摘要
作为高速铁路运输组织工作的重要环节，列车时刻表规定了列车在每一车站的出发、到达或通过时刻，同时提供了旅客安排出行活动的依据，其设计受多种因素制约、多个目标导向，是交通运输领域公认的难题，长期以来被学术界高度关注。传统上，列车时刻表是在分层决策框架下设计，独立于停站方案、运行区段等强关联因素的确定。这种分层决策能够有效简化问题，但所得方案难以统筹企业和乘客要求。本文将立足系统最优，面向异质性乘客需求分布，构建集不同因素于一体的列车时刻表综合优化模型，设计求解问题的高性能列生成算法。主要内容如下： （1）基于站点需求列车时刻表优化。给定小时站点需求，考虑列车越行、停站要求、安全间隔等实际约束，建立了基于列车时空路径的0-1整数规划模型；根据模型特点，提出列生成求解算法，设计改进标号算法求解含资源约束的价格子问题，结合分支定界算法获得期望整数解；实验表明，所提方法能够得到满意列车时刻表。 （2）基于小时OD需求列车时刻表优化。在灵活越行和停站条件下，考虑小时OD需求，要求每一时段乘客能够被本时段调度列车完全服务，建立了需求响应的列车时刻表优化模型；利用分支定价切割算法求解模型，分析需求加载约束双车站对偶变量引起的求解困难，提出单车站替代对偶变量的转换方法，重建了易于被标准动态规划求解的价格子问题，并通过算例验证了所提方法的有效性。 （3）多余需求条件下列车时刻表优化。在小时OD需求情况下，允许每时段乘客剩余到后续时段上车，引入需求剩余变量，扩展上述基于小时OD需求的数学模型，建立了适用多余需求的列车时刻表优化模型，设计了分支定价切割算法；实验表明，优化所得列车服务方案与乘客需求时空分布基本吻合，高峰时段停站列车较多，低峰时段停站列车较少。 （4）不固定区段列车时刻表优化。在不固定列车运行区段条件下，考虑小时OD需求，利用异质时空路径表示可变区段列车运行轨迹，使用依附列车时空路径描述乘客加载状态，建立了基于列车与乘客两类路径变量的混合整数规划模型，同步优化列车运行区段、停站方案和到发时刻；提出了基于列生成的两阶段求解框架，设计了启发式方法生成列车和乘客时空路径，通过算例验证了所提方法的有效性。 （5）考虑旅客换乘列车时刻表优化。在多线路换乘网络环境下，考虑小时OD需求，通过构建多维时空网络，分层描述不同径路列车运行状态，立体表现各类OD需求分布细节，建立了需求驱动多线路列车时刻表协同优化模型，最小化乘客出行与列车运行总费用；设计了基于列生成的启发式求解方法，通过算例验证了所提方法的正确性。
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