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

1、近年來中國高速鐵路建設(shè)蓬勃發(fā)展，隨著西成高鐵、濟青高鐵等全線貫通以及復(fù)興號高速列車的投入使用，我國高速鐵路在固定基礎(chǔ)設(shè)施和移動設(shè)備等方面都取得了新成就。截至2017年底，高速鐵路營業(yè)里程達到2.5萬公里，“四縱四橫”干線布局網(wǎng)絡(luò)提前建成運營，網(wǎng)絡(luò)化運營及越來越強大的客運市場占有份額使得高速鐵路安全可靠性受到高度重視。然而，我國高速鐵路系統(tǒng)非常規(guī)突發(fā)事件時有發(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)間的列車晚點、停運和旅客滯留，隨著

2、局部車站的影響在路網(wǎng)上的迅速傳播與擴散，極易導(dǎo)致大面積晚點和大量旅客滯留。突發(fā)事件條件下高效地做出列車運行調(diào)整決策可以有效降低事件對列車運行秩序的干擾，因此突發(fā)事件條件下列車開行方案的調(diào)整成為當前成網(wǎng)運營條件下鐵路運輸管理領(lǐng)域研究的熱門問題。本文綜合考慮高速鐵路網(wǎng)絡(luò)特性和運輸組織策略，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)整列車開行方案的新思路，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、、客流需求和運輸服務(wù)能力三個角度分別建立高速鐵路地理網(wǎng)、客流網(wǎng)和車流網(wǎng)，三個網(wǎng)絡(luò)之間具有緊密邏輯關(guān)系:地理網(wǎng)為列車開行的基礎(chǔ)設(shè)施約束，客流網(wǎng)為列車開行方案編制的客流需求約束，車流網(wǎng)則是在地理網(wǎng)和客流網(wǎng)約束條件下形成的列車開行方案的拓撲形式表達。在上述網(wǎng)絡(luò)模型基礎(chǔ)上，本文分析了我國高速鐵路網(wǎng)絡(luò)拓撲特性，地理網(wǎng)表現(xiàn)為樹狀網(wǎng)絡(luò)，車流網(wǎng)具有較大集群系數(shù)和較小平均路徑長特點，呈現(xiàn)小世界網(wǎng)絡(luò)特性。此外，本文從加權(quán)網(wǎng)絡(luò)拓撲特性角度建立了車站的重要度評

4、價指標，為本文開行方案調(diào)整網(wǎng)絡(luò)演化模型中車站連接度的計算提供基礎(chǔ)。車流網(wǎng)與開行方案的映射關(guān)系分析表明二者是同質(zhì)的，為本文利用網(wǎng)絡(luò)演化理論進行車流網(wǎng)重構(gòu)，進而調(diào)整列車開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運行調(diào)整策略?；趶?fù)雜網(wǎng)絡(luò)級聯(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)事件下列車受影響程度，將列車劃分為4類，即在事件發(fā)生線路區(qū)間附近車站采取等待策略的未出發(fā)列車、無法采取等待策略

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

6、訖點，通過K-最短路蟻群算法確定列車運行徑路，進而劃分群落集合;(2)綜合考慮既定開行方案、客流量、突發(fā)事件下路網(wǎng)通過能力等限制約束制定車流網(wǎng)演化規(guī)則，其中車站間連接度由車站重要度、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流網(wǎng);(3)根據(jù)車流網(wǎng)和開行方案的映射關(guān)系，由演化生成的車流網(wǎng)輸出調(diào)整后的列車開行方案。此外，本文從網(wǎng)絡(luò)效率、服務(wù)強度和列車上座率等不同角度建立了網(wǎng)絡(luò)化列車開行方案調(diào)整評價指標體系。
　　最后，以我國

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