两线分工、跨线客流方案技术经济比较的基础上,提出了高速铁路跨线客流的运输组织方案,探讨了跨线列车的运行范围、高速铁路车站设置原则与合理站间距离,分析了高速铁路区间通过能力的特点,并提出了基于不同要求、不同时段高速铁路通过能力的计算与表达的建议.     

高速铁路运输组织相关问题的研究

在分析客流类型与两线分工、跨线客流方案技术经济比较的基础上,提出了高速铁路跨线客流的运输组织方案,探讨了跨线列车的运行范围、高速铁路车站设置原则与合理站间距离,分析了高速铁路区间通过能力的特点,并提出了基于不同要求、不同时段高速铁路通过能力的计算与表达的建议。     

基于拉格朗日的高速铁路车站作业优化

本文从Job-Shop 调度角度出发,以列车为待加工的“工件”,将车站接车进路、 到发线和发车进路看作“加工机器”,列车在车站的走行与停站看做不同的“作业工序”, 把高速铁路车站作业问题抽象成Job-Shop 车间调度优化,以设备能力、冲突进路、停站时 间为空间和时间约束,以最小化到发线的占用时间为优化目标,建立高速铁路车站作业 优化模型.采用拉格朗日方法松弛原模型的约束条件,建立车站技术作业问题的拉格朗日 对偶松弛问题,设计了高速铁路车站作业优化模型算法.并以高速铁路的某一车站为实例 进行验证,实例表明,该算法可以有效地化解车站作业进路冲突和实现到发线运用时间 的最小化.     

基于 K-means 的北京地铁路网重要度聚类分析

以图论为基础,以北京地铁为研究对象,结合地铁运营客流时空分布的特点, 构建北京地铁有向加权路网模型;采用 K-means 聚类分析方法,根据地铁路网中车站和区 间的两个基本的物理拓扑属性（度、介数）,以及客运量对其进行分类,确定关键车站和区 间.其中,度反映的是节点的局部聚集能力,介数反映的是节点和边对全局的影响能力,而 客运量则反映了不同时间段节点和边在运输中的重要性.实证分析表明,该方法可以从系 统网络的角度动态辨识系统中的关键车站和区间.     

高速列车多区间节能操纵优化研究

区间运行时间和操纵方法是实现高速列车节能运行的两个重要方面.本文构建了可调整区间运行冗余时间的高速列车多区间节能操纵模型.考虑到高铁枢纽车站和非枢纽站对列车到达时刻准点性的要求程度不同,模型中增加了枢纽车站的列车到达时刻与列车运行图定到达时刻一致性约束,以及非枢纽车站的列车到达时刻在一定时间范围内的约束.为了避免解空间中不满足定时约束的不可行解的数量影响算法效率,设计了一种三层编码的遗传算法来求解模型.通过1条包含3个枢纽车站、3个非枢纽车站的高速铁路线路验证,结果表明,本文所提出的高速列车多区间节能操纵方法能够保证枢纽车站列车到达时刻不变,非枢纽车站列车到达时刻在一定时间范围内变换时,求得多个区间的列车最优节能操纵速度轨迹.与基于牵引-惰行控制方法和单区间节能操纵方法在图定运行时分下的计算结果相比,本文所提出的方法节能率分别超过16%和4%.     

基于双层模型的高速铁路车站能力计算与评估

铁路系统中固定设备与活动设备的各种相互作用的效果最终都体现在时间维度。本文根据高速铁路客流特征规律及车站基础设施的拓扑结构,从服务旅客市场需求的角度出发,定义时段内车站的列车服务-需求意向集合？（t@s-train service-demand intention set,t@s-TSDIS）,又以集合？中列车元素完成运行所需基础设施占用时间为度量标准,提出总体层-局部层的双层模型体系与算法流程表,并计算和评估高速铁路车站能力。在总体层列车占用车站股道时序已知的条件下,构造了资源树冲突图（RTCG）及两个算法（algorithm1与algorithm2）和进行了局部层冲突检验与进路选择优化。优化的目标是完成时段内集合？中列车元素对基础设施占用时间最小。实例应用于某高速铁路车站ψ,验证了模型体系与算法流程的有效性。     

基于模糊预测的高速铁路客流OD 表的推算方法

科学预测客流的变化趋势与波动及获取路网客流OD 表是制定旅客列车开行 方案的依据.结合高速铁路客运的运营实际,利用客流变化相对稳定特征,本文提出了客 流OD 表的反推方法和计算流程,该方法的计算工作量相对叠加法节省了（n2-2n）.考虑 实际客流日波动特征,依据模糊预测原理,建立了车站客运指标的时间序列模糊预测方 程和预测方法,该方法可获取预测期客运指标的变化区间.以南方一高速铁路线为背景, 对车站发送人数进行了预测,预测值与实际数据相比误差在1%以内.在车站发送人数预 测的基础上,给出了线路客流OD 表的反推演算.     

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铁路系统中固定设备与移动设备的相互作用效果最终体现在时间维度,而列车运行过程中的加/减速、近似匀速的动态特性又导致各种时间项的计量难以用精确数进行客观实时表示. 根据车站总体拓扑结构及高速铁路客流需求特征,结合列车运行的动态性,本文应用FTHNs-Conflict Graph双层模型计算&;评估高速铁路车站能力的基本研究思路,首先定义某一时段(比如高峰时段)内车站的列车服务-需求意向集合t@s-TSDIS,以完成既定列车服务-需求意向集合t@s-TSDIS的任务列表占用车站股道时间最少为优化目标,综合应用高级模糊时间Petri Nets (FTHNs)、Max Plus与改进的模拟退火算法,优化列车占用高速铁路车站股道时序.     

高中速列车共线运行的车站间距研究

在借鉴国外高速铁路车站设置的成功经验的基础上,结合我国高速铁路的发展现状,阐述高速铁路车站分布的基本原则,分析影响高速铁路车站间距的5种因素,利用扣除系数法建立车站间距的求解模型,并以京沪高速铁路为例,对模型的计算过程进行详细论证,验证了模型的可行性,为我国高速铁路车站间距设计提供一定的参考依据。     

基于广义出行费用的高速铁路车站设置研究

新建高速铁路车站的选址是一个涉及众多因素的综合性问题。本文基于各种运输方式的经济性、快速性、方便性、准时性、舒适性以及安全性,建立广义出行费用模型,分析比较高速铁路、长途汽车和航空的广义出行费用,确定不同长度高速铁路其车站设置离城市中心的距离范围。文章最后以京津城际和武广高速铁路为例验证了该算法的实用性,为高速铁路车站的规划设计提供了理论依据。     

基于多Agent的贯通同相供电系统协调控制

为满足高速和重载列车对牵引供电系统在电能质量、电分相等问题上的需求,提出了构建基于多智能体的贯通同相供电系统的思路,探讨了系统的基本框架和实现途径与方法,设计了系统中各级Agent的结构功能,并讨论了多Agent之间的通信、协调和协作方法.设计了变电所之间的协调控制策略,以解决贯通同相供电系统中牵引变电所并网运行和变电所之间的潮流调度问题.最后,以京沪高速铁路为例进行了仿真.仿真结果表明,采用协调Agent参与分区协调的2级自治控制策略明显优于其他方式,能实现牵引变电所之间的潮流调度,并将受扰后的节点电压恢复到初始值,确保供电系统的整体电压水平.      

400 km/h高速铁路列车的荷载图式研究

为确定适合400 km/h高速铁路的荷载图式,参考《京沪高速铁路设计暂行规定》中确定0.8UIC荷载作为高速铁路列车荷载图式所使用的方法,以包络德国ICE列车、中国ZGS和中速列车的换算均布活载动效应为原则,提出将0.65UIC荷载作为400 km/h高速铁路列车荷载图式;然后,在时速400公里高速列车作用下,对24、32、40 m 3种跨度简支梁桥,基于车桥耦合振动分析方法得到车辆动力响应,在此基础上研究动力系数、竖向挠度、梁端竖向转角和轨面不平顺等现行规范指标在0.65UIC荷载条件下的适应性;最后,讨论采用0.65UIC荷载作为设计荷载时,离心力、牵引力和制动力限值对400 km/h高速铁路列车的适应性.结果表明：在现行规范基础上,将0.65UIC荷载作为400 km/h高速铁路列车荷载图式进行桥梁设计是可行的,采用该荷载图式计算的桥梁设计指标限值和设计荷载限值较运营车辆与桥梁间的响应具有一定安全储备.     

面向时变需求的高速铁路列车开行方案优化方法

为了使高铁列车开行方案与旅客时变需求相吻合,引入列车运行方案图,使列 车开行方案优化中既能利用列车运行的时间信息,又能避免结合列车运行图综合优化的 大规模计算.借助于基于时刻表的高铁客流分配方法,在区间通过能力、车站始发能力、列 车载客能力等多种约束下,以列车运行时间与旅客出行时间加权和为优化目标,构建了 时变需求下高铁列车开行方案优化的Stackelberg 博弈模型.利用降低编组、删除列车、添 加列车、拼接列车、提高编组和调整列车始发时间等邻域搜索策略,设计了求解模型的模 拟退火算法.最后,针对京沪高速铁路进行算例分析,优化产生的列车开行方案具有良好 的评价指标,特别是旅客上车时间与计划出发时间的偏差较小,具有较高的运算效率和 收敛性.     

高速铁路列车运行图结构优化研究

为提高高速铁路列车运行图的通过能力,通过紧凑铺画列车运行图,合理安排列车运行线顺序,优化了列车运行图结构;将列车运行图结构优化问题转化为旅行商问题,以巡回路径总费用最小化为目标建立0-1整数规划模型,并利用遗传算法求解。用2015年京沪高速铁路数据进行实例验证,求得列车运行图结构的优化方案。计算结果表明:原方案开行39列列车最少需628min,优化方案的开行时间比原方案的开行时间减少了133min,约21.2%,能更好地满足客流高峰时段或突发性客流激增时需尽快密集发车的要求。      

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为研究不同运输组织模式下京沪高速铁路区段通过能力问题,本文首先分析了列车铺画方式对通过能力的影响.通过对比分析可知,将停站次数相同的列车成组铺画能够提高通过能力.在此思路基础上分别给出了停站高速列车和中速列车成组铺画方式下的扣除系数计算公式.运用该扣除系数,进一步分别计算了京沪高速铁路在全高速运输组织模式下和高中混跑运输组织模式下的通过能力,并对通过能力的影响因素进行了深入分析.     

提速战略对我国铁路运输发展的带动作用

在回顾我国铁路6次提速历程的基础上,全面阐述了我国铁路提速取得的成果.通过实施铁路提速战略,我国铁路首创了既有线快速度、高密度、重载并举的运输组织方式,缓解了铁路运输运能紧张的局面;铁路市场化进程加速,运输产品多样化;实现了铁路运输的统一指挥,初步形成了动车组行车组织方法体系;优化车流径路、直达化运输等货物运输组织理论的发展提高了铁路运输能力;既有线客货分线的运输模式为我国高速客运专线的运营提供了借鉴;城际旅客运输的发展强化了铁路的竞争优势,促进了都市圈经济的快速发展;铁路技术装备水平的提升、先进技术的应用为铁路运输发展提供了技术保障.     

基于分区优化的高铁车站通过能力提高方法

车站通过能力是铁路能力的一个关键制约点,本文通过降低咽喉长度对车站作业间隔时间的影响,扩大高铁车站通过能力. 分析车站分区的划分原则及方法,研究车站进路关系模型及作业间隔时间的计算方法. 以通过列车数量最大化为目标,考虑车站作业间隔时间,不同作业类型列车比例等约束条件,建立基于分区划分的车站通过能力优化模型及算法. 案例分析表明,不同作业类型列车比例及组合方式对能力的影响较大,分区划分车站咽喉区可有效减少列车作业间隔时间,提高车站通过能力.     

高速铁路列车运行冲突机理

分析了高速铁路列车运行过程中随机干扰的分布规律和累积过程,采用运行计划的状态偏离图,描述了高速铁路列车运行延误的变化机理。分析了高速铁路列车运行过程中冗余时间的分布规律与利用过程,采用运行计划的状态恢复图,描述了冗余时间对延误时间的吸收过程。根据运行干扰作用过程与冗余时间利用过程,研究了高速铁路列车运行冲突的产生机理,建立了随机干扰和冗余时间共同作用下高速铁路列车运行状态的递推过程。运用易语言开发了运行干扰-冗余时间-冲突仿真程序,当干扰概率分别为50%和30%,冗余时间比例分别为15%和10%时,仿真了4种工况下高速铁路列车运行冲突的产生机理。仿真结果表明:随机干扰会导致运行冲突的产生,冗余时间可以吸收延误时间并减小运行冲突个数;随机干扰越小,运行冲突个数越少,当随机干扰概率减小20%时,冲突个数减小17.3%;延误时间越大,可利用的冗余时间越大,当冗余时间比例增大5%时,冲突吸收系数增大6.5%;冗余时间对小干扰概率与小干扰总量下的运行冲突吸收作用更明显。     

基于动力学分析的高速铁路最小曲线半径研究

最小曲线半径是高速铁路主要技术标准之一,是影响高速列车运行品质的重要因素.建立了一种基于最佳车-线动力学性能的高速铁路最小曲线半径分析方法.通过采用车-线动力学分析方法,建立了理想轨道几何形位条件下的车-线动力学性能与曲线参数之间的关系模型.基于建立的动力学分析模型,确定了满足安全性和舒适度标准的曲线技术参数允许值;综合考虑最佳车-线动力学特性和工程技术条件,给出了高速客运专线最小曲线半径标准建议.      

基于铁路货运能力的集港集装箱班列组织优化

基于大数据挖掘的方法估算了铁路车站间OD客流，调查分析了铁路乘客对高铁和普铁的选择偏好，确定了高铁开通后普铁线路客运的供需关系与均衡，把普铁线路上的客流转换成相应的旅客列车列数，以此计量客运占用的普铁的通过能力；评估了各普铁路段的总通过能力，基于扣除系数法计算普铁各路段剩余的货运能力，并进一步在普铁线网上根据集装箱进港量确定集装箱班列枢纽站的候选集；将候选枢纽站的班列发车频率作为离散的内生变量，基于现实中的干线公路网络和普铁网络构建枢纽站选址和发班频率优化模型，求解模型，确定集装箱铁路集港服务网络的经济技术指标；以上海港和宁波港及其腹地为案例进行数值分析。计算结果表明:在案例的空间范围内的普铁运输线上，日均通过能力最小为79列，最大为137列；基于普铁各路段剩余的货运能力，计算得出各集装箱班列枢纽站的日均发班频率最小为6列，最大为19列；由计算得到的普铁路段上的流量可以看出，铁路运送到上海港和宁波港的日均集装箱量分别为13 677、12 094 TEU，分别占2个港口日均到达总量的25%和33%，相比目前占比5%~7%有大幅度增加。