摘要
我国高速铁路不断发展，已经形成了 “八纵八横”的总体布局。高速铁路由于速度快，发车间隔短等优点造成其运输组织较为复杂。在高速铁路大规模网络化运营的条件下，客运需求从数量和类型上都取得了巨大的提升，对高速铁路繁忙干线的运能供给和稳定运营提出了更高的需求。为了提供能够充分适应高速铁路市场需求下类型多样的客运产品以及保证运输服务准时性的质量，铁路部门需要最大限度地发掘现有高速铁路系统高效运转及保持列车运行稳定性的能力，同时在客运需求变化引起的运行图交替时期，通过调整动车段内所配属动车的数量，使得运行图的调整规模最小化，同时最大限度地减少动车组的使用，从而降低运营成本。 高速铁路列车运行图鲁棒性直观地反映了运输系统的抗干扰能力，因此在我国现有的高速铁路运输业务繁忙，运输产品多样的大背景下，探讨不同结构下运行图鲁棒性的评估和优化具有十分重要的理论和现实意义。本文的研究工作如下: （1）高速铁路运行图鲁棒性评价及运行图抽象描述框架。本文在现有研究的基础上，对运行图结构进行了定义和进一步抽象，提出了三种类型的运行图结构，分别为:固定型，非固定型以及接续型。在分析了高速铁路运行图网络拓扑结构的基础上，推出固定性与非固定型的运行图结构;从运行图转换的视角出发，分析了高速铁路动车组在不同运行图上的配属情况，结合高速铁路时空资源使用的抽象思维，提出运行图接续结构。并对三种不同结构下的运行图问题进行统一的建模，通过优化目标的不同，将三种结构的运行图进行区分，并提出了一套适用于运输需求繁杂种类变化多样的高速铁路干线的运行图鲁棒性评估框架。 （2）高速铁路运行图固定结构下鲁棒性评估与优化。本文引入“关键点”概念，对运行图中的关键点进行搜索和计算，通过重新分配运行图中缓冲时间容量的方法，在关键点部分增加缓冲时间的分配，达到增加运行图鲁棒性的目的，通过将优化后的运行图加载扰动实验发现，优化运行图在面对微小干扰时取得了不错的效果。 （3）高速铁路非固定结构下可恢复鲁棒性优化。构建了运行图非固定条件下考虑越行限制的可恢复鲁棒性优化模型，采用了恢复运行图调整方法对列车运行图中的缓冲时间进行优化的同时，通过越行的方式对列车运行图进行调整。在时空网络中构建可行的时空径路，分析不同的路径恢复费用，选择最优的路径进行求解。为保证列车运行图的质量，构建了考虑单个晚点情况下的运行图恢复模型，通过算例验证得出可以有效的兼顾运行图的运行质量与运行图可恢复鲁棒性的优化目标。 （4）高速铁路接续结构下动车组重新配属。将高速铁路客流变化抽象为对于运行图的一种“扰动”现象，在“一日一图”的背景下，通过调整动车段动车组的数量有效地减少高速铁路列车运行图在转换时期的变化规模，将此种调整视为运行图鲁棒性优化的一部分。通过对运行图的客流进行分解得到新的停站方案，并以此确定运行图新的动车配属位置和数量，将该问题转换为传统的运输问题进行求解，构建高速铁路列车运行图接续结构下鲁棒性优化模型，同时设计遗传算法进行了快速求解。结果显示，算法取得了较好的效果。
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