基于網(wǎng)絡(luò)演化的高速鐵路列車(chē)開(kāi)行方案調(diào)整.pdf

1、近年來(lái)中國(guó)高速鐵路建設(shè)蓬勃發(fā)展，隨著西成高鐵、濟(jì)青高鐵等全線貫通以及復(fù)興號(hào)高速列車(chē)的投入使用，我國(guó)高速鐵路在固定基礎(chǔ)設(shè)施和移動(dòng)設(shè)備等方面都取得了新成就。截至2017年底，高速鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到2.5萬(wàn)公里，“四縱四橫”干線布局網(wǎng)絡(luò)提前建成運(yùn)營(yíng)，網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)及越來(lái)越強(qiáng)大的客運(yùn)市場(chǎng)占有份額使得高速鐵路安全可靠性受到高度重視。然而，我國(guó)高速鐵路系統(tǒng)非常規(guī)突發(fā)事件時(shí)有發(fā)生，尤其是在成網(wǎng)條件下，突發(fā)事件不僅導(dǎo)致局部區(qū)間的列車(chē)晚點(diǎn)、停運(yùn)和旅客滯留，隨著

2、局部車(chē)站的影響在路網(wǎng)上的迅速傳播與擴(kuò)散，極易導(dǎo)致大面積晚點(diǎn)和大量旅客滯留。突發(fā)事件條件下高效地做出列車(chē)運(yùn)行調(diào)整決策可以有效降低事件對(duì)列車(chē)運(yùn)行秩序的干擾，因此突發(fā)事件條件下列車(chē)開(kāi)行方案的調(diào)整成為當(dāng)前成網(wǎng)運(yùn)營(yíng)條件下鐵路運(yùn)輸管理領(lǐng)域研究的熱門(mén)問(wèn)題。本文綜合考慮高速鐵路網(wǎng)絡(luò)特性和運(yùn)輸組織策略，從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)演化角度出發(fā)，提出了突發(fā)事件下調(diào)整列車(chē)開(kāi)行方案的新思路，主要包括以下內(nèi)容:
　　首先，本文以復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論為基礎(chǔ)，從高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施連接狀態(tài)

3、、客流需求和運(yùn)輸服務(wù)能力三個(gè)角度分別建立高速鐵路地理網(wǎng)、客流網(wǎng)和車(chē)流網(wǎng)，三個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間具有緊密邏輯關(guān)系:地理網(wǎng)為列車(chē)開(kāi)行的基礎(chǔ)設(shè)施約束，客流網(wǎng)為列車(chē)開(kāi)行方案編制的客流需求約束，車(chē)流網(wǎng)則是在地理網(wǎng)和客流網(wǎng)約束條件下形成的列車(chē)開(kāi)行方案的拓?fù)湫问奖磉_(dá)。在上述網(wǎng)絡(luò)模型基礎(chǔ)上，本文分析了我國(guó)高速鐵路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮匦?，地理網(wǎng)表現(xiàn)為樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)，車(chē)流網(wǎng)具有較大集群系數(shù)和較小平均路徑長(zhǎng)特點(diǎn)，呈現(xiàn)小世界網(wǎng)絡(luò)特性。此外，本文從加權(quán)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮匦越嵌冉⒘塑?chē)站的重要度評(píng)

4、價(jià)指標(biāo)，為本文開(kāi)行方案調(diào)整網(wǎng)絡(luò)演化模型中車(chē)站連接度的計(jì)算提供基礎(chǔ)。車(chē)流網(wǎng)與開(kāi)行方案的映射關(guān)系分析表明二者是同質(zhì)的，為本文利用網(wǎng)絡(luò)演化理論進(jìn)行車(chē)流網(wǎng)重構(gòu)，進(jìn)而調(diào)整列車(chē)開(kāi)行方案的方法提供理論支持。
　　其次，本文總結(jié)了不同突發(fā)事件影響程度下鐵路列車(chē)運(yùn)行調(diào)整策略。基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效理論建立了突發(fā)事件影響的網(wǎng)絡(luò)傳播模型，根據(jù)突發(fā)事件下列車(chē)受影響程度，將列車(chē)劃分為4類(lèi)，即在事件發(fā)生線路區(qū)間附近車(chē)站采取等待策略的未出發(fā)列車(chē)、無(wú)法采取等待策略

5、的未出發(fā)列車(chē)、運(yùn)行路徑前方車(chē)站不具備迂回條件需先折返后迂回的在途列車(chē)和前方直接采取迂回策略的在途列車(chē)，為本文針對(duì)不同類(lèi)別列車(chē)制定不同演化規(guī)則做鋪墊。
　　再次，本文分析了突發(fā)事件下的高速鐵路車(chē)流網(wǎng)演化特點(diǎn)。綜合考慮停站集合和列車(chē)運(yùn)行時(shí)間提出了K-最短路蟻群算法，用于搜索突發(fā)事件條件下的列車(chē)迂回徑路。根據(jù)突發(fā)事件下列車(chē)運(yùn)行調(diào)整策略，建立了基于網(wǎng)絡(luò)演化的開(kāi)行方案調(diào)整模型。該模型分為三個(gè)部分:(1)在原定列車(chē)開(kāi)行方案基礎(chǔ)上確定列車(chē)徑路起

6、訖點(diǎn)，通過(guò)K-最短路蟻群算法確定列車(chē)運(yùn)行徑路，進(jìn)而劃分群落集合;(2)綜合考慮既定開(kāi)行方案、客流量、突發(fā)事件下路網(wǎng)通過(guò)能力等限制約束制定車(chē)流網(wǎng)演化規(guī)則，其中車(chē)站間連接度由車(chē)站重要度、OD客流量等因素決定，演化生成突發(fā)事件下的高速鐵路車(chē)流網(wǎng);(3)根據(jù)車(chē)流網(wǎng)和開(kāi)行方案的映射關(guān)系，由演化生成的車(chē)流網(wǎng)輸出調(diào)整后的列車(chē)開(kāi)行方案。此外，本文從網(wǎng)絡(luò)效率、服務(wù)強(qiáng)度和列車(chē)上座率等不同角度建立了網(wǎng)絡(luò)化列車(chē)開(kāi)行方案調(diào)整評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。
　　最后，以我國(guó)

7、京滬高速及周邊鐵路網(wǎng)為例，設(shè)置突發(fā)事件場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)受損條件下車(chē)流網(wǎng)的演化并生成調(diào)整后的列車(chē)開(kāi)行方案。結(jié)果證明了本文提出的列車(chē)開(kāi)行方案調(diào)整思路的可行性，且本文生成的調(diào)整后列車(chē)開(kāi)行方案更加符合高鐵運(yùn)營(yíng)實(shí)際情況，能夠充分利用路網(wǎng)通過(guò)能力。
　　本文提出的基于網(wǎng)絡(luò)演化的列車(chē)開(kāi)行方案調(diào)整模型，著眼于我國(guó)高速鐵路成網(wǎng)運(yùn)營(yíng)、線路間組織關(guān)系愈加緊密的現(xiàn)狀，綜合了客流需求、車(chē)站服務(wù)能力等傳統(tǒng)因素和網(wǎng)絡(luò)效率、換乘可達(dá)性等網(wǎng)絡(luò)化因素，相較于傳統(tǒng)模型，更適