（交通运输规划与管理专业论文）城际客运专线列车开行方案研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 页 摘要 城际客运专线是区域性的重大交通运输基础设施，根据中国铁路中长期铁路网 规划，包括珠三角、长三角、环渤海等多个经济发达地区都将新建区域性城际客运专 线。为了更好地集中配置和运用城际客运专线运力资源，发挥连接客运需求和运输组 织的桥梁作用，为更好地编制城际列车运行计划和日常运输生产指挥提供依据，进而 提高城际客运专线的市场竞争力，科学合理地制定城际客运专线列车开行方案具有重 要现实意义。 本文在充分借鉴国内外经验及研究成果的基础上，结合我国城际客运专线的特点， 以开行方案主要内容的分析研究为基础，详尽论述了城际客流量、客流特点、客流层 次、城际客运专线的基础设施、客车编组及定员、铁路运营部门的经济效益、旅客的 旅行成本等因素对城际客运专线开行方案的影响。并从满足旅客出行需求和提高铁路 客运企业经济效益的角度出发，提出了设计开行方案应考虑的基本原则。同时，结合 城际客运专线的具体情况，以便于旅客的出行选择为出发点，提出城际列车以一站直 达、大站停、站站停列车为基本组合的停站方案。在此基础上，以铁路运营部门收益 最大化、旅客总等待时间最小为目标，建立了城际列车开行方案的多目标规划模型。 为了便于模型的求解，研究o d 流量调整方法，进行了基于目标规划方法的算法设计。 文章最后以广深港客运专线为实例，研究了开行方案综合模型的具体应用和目标规划 算法的实现，并借助l i n g o 软件求解，得出了预测年度城际旅客列车开行方案。 关键词：城际客运专线，列车开行方案，多目标规划，目标规划算法 西南交通大学硕士研究生学位论文 第t i 页 a b s t r a c t a c c o r d i n gt o ”c h i n a sm e d i u ma n dl o n g t e r mr a i l w a yn e t w o r kp l a n ”，e c o n o m i c a l l y d e v e l o p e da r e a si n c l u d i n gt h ep e a r lr i v e rd e l t a , y a n g t z er i v e rd e l t aa n db o h a is e ar i m w i l lc o n s t r u c tn e wr e g i o n a li n t e r - c i t yd e d i c a t e dp a s s e n g e rl i n ea sr e g i o n a lm a j o rt r a n s p o r t i n f r a s t r u c t u r e s c i e n t i f i ca n dr a t i o n a ld e s i g no fo p e r a t i n gs c h e m eo ft h er e g i o n a li n t e r - c i t y d e d i c a t e dp a s s e n g e rl i n eh a si m p o r t a n tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e i tc a l ln o to n l yc e n t r a l i z e c o n f i g u r a t i o na n do p t i m i z et h eu s eo fr e s o u r c e s ，b u ta l s oc o n n e c tt h eb r i d g eb e t w e e n p a s s e n g e r sd e m a n da n dt r a n s p o r t a t i o no r g a n i z a t i o n m e a n w h i l ei tp r o v i d e sab a s i sf o rd a i l y c o m m a n do ft r a n s p o r t a t i o na n dd r a w i n gu pi n t e r - c i t yt r a i no p e r a t i o np l a ni no r d e rt om a k e i n t e r - c i t yd e d i c a t e dp a s s e n g e rl i n em o r ec o m p e t i t i v e b a s e do nt h ee x p e r i e n c e sa n dr e s e a r c hr e s u l t sa th o m ea n da b r o a d ，t h ep a p e rp r e s e n t s t h ep a s s e n g e rt r a i no p e r a t i n gs c h e m e si m p a c tf a c t o r s ，i n c l u d i n gq u a l i t a t i v ea n a l y s i so ft h e p a s s e n g e rf l o w , i n t e r - c i t yp a s s e n g e rf l o wc h a r a c t e r i s t i c s ，i n t e r - c i t yp a s s e n g e rt r a n s p o r t i n f r a s t r u c t u r e ，p a s s e n g e rt r a i nm a r s h a l l i n ga n dc a p a c i t y , t h ee c o n o m i cb e n e f i t so ft h er a i l w a y o p e r a t i o nc o m p a n i e s ，t h ep a s s e n g e r st r a v e lc o s t se r e t a k i n gi n t oa c c o u n tt h en e e d so ft h e p a s s e n g e r sa n de c o n o m i cb e n e f i t so fe n t e r p r i s e s ，t h ep r i n c i p l e so fd e s i g n i n go p e r a t i o n s c h e m ea r ep u tf o r w a r d s t h em u l t i o b j e c t i v ep r o g r a m m i n gm o d e lo ft h ei n t e r - c i t yo p e r a t i o n s c h e m ei sp r o p o s e dt og a i nt h eb a l a n c ea m o n gt h er e v e n u em a x i m i z a t i o n ，e m p t ys e a t s t r a v e l i n gd i s t a n c em i n i m i z a t i o na n dt h et o t a lp a s s e n g e rw a i t i n gt i m em i n i m i z a t i o n i no r d e r t os o l v et h em o d e l ，o df l o wa d j u s t m e n tm e t h o di su s e d t h ep a p e r p r e s e n t st h es o l u t i o nt o m a k i n gm u l t i 。o b j e c t i v ep r o g r a m m i n gi n t oas i n g l eo b j e c t i v ep r o g r a m m i n g a tl a s t ，t a k i n g g u a n g z h o u s h e n z h e n h o n gk o n gd e d i c a t e dp a s s e n g e rl i n ea sa ne x a m p l e ，t h em o d e li s a p p l i e d b yu s i n gl i n g os o f t w a r e ，t h ei n t e r - c i t yp a s s e n g e ro p e r a t i o ns c h e m ei np r e d i c t i v e y e a ri sw o r ko u t k e yw o r d s ：i n t e r - c i t yd e d i c a t e dp a s s e n g e rl i n e ；t r a i n o p e r a t i n gs c h e m e ；m u l t i - o b j e c t i v e p r o g r a m m i n g ； g pa r i t h m e t i c 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使甩学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密卤，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名： 绦鹂 日期：弘卜z 一彰躺q 日期：z 。0 z 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： ( 1 ) 总结了影响城际客运专线旅客列车开行方案的主要因素，并对各因素进行了 详细的分析； ( 2 ) 借鉴编制旅客列车开行方案的方法，结合城际客运专线的特点，探讨了城际 列车开行方案的编制原则； ( 3 ) 研究了编制城际客运专线列车开行方案的方法，并建立多目标规划模型； ( 4 ) 设计了适用于城际列车开行方案多目标规划模型的求解算法； ( 5 ) 结合广深港客运专线具体实例，利用l i n g o 软件实现算法的求解，得出合理 的城际列车开行方案。 本文的研究重点是：结合城际客运专线的特点分析，建立城际客运专线列车开行 方案的多目标规划模型，并探讨了该类模型的求解算法，结合实例加以应用。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 学位论文作者签名：繇朋考 日期：汐f o l 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 页 1 1 研究背景 第1 章绪论 进入2 1 世纪以来，我国国民经济高速发展，时间就是效率、时间就是财富的理念 深入人心，国民对交通运输方式的舒适性、经济性、环保等方面提出越来越高的要求， 其中速度更是被视为现代交通运输质量的核心。随着国际能源竞争的日趋残酷和环境 问题的不断恶化，以往过分依赖公路运输和航空的“高碳经济”的发展模式已越来越 无法适应时代发展的要求，因此具有速度快、安全性高、能耗低、环保等优点的轨道 交通运输已越来越受到中央政府的重视，各种衔接大中城市的城际客运专线、高速铁 路等中短途、长大铁路干线的建设与发展在国内蓬勃展开。根据中国铁路中长期铁 路网规划，到2 0 2 0 年我国铁路线路营业里程将达到1 0 万k m ，复线率和电气化率均 达到5 0 。形成以新建1 2 万l ( i i l “四纵四横”客运专线为骨架，既有提速线路为补充 的3 万k m 快速客运网络。 1 “四纵”客运专线 ( 1 ) 北京上海客运专线，贯通京津至长江三角洲东部沿海经济发达地区； ( 2 ) 北京武汉广州深圳客运专线，连接华北和华南地区； ( 3 ) 北京沈阳哈尔滨( 大连) 客运专线，连接东北和关内地区； ( 4 ) 杭州宁波福州深圳客运专线，连接长江、珠江三角洲和东南沿海地 区。 2 “四横”客运专线 ( 1 ) 徐州郑州兰州客运专线，连接西北和华东地区； ( 2 ) 杭州南昌长沙客运专线，连接华中和华北地区； ( 3 ) 青岛石家庄太原客运专线，连接华北和华东地区； ( 4 ) 南京武汉重庆成都客运专线，连接西南和华东地区。 3 三个城际客运系统 环渤海地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区城际客运系统，覆盖区域内重要 城镇。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 页 同时，在各大省会城市所在地区，也在大力规划建设区域性城际快速铁路客运系 统，例如规划建设中的成渝城际系统和长珠潭城际系统等。届时我国将要形成世界上 最为庞大的高速铁路体系，线路里程将比目前世界高速铁路总里程的2 倍还要多，我 国旅客运输亦将会迈上一个新台阶。可见，长大干线的高速铁路、以及各个区域、城 际间规划建设的客运专线将会是构成未来我国高速铁路客运体系的主体，而城际客运 专线将成为高速体系中的重要组成部分。 在国外，经过几十年的研究和实践，日本、法国，德国等一些发达国家已形成了 较为系统的城际客运专线运输组织的理论和方法，值得我们学习和借鉴。而我国的城 际客运专线研究起步较晚，目前运营线路不多，在国内可供参考的成熟案例较少。并 且，我国的国情、路情与国外不同，国内各区域间的具体情况也有所差别。目前由于 高速铁路、城际客运专线的修建、引入给铁路枢纽的改造和运力布局造成了前所未有 的压力，也使我国原本就很复杂的行车、运输组织系统更为复杂。我国城际客运环境 特殊性造成了其运输组织模式与国外有着较大的差异，因此，在行车组织、客流组织、 列车开行方案等许多方面不可能照搬国外经验和理论。从上世纪八十年代至今，我国 社会各界对在中国修建高速客运专线的必要性和可行性做了大量有力的论证，我国正 式开展高速铁路研究己经近数十年，对高速铁路相关专业知识都有了大量积累，国内 的许多专家、学者在高速铁路运输组织与管理方面也进行了较为系统的研究，取得了 一些重要的研究成果。然而到目前对高速铁路的理论研究和实践与发达国家相比，还 有很大的差距，许多问题还缺乏整体性、系统性和成熟的研究，对于城际快速列车开 行方案相关方面的很多问题，仍存在进一步研究的必要。随着各地区城际客运专线的 相继修建、投入运营，这些问题巫待得到较好的解决。 1 2 研究意义 客运专线建成后，将不可避免的面临更加激烈的竞争和挑战：一方面，对中、长 途客流，长大干线客运专线面临着航空运输降价所带来的挑战；另一方面，公路总量、 高等级公路及高速公路的继续增加，公路客运快速增长，对未来中短途、城际铁路客 运专线旅客运输将是一种强大冲击。随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，我 国旅客出行需求量不断增加，出行需求日趋多元化，旅客对运输的速达性、准时性、 便捷性、舒适性、安全性等要求不断提高。因此客运专线的运营必需从市场出发，从 西南交通大学硕士研究生学位论文 第3 页 旅客的需求出发，以运输市场为背景，以最大限度地满足旅客出行各方面的需求为基 本要求，同时在提高运输质量，如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、改善旅客出行环境等方面大力优化，以更 多地吸引、诱发客流，扩大铁路客运市场份额。只有正确地组织各种旅客列车的运行， 才能经济合理地使用客运机车车辆和各种客运技术设备，充分利用铁路运输资源，发 挥铁路客运专线的运输优势，争取更多的市场份额。 旅客列车开行方案是合理利用铁路现有线路设施和技术设备，决定列车的开行与 否，确定列车种类、对数的组合和各方向列车之间的协调配合，是旅客运输运营组织 的基础环节。旅客列车开行方案是旅客运行图铺画基础，并和旅客列车运行图一起作 为旅客列车运营组织的重要技术文件，对整个旅客运输组织工作有很重要的指导作用。 旅客列车开行方案在铁路客运中的重要作用如图1 1 ： 根据评价结果调整运行图 图1 - 1 列车开行方案在旅客运输组织中的地位和作用1 由此可见，制定合理的旅客列车开行方案尤为重要，它是铁路旅客运输面临的急 需解决的核心问题。在城际客运专线大力建设的形势下，制定既能最大限度满足旅客 多元化出行需求，又能充分合理地利用客运专线客运设备，有利于提高旅客运输的经 西南交通大学硕士研究生学位论文 第4 页 营策略和服务质量、争取铁路客运市场份额的城际列车开行方案势在必行，其意义具 体表现在以下几方面： 1 客车开行方案是连接客流和运行图必不可少的中间桥梁，设计方案的优劣直接关 系到能否满足旅客运量的要求，关系到能否吸引到足够多的客流1 2 】。城际客运专线通常 会考虑公交化开行高速列车，如果开行方案不合理，就不能以高服务频率，高运输质 量满足旅客对速度、安全、准时、舒适、方便等因素的追求，对客流吸引力不足，就 会造成客运专线运能虚糜，缺少良好的效益保障，造成国有资产的浪费。 2 客车开行方案设计的好坏也直接关系到运行图编制的合理性和实施运行图的难 易程度【2 j 。运行图是铁路运营中实现列车安全、正点运行和经济有效地组织铁路运输工 作的列车运行生产计划，它把整个铁路网的运输生产活动联系成一个统一的整体【3 】。如 果客车开行方案设计的不合理，有可能使得运行图难以实现，还有可能使得旅客列车 停站时间分布不合理，给旅客出行带来不便。 3 旅客列车开行方案是铁路客运组织的核心【2 】。它很好地反映了铁路旅客运输的经 营策略和服务质量水平，好的旅客列车开行方案能够提高铁路旅客运输的经营效果和 效益，尤其是在市场经济条件下，旅客列车开行方案的优劣还是与其他运输方式竞争 实力的体现1 4 j 。 4 客车开行方案设计的合理性还关系到工程投资的经济效益，及用最少的资金投资 建设的客运设备能否最大限度的满足客流需求。在考虑客运需求、线路能力限制等影 响时，还应考虑线路、车站、车辆段、动车运用所等技术设备的合理配置。在客运专 线运营初期设计能力富裕时，开行方案的设计应注重设备的合理利用，即利用有限的 设备完成尽可能多的旅客输送量。 综上所述，优化旅客列车开行方案的总目标是以运输市场为背景，在相关条件允 许的情况下，最大限度地满足旅客出行需求为基本要求，同时在提高运输质量，如提 高旅客列车旅行速度，增加发车密度，方便旅客的列车发、到时间，改善旅客乘车环 境等方面挖潜提质，以达到更多地吸引、诱发客流以及扩大铁路市场份额的目的。 在我国，客运专线路网庞大，各线路设计里程差别很大。目前国内对于开行方案 的研究主要针对武广、京沪、郑西等长大干线，其研究对象以中长途旅客列车为主， 客运对象主要是长途出行客流，而对于区域内、城际间的城际客运专线的运输组织研 究相对较少。因此，借鉴长大客运专线的运输组织研究成果，参考其开行目的、效果 西南交通大学硕士研究生学位论文 第5 页 和开行方案的特点，针对城际客运专线的列车开行方案进行专门探讨，具有重要的实 际意义。 1 3 国内外研究现状综述 1 3 1 国内研究现状 城际客运专线是指在人口稠密的都市圈或城市带规划和修建的高速铁路客运系 统，具有相对短途化、公交化的特点。而城际列车是在在城市密集地区各城市间开行 的密度较大、速度较快、运距较短、运行有规律的一类旅客列车，同时具有乘车手续 简便、舒适度好等特点”】。随着区域性城际客运专线的大规模建设，从而为大规模开行 城际列车奠定了运能基础。但是，旅客列车开行方案是一个庞大的系统工程，与客流 量、客流组成及旅客出行特点密切相关。我国铁路旅客列车开行方案虽经多年不断的 积累和调整，初步摸索出了一些经验，但要适应市场经济条件下不断涌现的新的需求 变化，必须对旅客列车开行方案进行不断优化。此外，面对我国运输市场竞争的加剧， 提高铁路竞争力、努力扩大运输市场份额，是铁路旅客列车开行方案必须不断优化的 基本准则。 我国传统的旅客列车开行方案编制是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【l 】。经过多年的不断积累和调整，众多国内学者对旅客列车开行方案也进 行较深入的研究并取得了一定的成果，系统工程、运筹学及计算机图论等有关理论也 都在确定旅客列车开行方案中得到广泛地应用。 史峰的客运专线相关旅客列车开行方案研究中，通过分析铁路客运专线的相 关收益及费用，从铁路运输企业和旅客两方面的利益出发，建立了客运专线相关旅客 列车开行方案的多目标优化模型，提出了优化旅客列车开行方案的求解方法。该模型 充分反应了铁路运输企业的客票收入、列车公里费用和中转组织费用等企业效益，以 及旅客的票价、旅行时间支出和疲劳恢复时间等旅客利益，其中疲劳恢复时间公式有 效地组合了换乘多种类别列车的疲劳恢复时间，不同消费层次对不同类别列车的选择 西南交通大学硕士研究生学位论文 第6 页 也贴切地反映了运输市场的需求关系。在模型的求解方法中，依据列车载客容量和载 客量下限构建的列车开行数量判别式及剩余旅客数量表达式为计算列车开行数量提供 了严格的数学表达式；对未满员列车提出“乘车里程较列车全程的比例较大，乘车里程 较客流全程比例较大”的吸流原则可以有效提高上座率、减少换乘次数；采用动态规 划法确定列车在各个区段的最佳类别的方法提高了算法的运算效率。 邓连波的客运专线相关旅客列车开行方案优化研究中，对客运专线旅客列车 开行方案的编制进行了系统地论述。他基于详尽的社会经济分析，较为全面地探讨了 客运专线的运营成本构成及计算方法，分析了铁路客运专线旅客列车开行方案的相关 收益及费用，从铁路运输企业和旅客两方面的利益出发建立了客运专线相关旅客列车 开行方案的多目标优化模型及其求解方法。对铁路旅客乘车行为的特点和各种影响因 素进行全面分析，揭示了铁路旅客列车客流分布的内在原因。系统研究了铁路旅客换 乘网络的构造和评价，对旅客在列车网络上的客流分配理论进行了探讨。将客流换乘 选择的多类用户的用户平衡分配模型作为下层规划，将均衡考虑企业利益和旅客需求 作为上层规划，将列车开行方案与旅客换乘方案结合起来，建立综合优化旅客列车开 行方案的双层规划模型。在该文中还系统建立了旅客列车开行方案评价指标体系，对 其社会经济效益进行综合评价。最后还由于问题的规模和特点，通过抽象归纳铁路企 业制定开行方案的丰富经验和利用邻域搜索优化方法，设计了基于模拟退火算法的优 化算法，对于解决大规模的旅客列车开行方案优化问题提供了很好的参考。 周立新的铁路旅客列车开行方案决策模型中，综合考虑旅行时间、旅行费用、 旅行方便与舒适多因素对市场细分的影响，以及运输能力使用与需求转移的影响，构 造了一个旅客列车开行方案决策模型，建立了高速列车开行方案的多标规划数学模型， 构造了多层次规划求解方法。其应用分两步进行：通过预测客运需求和各类客流特征 ( 如平均收入水平) ，确定不同旅客列车需求量的概率分布；用n l p 模型求解各类旅 客列车开行方案( 列数) 。 张拥军，任民，杜文在高速列车开行方案研究中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，研究了一套有效可行的 多层次o 1 规划模型，运用有序组合树方法对问题求解。并根据京沪高速铁路各区段 到发客流量预测，就开行高速列车方案进行了实例优化，得出了问题的满意解。 查伟雄的直通旅客列车开行方案优化方法的研究中采用定量和定性分析相结 西南交通大学硕士研究生学位论文 第7 页 合的办法，根据路网上旅客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，从而采用相应的方法对该问题进行描 述、求解和进行经济有利性评价，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，从而得到一个较为满意的结果。 阙丽娟在硕士论文旅客列车开行方案计算方法研究中，兼顾旅客运输市场的 需要和列车开行的技术经济合理性，分析了目前我国在开行方案制定过程，分析了客 运市场的特点，在此基础上阐述了旅客列车开行方案必须考虑的原则，根据路网上的 o d 流量，以方便旅客旅行为目标，建立相应的数学模型和计算机计算模型设计了旅 客列车起讫点、开行数量的计算方法。论文着重研究对o 。d 流量的处理方法，在全部 流量处理完成后，得出列车起讫点和开行数量。对不够开行条件的0 d 流量，区分长途 客流和短途客流，分别采取不同的客流处理方法，以达到充分满足旅客需求，方便旅 客出行，减少旅客换乘，同时尽量减少列车虚糜。文中对不满足开行条件的客流采取 的是延长始发终到站或缩短始发终到站的做法，其中延长始发终到站的做法不可避免 的产生列车虚糜；缩短始发终到站的做法又对旅客的出行造成不便。 叶怀珍，杨永兰，王彦在铁路旅客列车开行方案问题的探讨中从制定开行方 案所必需的客流数据入手，通过对旅客流量、流向的现状及构成的调查，运用b p 网络 运量预测方法对客流进行科学的预测，并详细论述了制定列车开行方案时必须要注意 的一些原则问题。 李庆云，陈治亚在旅客列车开行方案研究中，在客车全程对号的条件下，根 据广深公司以月均客流密度为基础铺划运行图和某些日子旅客买票难的情况，提出以 日均客流密度为基础，以空座走行距离最少为约束条件建立的数学模型，以求得客车 最优开行方案。文中给出的优化算法是在确定了各区段上客流密度及列车运行区段之 后，以一定的约束条件求解列车开行对数，该方法以空座位走彳亍距离最小为目标函数， 其实体现的是旅客客票损失最小，铁路企业收益最大，从方便旅客出行的角度考虑。 此方法对于铁路实际运营中减少旅客滞留现象有定的参考价值。 强丽霞，喻乐在客运专线本线运输产品设计与列车开行方案研究中，提出基 于输送能力的列车产品设计与开行方案结合的分析方法，从客流需求角度，对客运专线 本线运输产品进行设计，提出典型车的概念，确定了不同档次、不同编组列车的开行 西南交通大学硕士研究生学位论文 第8 页 数量，以输送能力为主线，对本线列车开行方案进行分析与探讨，最后，在确定各种 档次本线列车开行比例后，从输送能力角度对本线高速动车组的全日运营方案进行分 析。 徐瑞华，邹晓磊的客运专线列车开行方案的优化方法研究中，通过分析客运 专线列车开行方案的特性及其确定过程，提出了通过车流合并来确定和优化列车开行 方案的方法，给出了车流合并的概念，研究了车流合并对运输组织的影，响并提出了车 流合并的原则，设计了合并车流的数据结构及相关计算机算法，并结合实例进行了验 证。 徐琳的应用层次分析法确定旅客列车开行方案的研究中结合目前铁路运输组 织的实际，认为运用系统工程与运筹学理论中能够定量化地考虑定性因素的a h p 方法， 提出并建立了确定旅客列车开行方案的a h p 模型，为科学、合理地确定旅客列车开行 方案提供了一种思路。 综上所述，国内研究开行方案主要讨论问题是：我国现阶段旅客列车的组织和开 行方案的制定【1 6 】；国内旅客列车的开行原则【1 1 】；开行方案的优化方法；在分析最小成 本和最大收益的两种传统模型的基础上，综合考虑旅行时间、旅行费用、旅行方便与 舒适程度等因素对市场细分的影响，以及运输能力与需求的关系，构造了两点间客流 的旅客列车开行方案决策模型【9 】；讨论高速列车停站影响，建立高速列车开行方案的多 目标o 1 规划数学模型。 1 3 2 国外研究现状 城际旅客运专线旅客列车的开行在我国属于新兴的运输产品和服务，而国外起步 则早得多。英国在上世纪6 0 年代初就首创了城间快车客运模式，并于上世纪7 0 年代 将最高运行速度提高到2 0 0 k m h ，推出了系列类型城际列车。1 9 6 4 年1 0 月日本东海道 新干线的诞生，标志着世界铁路开始进入高速化时代，随后出现了法国t g v 、德国i c e 、 英国a p t 及意大利t a v 等系统，城际列车运行速度也不断提高。国外在己建成高速铁 路的条件下，客运组织能较好符合市场经济规律的要求，开行方案更注重效益，以铁 路总体运营成本最少和旅客总出行费用最少为目标函数建立了单条铁路线上城际客专 旅客列车开行方案的多目标优化模型，在此方面己形成较全面、成熟的理论。在对旅 客的需求分析上，总结出客流更倾向于在途时间短、到发时间合理的旅行，与乘客的 西南交通大学硕士研究生学位论文 第9 页 出行安排相符合的列车时刻表更易于吸引客流，所以运输政策的制定更多地依赖于分 析人们的日常行为，首先要分析人们出行行为，再确定其趋向的出行模式，进一步安 排客运方案。在am d t i - o b j e c t i v em o d e lf o rp a s s e n g e rt r a i ns e r v i c e sp l a n n i n g 中，作者 采用模糊数学规划来研究高速铁路列车开行方案，建立单条铁路上城际高速铁路列车 开行方案的多目标优化模型，目标函数包括经营者的总体营运成本最少和旅客总旅行 时间最少两方面，在既定的多对多旅行需求及特定的运营空间内，确定列车的停车方 案、开行频率、编组长度【1 7 1 。该方法针对的路网规模小、客流密度大，其开行方案具 有公交化运营模式的特点，对于我国的区域城际客运专线的开行方案有一定的参考价 值。另外还有众多国外学者对于旅客列车开行方案进行了大量的理论研究，多采用数 学规划模型进行描述，从成本和收益两方面进行优化，优化的结果包括运行线路的优 选，行车对数、发车频率、编组数量、停站方案等等。 除了在理论研究方面较深入以外，建成高速铁路的各国都是根据本国国情设计开 行方案，因此运输组织方法各有特点，包括：( 1 ) 高速线列车种类较少；( 2 ) 列车密 度大；( 3 ) 编组灵活；( 4 ) 列车接续良好；( 5 ) 高速列车可在普速线路上运行；( 6 ) 客流预测与列车开行方案设计一体化；( 7 ) 采用周期性运行图。总的来说，国外列车 开行方案编制具备两个最突出特点：一是采用节拍式运行组织模式，铺画周期列车运 行图，同时体现客流波动趋势的影响；二是通过高速列车下既有线运行的组织模式， 扩展高速列车的通达范围，实现路网的一体化【4 】。 就目前国内外研究现状来看，有的数学模型考虑的因素比较理想，有的模型中相 关参数的确定较为复杂且受主观因素影响较大，有的模型目标函数单一，其应有一定 的局限性，有的模型不适用于区域城际客运专线的实际情况。因此研究区域城际客运 专线的列车开行方案问题，设计符合我国社会实际情况的开行方案，是科学且很有必 要的。 1 4 本文研究思路及主要内容 本文将参考国外城际铁路运营经验和国内对于客运专线运输组织的研究成果，着 重针对城际客运专线的运输特点研究旅客列车开行方案的客流预测、客流特点、影响 因素、计算方法等相关问题。本文的研究思路是：以拟定的预测客流为基础，通过分 析城际客运专线旅客列车开行方案的特点、影响因素、开行原则等，以有利于发挥客 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 0 页 运专线在区域中社会效益和经济效益为目标，建立旅客列车开行方案模型，并合理地 确定约束条件，设计适当的的算法，借助相关计算软件求解模型。最后以建设中的广 深港客运专线为实例，运用以上方法计算列车开行方案。论文主要研究内容为以下几 个方面： ( 1 ) 旅客列车开行方案影响因素分析 在阐述铁路旅客列车开行方案的定义及作用的基础上，结合城际客运专线的实际 情况，对城际列车开行的基本要求、开行条件进行系统的分析，提出城际客运专线列 车开行方案的编制原则，详细分析影响客运专线客车开行方案的主要因素。重点分析 城际客专列车开行方案的几大主要影响因素，包括城际客流量及客流特点、线路能力、 旅客旅行时间、普通旅客列车开行状况、运输组织衔接、城际旅客列车速度等。 ( 2 ) 城际客运专线旅客列车开行方案模型研究 在总结现有研究成果的基础上，充分探讨与城际列车开行最为密切的影响因素， 建立适当的开行方案多目标规划模型，并阐述模型的求解方法。开行方案模型的需要 实现的目标是，采用定性分析和定量分析相结合的方法，确定旅客列车的合理运行区 段，并结合线路、车站的具体情况，计算旅客列车开行对数，探讨合理的停站方案， 最终得到较好的城际客运专线旅客列车开行方案。 ( 3 ) 广深港客运专线列车开行方案实例研究 结合规划的广深港客运专线线、站方案情况，应用客流预测数据，对数据进行适 当的整理和调整后，应用城际客运专线开行方案模型规划求解，得到合理的城际列车 开行方案。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 i 页 第2 章城际客运专线列车开行方案分析 2 1 开行方案的概念 旅客列军并行方案是指确定旅客列车运行区段、列车种类及开行对数的计划f 2 9 】。 它以客运量为基础，以客流性质、特点和规律为依据，科学合理地安排包括旅客列车 开行等级、种类、起讫点、数量、经由线路、编组内容、停站方案、列车客座能力利 用、车底运用等内容，是从客流到车流组织过程的体现1 3 0 | 。 旅客列车开行方案在铁路运输组织中占有极为重要的地位，如何制定一个合理的 城际客运专线旅客列车开行方案，是区域性城际快速客运面临的亟待解决的核心问题。 好的旅客列车开行方案能较好地反映铁路旅客运输的经营策略和服务质量水平，提高 客运专线旅客运输的经营效益【3 1 1 。在市场经济条件下，旅客列车开行方案是铁路客运 竞争力的体现。 2 2 开行方案的主要内容 旅客列车开行方案主要包括如下5 个方面的内容： 1 列车的等级和种类 根据2 0 0 9 年1 月1 日施行的列车运行图编制管理规则，可以将旅客列车划分为高 速动车组、城际动车组、动车组、直达特快列车、特快旅客列车、快速旅客列车、普 通旅客列车、通勤列车、临时旅客列车、旅游列车等多个等级。城际客运专线由于客 流运距近，辅助时间对旅客的旅行总时间有较大的影响，因此城际客运专线上运行的 列车等级较高。 2 列车的开行对数 列车的开行对数是指方向上或区段内为满足运量需求而开行的旅客列车数量，是 对行车量大小的直接反映，由客流计划决定。 3 列车的运行区段 旅客列车的运行区段由其始发、终到站和经由路线构成，其中始发站是指列车由 何处始发：终到站是指列车在何处终到；经由线路是指列车从始发站至终到站途经的 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 2 页 路段集合【3 0 】；在铁路既有线上始发站与终到站之间有多条径路可以选择，一般需要进 行最佳径路选择，而城际客运专线一般为连接两中心城市的单一线路，开行方案考虑 的列车径路唯一。 4 列车的停站方案 停站是指列车在运行途中在哪些中间站停车的计划，停站次数的增加会使旅行时 间加长，同时也会降低线路的通过能力，增加列车的开行费用，所以在停站方案中要 合理确定列车的停靠站。 5 城际客运设备利用情况 包括城际列车编组内容、车底需求数量、客座能力利用等具体内容，是开行方案 的重要内容，也是计算城际列车开行的经济效益和市场效益的直接参考依据，在一定 程度上反映出列车的社会效益。 2 3 城际客运专线列车开行方案影响因素 目前我国的城际客运专线主要规划于京津、长三角、珠三角等经济发达区域，这 些区域具有以下共同点： 1 、经济发达。区域内居民往来频繁，城市之间因商务、旅游、探亲等原因的出行 需求大；居民收入普遍较高，追求高品质生活，注重旅行时间，愿意选择快速、舒适 性高的交通工具出行，对票价支付能力较强。区域内良好的经济基础为城际列车的开 行准备了物质和客流条件【3 2 1 。 2 、对交通运输能力有量大的需求 一方面，城际间存在一定数量级的客流才能构成开行城际列车的条件；另一方面， 区域内频繁的客流流动也需要有快速、高运能的交通运输方式。城际客运专线设备先 进性、自动化程度上明显优于既有铁路，城际列车每一运载单元载客量大，对于人口 稠密、客流量大的地区，是满足客运需求、解决客运拥挤的最优途型3 3 1 。 3 、区域内交通服务设施设备完善 城际客运专线的规划区均是国内交通运输基础设施建设最为完善的地区，区域内 高速公路网的不断完善、航空港建设以及水路运输能力的开发，使得区域内交通运输 体系的系统化和现代化程度要高于国内其它地区。同时，区域内各种交通运输方式都 越来越注重运输服务的质量，其市场竞争力也更强。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第13 页 因此，城际列车在运行区域内必然会与其他旅客运输方式产生激烈竞争，尤其是 与日益完善的高速公路对城际客运市场的争夺。提高城际列车服务质量是提高其市场 竞争力的关键，而开行方案是运输产品质量的基本保证。在制定列车开行方案时，必 须结合城际客运专线的特点，充分考虑影响城际列车开行的主要因素。 2 3 1 区域城际客流特点及客流层次 城际客运专线的功能定位是连接某一区域内各中心城市的快速客运通道，其沿途 所经区域既有城市的建成区，也有非建成区或未完全城市化的区域。它主要承担城市 之间的旅客运输任务，同时也服务于市域间的居民出行需求。城际旅客列车的开行需 要以旅客的出行需求为基础，以客流量及客流性质为依据，即“按流开车”。 1 城际客流量的预测 铁路运输系统与外界系统在进行物质、能量、信息的交换的同时，同时受到各种 复杂社会环境因素的影响，从而决定了客运量影响因素的多元化、递传化及复杂化【l 8 1 。 影响城际客流量的主要因素有国家宏观经济及社会发展水平、通道内居民数量、城际 问的运输方式结构以及各运输产品的性能特点、城际间的产业关联密切程度1 2 0 1 、旅客 出行心理需求等。从客流产生的机理上看，城际客流量主要有三部分组成：通道趋势 客流量；城际列车分担客流量；诱增客流量预测。 ( 1 ) 趋势运量：是指在城际列车未开行的前提下，按照目前城际间客流发展趋势， 推算城际间的预测年份的客运量，是按正常影响因素而推算的城际客流量。 ( 2 ) 转移流量( 城际列车分担率) ：因城际列车开行后，由于其具有快速、高效、 舒适的特点，而从其他运输方式转移过来的本由其他运输方式承担的流量【1 9 1 。 ( 3 ) 诱发流量：它仅限于因城际列车开行后，带来交通条件的改善和大规模物业 的开发，促进了沿线地区及相关范围内经济的发展，人们生活水平提高，从而增加出 行次数而产生的流量。 因此，城际客运专线客流量预测一般按照整个通道的客流量发生和发展趋势进行 预测。现代应用较多的城际铁路客流预测方法主要有：m d 预测法、l o g i t 模型预测法、 改进四阶段法等。它们的主要思路是：通过综合分析社会经济发展、城市人口、国民 收入等影响因素，建立诱发运量模型来计算客运专线投入运营后的诱增运量，并能综 合考虑各种运输方式的竞争力，给出运量分配模型，从而较为客观地反映运输市场中 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 4 页 各运输方式间的运量分配情况，更好地符合城际客运专线的自身特点和运输市场环境， 最终能够较为客观地反映出城际客流量的发展。在实际工作中，对上述三类客流的产 生特点进行具体分析，选择适当的预测方法，并综合以上三类客流的预测结果，整理 出城际间客流0 d 量，为开行方案的制定提供基础数据。 2 城际客流的特点 城际旅客列车吸引的客流称为城际客流，广义上泛指承担省会城市和主要大中城 市间的铁路客流，狭义上指的是一个区域经济带范围内联系各城市间的铁路客流，其 出行距离在4 0 0 k i n 以内，属中短距离运输。我国城际客运专线客流的主要特征有【3 4 】： ( 1 ) 客流密度大，开行直通旅客列车多； ( 2 ) 直通客流所占比重大； ( 3 ) 旅客发送量高度集中在大站； ( 4 ) 旅客交通消费水平较高，经济承受能力强。 城际客流特点与城市轨道交通及长大干线铁路有明显不同，主要体现在客流的时 间和空间分布、线路客流强度等方面。其中上、下班或上、放学的客流相对城市轨道 交通要少得多，也没有市内交通那样明显的早晚高峰，同时，线路客流强度、停站密 度、上下车客流量没有城市轨道交通大，其客流特点与长大铁路干线的客流有某些类 似之处。 城际客流因出行距离较长大干线的客流要短得多，因此其对出行时间要求高，要 求城际旅客列车具有较高的密度，适当的发车时刻以及高度的列车正点率，以方便出 行行为的选择。城际客流主要由相关城市的居民构成，出行目的以出差、会议、商务、 通勤等生产性出行为主，旅游、探亲等非生产性出行为辅。根据出行目的的不同城际 客流可以分为： ( 1 ) 通勤流 通勤客流的客流量、乘车区间和上下车时间相对固定，与该地区城市化程度密切 相关，比如在新的城市规划中，工业区的迁移、住宅区的布局、新型城市产业园区的 兴建；另外，高速客运体系的建立也会大大扩展城市通勤圈的范围。 ( 2 ) 公务流 公务出行主要集中在省会城市与省内各城市之间，各省与国家首都之间，因此行 政区域的变更、政策的改定都会在定程度上影响公务流量，但此类影响可以归为突 西南交通大学硕士研究生学位论文 第15 页 变因素，并且具有一定的可预见性。 ( 3 ) 商务流 随着我国经济的快速发展，商务出行将在未来出行人流中占越来越大的比重。商 务流的变化受各地商务活动的频繁度以及活跃度影响，一般来说经济越发达的地区各 城市间商务流往来越频繁。 ( 4 ) 休闲流 休闲流的大批涌现是我国近年客流的新特点，其影响因素广泛，受到各地旅游景 点开发的吸引，私家车的热销，使休闲出行更为便捷，国家对假期的调整、人们生活 方式的改变都是促使休闲流变化的因素。 在城际客流的出行距离特征上，乘坐城际客运专线的出行距离也要显著长于市内 轨道交通的出行距离。根据国内大多数城市调查结果，市内出行距离多在4 8k m ，而 据研究分析，城际客流出行距离较长。沪宁沿线大城市平均间距为5 0 8 0 k m ，城际客 流出行的平均距离为8 6 9 0k m m 3 。根据出行距离可以划分为： ( 1 ) 中心城之间客流。这部分客流出行距离长，要求旅行速度快、时间短、舒适