客运专线网络旅客列车开行方案优化设计与调整研究
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摘要
客运专线网络旅客列车开行方案是客运专线旅客列车运营组织工作的重要组成部分,其优化设计与调整是一项非常复杂的系统工程,涉及影响因素众多,随着我国铁路客运专线网络的不断建设,如何制订一个合理的客运专线网络旅客列车开行方案,已经成为我国铁路旅客运输面临的履待解决的核心问题。
旅客列车开行方案要能较好地反映铁路旅客运输的经营策略和服务质量水平。好的旅客列车开行方案能够提高铁路旅客运输的经营效果和效益,有效地利用铁路运输企业的运能,吸引更多的客流,而且能为旅客提供更加快捷、舒适、方便的乘车环境。
因此,寻找和探索一个系统的有效的解决客运专线网络旅客列车开行方案优化设计与调整的研究思路和研究方法,对于我国客运专线网络的不断建设和完善、理论的不断发展、客运专线网络旅客运输组织的协调与优化等方面都具有十分重要的意义。
本文紧紧围绕客运专线网络旅客列车开行方案优化设计与调整这一研究主题,在查阅了大量文献资料的基础上,充分借鉴和参考以往的研究成果,以系统工程理论为指导,采用了定性分析与定量分析相结合、宏观分析和微观分析相结合、反馈控制原理、运筹学原理、协同优化理论、决策科学、经济分析法、统计分析法、文献分析法、最优化理论、系统建模原理与方法等相关学科的研究方法,综合交叉运用,构建了客运专线网络旅客列车开行方案优化设计与调整的理论方法体系,以期为实际工作中的客运专线网络旅客列车开行方案的优化设计与调整提供理论基础。
本文的主要研究内容包括以下几个部分：
(1)客运专线网络的系统描述和混沌效应
本文对客运专线网络进行了系统描述,在深入的分析了客运专线网络的系统构成的基础上,探讨了客运专线网络的系统类型及特性,界定了客运专线网络系统的边界,分析了客运专线网络系统的演化,利用混沌理论从理论上对客运专线网络系统进行了效应分析。
(2)基于粗糙集理论的客运专线网络客流量组合预测模型
本文深入的研究了基于粗糙集理论的组合预测模型。在对比分析各种预测模型的优缺点后,结合客运专线网络客流量预测方法选择的影响因素,提出了基于粗糙集理论的客运专线网络客流量组合预测模型,并针对预测结果的可靠性及合理性进行分析,并做以算例验证了该方法的有效性。
(3)客运专线网络旅客列车开行方案优化设计
本文界定了客运专线网络旅客列车开行方案的定义与作用,对客运专线网络旅客列车开行方案制定的原则、包含的主要内容和影响因素进行了深入的分析,针对开行方案的制定进行了相关边界的假定,提出了始发终到站和停站方案的确定方法和设计原则,在综合考虑铁路客运部门的收益、旅客的出行成本和未被服务的旅客人数的基础上构建了开行方案优化模型,并对模型进行了分析及简化,提出了模型的求解策略及算法设计。
(4)基于客流动态反馈控制的客运专线网络旅客列车开行方案调整方法
本文在介绍了自动控制原理中反馈控制原理和对旅客列车开行方案调整的原因、内容以及原则进行深入分析的基础上,提出了基于客流动态反馈控制的客运专线网络旅客列车开行方案调整方法。为实现该调整方法设计了基于客流动态反馈控制的客运专线网络OD矩阵推算模型及算法。该模型首先对客运专线网络路段流量进行计算,然后建立基于多路径交通分配的客运专线网络OD矩阵推算模型。针对当前现有开行方案制定与调整过程存在的缺点提出了需要对客运专线网络旅客列车开行方案的调整办法进行改革、将客运专线网络中现行的旅客列车开行方案客流情况的统计数据作为改进开行方案的工具和客运专线网络旅客列车开行方案的调整应该针对不同的条件和阶段采取不同的方案三点建议。最后对客运专线网络旅客列车开行方案调整系统及功能模块进行了分析设计。
(5)基于综合维修天窗优化设置的客运专线网络旅客列车开行方案的优化调整研究
本文对客运专线网络旅客列车开行方案的合理发车时间域进行了研究,在提出了客运专线网络旅客列车等级重要度和关键列车的概念的基础上建立了基于综合维修天窗优化设置的客运专线网络旅客列车开行方案的优化调整模型,并对模型的求解进行了算法设计,最后做以算例验证了该方法的有效性。
最后,总结了全文的主要研究结论,提出了本文的创新点,同时指出了需要进一步研究的问题并对未来研究工作进行了展望。
Passenger Train Operation Scheme (PTOS), on the Passenger Dedicated Line Net (PDLN), is considered as an important part of the operation and organization for passenger trains-lots of influence factors are involved, leading to the difficulty and complexity in its optimization and adjustment. With the continuous construction of PDLN, the formulation of a reasonable PTOS on it has become a core issue of passenger transportation in our country.
Based on the practices and existing studies, PTOS should well reflect the business strategy and service quality. PTOS with good performance could improve the operational effectiveness and efficiency of passenger transportation and make good use of transport capacity, while attracting more passenger traffic, providing more satisfying traveling environment for passengers.
Therefore, to explore a systematic and effective approach in solving the problems, involved in the formulation of PTOS on the PDLN, would be of great significance for the PDL construction and improvement. Meanwhile, with the results achieved in this paper, it could be expected that the coordination and optimization of the passenger organization on the PDLN will be remarkably improved.
This paper described around the problems concerning the optimization and adjustment of PTOS on the PDLN. Based on the existing achievements, applying the research approaches of multi-disciplinary, the paper constructed related theory and method system, aiming at theoretically offering strong support for the concerned problem.
The main work in this paper could be summarized as followed:
(1) System Description and Chaotic Effect of PDLN
The paper firstly gave out a system description for the PDLN. By analyzing its constitution, we studied the type and characteristics of the PDLN system with the definition of the system boundary. In addition, we provided a discussion on the evolution of the system. Then, by use of chaos theory, an effect analysis was proposed for the PDLN system.
(2)'Rough Set Theorj'-Based Passenger Flow Combination Forecasting Model
In this part, the paper primarily discussed the pros and cons of various forecasting models by comparison. Integrated with the influence factors in the choice of proper predictive method, we presented'Rough Set Theory'-Based Passenger Flow Combination Forecasting Model on the PDLN. After that, we provided reliability and rationality analysis for the forecast results. In the end of this part, a designed experiment showed the effectiveness of the method proposed.
(3) Optimization of PTOS on the PDLN
The paper gave out the definition and function of PTOS on the PDLN. Based on the analysis of its formulating principles, main content and influence factors, we assumed the related boundary of the PTOS formulation. Then, we put forward the methods for the determination of arrival-departure stations and stop scheme, as well as the design principles of the two. Considering the railway passenger transport profit, the passenger travel cost as well as the number of unserved passengers, PTOS optimization model was proposed with its further analysis and simplification. Finally, we presented the solution-oriented strategy and algorithm, and proved their effectiveness by experimental calculation.
(4) Operation Scheme Adjustment Method for the PTOS on the PDLN based on the Dynamic Feedback Control of Passenger Flow
The paper in this part began with an introduction of feedback control theory, as well as an analysis of the cause, content and principle of the operation scheme adjustment for the PTOS on the PDLN. Then based on the dynamic feedback control of passenger flow, we proposed operation scheme adjustment method which is dedicated to the problem concerned. In the consideration of the feasibility of the method, an OD-matrix calculation model and algorithm were presented on the basis of dynamic feedback control of passenger flow. Given the disadvantages of current operation scheme formulation and adjustment, the paper provided related constructive suggestions. By the end, the system and function module of operation scheme adjustment were analyzed and designed.
(5) Collaborative Optimization of the PTOS and Comprehensive Maintenance Gap on the PDLN
By providing the notion of importance degree of train level and key trains, the paper constructed collaborative optimization model for the PTOS and comprehensive maintenance gap on the PDLN. Then a model dedicated algorithm was designed and its effectiveness was verified by experimental practice.
In the end. the main research conclusions were summarized and the main innovations were proposed. The questions that should be studied more and the prospects for the further work were presented in this paper.
旅客列车开行方案要能较好地反映铁路旅客运输的经营策略和服务质量水平。好的旅客列车开行方案能够提高铁路旅客运输的经营效果和效益,有效地利用铁路运输企业的运能,吸引更多的客流,而且能为旅客提供更加快捷、舒适、方便的乘车环境。
因此,寻找和探索一个系统的有效的解决客运专线网络旅客列车开行方案优化设计与调整的研究思路和研究方法,对于我国客运专线网络的不断建设和完善、理论的不断发展、客运专线网络旅客运输组织的协调与优化等方面都具有十分重要的意义。
本文紧紧围绕客运专线网络旅客列车开行方案优化设计与调整这一研究主题,在查阅了大量文献资料的基础上,充分借鉴和参考以往的研究成果,以系统工程理论为指导,采用了定性分析与定量分析相结合、宏观分析和微观分析相结合、反馈控制原理、运筹学原理、协同优化理论、决策科学、经济分析法、统计分析法、文献分析法、最优化理论、系统建模原理与方法等相关学科的研究方法,综合交叉运用,构建了客运专线网络旅客列车开行方案优化设计与调整的理论方法体系,以期为实际工作中的客运专线网络旅客列车开行方案的优化设计与调整提供理论基础。
本文的主要研究内容包括以下几个部分：
(1)客运专线网络的系统描述和混沌效应
本文对客运专线网络进行了系统描述,在深入的分析了客运专线网络的系统构成的基础上,探讨了客运专线网络的系统类型及特性,界定了客运专线网络系统的边界,分析了客运专线网络系统的演化,利用混沌理论从理论上对客运专线网络系统进行了效应分析。
(2)基于粗糙集理论的客运专线网络客流量组合预测模型
本文深入的研究了基于粗糙集理论的组合预测模型。在对比分析各种预测模型的优缺点后,结合客运专线网络客流量预测方法选择的影响因素,提出了基于粗糙集理论的客运专线网络客流量组合预测模型,并针对预测结果的可靠性及合理性进行分析,并做以算例验证了该方法的有效性。
(3)客运专线网络旅客列车开行方案优化设计
本文界定了客运专线网络旅客列车开行方案的定义与作用,对客运专线网络旅客列车开行方案制定的原则、包含的主要内容和影响因素进行了深入的分析,针对开行方案的制定进行了相关边界的假定,提出了始发终到站和停站方案的确定方法和设计原则,在综合考虑铁路客运部门的收益、旅客的出行成本和未被服务的旅客人数的基础上构建了开行方案优化模型,并对模型进行了分析及简化,提出了模型的求解策略及算法设计。
(4)基于客流动态反馈控制的客运专线网络旅客列车开行方案调整方法
本文在介绍了自动控制原理中反馈控制原理和对旅客列车开行方案调整的原因、内容以及原则进行深入分析的基础上,提出了基于客流动态反馈控制的客运专线网络旅客列车开行方案调整方法。为实现该调整方法设计了基于客流动态反馈控制的客运专线网络OD矩阵推算模型及算法。该模型首先对客运专线网络路段流量进行计算,然后建立基于多路径交通分配的客运专线网络OD矩阵推算模型。针对当前现有开行方案制定与调整过程存在的缺点提出了需要对客运专线网络旅客列车开行方案的调整办法进行改革、将客运专线网络中现行的旅客列车开行方案客流情况的统计数据作为改进开行方案的工具和客运专线网络旅客列车开行方案的调整应该针对不同的条件和阶段采取不同的方案三点建议。最后对客运专线网络旅客列车开行方案调整系统及功能模块进行了分析设计。
(5)基于综合维修天窗优化设置的客运专线网络旅客列车开行方案的优化调整研究
本文对客运专线网络旅客列车开行方案的合理发车时间域进行了研究,在提出了客运专线网络旅客列车等级重要度和关键列车的概念的基础上建立了基于综合维修天窗优化设置的客运专线网络旅客列车开行方案的优化调整模型,并对模型的求解进行了算法设计,最后做以算例验证了该方法的有效性。
最后,总结了全文的主要研究结论,提出了本文的创新点,同时指出了需要进一步研究的问题并对未来研究工作进行了展望。
Passenger Train Operation Scheme (PTOS), on the Passenger Dedicated Line Net (PDLN), is considered as an important part of the operation and organization for passenger trains-lots of influence factors are involved, leading to the difficulty and complexity in its optimization and adjustment. With the continuous construction of PDLN, the formulation of a reasonable PTOS on it has become a core issue of passenger transportation in our country.
Based on the practices and existing studies, PTOS should well reflect the business strategy and service quality. PTOS with good performance could improve the operational effectiveness and efficiency of passenger transportation and make good use of transport capacity, while attracting more passenger traffic, providing more satisfying traveling environment for passengers.
Therefore, to explore a systematic and effective approach in solving the problems, involved in the formulation of PTOS on the PDLN, would be of great significance for the PDL construction and improvement. Meanwhile, with the results achieved in this paper, it could be expected that the coordination and optimization of the passenger organization on the PDLN will be remarkably improved.
This paper described around the problems concerning the optimization and adjustment of PTOS on the PDLN. Based on the existing achievements, applying the research approaches of multi-disciplinary, the paper constructed related theory and method system, aiming at theoretically offering strong support for the concerned problem.
The main work in this paper could be summarized as followed:
(1) System Description and Chaotic Effect of PDLN
The paper firstly gave out a system description for the PDLN. By analyzing its constitution, we studied the type and characteristics of the PDLN system with the definition of the system boundary. In addition, we provided a discussion on the evolution of the system. Then, by use of chaos theory, an effect analysis was proposed for the PDLN system.
(2)'Rough Set Theorj'-Based Passenger Flow Combination Forecasting Model
In this part, the paper primarily discussed the pros and cons of various forecasting models by comparison. Integrated with the influence factors in the choice of proper predictive method, we presented'Rough Set Theory'-Based Passenger Flow Combination Forecasting Model on the PDLN. After that, we provided reliability and rationality analysis for the forecast results. In the end of this part, a designed experiment showed the effectiveness of the method proposed.
(3) Optimization of PTOS on the PDLN
The paper gave out the definition and function of PTOS on the PDLN. Based on the analysis of its formulating principles, main content and influence factors, we assumed the related boundary of the PTOS formulation. Then, we put forward the methods for the determination of arrival-departure stations and stop scheme, as well as the design principles of the two. Considering the railway passenger transport profit, the passenger travel cost as well as the number of unserved passengers, PTOS optimization model was proposed with its further analysis and simplification. Finally, we presented the solution-oriented strategy and algorithm, and proved their effectiveness by experimental calculation.
(4) Operation Scheme Adjustment Method for the PTOS on the PDLN based on the Dynamic Feedback Control of Passenger Flow
The paper in this part began with an introduction of feedback control theory, as well as an analysis of the cause, content and principle of the operation scheme adjustment for the PTOS on the PDLN. Then based on the dynamic feedback control of passenger flow, we proposed operation scheme adjustment method which is dedicated to the problem concerned. In the consideration of the feasibility of the method, an OD-matrix calculation model and algorithm were presented on the basis of dynamic feedback control of passenger flow. Given the disadvantages of current operation scheme formulation and adjustment, the paper provided related constructive suggestions. By the end, the system and function module of operation scheme adjustment were analyzed and designed.
(5) Collaborative Optimization of the PTOS and Comprehensive Maintenance Gap on the PDLN
By providing the notion of importance degree of train level and key trains, the paper constructed collaborative optimization model for the PTOS and comprehensive maintenance gap on the PDLN. Then a model dedicated algorithm was designed and its effectiveness was verified by experimental practice.
In the end. the main research conclusions were summarized and the main innovations were proposed. The questions that should be studied more and the prospects for the further work were presented in this paper.
引文
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