近年来,我国高速铁路快速发展,营业里程持续增长,列车运行速度不断提高。但是,高速铁路列车运行过程中所面对干扰的不确定性、突发性、复杂性较为突出;列车运行组织工作较为复杂,列车晚点传播较快、影响范围较广;同时,客流量和追求高品质运输服务水平的旅客需求日益增长。这些都给高速铁路列车运行调整工作带来了更大的挑战。当干扰发生时,需要考虑当下列车运行状态和资源运用情况,及时进行列车运行调整,以免干扰对列车运行的不利影响大范围传播,避免对旅客出行和高速铁路运营造成较大损失。列车运行调整包括列车运行图调整、列车停站计划调整和动车组交路计划调整等,这些调整计划之间相互作用和影响,但既有研究对于列车运行调整关联计划进行整体优化的较为少见。因此,本论文围绕高速铁路列车运行调整一体化优化问题进行研究,主要内容包括:（1）高速铁路列车运行调整问题基本要素分析和基本模型构建。从列车运行干扰、列车运行调整计划与基本计划编制方面的区别、基本调整措施以及主要调整目标几方面,对高速铁路列车运行调整问题基本要素进行深入分析。对列车运行调整相关主体进行模型构建,包括路网拓扑模型、运行干扰模型、资源能力约束模型以及列车运行图调整基本模型。分析列车运行调整一体化优化关键因素,对列车运行图与列车停站计划关联性,以及列车运行图与动车组交路计划关联性进行分析,为后续研究奠定理论基础。（2）列车运行图与列车停站计划调整一体化优化问题研究。考虑列车因动车组故障停运的情况,受干扰旅客的需求直接驱动列车停站计划的调整,通过改变列车到发时刻、运行顺序、车站到发线运用以及增加列车停站的调整措施,最小化列车加权终到晚点,同时,最大化运送原计划乘停运列车出行的旅客。在列车运行图调整基本模型的基础上,对上述调整措施进行建模。同时考虑固定设备资源和列车载客资源再分配,以及车站到发线运用与列车停站的关联性、列车到发时刻与停站的关联性,对资源能力约束和关联约束进行建模,构建混合整数线性规划模型,基于标准化的线性加权求和方法,求解帕累托最优解。基于京沪高速铁路进行算例分析,结果表明该方法可以有效解决列车运行图与列车停站计划调整一体化优化问题,同时求解得到列车运行图调整计划和列车停站调整计划,且在最大化满足旅客到达其终点站需求的条件下,有效减少列车晚点。并且与分步优化相比,一体化优化可得到质量更高的解。（3）考虑干扰持续时间不确定的列车运行图与列车停站计划调整一体化优化问题研究。在高速铁路实际运营过程中,系统具有一定的不确定性,干扰发生时,很难完全掌握准确的干扰信息,因此,干扰持续时间具有一定的随机性。考虑列车因动车组故障停运的情况,干扰持续时间服从一定的概率分布,通过改变列车到发时刻、运行顺序以及增加列车停站的调整措施,设置具有鲁棒性的列车停站约束,构建混合整数线性随机规划模型,求解在不同干扰持续时间下的期望最优解。提出单阶段最优化求解方法、两阶段求解方法,以及随机优化求解方法,基于京沪高速铁路进行算例分析。结果表明该方法可以有效解决干扰持续时间不确定的问题,确保列车停站和剩余载客能力分配在不同干扰持续时间下均保持一致。（4）列车运行图与动车组交路计划调整一体化优化问题研究。针对区间因基础设施故障封锁的情况,考虑动车组运用受其载客能力、速度等级、配属和检修规程的约束,通过改变列车到发时刻、运行顺序和停运列车,以及改变动车组交路的调整措施,优化列车运行调整计划。基于列车运行图调整基本模型,对上述动车组运用影响因素和调整措施进行建模。同时考虑固定设备资源和移动设备资源再分配,以及接续列车的终到始发时间窗和动车组接续时分关联性、列车开行或停运与动车组分配关联性,对资源能力约束和计划间关联约束进行建模,以最小化列车运行图调整和动车组运用调整费用为目标,构建混合整数线性规划模型。设计两阶段求解方法,基于京沪高速铁路进行算例分析。结果表明该方法可以有效解决列车运行图与动车组交路计划一体化优化问题,同时求解得到列车运行图调整计划和动车组交路调整计划,实现最小化列车晚点的同时,最大化动车组运用效率。并且与分步优化相比,一体化优化可得到质量更高的解。（5）列车运行图与列车停站计划、动车组交路计划调整一体化优化问题研究。考虑列车因动车组故障停运的情况,通过改变列车到发时刻、运行顺序、停站和停运列车,以及改变动车组交路的调整措施,最大化列车运行调整收益。基于列车运行图调整基本模型,对上述调整措施进行建模。同时考虑固定设备资源、移动设备资源、列车载客资源的再分配,以及列车运行图、列车停站计划、动车组交路计划之间的关联性,对资源能力约束和计划间关联约束进行建模,构建混合整数线性规划模型。通过对关联计划分步优化和一体化优化进行组合,设计列车运行调整问题求解方法,基于京沪高速铁路进行算例分析。结果表明该方法可以有效解决列车运行图与列车停站计划、动车组交路计划调整一体化优化问题,同时求解得到列车运行图调整计划、列车停站调整计划和动车组交路调整计划,在最大化满足旅客到达其终点站需求的同时,最小化与列车运行图和动车组交路基本计划之间的偏差。并且与分步优化相比,一体化优化可得到质量更高的解。图38幅,表33个,参考文献134篇。

近年来,我国高速铁路快速发展,路网效应开始显现,以此带来高速铁路客流持续增长,瓶颈区段对网络能力的限制作用愈发突出。从宏观层面实现瓶颈区段能力疏解,是网络化运营的根本保障,对提升网络通过能力具有重要的研究意义。本文以高速铁路复杂网络为背景,进行铁路乘客出行多路径选择与分配研究,着眼于瓶颈区段疏解与旅客服务能力提升,构建企业-乘客双准则的一系列技术方法,包括服务路径阻抗函数设计、合理服务路径备选集生成、瓶颈区段客流调整,为运输组织计划编制提供决策支持。具体研究内容如下:（1）分析我国高速铁路繁忙干线客流输送及能力利用情况,明确跨线列车大量开行是徐州东至蚌埠南区段成为能力瓶颈的主要原因,并对该瓶颈区段所在的京沪高铁与其他线路的衔接情况进行分析。在此基础上,基于区域内多线路并行和乘客多路径出行现状,以充分利用路网能力为目标,进行瓶颈区段跨线客流输送路径和输送模式研究,以期从宏观层面实现瓶颈区段能力疏解。（2）提出服务路径概念,搭建高速铁路服务网络。考虑铁路企业和乘客对服务路径选择的博弈关系,在现有研究基础上引入量化跨线行为对线路能力损耗的跨线阻抗,构建包含运行边、换乘边和跨线边的双准则服务路径综合阻抗函数。以“小三角网络”剔除等作为路径生成的约束条件,建立复杂高速铁路网络下的合理服务路径选择模型。考虑服务路径生成的多约束性,设计基于Yen算法改进的两阶段算法,实现路径搜索和合理性检验。（3）为描述路网中多等级节点,搭建高速铁路双层混合网络,采用基于最短路原则的非集结客流归并方法,设计基于Dijkstra算法改进的“两端对比式算法”。以直达模式服务路径为标准进行瓶颈区段跨线客流选择,以最小阻抗服务路径为标准进行客流等级划分。构建基于合理服务路径备选集的随机用户均衡高速铁路客流分配模型,并分别将MSA算法与区段均衡性阻抗函数和增广拉格朗日乘子相结合,设计2种有容量约束的铁路客流分配算法。（4）以徐州东-蚌埠南段的能力疏解为目标,构建高速铁路案例网络,设计数据实验确定参数取值,分析服务路径备选集和客流分配结果合理性,验证模型和算法有效性,给出瓶颈区段能力疏解方案和跨线客流调整的通用性建议。

随着我国高速铁路快速成网和运营里程的不断增加,我国已建成北京、上海、郑州等多个有多条高铁线路交汇的高速铁路枢纽。枢纽内高铁客流的持续快速增长和动车组列车开行数量的激增,致使枢纽运营组织压力加重,枢纽能力日渐趋于紧张。研究高铁枢纽车站作业分工优化,有助于计划协调好枢纽内多个高铁车站间列车组织和旅客换乘关系,能够进一步挖掘开发枢纽场站设备能力,舒缓枢纽运营组织压力。梳理相关国内外研究后,本文开展的研究工作如下:（1）研究了高铁枢纽车站分工相关内容。首先界定了高铁枢纽的概念及研究范围,并阐述了高铁枢纽设施设备和技术作业情况。提出了高铁枢纽车站布局分工原则与理念,分析提炼了高铁枢纽车站分工影响因素,归纳总结了车站分工模式,为后续课题研究提供坚实的理论基础。（2）研究了高铁枢纽车站作业分工问题,即在实际路网和确定的高铁站布局下,根据客流需求和动车组列车在枢纽内的技术作业需要,为各个方向动车组列车安排合理的运行路径和作业场站。引用多商品流和车流径路优化理论,将不同方向的动车组列车作为不同的商品流。提出了考虑客流需求的动车组列车作业备选集生成方法。在点-弧模型的基础上,添加高铁枢纽内场站的接发车能力、股道差异性、作业节点合理性、及动车运用所存车、检修能力等约束,构建了以高铁枢纽内动车组列车作业费用最小为目标的考虑股道运用和动车组检修的高铁枢纽车站作业分工优化模型。根据模型设计了相应的拉格朗日松弛算法,并设计相应算例验证了模型和算法的有效性。（3）选取郑州高铁枢纽作为实际案例,依据郑州高铁枢纽规划年度路网和办理动车组列车作业情况,对郑州高铁枢纽车站作业分工进行优化研究。基于枢纽总图规划中的预测数据,利用拉格朗日松弛算法求解得到优化后的动车组列车路径及作业站点,分析梳理得到高铁枢纽车站作业分工优化方案。从定性和定量的角度把优化方案和规划方案进行对比,分析优化方案的改进情况,为枢纽运营决策提供一定的参考。

“一日一图”运营模式是高速铁路和城际铁路运营组织的发展趋势,这种模式强调动态捕捉客流需求变化情况,以实现更优的铁路资源配置,为旅客提供更优质的出行服务。按流行车是“一日一图”模式下列车组织与调整的核心,而车底的高效周转则是将该模式下的运行图计划落实到实际运输生产的基础保障。因此,为更好的满足“一日一图”模式下的运输生产需求,则需要在对运行图进行调整的同时,协同考虑动车组的周转利用,在满足旅客需求的前提下提高运营组织效率。为充分保障“一日一图”模式高效开展,本文基于车底周转接续来对运行图进行优化调整,以得到高效合理的运输组织方案,主要研究内容如下:（1）梳理“一日一图”模式的内涵及对应的运营组织策略。指出该模式下的列车运行图应包括日常线、周末线和高峰线,并分析了该模式下列车开行数量和编组方案调整的基本原则,以及如何更加高效合理的利用动车组资源。（2）对“一日一图”模式下的列车运行图和动车组交路各自的要素及特征进行了梳理,分析总结了运行图和动车组交路的时空特性,并对各自基于时空网络的优化模型做了分析说明。结合两者的交互关系,对运行图和动车组交路协同优化需解决的主要问题和协同策略进行了分析。（3）构建了适用于“一日一图”模式的运行图和动车组交路协同优化模型。基于运行图和动车组交路的时空特性,构建了时空状态网络,基于该网络在多商品流模型的基础上加入列车服务约束、列车停留约束、到发间隔时间约束和动车组检修约束等限制条件。并设计了数值实验,检测模型的合理性。（4）设计了协同优化的启发式算法。基于拉格朗日松弛原理,将原来网络流模型中的部分约束条件加以松弛,再通过分解成为求解单个动车组带约束的最短路模型,并为此设计了多标签最短路算法;同时设计了对应的上界启发式算法,实现拉格朗日启发式算法整体框架,并验证了该算法对大规模问题的求解效率。（5）以实际线路为背景,基于给定的日常图和周末图对应的列车开行方案,求解得到了优化后的运行图和动车组交路。证明了该理论体系可对“一日一图”模式的运输组织发挥理论和方法支撑。

煤运铁路在我国能源运输布局的作用举足轻重。随着国家能源结构的调整,煤运重载铁路的运输组织目标已由原来的“挖潜扩能”向“提质增效”转变,考虑能耗因素条件下重空列运输组织方案优化研究已成为铁路行业内重点关注的问题。论文通过现场调查和数据挖掘,分析煤运重载铁路线路能耗与大小列车开行比例、线路输送能力等之间的作用关系,对考虑能耗因素的煤运重载铁路运输组织问题进行深入研究:（1）利用列车LKJ（列车运行监控装置）安全防护数据,挖掘提取列车速度、距离、时间和运行状态,与平纵断面数据形成时间序列数据结构,为列车运行工况探测提供数据基础。根据列车LKJ数据中的列车风压、发动机转速等参数,分析列车运行状态,探测列车运行工况,并利用卡尔曼滤波技术对工况分段中的噪声数据进行深入分析。运用功能原理设计不同牵引工况下的能耗计算方法,通过数据拟合技术,获得基于高斯分布的煤运重载铁路能耗标准高维表。通过数据挖掘分析发现,大列在间距较小或坡度较大的区间会产生更多的能耗,压缩大列的发车间隔可能造成能耗的增大。（2）在分析总结煤运重载铁路与普通铁路线路运输组织特征差异的基础上,利用煤运通道以“列”进行车流组织的特性,将其运输组织过程转化为基于时空网络的网络流问题。考虑线路区间通过能力、车站装卸能力、组合拆解能力以及不同列车在组合站作业的接续时间约束下,以列车牵引及调车过程的能耗作为目标函数的重要子项,构建模型算法。设计算例对不同目标导向的重列运输组织方案优化,得出了一系列分析结果。结果揭示了能耗、大小列比和运输时间占用要素间的相互约束与依赖关系,间接地反映了能耗、列车结构和能力利用的关系,验证了铁路运营实践中的经验认识,进一步推动经验认识向理论成果转化,并为后续的空重列协同优化奠定了基础。（3）以重列方案为输入,对考虑能耗因素的空列运输组织问题进行研究,与重列运输组织优化问题研究成果共同形成重空列方案分阶段编制理论。进一步考虑重列方案给定下空列方案接续的局限性,在获取每支OD流的服务列车链的基础上,增设列车在出发站或到达站进行时间调整的相关约束（如服务同一支OD流列车的时间调整量应保持一致）,构建重列列车发/到时间可调整下的空列优化模型。设计算例对不同能耗结构和不同参变量下的空列运输组织方案优化,对重列时间调整后的空列方案指标变化进行分析,揭示了能耗参数、列车开行结构、车底数量之间的作用规律。（4）考虑空列与重列的相伴相生关系,对能耗因素影响下能力富余条件（固定需求）下的重空列协同运输组织、能力紧张条件（弹性需求）下的重空列协同运输组织等两个运输组织问题进行研究。针对问题的具体特征,考虑重空列车的时空接续关系、空列供给方案对距离、时间以及能耗费用的影响程度等因素,以网络流理论为基础分别建立运输组织优化模型。设计基于自适应的遗传算法并进行求解和算例分析。设计算例对固定需求条件下不同能耗参数对重空列运输组织协同优化结果进行分析,揭示了能耗参数结构对列车开行结构和铁路机车车辆资源的影响程度。构建算例对弹性需求下重空列运输组织协同优化结果进行分析,揭示了能耗参数对列车开行结构、车底数量以及输送能力的作用规律。（5）以包神线、新准线、神朔线、大准线及准池线为案例路网,在梳理各线路不同类型车站的装卸能力、组合分解站能力以及区段通过能力基础上,将现有的货运需求数据作为已知的需求量,分别基于能力富余条件（固定需求）下和能力紧张条件（弹性需求）下的重空列协同运输组织优化模型,利用自适应遗传算法求解。将获得的优化方案与实际方案从消耗的能耗量、运输费用和重空列“列接续时间”成本等指标进行对比分析,进一步验证所构建模型的可行性和所设计算法的有效性。

高速铁路运输作为我国综合交通运输体系的骨干,近年来蓬勃发展。与此同时,旅客对高速铁路的出行需求及服务品质的要求也不断提高。在高速铁路日常运营中,源于系统内外部的因素频繁扰动列车运营,将列车运行调整和控制进行一体化优化,是保证高速铁路在扰动下高效高质恢复正常运营的有效途径。列车运行调整与控制一体化优化存在诸多模型构建与求解的难点,如宏观运行调整决策与微观运行控制决策融合难、多决策一体化优化建模难、扰动场景对列车运行的影响分析与建模难等;模型的非线性、强耦合、多约束、多目标等特点给求解方法及算法的求解质量和时效性带来了较大挑战。目前,对于两者一体化优化建模方法的研究尚处于起步阶段,既有方法考虑的一体化耦合要素有限,适用场景较少,在复杂扰动场景下可扩展性不强,不利于同时保证运行调整计划和速度曲线的精细度与可执行性。因此,以保证运行调整与控制的优化解的精细化、可执行性、高质量、时效性为目标,本文围绕高速铁路列车运行调整与控制一体化优化建模及求解方法、复杂场景扩展方法、大规模问题求解方法进行研究。高速铁路列车运行调整与控制一体化优化的研究对保证扰动下高速铁路高效高质运营,提高旅客服务质量,适应高铁智能化发展具有重要的理论及现实意义。本文围绕高速铁路列车运行调整与控制一体化优化模型与算法,主要进行了以下四项工作:（1）研究了高速铁路列车运行调整与控制一体化优化问题的理论模型。分析了高速铁路列车运行调整和控制问题,对传统的列车运行调整与控制优化方法进行了探讨,分析了理论研究中分步及循环迭代优化方法的步骤及其优缺点。分析了一体化优化建模的关键要素及其内在关联作用机理,定义了一体化优化方法的概念内涵。在分析一体化优化建模重点及难点的基础上,建立了一体化优化的理论模型,对模型的复杂性进行分析,为后文研究奠定理论基础。（2）研究了精细化要求下列车运行调整与控制一体化优化建模及求解方法。考虑列车特性及线路条件进行列车牵引计算以提高目标速度曲线的精细度,基于微观路网模型描述高速铁路网,以提高行车资源利用的精细化程度。以最小化总偏离时间为目标,分别基于离散空间法和离散时间法对列车运行过程进行离散,建立了两个列车到发时刻调整与速度调整一体化优化的混合整数非线性规划模型。设计非线性约束重构法,分别将两个模型重构为混合整数线性规划模型。提出的模型能够准确描述高速列车牵引计算过程,提升了一体化优化解的精细度。与此同时,基于离散空间法的一体化优化模型在求解效率和求解规模上均有其优势,相较基于离散时间法的一体化优化模型可扩展性及应用性更佳。（3）研究了考虑到发线调整的列车运行调整与控制一体化双目标优化建模及求解方法。构建了列车运行调整与控制问题的评价体系,在基于离散空间法建立的一体化优化约束的基础上,对到发顺序调整、到发线运用调整与到发时刻调整、速度调整的耦合约束进行了建模。以最小化列车总延误时间和总牵引能耗为目标,建立考虑多种调整措施的列车运行调整与控制一体化双目标优化的混合整数线性规划模型。分别基于epsilon-约束法和线性加权法设计了求解双目标优化问题的帕累托前沿的算法;设计了一个两阶段算法以提升一体化优化模型的求解效率。构建的一体化双目标优化模型可以保证优化解的总延误时间和总能耗处于较低水平。与此同时,在保证解的可执行性的前提下,考虑多种调整措施进行一体化优化,也有助于提升优化解的质量。（4）研究了复杂场景下列车运行调整与控制一体化优化建模方法及大规模问题求解方法。分析了复杂场景对列车运行调整及控制的影响,基于考虑多种调整措施的一体化优化方法的约束,建立了复杂场景（主要包括区间封锁和临时限速）下一体化优化模型的线性化约束,构建了复杂场景下的一体化优化混合整数线性规划模型。为保证大规模问题的求解效率和求解质量,设计了基于知识规则的可行域缩减方法以缩减无效状态的搜索计算和额外存储;设计了基于拉格朗日乘子的启发式算法求解问题可行解,以提升分枝定界法寻优的效率。设计了两个循环迭代优化方法,通过案例将其分别与一体化优化方法进行对比,结果表明,在保证解的可执行性前提下,一体化优化方法的解质量更高。论文包含图51幅,表12个,参考文献199篇。

列车进路分配问题是高速铁路车站作业组织中的关键性工作,而列车可变编组是未来运输组织发展的重要趋势,二者的耦合将进一步增加车站作业组织的复杂度,合理的列车进路分配方案对于列车运行的安全、有序和提高车站作业组织的效率具有重要影响。通过分析高速铁路车站站型布置的特点,明确了在到发线能力充足、上下车净客流值大的枢纽站适合组织列车的可变编组。通过分析不同类型列车的车站作业过程占用车站设备的时序图来理清车站接发车的技术作业过程,研究列车可变编组对车站作业组织的影响,并结合道岔自动分组、列车进路生成、进路冲突的识别与疏解,在考虑车站咽喉区与到发线运用一体化的基础上,以车站作业方案占用的进路费用最小和到发线占用的均衡性为优化目标,构建了车站作业组织优化的多目标数学规划模型。给出了以“约束法”为基础的求解框架,在对最小进路费用做出不同程度的让步时,利用模型求解器Gurobi对问题进行求解,可得Pareto最优解集方案。求解结果表明,在对最小进路费用做出1.9%的让步时,可提升66.2%的到发线占用均衡性,取该方案为综合运用方案,相比随机生成的可行方案,综合运用方案在进路费用和到发线运用均衡性两项指标方面均有较大优化。以离散事件原理为理论基础,基于Anylogic仿真软件,建立考虑可变编组列车作业的高速铁路车站作业组织仿真模型,该仿真模型可用于仿真验证车站作业计划中的列车进路分配方案和通过压缩方案中的缓冲时间来分析计算车站通过能力。“方案验证”仿真实验结果表明各列车均能够按照计划方案正点到发,“方案压缩”仿真实验结果表明计划方案时间范围内车站通过能力利用率为74.1%,压缩后的方案在同一运输组织模式下可增加23列列车。全文共有图61幅,表24个,参考文献65篇。

我国高速铁路逐渐成网,服务水平逐渐提升,高铁服务吸引客流量越来越多,尤其是在经济发达的中部和东部地区,由于优越的地理条件及发达的经济条件,客流数量多、组成复杂,高速铁路能力利用紧张,高峰期常常出现一票难求的情况,形成了高速铁路繁忙干线。在此背景下,研究繁忙干线能力提升方法有很强的实用价值。繁忙干线上开行着大量跨线列车,虽然提升了旅客直达率,但也切割了线路能力,影响本线列车的开行,降低了线路的能力利用效率。故本文从跨线列车入手对能力提升进行研究。本文在借鉴国内外跨线列车开行研究及能力利用研究的基础上,根据京沪高速铁路繁忙干线某天的实际运行数据,分析跨线列车开行与能力利用作用关系,总结跨线列车开行对能力的影响,建立了基于能力利用的结构优化模型和时空优化模型,并结合实例进行求解分析,本文的具体研究内容如下:（1）分析了跨线列车开行与能力利用的作用关系,选取京沪高铁作为繁忙干线的主要代表,以京沪高铁某日的数据为基础,分析了京沪高铁上能力利用情况以及跨线列车开行情况,对跨线列车对能力的影响进行了总结,归纳出京沪高铁能力利用存在的问题;分析了跨线列车可能的输送模式,归纳了不同输送模式的优劣性和适用条件;从理论层面分析跨线列车开行对能力的影响,为后续研究打下理论基础。（2）建立基于能力利用的跨线列车与本线列车结构优化模型。针对京沪高铁线路跨线列车占比大,且部分跨线列车服务对象大部分为本线客流的情况,设定跨线列车跨线客流平均占比指标确定跨线列车是否开行,对受影响客流进行再分配与归并,在此基础上编制基于能力利用的结构优化模型,判断跨线列车减少后本线列车开行数量。（3）建立基于能力利用的跨线列车与本线列车时空优化模型。在结构优化完成后,对开行方案中的跨线列车,根据列车运行路径中除京沪高铁线外的运行距离大小设置跨线列车上线的可调整时间域,形成适合当前开行方案的列车运行图,再通过加密运行图对能力提升情况进行分析。（4）以京沪繁忙干线以及与其衔接的部分线路为案例进行研究。选择部分方向跨线客流,运用本文的优化方法和模型,观察进行优化后的本线和跨线列车开行数量、客座率以及运行图加密情况,对优化后提升效果进行分析。

随着我国城市群、都市圈的逐渐形成,城市间交流日益频繁,城际铁路建设力度不断增强,城际铁路运输组织工作也要随之不断完善。列车运行图不仅是铁路运输组织工作的重要组成部分,也是旅客出行的重要依据。在我国城际铁路客流呈现明显高峰时段特征,同时旅客与铁路部门需要规律化列车开行的背景下,如何安排列车开行,提供既满足城际铁路客流需求又保证规律化开行的列车运行图是本文要解决的问题,主要研究内容如下:（1）归纳城际铁路运输组织的特点与模式,分析周期化列车运行图的优缺点,结合对城际铁路列车运行图特点与编制需求,提出城际铁路具有应用多周期列车运行图的适应性。（2）明确供需匹配的研究范围,提出客流需求时段划分方式和列车供给水平的计算方法,在此基础上采用全时段车站客流需求与列车供给水平的1范数来刻画运行图与需求在时空上的匹配程度。对于多周期列车运行图问题中周期长度选择的核心问题,提出应用周期长度备选集来保证周期长度的合理性,并给出周期长度确定原则及方法。基于传统运行图编制流程,提出面向供需匹配的多周期列车运行图编制流程。（3）构建了基于时空网络的多周期列车运行图分阶段编制模型（M1）以及基于时空状态网络的多周期列车运行图协同编制模型（M2）。模型均以供需匹配最佳以及列车总旅行时间最小作为优化目标,分阶段编制模型将周期长度选择与运行图编制分阶段完成,协同编制模型实现周期长度与列车运行图的协同编制。（4）针对多周期列车运行图协同编制模型在大规模场景下的求解问题,设计并实现了改进的贪婪禁忌搜索算法。根据问题特征将主问题分解为求解各运行线类型列车时空状态路径的子问题。以禁忌搜索算法为框架,采用贪婪规则确定算法初始问题求解顺序,将对主问题模型解的搜索转换为对子问题求解顺序的搜索,提高求解效率。（5）设计算例验证多周期列车运行图分阶段模型和协同编制模型,对比分析两模型在不同情景下的表现,结果显示M1在求解速度上比M2平均快6.1%,M2在优化效果上比M1平均高3.1%,表明当需求情景较复杂时M2具有更好的优化效果,当需求情景较为简单时M1具有更快的求解速度。对比分析三种客流分布下的多周期列车运行图与单周期列车运行图供需匹配程度,结果显示多周期运行图对需求的适应性比单周期运行图高5.5%,在运输能力损失上比单周期低5.4%,表明多周期列车运行图对客流变化具有更强的适应性。基于京津城际的实际数据,应用多周期列车运行图协同编制模型及启发式算法编制京津城际全日多周期列车运行图,研究结果可为我国城际铁路多周期列车运行组织提供一定的参考。图63幅,表26个,参考文献64篇。

交通强国建设逐步转向高质量发展,城市轨道交通路网规模不断扩大、乘客出行需求更加复杂多元,在政策方向与发展需求的双重影响下,精确且实时地反应路网需求变化,受到学术界的广泛关注。大量信息化系统的部署为研究提供了数据基础,然而,存在无法掌握乘客去向信息和走行路径信息的“盲区”,如何解决OD客流短时预测与多路径分配问题,是本文要解决的核心问题。本文在最大化利用AFC数据的基础上,使用深度学习、概率推理等技术手段,建立了OD客流需求预测-路径流量时变分配两阶段研究框架。主要工作包括:（1）建立轨道交通客流短时预测与多路径分配研究基础。梳理影响OD客流分布和乘客路径选择的因素,研究多源数据获取与处理方法（包括建立路网拓扑结构、提取客流时序数据、划分网络车站类型和处理历史天气数据）,为后文研究奠定数据基础;（2）提出“观测-估计-预测”的OD客流短时预测模型。构建OD流与进站客流间的时空关联关系,从多时域历史数据中推理估计,得到准实时更新的OD估计值,弥补当前时刻前序时间段OD数据“时段盲区”。进而将客流特征、时间特征、空间特征与外部特征作为输入,构建多因素自适应Kalman Filter-LSTM OD客流短时预测模型,提升预测精度;（3）设计“群体结果-个体行为”的多路径客流分配算法。构建OD对有效路径集,结合乘客旅行时间,从刷卡数据展现的群体选择的“果”去推测个体选择的“因”。基于EM算法求解多路径OD旅行时间混合高斯模型,得到群体乘客路径选择偏好;从海量历史数据中,还原个体选择行为,计算得到与预测粒度耦合的时变乘客路径选择比例,提升分配精度。（4）以2019年苏州轨道交通网络为例,对5对OD进行短时预测,从不同客流需求、运营日和运营时段分析预测结果;对2对OD进行多路径客流分配,从群体结果、票种特征分析分配结果,验证了模型的可行性及适用性。本文从乘客出行链涉及的两大环节出发,统一划分预测与分配粒度,弥补准实时OD量的缺失,提升OD客流短时预测精度,还原乘客个体选择行为,计算分时乘客路径选择比例。从而,提高城市轨道交通的运营管理能力,为运营部门在线决策提供信息支撑。图49幅,表37个,参考文献76篇。