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高速铁路能力计算与评估之理论与方法研究

作　者: 张嘉敏
导　师: 韩宝明
学　校: 北京交通大学
专　业: 交通运输规划与管理
关键词: 高速铁路客流需求&运能供给综合平衡车站能力线路能力网络能力
分类号: U292.5
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

铁路能力不仅是运输资源配置的基本条件,也是评价资源运用状况的重要指标；铁路能力计算&评估是一个比较经典的研究课题,具有一定的学术研究意义及实践应用价值。本文系统的分析评述国内外关于铁路能力计算&评估的理论与方法的主要发展脉络及发展趋势；针对能力计算准确性不尽如人意的现实问题,充分把握铁路能力的动态性和不确定性等特征,从基础设施物理拓扑结构——旅客市场需求——时刻表规划角度提出高速铁路列车服务——需求意向集合,以完成给定时间内列车服务——需求意向集合(TSDIS)所需占用基础设施时间为目标更新能力的衡量标准,构建时刻表规划阶段无运行图条件下高速铁路车站节点、线路和路网的能力计算与评估框架体系,提出相应的能力计算与评估的策略和方法,并给出具体的算法与案例应用,探讨优化的使用方式下高速铁路基础设施能力计算&评估之理论&方法。本篇论文主要研究工作与创新点归纳总结如下：1、提出了铁路能力计算&评估衡量的新标准本篇论文根据能力的动态性和不确定性特征,依据高速铁路车站、线路、路网特点及其所服务的客流特征,结合不同时段作业要求,探讨从基础设施物理拓扑结构——旅客市场需求——时刻表规划角度定义高速铁路列车服务——需求意向集合(TSDIS),以完成特定的列车服务——需求意向集合(TSDIS)所需的基础设施占用时间作为衡量高速铁路能力的新标准。基于不同场景与条件,将高速铁路能力划分为基础能力、现实能力、可开发能力。2、高速铁路能力计算&评估相关基础时间项的研究总结铁路基础设施能力的影响因素众多,但大多影响结果最终都体现在时间维。本篇论文分析了列车运行的静态描述与动态过程,总结分析了闭塞时间与基础设施占用时间、间隔时间与最小间隔时间、缓冲时间及维修时间,改变目前铁路能力的单纯刚性计算而加入柔性分析,提高能力计算&评估结果的可信度与准确性。3、混合类型条件下高速铁路列车运行计划的综合平衡分析列车运行计划决定了铁路基础设施的使用方式,论文研究了在混合交通流条件下列车数、平均速度、稳定性、异质性及其相互影响关系,提出了Pareto最优状态下列车运行计划的综合平衡思想,以Pareto最优条件下的异质性数值作为铁路能力计算与评估、列车运行计划编制与评价的基本标准依据。4、高速铁路能力计算&评估方法研究及案例应用根据客流时空分布规律,从客流市场需求的角度,基于一定的服务质量要求,构建了一定服务质量条件下的高速铁路能力计算与评估体系。(1)高速铁路车站能力计算&评估方法研究及案例应用根据高速铁路车站自身特点及其所服务的客流特征,结合不同时段作业要求,定义并构建各时段特定场景的列车服务——需求意向集合t@s-tsdis,总结分析了几种高速铁路车站能力计算与评估策略,并提出总体层——局部层的双层模型体系计算&评估高速铁路车站能力,应用于某高速铁路车站BJSS,运用双层模型体系,在总体层得出了某时段BJSS站t@s-tsdis任务列表中列车占用车站股道的优化时序,并通过局部层的检验最终得出了完成BJSS站t@s-tsdis任务列表所需的时间(即BJSS站的时段能力),并指出BJSS站能力瓶颈所在。(2)高速铁路线路能力计算&评估方法研究及案例应用依据UIC406能力手册,将列车数、平均速度、异质性及稳定性作为能力使用的核心元素,定义了高速铁路线路列车服务——需求意向集t@l-tsdis,兼顾运输服务质量与铁路运营效益,构建多目标(最小化异质性、最大化可靠性、最小化运行时间)优化的高速铁路线路能力计算与评估模型(Mathematical Program for Line Capacity, MPLC),给出了MPLC以问题为导向的带约束的多目标滚动优化的模型求解算法(改进的Pareto存档进化策略与交互法相结合),并将模型与算法应用于京沪高速铁路线路能力计算与评估。我国高速铁路线路可分为城际型、通道型、网络末端型,本文提出的高速铁路线路能力计算与评估的模型与算法不仅适用于京沪线这种通道型的,也同样适用于城际型及网络末端型高速铁路线路的能力计算与评估。(3)高速铁路路网能力计算&评估探讨了高速铁路列车服务网络设计问题,分析了网络化条件下轨道交通系统的能力,提出了高速铁路网络服务质量框架体系及高速铁路网络能力计算与评估的基本思路；针对高速铁路网是一个多级递阶控制系统的特点,分析了高速铁路的网络效应。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-8
ABSTRACT  8-11
目录  11-14
1 绪论  14-26
  1.1 论文研究意义及目的  14
  1.2 国内外相关研究分析评述  14-22
    1.2.1 国内研究现状分析  15-16
    1.2.2 国外研究方法评述  16-22
    1.2.3 国内外研究总结及发展趋势  22
  1.3 论文主要研究内容及技术路线  22-26
    1.3.1 论文的主要研究内容  22-24
    1.3.2 论文研究的技术路线  24-26
2 高速铁路客流需求——运能供给特征分析  26-30
  2.1 旅客市场需求特征分析  26-27
  2.2 高速铁路运营供给特征分析  27-28
  2.3 高速铁路旅客市场需求——运营供给间的平衡分析  28-29
  2.4 本章小结  29-30
3 高速铁路能力计算＆评估的基本前提  30-38
  3.1 高速铁路能力的衡量标准  30-32
  3.2 高速铁路能力的分类  32-33
  3.3 高速铁路能力计算与评估的条件  33-36
    3.3.1 闭塞方式  33-35
    3.3.2 理想条件与实际条件  35-36
  3.4 高速铁路能力计算&评估时间段的划分  36
  3.5 本章小结  36-38
4 高速铁路能力计算&评估的基础时间项  38-48
  4.1 列车运行控制系统  38
  4.2 闭塞时间与基础设施占用时间  38-41
    4.2.1 闭塞时间  38-39
    4.2.2 基础设施占用时间  39-41
  4.3 间隔时间与最小间隔时间  41-45
    4.3.1 间隔时间  41-42
    4.3.2 最小间隔时间  42-45
  4.4 缓冲时间  45-47
    4.4.1 国际上缓冲时间的几种设置方式  46
    4.4.2 缓冲时间优化设置的几项原则  46-47
  4.5 维修时间  47
  4.6 本章小结  47-48
5 混合类型条件下高速铁路列车运行计划的综合平衡分析  48-56
  5.1 引言  48
  5.2 列车数  48
  5.3 平均速度  48-50
  5.4 稳定性  50
  5.5 异质性  50-52
  5.6 综合平衡  52-53
  5.7 本章小结  53-56
6 高速铁路车站能力计算＆评估  56-88
  6.1 既有相关车站能力文献评述  56
  6.2 高速铁路车站能力计算与评估策略的比较分析  56-61
    6.2.1 高速铁路车站的分类及主要作业内容  57-58
    6.2.2 高速铁路车站能力计算与评估策略比较分析  58-61
  6.3 总体层——局部层的双层模型体系构建的基本思路  61-62
  6.4 高速铁路车站区域列车占用股道线路时序优化研究  62-79
    6.4.1 时段内车站列车服务——需求意向集合的形式化构建  62-64
    6.4.2 基于FTHNs的总体层模型构建与求解算法  64-71
    6.4.3 某高速铁路车站BJSS的股道占用时序优化案例  71-79
  6.5 基于双层模型的高速铁路车站能力计算与评估  79-86
    6.5.1 基于RTCG的局部层冲突检验与进路选择优化  79-82
    6.5.2 某高速铁路车站BJSS的能力计算与评估案例  82-86
  6.6 本章小结  86-88
7 高速铁路线路能力计算＆评估  88-114
  7.1 线路区间能力计算的既有传统方法  88-90
  7.2 高速铁路线路列车服务—需求意向集合t@I-TSDIS的定义  90-94
    7.2.1 线路上的区间与车站拓扑关系  90-91
    7.2.2 时段内列车服务策略  91
    7.2.3 时段内区间使用策略  91-93
    7.2.4 时段内车站使用策略  93-94
  7.3 高速铁路线路能力计算&评估模型构建  94-98
    7.3.1 异质性  94-95
    7.3.2 可靠性  95-97
    7.3.3 完成t@I-TSDIS所需服务时间  97-98
  7.4 高速铁路线路能力计算&评估模型求解  98-104
    7.4.1 以问题为导向的MPLC模型求解基本思路  98
    7.4.2 以问题为导向的MPLC的具体求解过程  98-104
  7.5 高速铁路线路能力计算与评估案例  104-113
  7.6 本章小结  113-114
8 高速铁路网络能力计算&评估  114-130
  8.1 高速铁路列车服务网络设计  114-119
    8.1.1 高速铁路列车服务网络设计原则  115-116
    8.1.2 高速铁路网络服务质量框架体系  116-117
    8.1.3 本线/跨线列车的运行组织及中转换乘衔接协调  117-119
  8.2 基于服务网络设计的高速铁路网能力评估  119-129
    8.2.1 我国高速铁路网络结构特征分析(网络构造)  120-121
    8.2.2 高速铁路网络能力计算与评估的基本思路  121-123
    8.2.3 网络效应  123-129
  8.3 本章小结  129-130
9 结论与展望  130-138
  9.1 论文的主要研究工作  130-132
  9.2 论文创新点  132-135
  9.3 有待进一步研究的问题  135-138
参考文献  138-144
附录A  144-146
附录B  146-158
附录C  158-174
附录D  174-182
附录E  182-188
作者简介  188-192
  教育经历  188
  工作经历  188
  攻读博士期间公开发表的论文  188-189
  攻读博士期间参与的科研项目  189-192
学位论文数据集  192

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