（安全技术及工程专业论文）大面积持续雪灾条件下客运专线列车开行方案的生成.pdf

中图分类号：u 4 9 1 u d c ： 北京 学校代码：1 0 0 0 4 密级：公开 硕士学位论文 大面积持续雪灾条件下客运专线列车开行方案的生成 t r a i ns c h e m eo fp a s s e n g e rd e d i c a t e di nt h ec o n d i t i o no fs n o wd i s a s t e r l a s t e dc o n t i n u o u s l yi nl a r g ea r e a 作者姓名：谢正媛 导师姓名：秦勇 学位类别：硕士 学 职 号：0 8 1 2 1 2 9 1 称：教授 学位级别：硕士 学科专业：安全技术及工程 研究方向：交通运输组织现代化 北京交通大学 2 0 1 0 年6 月 了 致谢 本论文是在我的导师秦勇教授( 北京交通大学交通运输学院交通信息工程系) 和徐杰副教授( 北京交通大学交通运输学院交通信息工程系) 的悉心指导下完成 的。这两年中，秦老师在科研、工作、学习和生活中，给予了我无私的帮助，秦 老师治学严谨、学识渊博、勇于探索、诲人不倦的学者风范，为我在学习、科研 和生活中树立了良好的榜样；课题组徐杰老师严把质量关，对本论文的研究思路、 研究方法提出了宝贵的意见和建议。在此，我向两位老师表示衷心感谢。 在论文撰写期间，课题组孟学雷博士、王莉博士对该论文的研究思路和技术 路线进行了指导，陈彩霞、孙彩虹、谢金鑫硕士在论文的方法研究、资料收集等 方面给予了我积极帮助，在此向他们表达我真挚的感激。 另外感谢我的父母多年来为我的求学生涯所做出的巨大牺牲，他们的理解和 支持使我能够在学校专心完成学业；感谢我的朋友王皓在生活和学习上给予我的 照顾和支持，及对论文做出的贡献。 最后衷心感谢在百忙之中抽出宝贵时间对本论文进行评审，并提出宝贵意见 的专家和学者们。 北京交通大学硕士学位论文中文摘要 中文摘要 摘要：近几年，雪灾的频繁肆虐给包括我国在内的许多国家的铁路运输带来严重 的损失。为了使损失降低到最小，尽量运用雪灾后的现有基础设施、人员设备， 尽快疏散因灾害造成的滞留旅客。本文利用雪灾情况下线路通过能力的弹性变化 规律，对客运专线列车的开行方案进行分析建模。主要工作如下： 1 通过了解雪灾的种类、特征，结合我国客运专线的实际情况，分析雪灾对 客运专线铁路行车造成的危害，从而制定雪灾条件下，铁路运输措施及对策。 2 重点分析雪灾影响线路通过能力的一般模式，提出雪灾情况下客运专线铁 路弹性运输能力的概念，通过分析雪灾在不同状态下影响线路通过能力的状况， 在引入折算列车中断时间的基础上，推导特殊情况下通过能力折算值的计算方法。 并利用模糊综合评判法进行基于马尔科夫过程的雪灾下通过能力变化规律的研 究。结合现有的确定铁路受灾后的实际通过能力状态值的方法，提出一套雪灾下 客运专线线路通过能力计算理论。 3 结合我国客运专线的特色，分析雪灾对客运专线旅客列车开行方案的影响 因素，并规定雪灾运营情况下开行方案的相关参数取值。采用定性分析和定量分 析相结合的方法，考虑雪灾情况下的多方面的影响因素，建立以最快疏散滞留旅 客为目标的开行方案目标规划模型。并结合京沪高速铁路的实际情况，模拟受灾 区段的雪灾情况，得到京沪高速铁路开行方案模型。利用e x c e l 软件中规划求解功 能，求解旅客列车开行方案模型。 关键词：雪灾；客运专线：开行方案；弹性通过能力；综合模糊评价；马尔可夫 链；目标规划 分类号t 北京交通大学硕士学位论文 a bs t r a c t a b s t r a c t ：i nr e c e n ty e a r s ，f r e q u e n t l ys n o wd i s a s t e rc a u s e dl o s s e si nr a i l w a y t r a n s p o r t a t i o no fm a n yc o u n t r i e s ，i n c l u d i n go u rn a t i o n i no r d e rt or e d u c el o s sm o s t l y , u s ee x i s t i n gb a s i cf a c i l i t i e s 、s t a f fa n de q u i p m e n ta sp o s s i b l e ，e v a c u a t ep a s s e n g e r s o v e r s t o c k e di ns n o wd i s a s t e r , i tu s ee l a s t i cc h a n g er u l eo fr a i l w a yc a r r y i n gc a p a c i t yi n t h ec o n d i t i o n so fs n o wd i s a s t e rt oa n a l y z ea n db u i l d i n gm o d e lo fo p e r a t i o ns c h e m e w h i c hw a su s e di np a s s e n g e rd e d i c a t e dr a i l w a yi nt h i sp a p e r 。m a i nw o r kw a sa sf o l l o w s 1 t h r o u g hi n v e s t i g a t i n gt h ek i n d sa n dc h a r a c t e r i s t i c so fs n o wd i s a s t e r ，c o m b i n i n g w i t ha c t u a ls i t u a t i o no fp a s s e n g e rd e d i c a t e dr a i l w a yi no u rc o u n t r y , a n da n a l y z i n g h a z a r do fp a s s e n g e rd e d i c a t e dr a i l w a yw h i c hw a sm a d eb ys n o wd i s a s t e r , i tm a d et h e m e a s u r e sa n dc o u n t e r m e a s u r e so f r a i l w a yt r a n s p o r t a t i o ni nt h ec o n d i t i o no fs n o w d i s a s t e r 2 t h i sp a p e ra n a l y z e dg e n e r a lm o d e lo f r a i l w a yc a r r y i n gc a p a c i t yw h i c hw a s i m p a c t e do fs n o wd i s a s t e r , p r o p o s e dt h ec o n c e p to fp a s s e n g e rd e d i c a t e dr a i l w a ye l a s t i c t r a n s p o r t a t i o nc a p a c i t yi ns n o wd i s a s t e r t h r o u g ha n a l y z i n gt h es t a t u so fr a i l w a y c a r r y i n gc a p a c i t yw h i c hw a si m p a c t e do fd i f f e r e n ts n o wd i s a s t e rs t a t u s ，i nt h e f o u n d a t i o no fi n t r o d u c i n gc o n v e r t i n gt r a i n si n t e r r u p t i n gt i m e ，i td e r i v e dt h ec a l c u l a t i o n m e t h o do ft h ec o n v e r s i o nv a l u et or a i l w a yc a r r y i n gc a p a c i t yi ns p e c i a lc o n d i t i o n a n d t h i sa r t i c l eu s e dt h ew a yo ff u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nt or e s e a r c ho nc h a n g el a w o f r a i l w a yc a r r y i n gc a p a c i t yi nt h ec o n d i t i o no fs n o wd i s a s t e rw h i c hw a sb a s e do n m a r k o vp r o c e s s e s ，c o m b i n e dw i t he l a s t i cm e a l l so fd e t e r m i n i n gt h es t a t u sv a l u et o p r a c t i c a lc a r r y i n gc a p a c i t ya f t e rs n o wd i s a s t e r , p u tf o r w a r da s e to fc a l c u l a t i o nt h e o r y w h i c hw a su s e do np a s s e n g e rd e d i c a t e dr a i l w a yc a r r y i n gc a p a c i t yi nt h ec o n d i t i o no f s n o wd i s a s t e r 3 c o m b i n i n gw i t hc h a r a c t e r i s t i c so fp a s s e n g e rd e d i c a t e dr a i l w a yi no u rc o u n t r y , a n a l y z i n gi n f l u e n c i n gf a c t o r st oo p e r a t i o ns c h e m eo fp a s s e n g e rd e d i c a t e dr a i l w a yi n s n o wd i s a s t e r , i ts t i p u l a t e dr e l a t e dp a r a m e t e r sv a l u e so fo p e r a t i o ns c h e m ei nt h e c o n d i t i o no fs n o wd i s a s t e r t h i sp a p e ru s e dt h ew a y so fq u a l i t a t i v ea n a l y s i sc o m b i n i n g w i t hq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s ，c o n s i d e r e dm a n ya s p e c t si n f l u e n c ef a c t o r si ns n o wd i s a s t e r , e s t a b l i s ht h em o d e lo f o p e r a t i o ns c h e m eg o a lp r o g r a m m i n gw h i c ha i m e de v a c u a t i o n r e t e n t i o np a s s e n g e r s c o m b i n i n gw i t ha c t u a ls i t u a t i o no fb e i j i n g - s h a n g h a ih i g h - s p e e d r a i l w a y ，s i m u l a t i n gs n o wd i s a s t e rs i t u a t i o no fa f f l i c t e ds e c t i o n ，o b t a i n i n gt h em o d e lo f l v 北京交通大学硕士学位论文 a b s t r a c t b e i j i n g - s h a n g h a ih i g h s p e e dr a i l w a yo p e r a t i o ns c h e m e ，i tu s e dt h ef u n c t i o no f p r o g r a m m i n gs o l u t i o ni n “e x c e l ”s o f t w a r e ，s o l v e dp a s s e n g e rt r a i n o p e r a t i o ns c h e m e m o d e l k e y w o r d s ：i n t e l l i g e n th y b r i d s y s t e m ；c e l l u l a ra u t o m a t a ；c o n s t r a i n e d g e n e r a t i n gp r o c e d u r em o d e l ；h i g h s p e e dt r a i ng r o u p ；e m e r g e n c e ；c o m p l e xa d a p t i v e s y s t e m ；s i m u l a t i o n c l a s sn o 北京交通大学硕士学位论文目录 目录 中文摘要i i i a b s t r a c t i v l 绪论l 1 1 研究背景1 1 2 研究意义2 1 3国内外研究现状2 1 3 1 开行方案相关研究2 1 3 2 通过能力相关研究6 1 4论文的主要内容9 2雪灾对客运专线铁路运输的影响1 2 2 1 雪灾的分类及其特征1 2 2 2雪灾情况下客运专线运输不畅的原因分析1 4 2 3雪害条件下的运输对策15 3雪灾条件下客运专线开行方案的研究1 8 3 1客运专线客车开行方案概念1 8 3 1 1 客车开行方案的定义1 8 3 1 2 客车开行方案的主要要素1 8 3 2 雪灾条件下客运专线客车开行方案影响因素2 0 3 2 1 客流量与客流性质2 0 3 2 2 服务频率与运量的关系2 1 3 2 3 列车编组与定员2 l 3 2 4 客流波动系数2 2 3 2 5 列车席位利用率2 2 3 2 6 弹性通过能力2 3 4雪灾对线路通过能力的影响分析2 4 4 1通过能力的概念及其影响因素2 4 4 2雪灾对通过能力的影响分析2 5 4 2 1 雪灾下弹性通过能力研究2 5 4 2 2 雪灾影响通过能力的基本类型2 6 4 2 3 雪灾下弹性通过能力平均折算值计算3 0 4 3雪灾下区间通过能力状态值计算方法研究3 3 4 3 1 追踪列车间隔时间的计算方法3 3 北京交通大学硕士学位论文 目录 4 3 2 正常条件下区间通过能力计算3 5 4 3 3 雪灾特殊情况下区间通过能力计算3 8 4 4 基于马尔科夫链的雪灾特殊情况下线路通过能力变化规律3 9 4 4 1 相关技术研究3 9 4 4 2 雪灾特殊情况下区间能力各阶段转移趋势4 2 5雪灾下客运专线列车开行方案的模型研究4 7 5 1列车运行区段确定和0 一d 流量调整4 7 5 1 1 确定列车运行区段4 7 5 1 2 o d 流量处理4 8 5 2 列车开行方案的目标规划模型5 0 5 2 1开行方案模型的建立5 0 5 2 2 开行方案模型的求解5 2 5 3京沪高速铁路开行方案算例5 4 5 3 1雪灾下京沪高速相关参数确定5 4 5 3 2 雪灾下京沪高速开行方案求解6 1 6 结论与展望7 0 参考文献7 1 作者简历7 4 独创性声明7 5 学位论文数据集7 6 北京交通大学硕士学位论文 绪论 1 绪论 1 1研究背景 我国幅员辽阔，各地气候差异很大，气温变化异常，自然灾害( 洪涝、雪灾、 垭口强风) 频发。这些自然灾害导致运输受阻，尤其近几年，雪灾的频繁肆虐给 铁路带来严重的灾害，雪灾已经给包括我国在内的许多国家的铁路运输造成重大 损失。 不同于普通降雪，近几年所遭遇的历史罕见的低温雨雪冰冻灾害，具有降温 幅度大、持续时间长、影响范围广、冰冻灾害重等特点。例如：2 0 0 8 年春季，我 国南方发生了5 0 年不遇的罕见的雪灾天气。南方十多个省遭受了5 0 年不遇的持续 雪、冰冻等自然灾害，受灾人数过亿，并造成电力中断、水管爆裂，十多个机场、 众多高速公路关闭，京广铁路主干线和诸多铁路路段及国道停运，导致人员和物 资流动阻滞等连锁反应。广铁集团湘粤两省4 0 0 0 k m 的铁道线处于灾难中心，京广 南段、沪昆、焦柳、渝怀等干线多次中断，湖南省境内的电气化铁路牵引供电网 垮塌，京广大动脉遭受重创。灾害影响列车运行超过4 0 0 列，京广线客车最长晚点 超过3 0h ，广东地区滞留旅客高达6 3 7 万人，其中广州站滞留旅客达到3 4 万人。灾 情发生以后，铁道部和广铁集团迅速启动应急预案，采取了一系列行之有效的措 施，先后从沈阳、武汉、南昌、济南、南宁等局抽调5 8 组客车车底、6 0 台内燃机 车、2 0 辆发电车，2 0 0 名供电技术人员奔赴广铁展开紧急救援。大面积持续雪灾对 国外一些国家也造成很严重的灾难。日本是多雪国家之一，铁路总里程的4 0 位于 积雪区域，线路长度达n 8 0 0 0 k m 。1 9 6 4 年东京奥运会后，日本进行了大规模的新 干线建设，虽然在建设过程中，做了大量基础性防雪灾工作，但是还是不能完全 避免雪灾对铁路运输的危害。2 0 0 5 年1 2 月上旬开始并持续多日的暴风雪，造成穿 行于东京与r 本北陆地区的上越新干线一度全线暂停运营；连接东京与大阪的东 海道新干线则有近百趟列车晚点，7 5 万人出行受阻。因铁路除雪作业，北海道有 包括6 3 趟特快列车在内的共6 4 1 趟列车停运，影响8 6 万人出行。2 0 0 9 年2 月，英国 暴雪天气肆虐。这场1 8 年来最严重的雪灾对英国造成的破坏引起广泛关注。英国 全国超过3 0 0 0 家各级学校被迫关闭。恶劣天气造成伦敦等地交通大乱，公路、铁 路、地铁和航空交通几乎瘫痪。据英国小型企业联会估计，全国有近6 5 0 万人星 期一没有上班，占英国总劳动人口的五分之一，所造成的经济损失将近1 2 亿英镑。 随着京津、石太、郑西、武广等项目相继开工，我国已进入大规模建设客运 北京交通大学硕士学位论文 绪论 专线的高峰期。科研院所、设计院及各大高校已针对客运专线相关问题进行了深 入研究，以往的大量研究都是针对正常运营条件下客运专线的运营，目前随着气 候异常频率增加，以往的运输组织方法不太适应大面积持续降雪情况的动态安全 条件下新形势发展的要求，因此，客运专线运输组织方法的灵活适用性研究是当 前亟待解决的重要课题。本文依托国家科技支撑计划项目中国高速列车关键技 术研究及装备研制的课题“高速列车运行组织方案优化设计关键技术与系统 特殊运营条件下高速铁路列车开行方案设计决策支持系统”，研究大面积持续雪 灾条件下客运专线列车开行方案的设计。 1 2 研究意义 由于大面积持续雪灾对铁路运输的基础设施造成损坏，铁路停运导致其影响 范围广、影响的旅客数量多、造成的社会负面影响大。为了使这些负面影响削弱， 我们需要研究雪灾下的运输组织。制定合理的运输组织模式，尽量运用雪灾后的 现有基础设施、人员设备，尽快疏散因灾害造成的滞留旅客，使雪灾带来的灾害 降低到最小。因此，在雪灾的特殊运营条件下，铁路客运专线必须从旅客的需求 出发，以运输市场为背景，以尽快输送旅客和既有条件下旅客输送量最大化为基 本要求，同时在提高运输质量，如尽量提高旅客列车旅行速度、增加发车密度、 增加列车开行种类、合理选择运行区间和停站方案等方面下大力气，以达到尽快 疏散滞留旅客，更多地吸引、诱发客流以及扩大铁路客运市场份额的目的。 1 3 国内外研究现状 1 3 1 开行方案相关研究 国内外学者在旅客列车开行方案方面做了重要的基础性研究工作，相关研究 从特殊运营条件和正常运营条件两个方面入手，涵盖铁路既有线的开行方案的编 制因素与条件、编制模型与算法、方案决策支持系统等内容。这些研究在既有线 单线的开行方案研究方面已经取得了较大的成果，提出了网络化条件下开行方案 的基本构想，为本研究的进一步开展提供了重要的理论依据。 ( 1 ) 特殊运营条件下开行方案研究现状 国内外关于特殊运营条件下开行方案编制的研究尚有限。但是对一些特殊运 营条件下，列车的运输组织方式给予了很多讨论。这些对我们研究特殊运营条件 下开行方案的编制有很大的帮助。本文把特殊运营条件分为自然灾害、突发大客 北京交通大学硕士学位论文 绪论 流、重大和突发事件三种。 1 自然灾害条件下开行方案编制研究 自然灾害在青南高原和藏北高原时常可见，因此青藏高原的一些列车运输组 织方式有一定的借鉴意义。但是目前还没有对自然灾害下开行方案的生成作详细 讨论。【1 探讨了青藏高寒铁路运输需求的基本特点。分析各种灾害地区的固定设 备配置方法和活动设备的特殊要求。论文重点提出了高寒铁路能力适应性评价和 基于投资、能力空费、折减和排污最少的能力加强多目标模糊动态规划方法。同 时，论文也研究了高寒铁路客运组织、货运组织和行车组织的特殊性。研究了高 寒铁路运行图选择、列车重量速度密度的匹配、机车交路等，重点研究了旅客列 车的换乘问题。论文着重分析了高寒铁路大风、雪害、泥石流、冻土灾害和事故 条件下的运输组织。【2 】首先研究青藏线格拉段可能出现的灾害事故对正常运输组 织的干扰和影响，进而研究各种灾害事故条件下的运输组织模式及相应措施；然 后，根据青藏铁路运输需求的特点，考虑季节和气候变化的影响，研究探索适应 运输市场需求、计划柔性、调度灵活、安全畅通的单线非平行的新的行车组织模 式。论文重点研究适应青藏铁路要求的车流组织和货物列车编组计划、列车运行 图、列车运行组织、机车运用组织、车站工作组织的新模式，研究以日常运输计 划和调度指挥为主导的组织管理模式。 以上两篇文献，包含了“自然灾害”的特殊运营条件。论述了“自然灾害” 情况下的铁路运输组织方式，并没有细化到开行方案的层面。但是对于我们研究 雪灾对开行方案的影响有很大的借鉴意义。 2 突发大客流条件下开行方案编制的研究 文献【3 】首先简单阐述了高峰期旅客运输组织的一些基本概念，包括高峰期的 主要客流构成、客流特点、客流出行特性以及旅客运输组织的基本任务等；其次 详细论述了高峰期的旅客运输组织和机车车辆运用管理。分析了大型客运站以及 旅游景点所在站高峰期的旅客运输组织，并提出了相应的解决措施。文献 4 首先 探讨了春运铁路应急组织措施分析。首先建立预防为主，客流为本的客运调度。 其次开展乘降新模式实践，优化流线组织。再者，改善车站与城市交通的衔接； 提高售票效率；制定完善的预警方案并定期演练。在春运组织的长效机制方面提 出了实施跨越式发展战略，实施铁路客货专线分离，建立相互协调的立体交通体 系。 以上2 篇文献都设定了特殊运营条件，一为“高峰期”旅客运输组织，另一为 “春运 。但是文献 3 对“高峰期”的旅客运输组织的方方面面进行了浅显的讨论， 并没有就旅客列车开行方案的核心问题进行研究。文献 4 】粗略讨论了春运铁路应 急组织分析和春运组织的长效机制方面的问题，对春运旅客列车开行方案的生成 北京交通大学硕士学位论文绪论 也没有详细讨论。因为，雪灾对铁路基础设施的影响，在一段时间内，必定造成 大量滞留旅客，以上两篇文献对如何尽快疏散滞留旅客有一定的指导意义。 3 重大和突发事件下开行方案编制的研究 5 提出了基于“固定点号”的方法安排运行计划，实现流线间的有机结合。 使得到达列车车次与出发列车车次相互接续且接续时间最短，并且提出分支定界 法求解模型。 6 】建立特殊需求的大规模集中铁路运输运行模型。从特殊需求的自 身规律出发，运用知识系统和案例推理相结合的方法选择运输径路，设计基于固 定点号的运行计划安排算法，在选定的运输径路上安排运行计划。提出突发事件 情况下的运行计划调整方法。 以上两篇文献设定了“重大和突发事件 的特殊运营条件，这两种文献已把 “重大和突发事件”条件下的列车运输组织细化到了运行计划层面，对开行方案 的研究有一定的借鉴意义。 ( 2 ) 正常运营条件下旅客列车开行方案研究现状 1 国内相关研究 我国旅客列车开行方案的编制在铁道部列车运行图编制委员会的统一领导下 进行，目前主要由手工制定，以经验判断的定性分析为主。在实际工作中，一般 是以现行运行图中开行的旅客列车或相似条件下的其他线路运营经验为基础，根 据计划客流，确定加开的、慢改快、快改特快、短变长的旅客列车，综合形成一 个新的旅客列车开行方案。【7 】采用定量和定性分析相结合的办法，根据路网旅客 o d 流量，以方便旅客旅行为目标，将直通旅客列车开行方案的确定，归结为二分 图的最大权匹配问题，通过计算得到一个优化的初始方案。在此基础上，对方案 进行经济有利性评价，适当地调整线路，使线路负载分布均匀，减少运载能力的 虚糜。 8 】对高速列车停站影响进行了分析，建立了高速列车开行方案的多目标0 1 规划数学模型，并运用有序组合树方法对问题进行了求解。【9 】在影响旅客列车运 行效益的诸多因素中，着重研究了旅客列车开行线路的选择，分析传统的最短路 径算法的不足，提出利用遗传算法求解路网中任意两点间k 条最优路径，并进行仿 真计算。 1 0 在分析旅游列车开行方案特点的基础上，总结了影响旅游列车开行方 案制定的因素，探讨了制定旅游列车运行方案的方法理论。 1 1 1 3 】在既有旅客列 车开行方案研究的基础上，基于客运专线建设路网发展规划，分析了旅客列车开 行方案的相关费用和优化目标，通过均衡考虑企业利益和旅客需求，建立了旅客 列车开行方案优化的双层规划模型。通过抽象归纳制定开行方案的经验，将开行 方案优化与客运径路确定、旅客列车换乘网络设计、旅客换乘的客流分配、旅客 列车停站优化、旅客列车开行方案的评价指标分析等相关子问题结合起来，设计 了基于模拟退火算法求解的优化算法根据优化模型和求解算法。 1 4 】构造出一个旅 北京交通大学硕士学位论文 绪论 客列车开行方案的决策模型，该模型分成两步来进行：第一步通过预测客运需求 和各类客流特征，确定不同旅客列车需求量的概率分布；第二步用n l p ( 非线性规 划模型) 模型求解各类旅客列车开行方案。 1 5 】提出从列车开行路径方面优化旅客 列车开行方案，运用层次分析法，对列车最佳开行路径问题进行层次化分析，考 虑与选择路径密切相关的因素，包括技术因素、经济因素、客流因素、地理环境 因素、地区政治经济特征、地区公路交通情况等，从而求出最佳开行路径。f 1 6 1 提出合并式列车开行方案的设想：所谓合并式列车开行方案，就是在当前客运专 线列车开行方案的基础上，采取一定的设计原则与方法，把一些短运程列车合并 为中、长运程列车，以减少列车开行对数、运程差别，并能满足旅客出行需求的 列车开行方案。但是，采用合并式列车开行方案，会对客运专线运输组织产生一 系列的影响，必须对其进行深入分析。 1 7 提出旅客出行方便度的概念，建立不同 类型列车的广义费用函数。在此基础上，建立制定列车开行方案的多目标双层规 划模型，采用混沌算法求解。 2 国外相关研究 1 8 讨论了具有周期时刻表的开行方案优化问题，并以德国铁路为背景，研究 了德国铁路旅客列车开行方案的制定方法，运用客流系统分离的方法将客流分到 不同的路网上，这一方法在欧洲其他国家铁路的开行方案制定上被广泛采用。 1 9 1 以客运专线的收益最大化和旅客旅行时间节省两个目标，建立了多目标规划模型， 利用模糊规划方法进行了求解，在此基础上，研究了台湾客运专线列车开行方案。 【2 0 1 研究了荷兰铁路在服务能力约束条件下，周期时间内运营费用最小的旅客列车 开行方案问题。 发达国家的旅客列车开行方案都是根据本国国情进行设计，具有其自身特点： ( 1 ) 高速列车种类较少，一站直达列车少，停站方案较规律。( 2 ) n 车开行密度大。 ( 3 ) 列车接续良好。( 4 ) y 1 车编组灵活。( 5 ) 中长途列车为主。( 6 ) y u 车开行方案与周 期性列车运行图编制紧密配合。( 7 ) 直达与中转换乘方案相结合【2 l 】。 本文对旅客列车开行方案研究必要性，特殊运营条件下开行方案的研究现状 和正常运营条件下开行方案的研究现状作了归纳。经过总结发现目前开行方案的 制定仅考虑静态的安全约束，缺乏动态安全条件下的优化。特别是在突发事件发 生的非正常运营条件下，缺乏相应的应急处置预案以及优化编制方法。我国需大 力发展铁路事业，有必要深入研究特殊运营条件下开行方案编制的影响因素，模 型算法，以解决近几年日益凸显的列车运输组织方式不能灵活应对特殊运营条件 的问题，实现应急开行方案的科学制定。 北京交通大学硕士学位论文 绪论 1 3 2 通过能力相关研究 目前，随着我国各经济区及城市群间客运专线的建设大规模的展开，这些客 运专线建成后，在特殊运营条件下，其通过能力计算方法必有别于正常的通过能 力计算公式，其通过能力大4 , o n 何计算，该采用何种通过能力计算方法等便成为 迫切需要解决的问题。而了解现有客运专线通过能力研究成果，有助于寻求一个 适用于特殊运营条件下的科学、准确的通过能力计算方法，以便合理安排铁路生 产、运用固定设备、制定开行方案。 ( 1 ) 特殊运营条件下通过能力研究现状 国内外对于雪灾特殊运营条件下通过能力的研究非常有限，但是关于战时铁 路破坏方案和能力变化规律，清华大学博士研究生等几位学者给予了论述。 文献 2 2 战时( 突发事件) 条件下铁路通过能力研究和文献 2 3 战时铁 路破坏方案及通过能力分析与计算中分析战时( 突发事件) 不同状态下铁路通 过能力状况，引入折算列车中断时间的基础上，首次提出弹性通过能力这一概念， 并对铁路弹性通过能力进行分析，探讨战时铁路通过能的计算公式和计算方法， 为战时制订铁路运输计划和方案提供技术参考依据。此种方法也是分析计算法的 一种。 文献 2 4 铁路灾害线路通过能力损失评估模型针对目前铁路抗灾减灾的实 际需要，阐述了铁路灾害间接经济损失评估的重要性，论证了铁路灾害线路通过 能力损失是铁路灾害间接经济损失的主要部分，并提出了铁路灾害线路通过能力 损失的评估模型。 文献 3 l 】信号设备停用对通过能力造成损失的研究对信号设备故障产生通 过能力损失进行了研究，分析双线平行运行图和双线非平行运行图两种情况下对 列车速度、车站作业的影响，根据运行图的改变情况，确定运行图的损失。 在以上四篇论文中首次在研究通过能力计算时提到特殊运行条件，并对特殊 条件下铁路通过能力计算方法展开讨论，但是此种方法主要研究特殊运营条件对 铁路通过能力的影响的一般形式，没有给出个具体可行的计算方法，有一定的 局限性。而且，论文没有研究特殊运营条件下，铁路通过能力变化的趋势。但是 论文的思路可供我们参考。 ( 2 ) 正常运营条件下通过能力研究现状 我国现行的通过能力计算方法主要有：图解法、分析计算法、模拟分析法。 1 图解法 此方法是由有经验的编图人员模拟运输生产情况，根据经验数据铺画运行图， 其所能铺画的最大列车数，即是该区段该种类型的非平行运行图的区间通过能力。 北京交通大学硕士学位论文绪论 图解法的最大优点就是能够考虑列车运行的各种因素，计算结果可靠。但是，图 解法因为个人主观意识比较强，具有一定的随意性和近似性，不具备指导性，操 作比较复杂，缺乏精确度，并且只反映结果不反应过程，各影响因素指标不明。 2 分析计算法 分析计算法是对实际情况进行分析研究的基础上，建立数学模型公式。这种 方法的实质是通过理论分析和大量实际资料统计研究开行客运专线中速列车对高 速列车运行带来的影响程度，据以事先规定出各种列车的“扣除系数”，近似地计 算非平行运行图的通过能力。此方法的精确性，主要取决于扣除系数值的规定是 否合理。分析计算法虽然计算简便易行，通用性强，但是对研究对象和影响因素 进行了简化处理。其主要研究成果有： 文献 2 5 客运专线通过能力研究探讨了客运专线客流区段长度与通过能力 之间的关系；重新选定了扣除标准列车，分析计算了中速列车和高速停站列车相 对于高速直达列车平均扣除系数的变化趋势，以及不同高速停站列车比例变化时， 客流区段高速列车通过能力的变化趋势。 文献 2 6 铁路运输能力计算与加强以3 0 0 k i n 长的客运专线区段为例，计 算了纯高速模式以高中速混行模式下不同高中速列车比例时的旅客列车平均扣除 系数和能力值，分析了两种模式下旅客列车扣除系数相对于其影响因素的敏感程 度。 文献 2 7 】铁路区间通过能力计算与绘图系统研究与开发介绍铁路运输通过 能力计算的原理和方法，概述通过能力计算公式，重点进行铁路区间通过能力计 算与绘图系统的研究及设计开发。 文献 2 8 】高速铁路区间能力的计算分析对高速列车和中速列车的扣除系数 进行研究，给出了扣除系数和通过能力的计算公式。并相应计算了京沪和沪宁高 速铁路各客流区段在近远期、不同越行次数、不同中速车比例、不同停车高速列 车比例、不同停站时间方案下的扣除系数及通过能力。 文献 2 9 京沪高速铁路客流区段通过能力问题的研究对高速铁路区段有停 站高速列车相对于无停站高速列车的扣除系数、中速列车相对于有停站与无停站 高速列车的扣除系数进行了理论分析，并得出了三者的关系，图解出有停站高速 列车扣除系数及不同中速列车数量条件下的中速列车相对于无停站高速列车和有 停站高速列车的扣除系数。 文献 3 0 】干线提速区段通过能力计算方法研究分析传统的区间通过能力计 算方法存在的缺陷、列车提速对区间通过能力的影响因素；根据车流特点以实际 数据为基础，通过多元线性回归方法得出旅客列车所占比例的经验公式，计算平 均追踪间隔时间的经验值，提出新的区间通过能力计算方法。 北京交通大学硕士学位论文 绪论 文献 3 2 双线自闭区段提速后旅客列车扣除系数的计算方法及数值变化针 对双线自闭区段旅客快车扣除系数计算方法，分析了待避站股道数量足够和不足 条件下、货物列车各待避站起停车附加时分不等条件下表格计算法的运用，定量 分析了旅客列车提速后按闭塞分区追踪运行和按站间闭塞运行扣除系数的变化幅 度，分析了货物列车提速对改善区段通过能力的作用。 文献【3 3 双线自动闭塞区段旅客列车扣除系数的研究在分析单列旅客列车 最优越行方案和最小扣除系数计算方法的基础上，对运行图上不同时间间隔的旅 客列车组进行类型划分，提出了影响区交叉的复合客车组的最优越行方案确定方 法以及最小扣除系数算法，给出了客车方案一定的情况下全图旅客列车扣除系数 的计算公式。 分析计算法实质就是扣除系数法，扣除系数与旅客列车开行数量、旅客列车 分布以及中速高速列车速度差等有关。它只有在设备无故障、工作不问断、严格 按图运行、列车占用时间均等及运行无延误的条件下才准确。事实上，铁路运输 具有很强的随机性，会受周围环境的影响，尤其是特殊运行条件下的铁路运输， 路网通过能力利用率会产生波动。而扣除系数法使实际运营中的铁路能力利用率 过大，在铁路日常运营组织和运输中难以实现，必定造成超负荷运输、列车晚点 增加、运输秩序混乱。所以扣除系数法在特殊运营条件下是不可取的。 3 模拟分析法 计算机模拟法是针对具体问题，按照一定的优化目标、约束条件建立模型， 应用各种算法，利用计算机的运算能力，编程实现通过能力的计算。此方法兼具 图解和分析计算功能。既可以模拟各种影响因素的特点，又可以在运行图自动铺 画的基础上进行统计分析，研究各种因素的变化对能力的影响。这种方法柔韧性 较强，克服了分析计算法因简化影响因素造成的不精确性。 文献 3 4 】运输系统中运输能力的优化计算中宋春节研究了间断性运输系统 中运输能力与模糊保证率间的关系，以资源允许使用量、资源数量、混凝土初凝 时间( 混凝土运输系统) 为约束条件，建立优化模型。 文献 3 5 】路网运输能力的定义及其计算模型通过分析铁路运输需求，定义 了路网运输能力的定义，并建立重车方向路网运输能力的计算模型。但是本模型 仅考虑路网上重车方向的运输能力，且把车站作为一个“点”考虑( 仅考虑其接 车能力、发车能力) ，车站能力及区间能力假设为1 0 0 。其模型具有一定的局限性。 文献 3 6 路网运输能力及计算方法的研究在提出铁路路网系统总体运输能 力、总体有效运输能力及潜在运输能力的概念的基础上，给出他们的计算方法。 并重点以基于k 短路的总体有效运输能力模型构建及遗传算法求解为核心。 文献 3 7 】车站能力计算方法分析在分析各种车站能力计算方法优缺点的基 北京交通大学硕士学位论文 绪论 础上，应用排队理论，将车站看成一个大的综合系统，建立排队模型，结合车站 固定设备和列车到发间隔数据，计算系统的模型特征值。并对株洲北站下行到达 场列车到达间隔时间进行分析和数字特征的计算。 文献 3 8 】铁路运输能力损失的延迟和恢复的定量研究分析运用排队论方法 研究铁路运输能力损失传递规律，但是没有考虑到铁路运输的有控随机性，局限 性较大。采用计算机模拟方法，在构造由两个技术站及其邻接区段组成的实验系 统模型的基础上，在不同行车条件下，通过对系统各种中断状态的模拟实验，获 得各种情况下的延迟时间和恢复时间，并进而研究它们与各种影响因素的数量关 系。 文献 3 9 】层次分析法在研究铁路枢纽综合运输中的应用运用层次分析法建 立了铁路枢纽综合运输能力的数学模型。通过模型求解得出各能力影响因素权重， 提出提高综合运输能力的途径和措施。 文献 4 0 】单线铁路平行运行图通过能力的遗传算法采用遗传算法计算单线 铁路平行运行图的通过能力，并且指出在规模较大( 区段较长，区段内车站较多) 时求解此类问题的效率好于传统的逐步调整法和整数规划法。 上述文献根据具体问题给出了相应的模型和算法，都是在考虑设备固定、运行 条件正常、区间无阻碍、设备无故障等日常情况下的铁路通过能力计算；没有考 虑到在特殊运营条件下，风雪会影响设备使用率、降低区段运行速率，通过能力 不再是一确定的数值，而是呈现动态规律性。由于缺乏通过能力动态的定量研究， 使对特殊运营条件下运输系统特性的描述和开行方案的求解存在较大的局限。 1 4 论文的主要内容 本文研究的主要论文包括以下几个方面： ( 1 ) 雪灾对客运专线铁路运输的影响 通过了解雪灾的种类、特征，结合我国客运专线的实际情况，分析雪灾对客 运专线铁路行车造成的危害，从而制定大规模持续降雪条件下，铁路运输措施及 对策。 ( 2 ) 雪灾运营情况下客运专线列车开行方案分析 根据我国旅客列车开行方案的定义及构成，结合我国客运专线的特色，分析 大规模持续降雪对客运专线旅客列车开行方案的影响因素，并规定特殊运营情况 下开行方案的相关参数取值。 ( 3 ) 雪灾对客运专线铁路线路通过能力影响分析及其计算 重点分析客运专线列车开行方案中线路通过能力这一影响因素。分析雪灾影 北京交通大学硕士学位论文 绪论 响线路通过能力的一般模式，提出雪灾情况下客运专线铁路弹性运输能力的概念， 通过分析雪灾在不同状态下影响线路通过能力的状况，在引入折算列车中断时间 的基础上，推导特殊情况下通过能力折算值的