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面向旅客出行需求的高速铁路列车运行图编制模型与算法

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致谢

摘要

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状综述

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.2.3 研究现状分析总结

1.3 论文研究内容与技术路线

1.3.1 论文研究的主要内容

1.3.2 论文研究的技术路线

1.4 本章小结

2 面向旅客出行需求的高速铁路列车运行图编制问题分析

2.1 高速铁路旅客出行需求分析

2.1.1 旅客需求基本概念

2.1.2 旅客出行换乘行为分析

2.2 高速铁路列车运行图问题

2.2.1 高速铁路列车运行图编制的基本原则

2.2.2 传统的列车运行图编制流程

2.2.3 高速铁路列车运行图与既有铁路列车运行图的比较

2.3 面向旅客出行需求的高速铁路列车运行图编制必要性分析

2.3.1 列车开行方案与列车运行图决策内容对比分析

2.3.2 列车开行方案与列车运行图不一致性分析

2.3.3 列车运行图与旅客出行需求的关联性分析

2.4 本章小结

3 面向旅客出行需求的高速铁路列车运行图编制模型

3.1 符号定义

3.2 基于时空网络的高铁列车运行图编制模型(P1)

3.2.1 时空网络概述

3.2.2 高速铁路列车运行时空网络构建

3.2.3 模型构建

3.2.4 基于时空网络的列车运行图编制模型存在的问题

3.3 基于时空状态网络的列车运行图编制问题分析

3.3.1 基于时空状态网络的列车运行图编制方法的提出

3.3.2 基于时空状态网络的列车运行图编制问题的主要环节

3.4 高速铁路列车运行时空状态网络构建

3.4.1 旅客运输状态的描述

3.4.2 高速铁路列车运行时空状态网络构建

3.4.3 时空状态转换的必要条件

3.5 基于时空状态网络的高速铁路列车运行图编制模型(P2)

3.5.2 模型约束条件

3.6 模型总结

3.7 本章小结

4 基于拉格朗日松弛的模型求解方法

4.1 模型分析与算法选取

4.1.1 模型分析

4.1.2 算法选取

4.2 拉格朗日松弛算法

4.2.1 拉格朗日松弛问题

4.2.2 基于动态规划的子问题求解方法

4.2.3 次梯度优化算法

4.2.4 拉格朗日启发式算法

4.3 拉格朗日松弛算法求解流程

4.4 本章小结

5 面向旅客出行需求的京沪高铁列车运行图编制实例分析

5.1 问题描述

5.1.1 实例背景

5.1.2 京沪高速铁路客流规律

5.1.3 实例基本数据与参数设置

5.2 基于时空状态网络的列车运行图编制结果

5.3 求解结果分析

5.3.1 算法效果分析

5.3.2 结果对比分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 论文的主要工作和结论

6.2 论文创新点

6.3 研究展望

参考文献

附录

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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摘要

随着社会经济的快速发展和人民生活水平的日益提高,人们对出行服务的质量也提出了更高的要求。高速铁路由于具有速度快、安全性好、正点率高等特点而备受广大出行者的青睐。列车运行图作为列车运行计划的核心内容,对于列车运行组织的优化起着重要的作用,研究面向旅客出行需求的高速铁路列车运行图编制模型与算法,对于提高旅客服务水平,改善运行图编制质量,优化运输组织具有重要的现实意义。本文的研究内容可以概括为以下几个部分:
  (1)介绍了论文的研究背景和意义,对该领域国内外的研究现状进行分析总结,明确了面向旅客出行需求的高速铁路列车运行图编制问题的理论意义和应用价值。
  (2)对旅客需求和列车运行图的基础理论进行介绍,分析了旅客的出行需求特征和换乘行为,并将高速铁路列车运行图与既有线列车运行图进行比较,最后,从列车开行方案与运行图之间的不一致性以及运行图与旅客出行需求之间的关联性两方面对面向旅客出行需求的列车运行图编制问题的必要性进行分析。
  (3)结合列车运行图的时空特性,从网络流的角度出发,以旅客的总旅行时间最短为目标建立基于时空网络的列车运行图编制模型(P1),并针对该模型存在的问题提出了基于时空状态网络的列车运行图编制建模思路,通过对旅客运输状态的描述,构建考虑旅客出行需求的高速铁路列车运行时空状态网络,并分析了时空状态转换的必要条件,建立了基于时空状态网络的列车运行图编制模型(P2),最后对两个模型的特点进行总结。
  (4)通过对LP算法和LR算法进行对比分析,结合模型特点,本文采用拉格朗日松弛算法对模型进行求解,通过将原问题中的复杂约束松弛到目标函数中,得到问题的下界解,并将其作为启发信息运用拉格朗日启发式算法求得上界解,通过不断缩小上下界之间的间隔改善可行解的质量,最后,本文对拉格朗日算法的求解流程作了介绍。
  (5)以京沪高速铁路为例,分析京沪高铁客流在时间和空间上的变化规律,基于12306收集到的客票数据对面向旅客出行需求的列车运行图编制模型进行验证,从算法效果和求解结果两个方面对本文所提出的模型算法进行分析,并将模型P1和模型P2得到的结果与现有的时刻表进行对比,最终结果表明本文所提出的模型和算法在求解大规模的运行图编制问题中取得了很好的效果。

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