基于双层规划模型的高速铁路列车开行方案优化研究

文章编号：1672-4747（2022）02-0125-11考虑要素协同的高铁列车运行图双层优化模型石敏涵1，吕红霞1，2，3，倪少权1，2，3，吕苗苗1，2，3（1.西南交通大学，交通运输与物流学院，成都611756；2.综合交通大数据应用技术国家工程实验室，成都611756；3.综合交通运输智能化国家地方联合工程实验室，成都611756）摘要：列车停站方案、列车运行图和动车组接续方案间相互影响，将三者进行协同优化能够保证在提高客流需求满足程度的同时，最大程度地降低由动车组运用决定的铁路部门运输组织成本。

因此，本文在分析三者间协同关系的基础上，建立双层模型。

上层模型为以旅客需求满足程度最高、铁路部门运输成本最低为目标的协同优化模型，下层模型为以动车组运用数量和接续时间最小为目标的最优动车组接续模型，且下层模型将最优动车组运用指标决定的铁路部门运输成本传递至上层目标函数中，构成双层模型间的联系。

结合模型的双层特性，设计双层启发式算法求解，外层采用计算效率高、计算效果好的自适应大邻域搜索算法，根据算子的历史表现动态确定算子选择概率，以获得停站方案与运行图综合可行解；内层采用模拟退火算法，在外层输入方案的基础上，确定相应的最优动车组接续方案，并将指标输出至外层。

算例分析结果表明，采用本文提出的协同优化方法进行优化，能在可接受时间范围内得到指标较优的综合方案，验证了本文模型和算法的有效性。

关键词：铁路运输；停站方案；列车运行图；动车组接续方案；协同优化；双层规划中图分类号：U292.4+1文献标志码：ADOI ：10.19961/ki.1672-4747.2021.07.004Bilevel Optimization Model for High-speed Railway Train Operation Diagram Considering Multifactor CooperationSHI Min-han 1，LV Hong-xia 1，2，3，NI Shao-quan 1，2，3，LV Miao-miao 1，2，3(1.School of Transportation and Logistics ，Southwest Jiaotong University ，Chengdu 611756，China ；2.NationalEngineering Laboratory of Integrated Transportation Big Data Application Technology ，Chengdu 611756，China ；3.National United Engineering Laboratory of Integrated and Intelligent Transportation ，Chengdu 611756，China)Abstract ：The train stop plan ，train operation diagram ，and electrical multiple units (EMUs)circula-tion plan interact.Their collaborative optimization ensures that the satisfaction of passenger flow de-mand can be improved.In addition ，the transportation organization costs of the railway department determined by EMUs operation can be minimized.Therefore ，a bilevel model based on the analysis of the collaborative relationship between these three schemes was established in this study.The up-per-level model was the collaborative optimization model established to achieve the highest satisfac-tion of the passenger demand and the lowest transportation cost of railway departments.The lower-level model was the optimal EMUs operation model for the minimum number of EMUs used and the收稿日期：2021-07-05录用日期：2021-08-09网络首发：2021-08-18审稿日期：2021-07-05~07-14；08-02~08-07；08-09基金项目：国家重点研发计划项目（2017YFB1200702）；国家自然科学基金项目（52072314）；四川省科技计划项目（2020YJ0268，2020YJ0256）；成都市科技项目（2019-YF05-01493-SN ，2020-RK00-00036-ZF ）；浙江省自然科学基金项目（LQ18G030012）；教育部人文社科基金项目（18YJC630190）作者简介：石敏涵（1998—），女，硕士研究生，研究方向为运输组织优化理论与方法，E-mail ：通信作者：吕苗苗（1986—），女，博士，讲师，研究方向为轨道交通运输组织优化，E-mail ：引文格式：石敏涵，吕红霞，倪少权，等.考虑要素协同的高铁列车运行图双层优化模型[J].交通运输工程与信息学报，2022，20(2)：125-135.SHI Min-han ，LV Hong-xia ，NI Shao-quan ，et al.Bilevel Optimization Model for High-speed Railway Train Operation Diagram Considering Multifactor Cooperation[J].Journal of Transportation Engineering and Information ，2022，20(2)：125-135.第20卷第2期2022年06月交通运输工程与信息学报Journal of Transportation Engineering and InformationVol.20No.2Jun.2022minimum connection time.The lower-level model transferred the transportation cost of the railway department determined using the optimal EMUs operation index to the objective function of the up-per-level model，which constitutes the connection between these two bined with the dou-ble-layer characteristics of the model，a double-layer heuristic algorithm was designed to solve the problem.In the outer layer，the adaptive large-neighborhood search algorithm with high computation-al efficiency and good computational effect was adopted.The selection probability of the operators was dynamically determined based on the historical performance to obtain a feasible solution of the train stop plan and train operation diagram result.The inner layer had a simulated annealing algo-rithm，determined the corresponding optimal EMUs connection scheme based on the outer layer，and output the index to the outer layer.Finally，the example analysis result shows that a comprehensive scheme with improved indexes can be obtained within an acceptable time range using the proposed collaborative optimization method，verifying the effectiveness of the model and algorithm.Key words：railway transportation；train stop plan；train operation diagram；EMUs circulation plan；collaborative optimization；bilevel programming0引言高速铁路列车停站方案和列车运行图的优劣决定了旅客出行的便捷程度，动车组接续方案的优劣决定了运输成本。

铁路车辆结构多层面优化设计研究及典型运用1. 动力系统的优化设计动力系统是铁路车辆的关键部件之一，其性能直接影响着车辆的牵引力、动力输出和加速性能。

在动力系统的优化设计中，需要考虑的因素包括动力传动装置的传动效率、稳定性和可靠性，发动机的功率输出和燃油效率等。

通过优化动力系统的设计，可以提高车辆的牵引能力，降低能耗，提升运行效率。

2. 结构强度和安全性的优化设计铁路车辆在运行过程中会受到各种外部力的作用，因此其结构强度和安全性是非常重要的。

在结构强度和安全性的优化设计中，需要考虑车辆的承载能力、抗疲劳性能和碰撞安全性能等方面。

通过优化车辆的结构设计，可以提高车辆的安全性能，延长其使用寿命。

3. 车辆操纵性和稳定性的优化设计在铁路车辆的设计中，操纵性和稳定性是影响乘客乘坐舒适度的重要因素。

通过优化车辆的悬挂系统、转向系统和减震系统等，可以提高车辆的操纵性和运行稳定性，减少乘坐时的颠簸感，提升乘客的乘坐舒适度。

4. 节能环保的优化设计随着节能环保意识的增强，铁路车辆的节能环保特性也成为了优化设计的重点之一。

在车辆的设计中，需要考虑减少能源消耗、降低排放等方面的要求，通过使用先进的材料和技术，优化车辆的动力系统和空气动力学性能，实现对能源的高效利用和环境的友好保护。

1. 高速动车组的结构优化设计在中国，高速动车组作为铁路交通的重要组成部分，其结构的优化设计对于提高车辆的运行速度、稳定性和安全性具有重要意义。

通过对动车组的车体结构、动力系统和悬挂系统等方面进行优化设计，可以提高动车组的运行效率和乘坐舒适度，进一步提升铁路交通的服务质量和运行效果。

2. 轻轨列车的结构优化设计轻轨列车作为城市轨道交通的重要载体，在城市交通系统中有着广泛的应用。

在轻轨列车的设计中，需要考虑车辆的体积、载客量和运行稳定性等方面的要求，通过对轻轨列车的结构进行优化设计，可以提高其运行效率、减少能耗，进一步改善城市交通运输的质量。

高速铁路列车控制系统的建模与优化研究随着现代交通技术的迅猛发展，高速铁路列车作为一种高效、环保、安全的交通工具，在各个国家得到广泛应用。

高速铁路列车的运行速度和运行安全性直接关系到乘客的安全与舒适度，因此，对高速铁路列车的控制系统进行建模和优化研究至关重要。

高速铁路列车控制系统由多个子系统组成，包括列车牵引系统、制动系统、供电系统、信号系统等等。

这些子系统的协调运行，直接决定了列车的运行速度、加速度、制动距离等关键指标。

因此，通过建模和优化研究，可以提高列车的运行效率和安全性。

首先，高速铁路列车控制系统的建模是研究的基础。

建模的目的是将复杂的列车控制系统简化为数学模型，通过模型来揭示系统的运行规律。

建模过程中需要考虑列车的运行特性、动力学方程、控制算法等因素，并将其转化为数学表达式。

常用的建模方法包括基于微分方程的牵引力-速度模型、基于力/功率平衡的制动距离模型等。

建模的结果需要与实际运行数据进行验证，以保证模型的准确性和可靠性。

其次，优化研究是高速铁路列车控制系统的关键问题。

通过对列车控制系统的优化，可以最大程度地提高列车运行速度、减少制动距离、降低能耗和排放等，从而提供更好的乘车体验和经济效益。

优化方法包括遗传算法、模拟退火算法、粒子群算法等。

这些方法可以根据不同的优化目标，选择合适的优化策略，得到最佳运行参数的配置。

此外，还可以通过优化车辆的设计和装备，提高列车的动力、制动和控制能力，进一步提升列车的运行效率。

高速铁路列车控制系统的建模与优化研究还面临着一些挑战和问题。

首先，高速铁路列车的运行环境复杂多变，包括不同气候条件、不同线路条件等，需要建模和优化方法具有一定的适应性和鲁棒性。

其次，高速铁路列车的控制系统涉及到多个子系统和参数，需要综合考虑不同的指标和约束条件，才能得到合理的优化结果。

最后，高速铁路列车的建模与优化方法需要和现场实际情况相结合，才能真正提高列车的运行效率和安全性。

综上所述，高速铁路列车控制系统的建模与优化研究对于提高列车的运行效率和安全性具有重要意义。

高速铁路列车运行图优化设计模型研究高速铁路系统已经成为现代化交通运输的重要组成部分。

为了提高列车运行的效率和服务质量，通过对运行图进行优化设计是一项重要的研究课题。

本文将针对高速铁路列车运行图的优化设计模型展开讨论，探讨如何通过合理的设计模型来提高列车运行图的效率和安全性。

一、高速铁路列车运行图的特点高速铁路列车运行图的特点主要包括运行时间、列车间隔以及车站停靠时间。

为了保证列车系统的高效运转，需要优化运行图设计，使得列车间隔最小化，运行时间最短化，并在保证安全和舒适的前提下，合理控制车站停靠时间。

二、高速铁路列车运行图优化的目标和约束在进行高速铁路列车运行图设计时，需要考虑以下的目标和约束因素：1. 运行时间最小化：避免列车之间相互影响，减少运行时间，提高列车的运输能力。

2. 乘客等待时间最小化：合理安排列车的发车时间和车站的停靠时间，减少乘客等待时间。

3. 列车之间的间隔最小化：通过控制列车出发和到达时间，调整列车之间的间隔，以确保运行的平稳性和安全性。

4. 车站停靠时间的控制：根据客流量和列车类型，合理安排车站停靠时间，以保证列车的正常运行和乘客的舒适出行。

5. 车站设备的限制：根据车站的设备条件和运行能力，将列车的停靠时间限制在合理范围内。

6. 车站之间的时分制约：考虑到车站之间的距离，车站停靠时间需要合理分配，避免造成拥堵。

三、高速铁路列车运行图优化设计模型为了实现高速铁路列车运行图的优化，可以采用数学建模的方法，建立相应的优化设计模型。

以下为可能的设计模型：1. 基于整数规划的模型：通过变量设定和约束公式，以最小化目标函数为目标，通过整数规划的方法来求解最优的列车运行图。

该模型可以考虑列车运行时间、列车间隔和车站停靠时间等因素。

2. 基于图论的模型：将高速铁路列车运行图视为一个图，节点表示车站，边表示列车行驶的路径，通过建立合适的图模型，来求解最优的列车运行图。

该模型可以考虑列车间隔和车站安排等因素。

高速列车运行系统的建模与优化研究随着社会的发展和人民生活水平的提高，高速列车作为一种快速、高效的交通工具，得到了广泛的应用和推广。

为了保障高速列车的安全和运行效率，建立高速列车运行系统的建模和优化方法成为了研究的重点。

本文将深入探讨高速列车运行系统的建模与优化研究，旨在提高高速列车运行的安全性和效率。

高速列车运行系统的建模是基于对列车运行过程进行准确描述和理解的基础，其目的是对列车运行的各项因素进行全面的分析，并建立模型来模拟运行过程。

建模需要考虑的因素包括列车的物理特性、路线的几何形状和信号系统等。

通过对列车的加速度、速度、牵引力、制动力等关键参数的建模，可以实现对列车行为的仿真和预测，为优化高速列车运行系统提供有效的数据支持。

在高速列车运行系统的建模过程中，首先需要对列车的物理特性进行分析和研究。

这包括列车的质量、长度、空气阻力、摩擦力等因素的考虑。

其中列车的质量和长度对列车的加速度和速度变化有着直接的影响，而空气阻力和摩擦力则会对列车的牵引力和制动力产生影响。

通过建立这些因素的数学模型，可以准确描述列车的动力学特性。

进一步，考虑到高速列车在行进过程中所经过的路线的几何形状，建模工作需要对路线的曲率、坡度、弯道半径等进行建模和计算，以便预测列车在运行过程中的行为。

其次，建模过程还需要考虑信号系统的因素。

在高速列车运行过程中，信号系统在保证列车安全行驶方面起着至关重要的作用。

建模需要将信号系统的工作原理和逻辑纳入运行系统模型中，并将信号灯、道岔等设备的状态和变化考虑在内。

通过建立这一部分的模型，可以模拟和预测列车在不同信号状态下的运行情况，并对列车的运行路线进行优化。

高速列车运行系统的优化研究是建模工作的延伸和拓展，旨在提高列车运行效率和安全性。

优化的目标包括减少列车的行驶时间、提高列车的运行稳定性和降低列车的能耗等。

实现这些目标需要考虑到列车的运行速度、加速度、制动力等因素，并结合具体的路线条件进行综合分析。

高速铁路列车运行模拟与优化研究高速铁路是现代交通领域的重要组成部分，它以其快速、安全和高效的特点受到了广泛的关注和应用。

而高速铁路列车的运行模拟与优化研究则是促进高速铁路运行的关键因素之一，它可以帮助我们更好地理解和优化列车在高速铁路上的运行情况，提高运行效率和安全性。

在现代高速铁路系统中，列车的运行模拟是通过使用计算机仿真技术对列车运行过程进行模拟，从而得出准确的运行数据和参数。

通过采集、分析和模拟列车在不同情况下的运行数据，可以评估列车运行的性能并找出潜在的问题，以便进行合理的优化措施。

运行模拟可以帮助我们了解列车在不同速度、载重和道路条件下的行为，并提供指导以便更好地设计和安排高速铁路系统。

在高速铁路列车运行模拟与优化研究中，一个重要的方面是列车的调度与时刻表优化。

通过研究列车的运行情况、乘客需求、道路容量和停站时间等因素，可以建立合理的列车运行时刻表。

利用列车运行模拟可以评估不同时刻表的效率和可行性，并找到最佳的列车调度方案。

优化调度和时刻表可以提高列车的运行效率，减少乘客等待时间，提高整个铁路系统的运输能力。

另一个重要的研究方向是列车的行车控制与安全。

高速铁路系统要求列车在高速下安全运行，并保持与其他列车的安全距离。

通过运行模拟和优化研究，可以提供有效的列车行车控制策略，确保列车之间的安全距离和行车速度的均衡。

通过模拟和优化不同的行车控制方案，可以找到最佳的行车控制策略，保证列车的安全性和系统的稳定性。

此外，高速铁路列车的动力系统研究也是运行模拟与优化的重要内容之一。

高速铁路列车需要在快速运行的同时保持较大的载客量和安全性能。

通过模拟列车在不同速度和负载下的动力性能，可以评估列车的动力系统的性能并找出优化的方向。

模拟和优化可以帮助改进列车的能效，提高动力系统的效率和可靠性。

综上所述，高速铁路列车运行模拟与优化研究对于提高高速铁路系统的运行效率和安全性具有重要意义。

通过模拟列车的运行过程、优化调度与时刻表、行车控制和动力系统等方面，可以提供有效的决策支持，促进高速铁路系统的发展和进一步完善。

铁路车辆结构多层面优化设计研究及典型运用在现代铁路运输中，铁路车辆一直扮演着至关重要的角色。

随着科技的不断发展和进步，铁路车辆的结构设计也在不断地优化和升级。

多层面优化设计是一种综合考虑车辆结构的安全、舒适性、经济性和环保性等方面因素的设计方法。

本文将重点探讨铁路车辆结构多层面优化设计的研究及典型运用。

1. 安全性优化铁路车辆在运行过程中需要考虑到各种外界环境和因素带来的安全隐患，因此安全性优化是设计过程中的首要考虑因素。

通过采用先进的材料和结构设计，可以提高车辆的抗疲劳、抗碰撞和抗静载能力，确保车辆在运行过程中的安全性。

2. 舒适性优化车辆的舒适性对于乘客的体验和健康至关重要。

在设计过程中需要考虑到减震、降噪、空气流通等因素，通过合理设计车辆结构和内部装饰，提高乘客的舒适感和乘坐体验。

3. 经济性优化在设计车辆结构时，需要综合考虑到成本、能源消耗和维护成本等因素，并在此基础上进行经济性优化设计。

通过降低车辆自重、提高能源利用率和延长车辆寿命等措施，降低车辆的运营成本和维护成本。

4. 环保性优化现代社会对于环保要求越来越高，因此在设计车辆结构时需要考虑到环保因素。

采用低排放材料和减少能源消耗的设计方案，可以降低车辆对环境的影响，提高车辆的环保性。

1. 车体结构设计的优化车体作为车辆的主要部件之一，在设计过程中需要兼顾到车体的强度、刚度和轻量化。

通过采用先进的轻量材料和优化的结构设计，可以降低车体的自重，提高车辆的运行速度和能效比。

2. 车辆悬挂系统的优化车辆悬挂系统对于车辆的平稳性和舒适性有着重要影响，因此在设计过程中需要充分考虑到悬挂系统的优化。

通过采用先进的减震器和悬挂结构设计，可以提高车辆的行驶稳定性和乘坐舒适性。

3. 转向架结构的优化转向架作为车辆的关键部件之一，其结构的优化对于车辆的安全和稳定性有着重要影响。

通过采用先进的转向架结构设计和材料，可以提高车辆的转向灵活性和抗侧翻能力。

第28卷,第3期 中国铁道科学Vo l 128No 132007年5月 CH INA RAILWAY SCIEN CEM ay,2007文章编号:1001-4632(2007)03-0110-07旅客列车开行方案的双层规划模型和算法史 峰,邓连波,霍 亮(中南大学交通运输工程学院,湖南长沙 410075)摘 要:在既有旅客列车开行方案研究的基础上,基于客运专线和高速铁路建设路网发展规划,分析旅客列车开行方案的相关费用和优化目标,均衡考虑企业利益和旅客需求,将列车开行方案与旅客换乘方案结合起来,以客流在铁路换乘网络上的分配作为下层规划,建立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,开发铁路旅客列车开行方案优化系统,对某客运专线的开行方案实例进行测算,结果表明,该系统具有良好的优化质量和运算效率。

关键词:旅客运输组织;列车开行方案;旅客换乘方案;多类用户平衡;双层规划;模拟退火算法 中图分类号:U 29311:U 29214 文献标识码:A收稿日期:2006-05-18;修订日期:2007-01-31基金项目:国家自然科学基金资助项目(70471047);教育部科学研究重点项目(106124);中南大学博士创新基金资助项目 作者简介:史 峰(1956)),男,湖南芷江人,教授,博士生导师。

旅客列车开行方案问题是在车辆、编组辆数、列车整备能力等的限制条件下,确定旅客列车的对数、类别、运行区段和停站,满足旅客的出行需求,使铁路企业的运营效益最大化。

目前铁道部提出了新建客运专线、既有线提速等系列规划方案,使旅客列车开行方案更为复杂化,原有人工逐步修正旅客列车方案的方法难于适应。

对此国内外进行了一系列的研究[1-12]。

高速铁路列车运行图优化策略研究摘要：高速铁路的发展已经成为现代交通领域的重要组成部分。

为了提高运输效率和服务质量，优化列车运行图成为一项重要且具有挑战性的任务。

本文通过分析不同的因素，研究高速铁路列车运行图优化的策略。

首先，通过研究市场需求和乘客流量，将列车运行图的编排与需求进行匹配。

其次，基于列车运行图的可行性研究，结合车辆和线路的实际情况，建立运行图的可行性模型。

最后，通过数学优化模型，确定最优的列车运行图。

1. 引言高速铁路作为一种高效、安全、便捷的交通工具，得到了越来越多的关注和使用。

优化高速铁路列车运行图对于提高运输效率和满足乘客需求具有重要意义。

列车运行图优化需要综合考虑乘客需求、车辆情况、线路条件等多个因素。

本文将研究运行图优化的策略，以达到提高高速铁路运输效率的目标。

2. 列车运行图编排与需求匹配为了满足乘客的需求，列车运行图的编排需要与需求进行匹配。

首先，通过市场需求和乘客流量的调查分析，了解不同时间段的客流情况。

针对不同的时间段和地段，确定不同种类列车的运行图编排，以满足不同乘客的出行需求。

其次，根据需求匹配原则，将不同列车的运行图进行协调，避免出现过度拥挤或过度空载的情况。

通过合理安排列车的发车时间和车次间隔，提高运行效率，减少乘客等候时间。

3. 运行图的可行性研究列车运行图的可行性研究是确保列车能够按计划运行的重要保障。

首先，需要考虑到列车和线路的实际情况，比如列车的最大运行速度、列车类型、线路的隧道、桥梁等特征。

根据这些因素，建立运行图的可行性模型。

其次，针对列车运行图中可能出现的问题，如列车碰撞、线路拥堵等，进行分析研究，并提出相应的解决策略。

通过模型验证和数值模拟，评估列车运行图的可行性和安全性，为运行图优化提供依据。

4. 数学优化模型为了确定最优的列车运行图，可以采用数学优化模型进行求解。

优化目标可以包括最小化总运行时间、最小化乘客的平均等候时间、最大化运输能力等。

铁路车辆结构多层面优化设计研究及典型运用铁路车辆作为现代化交通系统中的重要组成部分，一直以来都是交通领域的研究热点。

在过去的几十年间，随着交通运输需求的不断增长和技术的不断进步，铁路车辆已经发生了非常大的变化。

在这些变化中，结构优化设计技术是铁路车辆发展的重要趋势之一，旨在通过优化车辆结构来提高车辆的性能，并实现更好的运营效果。

在铁路车辆结构优化设计过程中，设计者需要考虑多个层面的因素，包括几何层面、材料层面、工艺层面、性能层面等。

在此基础上，设计者可以采用一系列的优化手段和工具，如有限元分析、优化算法、仿真实验等，来实现车辆结构的优化设计。

其中，几何结构层面是铁路车辆结构优化设计的基础，涉及到车辆的外形、尺寸、布局等方面的优化。

例如，在高速列车的设计中，裙板形状和大小、车身流线型和空气动力特性等都需要考虑，以在高速行驶时减少气动阻力和提高牵引效率。

材料层面是铁路车辆结构优化设计中的另一个重要因素。

在车辆结构设计中，需要选用适当的材料来满足车辆在使用过程中的要求，如重量、强度、刚度、耐久性等。

例如，在高速列车的设计中，应该选用强度高、刚度大且轻量化的材料，如高强度钢、铝合金、复合材料等，以提高车辆的运行速度和性能。

工艺层面也是铁路车辆结构优化设计中的重要一环。

在车辆制造过程中，需要考虑生产工艺的可行性和成本效益，同时保证车辆的品质和性能。

例如，在车辆外壳制造过程中，采用冲压成形的方法能够大幅提高生产效率和准确度，从而减少生产成本和提高车辆品质。

性能层面是铁路车辆结构优化设计中的最终目标，涉及到车辆在使用过程中的各项性能指标以及乘客的安全和舒适性。

例如，在高速列车的设计中，需要考虑车辆的稳定性、减振降噪等方面的技术，以实现高速行驶的安全和舒适。

除了上述层面之外，铁路车辆结构优化设计也可以通过一系列的典型应用来体现其实际价值。

例如，在高速列车的设计中，可以利用结构优化技术来提高车辆的运输能力和运营效率，同时还可以减少车辆的能耗和环境污染。

高速列车调度模型的建立和运行优化策略研究一、引言随着社会的不断发展，人们对于出行的需求也不断上升，从最初的步行、骑车到现在的公共交通以及汽车等等，这些都不断地在更新换代。

而其中，高速列车无论在便捷性、舒适性以及速度等各个方面都能够为人们带来更好的出行体验，成为当今时代的出行主流。

而要实现高速列车的运行，除了在科技上的不断升级外，对于调度模型的建立以及运行优化策略的研究也成为了日益重要的问题。

本文将从这两个方面进行论述。

二、高速列车调度模型的建立1. 原理介绍高速列车的运行不是一件简单的事。

为了保障高速列车的安全以及准确性，需要建立一套合理的调度模型。

而高速列车的调度模型的建立一般通过计算机模拟来实现，利用计算机的优势，建立出一个真实的列车运行环境，并根据实际情况进行不断调整，最终建立一个合理的调度模型。

2. 影响因素调度模型的建立需要考虑的因素比较多，但主要还是以下三个方面：（1）道路情况：列车在运行的过程中，需要遵循一定的速度和时间规定，而这些规定往往是根据道路情况来进行设置的。

因此，在建立调度模型的时候，需要考虑到路况因素。

（2）信号系统：在高铁路上，信号系统是一项扮演关键作用的因素。

通过对信号进行分析，才能建立一套优化的调度模型。

（3）旅客的需求：旅客需求会直接影响列车的运行，所以在建立调度模型的过程中也应该充分考虑到旅客需求的因素。

3. 模型建立模型建立的前提是有一定的数据基础，所以在模型建立之前，需要进行一定的数据收集和整理。

针对以上因素，可以成立相关模型。

比如：道路情况和信号系统的建立可以参考路网坐标和信号机数据的建立，并引入等待时间、限速时间、加速度、制动时间等因素; 旅客需求方面可以依据历史数据的变化规律，进行旅客需求份额的划分，并依此推算出列车的运行时间等信息。

在模型建立之后，需要进行模型校验，主要是将得到的数据与真实数据进行对比，找到差异因素并进行调整。

三、运行优化策略的研究1. 原理介绍除了调度模型的建立外，运行优化策略的研究也是保证高速列车运行的重要环节。

基于双层规划的市郊轨道交通多交路快慢车开行方案优化研究汤莲花;徐行方【摘要】由于市郊客流在时空分布上存在不均衡的特点,单一交路、站站停列车不能很好地满足客流需求,因此根据市郊客流特点研究不同停站方案(如快慢车)、开行区段(如大小区段)组合的列车开行方案具有重要意义.本文在分析乘客出行广义费用的基础上,充分考虑列车开行方案与乘客选择之间的主从博弈关系,建立了市郊线路多交路快慢车开行方案的双层规划模型,并设计了遗传—模拟退火优化算法进行求解.在算例研究中,针对某一具体市郊线路,对结合大小交路、快慢车的列车开行方案进行优化,求解得出相对于传统的单一交路、站站停开行模式,多交路快慢车结合的开行方案使乘客的总旅行时间和企业运营成本分别降低了2.25％和9.25％,验证了本文模型和算法的实用性.%Due to the uneven temporal and spatial distribution of passenger flow,the train plan that stops at every station and runs along the entire line cannot well meet passenger flowdemand.Therefore,according to the characteristics of passenger flow in suburban rail transit,a research on the train plan that combines full-length&short-turn routing with express-local modes is of great significance.Based on the analysis of passengers'transfer behavior and generalized travel cost,this paper gives a full consideration of the master-slave game relationship between the train plan and passengers route choice,and then puts forward a bi-level programming model to obtain the train plan that aimed at solving the spatial disequilibrium of demand and eventually increase the line's capacity and service quality.In the case study,taking a specific suburban line as a numerical example,the train plancombined with multi-routing and express-local modes is obtained.Result shows that compared with traditional train plan with single-routing and local modes,the multi-routing and express-local modes have made the passengers'traveling time and enterprise's operation cost reduced by 2.25％and 9.25％,respectively.The model and the algorithm are proved effective.【期刊名称】《交通运输系统工程与信息》【年(卷),期】2018(018)003【总页数】8页(P152-159)【关键词】城市交通;市郊轨道交通;开行方案;双层规划;快慢车;大小交路;遗传—模拟退火算法【作者】汤莲花;徐行方【作者单位】同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,上海201804;同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,上海201804【正文语种】中文【中图分类】U239.50 引言与市内线路相比，市郊线路的客流主要以通勤出行为主，其时空分布表现出更明显的不均衡性，因此一些线路尝试采用新的运行模式.例如北京地铁6号线，上海地铁16号线采用了快慢车模式；南京地铁1号线，广州地铁2号线等多线路采用了大小交路模式.新的运行模式虽然取得一定的效果，但也带来了新的问题：大小交路模式虽然提高了小交路区段的运力水平，但延长了大交路列车乘客候车时间；而快慢车模式虽可减少长距离出行乘客旅行时间，但对于断面客流较大区段容易造成运能紧张，部分车站乘客候车时间延长.因此，为了同时解决市郊线路供需不匹配与长距离出行乘客旅行时间较长的问题，可以研究市郊线路多交路和快慢车结合的运营方案.在国内外相关研究中，列车开行方案作为城市轨道交通运营组织的基础受到了广泛的重视.国外学者Furth P.G.[1]以列车满载率作为约束对不同交路列车的开行对数进行优化，但没有考虑乘客出行成本及企业运营成本；Site P.D.[2]以乘客出行成本和企业运营成本最小化为目标，建立列车开行对数、开行频率及发车间隔的优化模型，但没有考虑乘客换乘的等待时间；SuhWonho[3]针对首尔地铁5号线，通过仿真对比分析了快慢车模式与传统的站站停模式下各运营指标的优劣，但未考虑多交路问题；Nesheli M.M.[4]考虑同步换乘乘客的数量及出行时间，研究了不同调度策略(跳停、小交路等)下公交同步换乘问题，但只考虑了换乘的同步性，未考虑其他乘客的等待时间及公交运营的成本；Ulusoy Y.Y.[5]将大小交路和快车服务应用在公共交通网络中，建立了可同时优化乘客和企业成本的模型，但是在假设和实例中均提出预先确定小交路折返站位置.同时，国内学者在大小交路和快慢车开行方案的研究中，通常是预先固定小交路列车的折返站位置[6]，或在讨论大小交路时预先固定列车停站方案[7]、在讨论快慢车时预先确定列车交路计划[8].因此，本文将针对市郊线路客流量空间分布不均衡的特点，以快慢车结合多交路的列车开行方案为研究对象，以乘客的广义出行费用和企业的运营成本为目标函数，对小交路列车的折返站、快车停站方案，以及不同类型列车的开行频率进行优化.1 问题描述市郊线路多交路和快慢车结合的开行方案一般形式如图1所示[9]，既缩短长距离出行乘客的旅行时间，又满足断面客流量较大区间的客流集散需求.因此，本文将讨论开行3种列车(用k表示列车类别)，并以小交路慢车折返站、大交路快车停站方案，以及3种列车的开行频率作为决策变量，模型的基本假设为：图1 快慢车和多交路结合运营示意图Fig.1 A typical train plan with multi-routing and express-local modes假设1 从规划的角度考虑，线路中的每个车站均具有修建折返线的条件.假设2 大交路的设置对小交路折返站折返时间无影响，各站折返时间相同；同时，大交路快车在小交路折返站必须停车.假设3 乘客出行最多只进行1次换乘.快换慢时，在遇到的最后1个快车站换乘；慢换快时，在遇到的第1个快车站换乘；乘客不会在大、小交路慢车之间进行换乘.2 乘客广义出行费用分析2.1 一般出行费用分析(1)候车时间.在发车间隔较小的城市轨道交通车站，客流到达服从均匀分布，其平均候车时间等于发车间隔时间的1/2.因此，乘客乘坐第k类别列车的候车时间为式中：nk为k类别列车高峰小时的开行对数(对/h).本文考虑单一线路列车的开行方案，当乘客在不同种类列车之间换乘时，一般为同站台换乘，因此忽略换乘走行距离，换乘时间近似为旅客在换乘车站等待后续列车的候车时间.(2)乘车时间.包括区间运行时间与沿途停站时间之和，则从车站i到车站j的客流f(i,j)中选择乘坐k类别列车的客流f(i,j,k)的乘车时间为式中：trk为k类别列车在区间(r,r+1)的运行时间(min)；dkr为k类别列车在车站r的停站时间(min)；xrk为k类别列车在车站r停站的0-1变量，停站为1，通过为0.(3)拥挤费用.指由于列车载客能力的限制，使得乘客感知到的不舒适度，主要受断面客流量的影响.其中，k类别列车在区间(r,r+1)的断面客流量为式中：sk、ek分别为k类别列车运行的起点和终到站.则客流f(i,j,k)感知到的拥挤费用为式中：bk、zk、nk为k类别列车的编组、定员、开行对数；0.15和4是拥挤费用的无量纲经验参数[9-10].进一步将以上各项乘客出行的广义费用转化为货币支出，则客流f(i,j)的个体乘客选择k类别列车的广义出行费用为式中：β为单位时间价值(元/min).2.2 考虑乘客出行起讫点的乘客出行费用由于小交路折返站和快车停站方案的未知性，对于不同出行起讫点的乘客而言，可选择的列车种类是不同的，这就加大了出行费用计算的复杂性，基于此提出一种考虑乘客出行起讫点的出行费用计算方法.首先，根据小交路慢车的折返站S1、S2将线路分为3个区段；然后，将不同出行起讫点的客流分类，如图2所示.不同分类乘客可选择的列车有以下几种情况.图2 基于乘客出行起讫点的客流分类Fig.2 Classification of passenger flow based on passengers’starting and ending points情况1 出行起讫点均在区段R1或R3，或者出行起点在R1、讫点在R3.此时乘客可选择的列车有大交路快车或大交路慢车，如图2中I、III、VI.情况2 出行起讫点均在区段R2，此时乘客可选择的列车有大交路慢车、大交路快车和小交路慢车，如图2中II.情况3 出行起点在R1，讫点在R2；或出行起点在R2，讫点在R3.此时乘客可根据情况在大、小交路之间进行换乘，如图2中IV、V.对于上述情况，根据i,j是否为快车停靠站，可继续分为：①慢车站—快车站，②快车站—慢车站，③快车站—快车站，④慢车站—慢车站.因此，对于每一种情况，要对乘客可选择的路径和各路径对应的广义出行费用分别分析.3 模型构建及算法设计3.1 上层规划在建立上层规划模型前，先分析企业的运营成本.(1)车辆走行公里成本.式中：αL表示车辆每公里走行成本；Lk为k类别列车的走行距离(km).(2)车辆购置成本.考虑到备用列车，列车购置数量取运用列车数量的1.2倍，即式中：T周k为第k类别列车的周转时间(min)；ztksk、ztkek分别为k类别列车在两端折返站的折返作业时间；αB表示车辆的单位购置成本.(3)列车停站成本.式中：αT表示列车停站1次的成本.在此基础上，建立上层规划模型为式中：tmax、I0分别为乘客所能忍受的最大发车间隔和区间的最小追踪间隔；ηmin、ηmax分别为列车最小、最大满载率.式(10)表示企业追求运营成本最小化；式(11)为列车停站约束，表示大交路快车在运行途中至少停1站，同时在小交路慢车运行区段的首末车站必须停车；式(12)为小交交路慢车运行区段的距离约束，表示小交路列车的运行距离不能过短和过长(过短导致列车频繁折返，过长无法实现小交路优势)，当车站数大于 25 时，Zmin=(1/4)∙N ，Zmax=(3/4)∙N ，当车站数小于 25 时，Zmin=(1/3)∙N,Zmax=(3/4)∙N[11]；式(13)为追踪间隔约束；式(14)为发车间隔不应小于折返站发车间隔时间；式(15)为满载率约束；式(16)为发车频率的整数约束，列车停站的0-1约束，小交路慢车起终点站约束.3.2 下层模型基于所有可供选择的路径中，乘客所选择路径的广义费用期望值要小于未被选择的路径，因此提出客流分配的随机用户均衡问题优化模型，该模型的解已被文献[12]证明满足Logit形式的客流分配随机平衡条件.式中：A={aw|w=1,…,nw}为线路OD对集合；nw为OD对总数量；为 OD 对aw之间所有路径集合；naw为OD对aw所有路径数量；为路径上的客流量；f(aw)为OD对aw之间的客流量；为连接关系变量，当OD对a之间的路径w覆盖k类别列车的运行区间(i,j)时，为 1，否则为0.式(17)表示所有客流的广义费用最小；式(18)表示OD对aw之间的客流被分配到不同的路径上；式(19)表示客流f(i,j,k)与各路径客流量的关系.3.3 求解算法本文采用混合优化算法—遗传—模拟退火算法求解双层规划模型，该算法既克服了遗传算法局部寻优能力不强，易早熟，不收敛等缺点，又吸收了模拟退火算法较强的局部搜索能力.具体算法步骤如图3所示.图3 双层规划模型求解算法流程图Fig.3 Flow chart of solving algorithm for bi-level programming model4 实例验证4.1 线路概况以某市郊轨道交通线路为例，其站间距及运行时间如表1所示，其断面客流、沿线各车站单向上下车人数如图4所示.表1 线路区间长度及运行时间Table 1 The length and running time of the interval on the line区间长度/km运行时间/s区间长度/km运行时间/s 1～2 1.960 88.20 11～12 0.900 40.50 2～3 0.810 36.45 12～13 1.010 45.45 3～4 1.265 56.93 13～14 1.210 54.45 4～5 1.650 74.25 14～15 1.760 79.20 5～6 1.630 73.35 15～16 1.630 73.35 6～7 1.115 50.18 16～17 2.085 93.83 7～8 1.140 51.30 17～18 1.210 54.45 8～9 1.065 47.93 18～19 2.465 110.93 9～10 1.255 56.48 19～20 2.100 94.50 10～11 0.925 41.63 20～21 1.050 47.25 从图4可以看出，线路最大断面客流量出现在第12和13个车站之间，客流分布呈现凸起状，根据断面客流不均衡系数公式为每个断面客流量，M为断面个数，pmax为最大断面客流量)，可得该线路的断面客流不均衡系数为1.81，断面客流分布较为不均衡.与此同时，沿线各个车站乘降的客流量差别较大，有6个车站的上下车总人数占全线21个车站上下车总数的55%.可见，该市郊轨道交通线路的客流在空间上的分布不均衡程度较大，且在部分车站较为集中，具备尝试多交路快慢车开行方案的条件.4.2 模型参数确定及求解模型相关参数取值如表2所示.图4 某市郊轨道交通线路客流特征Fig.4 The characteristics of passenger flow in this suburban rail transit line表2 模型相关参数取值Table 2 The values of the parameter in the model参数取值参数取值参数2 min dr75 s α k B 10 minbk8节αT 0.5元/min zk310人/车αL参数ztksk、ztkek I0 ηmax ηmin取值120 s 120%50%tmax β取值100元/车200元/次30元/km结合前文提出的多交路快慢车开行方案双层规划模型，采用遗传—模拟退火算法.通过Matlab编程对模型进行求解，该算法的参数设置如下：初始种群大小n0为200，交叉概率pc为0.9，变异概率pm为0.01，初始温度T0为5 000，模拟退火算法的降温参数α为0.9，迭代的最大数量是1 000次.算法的迭代收敛和最优列车计划如图5和图6所示.图5 算法的迭代收敛性Fig.5 The iteration convergence of the algorithm从图5可以看出，当迭代次数小于200时，目标值变化明显，当超过400时，目标值趋于稳定.图6给出了不同开行模式的列车开行方案，可以看出本文建立的多交路快慢车开行方案，小交路慢车在第1～15个车站之间运行，大交路快车途中在9个车站停车，3种列车的发车频率分别为9,7,7.对比不同开行方案的评价指标如表3所示.图6 不同开行模式的列车开行方案Fig.6 The train plan of different operation modes从表3可以看到，尽管单一交路快慢车和大小交路快慢车模式下的候车时间比其他两种模式的都长，但是乘客的总旅行时间，企业的总运营成本均有了一定的优化.相较于目前城市轨道交通普遍采用的单一交路、站站停开行模式，本文建立的多交路快慢车模式下乘客的总旅行时间减少2 000 min，减少了2.25%；企业的总运营成本减少913万元，减少了9.25%，充分说明了多交路快慢车开行模式的优势.表3 不同开行方案的评价指标Table 3 The evaluation index of different train plans开行候车时间/乘车时间/总旅行时间/车底列车走行停站总运营成本/模式104min104min104min数量距离/km次数百万元①11.3679.6591.013164 517420107.80②9.8179.6589.463034 252405102.18③17.1272.2689.382724 517310101.20④19.5469.4789.012764 29533298.674.3 客流灵敏度分析为进一步说明本文建立的多交路快慢车开行方案适用的客流情形，下面对客流进行灵敏度分析.令δ、ε分别表示快车停靠站下车客流量所占比重和小交路区段覆盖的OD客流量所占比重，将两者客流量分别调整至原有客流的ω=0.5、1.0、2.0、3.0倍，对应的δ为58.97%、74.19%、85.18%、89.61%，对应的ε为81.78%、89.90%、94.72%、98.18%，则列车开行对数及节省的总运营成本随δ、ε的变化趋势如图7所示.图7 δ、ε对开行对数和总运营成本的影响Fig.7 The effect ofδandεon train numbers and the operation costs可得以下结论：①当ω为0.5(减少至原客流量的1/2)时，最佳的运行模式为站站停和单一交路，表明快慢车、大小交路模式虽然能够降低乘客的出行费用和企业的运营成本，但需要一定的客流特征.②随着δ、ε的增大，快慢车和大小交路模式节省的总运营成本呈增长趋势，表明客流在部分车站越集中、断面客流不均衡程度越大时，实行快慢车、大小交路模式越有利.开行频率，小交路列车的折返站位置及快车的停站方案.最后通过实例分析，不仅验证了模型和算法的有效性，也对比得出了在具有特殊客流特征的线路，多交路快慢车相结合的开行方案对于乘客和企业而言均是有利的.5 结论针对市郊客流时空分布的不均及不同车站乘降人数相差较大，本文将双层规划模型应用于建立市郊线路多交路快慢车开行方案，并设计了遗传—模拟退火算法进行求解，以获得不同列车的【相关文献】[1]FURTH P G.Shortturning on transitroutes[J].Transportation Research Record,1987(1108)：42-52.[2]SITE P D,FILIPPI F.Service optimization for bus corridors with short-turn strategies and variable vehicle size[J].Transportation Research PartA Policy &Practice,1998,32(1)：19-38.[3]SUH W,CHON K S,RHEE S M.Effect of skip-stop policy on a korean subwaysystem[J].Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board,2002,1793(1)：33-39.[4]NESHELI M M,CEDER A,LIU T.A robust,tacticbased,real-time framework for public-transport transfersynchronization[J].Transportation Research Part C,2015,60(11)：105-123.[5]ULUSOY Y Y,CHIEN I J,WEI C H.Optimal all-stop,short-turn, and express transit services under heterogeneous demand[J]. Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board,2010,2197(-1)：8-18.[6]王媛媛,倪少权.城市轨道交通大小交路模式列车开行方案的优化[J].铁道学报,2013,35(7)：1-8.[WANG Y Y,NI S Q.Optimization of train schedules of full-length&short-turn operation modes in urban rail transit[J].Journal of the China Railway Society,2013,35(7)：1-8.][7]邓连波,曾强,等.基于弹性需求的城市轨道交通列车开行方案研究[J].铁道学报,2012,34(12)：16-25.[DENG L B,ZENG Q,et al.Research on train plan of urban rail transit with elastic demand[J].Journal of the China Railway Society,2012,34(12)：16-25.][8]许得杰,毛保华,雷莲桂,等.城市轨道交通大小交路列车开行方案优化研究[J].交通运输系统工程与信息,2017,17(1)：120-126.[XU D J,MAO B H,LEI L G,et al.Optimization for train plan of full-length and short-turn routing in urban rail transit[J].Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology,2017,17(1)：120-126.][9]毛保华,刘明君,黄荣,等.轨道交通网络化运营组织理论与关键技术[M].北京：科学出版社,2011.[MAO B H,LIU M J,HUANG R,et al.Operational theories and key technologies ofrail transit networks[M].Beijing：Science Press,2011.][10]DENG L B,ZENG Q,GAO W,et al.Optimizing train plan for urban rail transit with multi-routing mode[J].Journal of Modern Transportation,2011,19(4)：234-239.[11]魏国静.城市轨道交通线路列车长短交路设置方法研究[D].北京：北京交通大学,2013.[WEI G J.Nested train routing setting method of urban rail transit line[D].Beijing：Beijing Jiaotong University,2013.][12]四兵锋,毛保华,刘智丽.无缝换乘条件下城市轨道交通网络客流分配模型及算法[J].铁道学报,2007,29(6)：12-18.[SI B F,MAO B H,LIU Z L.Passenger flow assignment model and algorithm for urban railway traffic network under the condition of seamlesstransfer[J].Journal of the China Railway Society,2007,29(6)：12-18.]。

高速铁路列车开行方案两阶段优化方法研究
武晋飞;单杏花
【期刊名称】《铁道运输与经济》
【年(卷),期】2024(46)5
【摘要】我国高速铁路客流时空分布复杂且有明显的时变特征,这就要求铁路运营企业能够根据客流出行的时空分布特征设计相吻合的列车开行方案,并根据客流需求变化来制定和调整列车开行方案以提供相应的运输产品。

根据高速铁路客流出行需求,提出了列车开行方案两阶段优化方法,生成研究时段内备选开行列车集合,以最小化列车旅行时间和动车组车小时数为目标构建初始开行方案模型M1,然后以旅客总旅行时间最小为目标构建客流分配模型M2。

针对模型M1的特点,设计基于遗传算法的启发式求解方法,模型M2运用商业软件ILOGCPLEX进行求解。

通过京兰通道北京北—呼和浩特东段的实际案例分析,验证模型的正确有效性和算法的适用性。

【总页数】11页(P31-41)
【作者】武晋飞;单杏花
【作者单位】中国铁道科学研究院研究生部;中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所
【正文语种】中文
【中图分类】U294.1
【相关文献】
1.面向时变需求的高速铁路列车开行方案优化方法
2.基于备选集的高速铁路列车开行方案优化方法研究
3.多层次高速铁路列车开行方案评价及优化方法研究
4.基于时空网络的城际高速铁路列车开行方案优化方法
5.考虑多种交通方式的高速铁路列车开行方案优化研究
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铁路车辆结构多层面优化设计研究及典型运用铁路车辆结构多层面优化设计是指在保证车辆安全性、舒适性和经济性的基础上，通过对车辆结构的不同层面进行优化设计，以提高车辆的性能和运行效率。

本文将以中国高速铁路的列车为例，介绍铁路车辆结构多层面优化设计的典型运用。

在车辆整体结构层面上，设计人员通过优化车辆的外形和车身结构，以降低空气阻力和减少整车的重量。

在中国高速铁路的动车组列车中，通过采用流线型外形和良好的空气动力学设计，可以减少空气阻力，提高列车的运行速度和牵引力。

还可以在车辆结构中使用轻量化材料，如铝合金和复合材料，以减轻整车重量，提高能源利用效率。

在车辆悬挂系统层面上，设计人员可以通过优化悬挂系统的结构和性能，提高车辆的运行稳定性和乘坐舒适性。

可以采用空气弹簧和液压减震器等先进的悬挂系统，以提高车辆的通过性和垂向舒适性。

还可以通过调整悬挂系统的硬度和减振特性，使车辆在高速运行和转弯时具有良好的稳定性和舒适性。

在车辆车门和车窗系统层面上，设计人员可以通过优化车门和车窗的结构和操作方式，提高车辆的乘降效率和乘车舒适性。

在中国高速铁路的列车中，采用了自动门系统和多层次的车门设计，以方便乘客出入车厢。

还可以使用隔音和隔热材料，以减少车窗传导的噪音和热量，提高乘车的舒适性。

在车辆能源系统层面上，设计人员可以通过优化能源的供给和利用方式，提高车辆的运行效率和环境友好性。

在中国高速铁路的列车中，采用了电力牵引系统和再生制动系统，以减少能源的消耗和废弃热的排放。

还可以采用能源回收和利用技术，如热电联供和电能储存，以提高能源的利用效率和减少对外部环境的影响。

基于双层规划模型的城际铁路开行方案研究杨同庆【摘要】城际铁路开行方案是城际铁路客运组织的核心,科学合理地制定开行方案具有重要的现实意义.文章通过构造基于开行方案的列车运行网络,并遵循城际旅客出行行为规律,构建了客运需求呈弹性变化的城际铁路旅客出行选择模型.基于此,利用双层规划方法来优化求解城际铁路开行方案.双层规划模型的上层目标是最大化铁路公司经济收益,下层目标是最小化旅客广义出行成本.文章以一条模拟的城际铁路进行算例分析,验证了该方法是可行且有效的.【期刊名称】《高速铁路技术》【年(卷),期】2017(008)003【总页数】5页(P63-67)【关键词】城际铁路;开行方案;双层规划;弹性需求【作者】杨同庆【作者单位】中铁二院工程集团有限责任公司,成都610031【正文语种】中文【中图分类】U292.2+1.1 城际铁路开行方案城际铁路是指服务于相邻城市间或城市群，客车设计速度200 km/h及以下的快捷、舒适的客运专线铁路，一般采用“周期化、高密度、小编组”的运输组织模式。

开行方案是根据客流需求确定开行列车的起讫车站、走行径路、类型、停站方案及对数的综合性计划[1]。

1.2 开行方案设计目标开行方案的设计目标是经济、高效地利用列车资源，一方面充分满足旅客多样化的出行体验、降低出行成本、节约出行时间、提高旅行舒适度；另一方面需提高城际铁路公司的经济收益，提升城际铁路在中短途客运市场的占有率。

城际铁路旅客出行选择的对象是由不同发到站、不同种类及不同停站方案的列车所构成的集合。

运用图论知识对该列车集合加以表示，并定义其为“列车运行网络”，则旅客对于多种出行方案(或不同列车产品)的比选行为即可视为在列车运行网络中的多路径出行选择过程。

对于城际铁路所属的中短途客运市场，OD对之间的客运需求总量往往是具有弹性的，会随着广义出行成本的变化而改变[2-5]。

旅客的出行意愿与出行方式及运输产品的便捷性、安全性、舒适性等密切相关。

铁路车辆结构多层面优化设计研究及典型运用随着铁路行业的发展，铁路车辆结构的重要性越来越凸显。

当前，有效的车辆结构设计可以提高车辆的运行效率和安全性，同时可以降低成本和维修费用。

因此，针对铁路车辆结构的多层面优化设计是非常必要和重要的。

铁路车辆结构多层面优化设计包括设计、分析、验证和优化相关的多个阶段。

在设计阶段，需要考虑到不同条件下的运行要求和车辆使用环境等因素，以确保车辆的性能满足运营需求。

在分析阶段，需要对车体、车轮、车轴等部件进行有限元分析，以验证设计方案的可行性并确定优化方向。

在验证阶段，需要对样车进行试验，检验设计方案的效果。

在优化阶段，需要根据验证结果对设计方案进行调整和优化，以满足要求并提高车辆结构的性能。

对于现代铁路车辆结构来说，最核心的问题是复合材料的运用。

复合材料具有重量轻、强度高、抗腐蚀性好等优点，因此被广泛应用于铁路车辆的制造。

如在车辆车体部分，采用复合材料可以减轻重量、提高强度和抗腐蚀能力；在车轮制造中，采用可弯曲复合材料轮毂可以改善车辆行驶的舒适性；在轴承方面，采用陶瓷复合材料轴承可以提高铁路车辆的运行效率和减少维护成本等。

因此，复合材料的多重运用是铁路车辆结构多层面优化设计的重要方向。

铁路车辆结构的优化设计不仅可以提高车辆的性能和使用寿命，还可以为铁路行业的发展和节约能源环保作出了积极贡献。

当前，铁路行业正逐步发展智能化技术，互联网技术、大数据技术、人工智能等技术在铁路行业中得到广泛应用。

与此同时，铁路车辆结构多层面优化设计也需要不断创新和进步，以适应新技术和新应用的发展趋势。

例如，铁路车辆自动驾驶技术的普及将对车辆结构设计提出更高的要求，需要不断改良车辆外部感知系统和安全控制系统等，以实现自动驾驶的安全和可靠性。

作为铁路行业中不可或缺的组成部分，铁路车辆结构多层面优化设计的研究和应用，可以有效提高国家的铁路运输能力和安全性。

随着人们对铁路行业的重视度不断提高，优化设计工作的重要性也日益凸显。

铁路车辆结构多层面优化设计研究及典型运用我国的铁路运输是通过多种学科和多种领域所结合的产物，对于现今最为受欢迎的高速铁路就具有较高的性能要求，高速铁路通过解决国外各种难题，总结了先进的技术，通过不断创新和研究，逐渐提升自身的技术和能力，为我国铁路事业的发展提供了非常有利的条件。

标签：结构优化；设计研究；当前社会经济的发展，我们的铁路运输业正在迅速发展随着时间的推移，我们铁路系统的发展和进步在我国铁路车辆结构设计方面，逐步优化和创新已逐步得到重视这对铁路运输系统构成了巨大的挑战。

一、我国铁路车辆结构优化设计发展状况随着时代的不断发展，我国铁路车辆输业也在不断的发展中，车辆系统更是得到了完善。

从二零零六年起我国就提出了“铁路基础设施建设要加快，不断提升路网运输的功能，不断提升铁路自主创新的能力，实现铁路设备技术的现代化发展”的思想。

而体现铁路现代化最明显的标志就是实现车辆设备的現代化，这样才能推进铁路技术良好发展。

要想实现铁路运输设备的现代化，铁路部门就必须要运用先进、成熟、可靠的技术，才能有效实现铁路运输设备的标准化、系统化、信息化。

我国铁路客运方式包括：内燃动车组、内燃集中牵引列车、电力集中牵引列车以及电力动车组等形式，这些铁路客运形式都是全世界广泛应用的方式，而且内燃动车组和电力动车组都是比较受欢迎的形式，它的编组相对比较灵活、相对比较方便安全。

二、铁道车辆轻量化与结构优化在实现高速运行的诸多关键因素中，机车车辆轻量化无疑是重点之一。

轻量化将涉及总阻力的大小、列车对线路的动力作用、磨耗、噪音等许多方面，显然为数众多的车辆轻量化的实现对高速运行将具有重大意义。

轻量化的途径基本可以归纳为3个方面：计算理论及方法的应用及发展；结构设计的改进；新材料的采用及发展。

下面仅就计算理论、方法的应用及发展进行阐述。

计算力学领域里，结构分析及结构优化理论及方法的不断更新，使得工程结构的轻量化程度日益提高。

车辆设计中采用结构优化方法，使其在保证一定的强度和刚度的前提下力争最轻的自重。