（交通运输规划与管理专业论文）客运专线运输组织理论中若干问题的研究.pdf

中文摘要 摘要 客运专线的建设，是我国铁路实施跨越式发展、进一步提高铁路服务质量的一项重 要工程。根据铁路中长期发展规划，2 0 2 0 年前我国将建成1 2 万k m 客运专线网。 随着客运专线建设的全面展开，客运专线的车站设计、运输组织、客流组织等与线路运 营密切相关的管理问题的研究已提上日程，必须提前着手研究才能满足未来应用的需 要。客运专线服务于旅客运输，这要求其运输组织工作必须以旅客为本，注重研究其行 为特征，为满足其出行需求做好全面周到的服务工作。本文依照此思路，首先研究客运 专线旅客的出行特性，在此基础上研究车站旅客最高聚集人数计算理论和方法、客运专 线列车开行方案制定模型、换乘组织模型和通过能力计算等方法和理论。具体内容如下： ( 1 ) 研究了高速铁路客运专线运输组织模式的分类，从客运需求量、沿线经济发 达程度、线路性质、车辆购置数量4 个方面分析了影响客运专线运输组织模式选型的因 素，然后从运输组织模式类型角度，将我国客运专线分为建成后全高速或高中混跑客运 模式、客货混跑模式、城际模式3 类，并对京沪、武广、沪宁、石太客运专线的运输组 织模式进行了实例分析。 ( 2 ) 将客运专线旅客出行特性分为社会经济特性、集散特性和需求特性3 类进行 研究。社会经济特性包括旅客的出行目的、收入水平和职业分布3 方面；客流集散特性 包括距离分布、到达时间分布、候车时间分布、出行方式分布等4 方面：旅行需求特性 包括旅客对客运专线安全性、快速性、舒适性、方便性、经济性5 方面的需求特性。 ( 3 ) 在研究车站最高聚集人数既有计算方法的基础上，提出了3 种方法，即概率 统计法、最坏情景法和模拟法。概率统计法是利用候车时间分布，研究旅客到达车站的 人数比例，从而计算最高聚集人数；最坏情景法研究了在旅客提前候车时间段内，列车 密集发车情景下的最高聚集人数：模拟法是通过模拟车站旅客的聚集过程来求解车站的 最高聚集人数。将这些方法运用于北京西站、北京站、广州东站和樟木头站的最高聚集 人数计算，结论表明，本文所提出的方法，克服了既有方法中存在的一些缺点，更能反 映当前条件和客运专线条件下的车站旅客聚集特征。 ( 4 ) 研究了影响客运专线开行方案制定的因素和制定的原则，提出了不同类型旅 客列车的均衡条件和不同时刻发车的旅客方便度概念，以客运专线的最大收益和旅客的 最大方便度为目标，构建了制定列车开行方案的多目标双层规划模型，利用混沌优化理 论提出求解该模型的算法，以石太客运专线为案例对模型及算法进行了检验。 ( 5 ) 在研究客运专线中转旅客换乘需求和特点的基础上，建立了客运专线旅客最 大容忍换乘时间的计算模型，并以中转旅客候车时问最短为目标建立了接续列车发车时 北京交通大学博士学位论文 间域优化模型。在案例中，对长短途旅客的最大容忍换乘时间进行了计算。 ( 6 ) 分析了客运专线通过能力计算的特点，探讨了“全高速”和“高中速混跑” 两种模式下客运专线通过能力计算过程。为计算客运专线通过能力的最佳利用率，建立 了旅客满意度综合评价模型，利用该评价模型求解旅客满意度最大条件下通过能力的计 算参数，进一步计算该条件下的客运专线通过能力，从而得到客运专线的最佳利用率。 以石太客运专线为案例进行的研究表明，在2 0 0 8 、2 0 1 5 和2 0 2 0 年，客运专线通过能力 的合理利用率分别为7 2 、7 8 和6 9 。 关键词：客运专线；运输组织模式；出行特性；最高聚集人数；开行方案：通过能力利 用率 i i a b s t r a e t a b s t r a e t t h ec o n s t r u c t i o no ft h eh i g hs p e e dp a s s e n g e rr a i l w a y si sa l li m p o r t a n tp r o j e c tt oi m p l e m e n t t h eg r e a t l e a p f o r w a r dd e v e l o p m e n ta n di m p r o v et h es e r v i c eq u a l i t yo ft h er a i l w a yi nc h i n a a st h er o u n d l ye x p a n d e d n e s so f t h eh i g hs p e e dp a s s e n g e rr a i l w a y s ，t h er e s e a r c ho nt h es t a t i o n d e s i g n ，t h eo p e r a t i o nm o d e ，p a s s e n g e rf l o wo r g a n i z a t i o na n ds o m ec o r r e l a t i v et h e o r i e sa b o u t t h eo p e r a t i o nh a v eb e e nl a i d i nt h es c h e d u l e w em u s tr e s e a r c ht h e s et h e o r i e si na d v a n c et o m e e tw i t ht h ef u t u r en e e d a tt h es a m et i m e ，t h e t r a n s p o r to r g a n i z a t i o nw o r ko ft h ep a s s e n g e r r a i l w a ym u s tb ep a s s e n g e ro r i e n t e d ，a n dp a ya t t e n t i o nt ot h ei n v e s t i g a t i o no np a s s e n g e r s a c t i v i t yt od ob e r e rs e r v i c ef o ri t sm a i n j o bi sp a s s e n g e rt r a n s p o r t a t i o n w i t ht h i si d e ai nm i n d ， t h ep a p e rf i r s ts t u d i e st h ec h a r a c t e r i s t i c so f p a s s e n g e rf l o w b a s eo nt h a t ，i ts t u d i e st h et h e o r y o fm a x i m u mp a s s e n g e ra s s e m b l i n gn u m b e r , t h em o d e lo fm a k i n gr u n n i n gp l a n , t h em o d e lo f p a s s e n g e rt r a n s f e ro r g a n i z a t i o na n dt h ec a r r y i n gc a p a c i t yc a l c u l a t i o nm e t h o d ( 1 ) t h i sp a p e ri n v e s t i g a t e st h et y p e so ft h ep a s s e n g e rr a i l w a y s o p e r a t i o nm o d ea n dt h ef a c t o r s t h a ti n f l u e n c et h ec h o i c eo ft h eo p e r a t i o nm o d ef u rt h er a i l w a y sf o r mp a s s e n g e rv o l u m e ， e c o n o m y , a n dt h el i n e sf u n c t i o n ，t h e ns o r t st h eh i g hs p e e dp a s s e n g e rr a i l w a y so fc h i n ai n t o3 t y p e sb yt h e i ro p e r a t i o nm o d e sa n dm a k ee a s es t u d i e sw i t ht h ep a s s e n g e rr a i l w a y so f b e r i n g s h a n g h a i l i n e ， s h a n g h a i - n a n j i n g l i n e ， w u h a n - g u a n g z h o u l i n ea n d s h i j i a z h u a n g - t a i y u a nl i n e ( 2 ) t h ei n v e s t i g a t i o no nt h ep a s s e n g e rc h a r a c t e r i s t i ci st h eb a s i co ft h eo t h e rr e s e a r c ho ft h i s p a p e r i ts o r t st h ep a s s e n g e rc h a r a c t e r i s t i ci n t ot h r e et y p e sa ss o c i o e c o n o m i cc h a r a c t e r i s t i c ， g a t h e d n ga n dd i s p e r s i n gc h a r a c t e r i s t i ca n dt h en e e dc h a r a c t e r i s t i c t h es o c i o e c o n o m i c c h a r a c t e r i s t i ci n c l u d e st r a v e lp u r p o s e ，i n c o m el e v e la n do c c u p a t i o nd i s t r i b u t i o n t h eg a t h e r i n g a n dd i s p e r s i n gc h a r a c t e r i s t i ci n c l u d e sd i s t a n c ed i s t r i b u t i o n , a r r i v a lt i m ed i s t r i b u t i o n ，w a i t i n g t i m ed i s t r i b u t i o n ，t r a v e lm o d e sc h o i c e ，e t c t h ep a s s e n g e rd e m a n dc h a r a c t e r i s t i ci n c l u d e s s a f e t y , r a p i d n e s s ，c o m f o r t , c o n v e n i e n c e a n de c o n o m y t h i sp a p e rr e s e a r c h e st h e a b o v e m e n t i o n e dc h a r a c t e r i s t i cd e e p l yb a s e do nt h ef i e l ds u r v e y ( 3 ) b a s e do nt h er e s e a r c ho nt h ee x i s t i n gc a l c u l a t i n gm e t h o d s ，t h i sp a p e rc o m e su pw i t h3n e w m e t h o d s ，n a m e l y , t h ew o r s ts i t u a t i o nm e t h o d sa n dt h ec o m p u t e rs i m u l a t i o nm e t h o d s a c c o r d i n gt ot h ed a t ab yi n v e s t i g a t i o n ，t h ep a p e rm a k e st h ec a l c u l a t i o no ft h em a x i m u m p a s s e n g e ra s s e m b l i n gn u m b e r ( m p a n ) o fb e i j i n gr a i l w a ys t a t i o n ，b e o i n gw e s tr a i l w a y s t a t i o n ，g u a n g z h o ue a s ts t a t i o na n dz h a n g n a u t o us t a t i o na si t sc a s es t u d y b yt h es t u d y , i t f i n d st h a tn o ta l lt h ee x i s t i n gm e t h o d si ss u i tf o rt h ec a l c u l a t i o nu n d e rt h ep r e s e n tc o n d i t i o n ， a n dt h et e s u l to f t h en e wm e t h o d si sai i t t l em o r ea c c u r a t e i l l 北京交通大学博士学傻论文 ( 4 ) t h i sp a p e ri n v e s t i g a t e st h ef a c t o r st h a th a v ee f f e c t so nt h et r a i nr u n n i n gp l a na n dt h e p r i n c i p l e so fm a k i n gt h et r a i nr u n n i n gp l a n ，p u t sf o r w a r dt h eb a l a n c ec o n d i t i o n sf o rv a r i o u s t y p e so ft h ep a s s e n g e rt r a i na n dt h ec o n c e p to ft h ep a s s e n g e rc o n v e n i e n c ew i t ht h ed i f f e r e n t t r a i n - d e p a r t u r et i m e ，t h e nw o r k so u tt h em u l t i o b j e c t i v eb i - l e v e lp r o g r a m m i n gm o d e lf o r m a k i n gt h et r a i nw o r k i n gp l a nw h i c hb a s e do nt h em a x i m u mb e n e f i to ft h er a i l w a ya n dt h e m a x i m u mc o n v e n i e n c eo ft h ep a s s e n g e r a tl a s t , i ts t u d i e st h ec a s eo f p a s s e n g e rr a i l w a yf r o m s h i j i a z h u a n gt ot a i y u a n ( 5 ) b yr e f e r r i n gt ot h er e s e a r c ha c h i e v e m e n t so ft h eo t h e rs c h o l a r s ，t h i sp a p e ra n a l y z e st h e c h a r a c t e r i s t i co fi n t e r - l i n e st r a n s f e rp a s s e n g e r ，m a k e st h em o d e lo ft h em a x i m u mt r a n s f e rt i m e w i t h i nt h ep a s s e n g e r sp a t i e n c eb yt h er e l a t e dc o n c l u s i o n so f t h el c l g i tm o d e l ，a n dm a k e st h e d e p a r t u r el i m em o d e lo fc o n n e c t e dt r a i nw i t ht h ea i mo fm i n i m u mw a i t i n gt i m eo ft r a n s f e r p a s s e n g e r t os m o o t ht h ep a s s e n g e rt r a n s f e ra n di n c r e a s et h ec o m p e t i t i o na b i l i t y , t h ep a p e r s u g g e s t st h er a i l w a yr e f e rt ot h ea b o v em o d e l sw h e nd r a wt h et r a i nr u n n i n gd i a g r a m ( 6 ) t h i sp a p e ra n a l y z e st h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ec a r r y i n gc a p a c i t yc a l c u l a t i o no ft h e p a s s e n g e rr a i l w a y s ，a n dr e s e a r c h e st h ec a l c u l a t i n gm e t h o do ft h er a i l w a y su n d e rt h eh i g ha n d m e d i u ms p e e dm i x e dm o d ea n da l l h i g h s p e e dm o d e t og e tt h eo p t i m i z e du t i l i t yr a t i o ，i t m a k e st h ep a s s e n g e r ss a t i s f a c t i o ne v a l u a t i o nm o d e l ，t h e nc a l c u l a t e st h ep a r a m e t e r si nt h e c a r r y i n gc a p a c i t yc a l c u l a t i o n t h er e s u l tf r o mt h ec a s es l ：i l d yo nt h es h i j i a z h u a n g t a i y u a n p a s s e n g e rr a i l w a ys h o w st h a tt h eo p t i m i z e du t i l i t yr a t i oo ft h ep a s s e n g e rr a i l w a y sc a r r y i n g c a p a c i t yi nt h ey e a ro f2 0 0 8 ，2 015a n d2 0 2 0s h o u l db e7 2 ，7 8 a n d6 9 k e yw o r d s ：p a s s e n g e rr a i l w a y ；t r a n s p o r t a t i o no r g a n i z a t i o n a lm o d e ；t r a v e lc h a r a c t e r i s t i c ； t h em a x i m u ma s s e m b l i n gn u m b e r ；t r a i nr u n n i n gp l a n ；u t i l i t yr a t i oo ft h e c a r r y i n gc a p a c i t y i v 】绪论 1 1 研究背景 1 绪论 为解决铁路运输严重的“瓶颈”制约问题，铁道部提出了铁路跨越式发展思路，制定 了中长期铁路网发展规划，并已于2 0 0 4 年1 月召开的国务院常务会议审议通过。 随着跨越式发展的进一步推进，我国主要繁忙干线将实施客货分线运行，客运专线的修 建将是今后相当长一段时间的主要任务。中长期铁路网发展规划描绘了2 0 2 0 年我 国铁路网发展的宏伟蓝图，它规划到2 0 2 0 年，建成北京上海，北京广州深圳、 北京哈尔滨( 含沈阳至大连) 、上海杭州厦门深圳、青岛石家庄太原、徐 州郑州兰州、上海南京武汉重庆成都和上海杭州南昌长沙的“四纵 四横”客运专线网，规模达1 2 万k r n 。客运专线网覆盖东中部地区的所有省会城市和西 部地区的西安、兰州、成都和重庆。客运专线旅客列车运行时速达到2 0 0 k m 以上，在客 运专线未能覆盖的大城市间建设较高标准的客货混跑线路，实现以高速客运专线为龙 头，形成以北京、上海、广州、武汉、西安和成都为中心，绝大部分省会城市为结点， 连接全国主要地区的快速客运网络，最大限度地提高旅客列车运行速度，压缩旅行时间， 适应国民经济发展和人们出行对铁路运输的要求。 随着我国客运专线建设的全面展开，客运专线的运输组织、客流组织等与线路运营 密切相关的管理问题的研究已提上日程，必须提前着手研究才能满足未来应用的需要。 同时，由于客运专线服务于旅客运输，因而其运输组织必须体现“以人为本”的理念， 在研究中应注重旅客的出行行为特征研究，从而为满足旅客出行需求做好全面周到的服 务工作。 目前，我国多条客运专线都已在建设之中。借此时机，深入研究客运专线的旅客行 为特性、运行组织模式、换乘组织理论对于我国客运专线车站规划和设计、线路的运输 组织、列车开行方案制定都具有非常重要的指导意义。 1 2 国内外研究现状 目前，世界轮轨模式铁路列车的最大速度已经达到了5 1 5 k m h ( 法国，1 9 9 0 ) ，磁 悬浮列车的最高速度达到了5 8 1 k m h ( 日本) ，而多数高速铁路的最大商业运行速度已 经达到2 5 0 k m h 到3 0 0 k m h 。在国外，高速铁路被认为在6 5 0 k m ( 4 0 0 m i l e s ) 运输范围 内于旅行时间上比民航运输更具优势。 在理论上，国外多用仿真手段进行高速铁路运营组织的优化研究。文献 1 9 】用模拟 的方法来评估车站设计、排队管理、收费设施设计以及收费政策的影响。文献 1 7 1 提出 北京交通大学博士学位论文 了种通过在旅行时间和能耗之间优化折中的手段来标识模糊控制模型的方法，以降低 高速铁路运营的成本。文献【2 0 】用虚拟现实技术来研究车站信号指示标志对旅客目光的 吸引效果，文献【1 4 用计算机模拟旅客在站内的流动，从而研究和评估车站的设计。文 献 2 1 研究了以功能为指导的法国t g v 高速铁路车站设计思路。文献 3 8 】认为教科书和 建设规范中的旅客占用空间是以高峰期旅客需求以及用舒适度描述的个人空间标准为 基础的，没有考虑设旌规模的经济因素，因而他提出了一种基于确定性排队理论的方法 来优化旅客个人空间。文献 3 3 】提出了一种能够模拟中长距离铁路不同服务水平( 时刻 表、运行时间、价格) 对旅客选择列车类型、车次、服务等级影响的模型，在多级l o g i t 模型基础上建立的该模型特别考虑到了理想的到达( 出发) 时间和相关列车的早晚点惩 罚。文献【翻研究了评价荷兰铁路运营设备的能力预算模型，提出并验证了一种评价铁路 运营设备改造投资效果的模型，特别是预算出铁路设备改造后理论能力。文献 5 】提出了 一种基于最小运行费用受铁路设备、能力约束的旅客列车开行方案的数学模型，优化了 旅客列车开行方案的列车运行区段、种类、路径、开行频率和列车长度。 在国内，秦沈客运专线的建成通车，标志着我国客运专线建设的开始，其列车速度 已达到2 0 0 k m h 。同时，国内众多专家学者对我国高速铁路或客运专线运输组织理论进 行了广泛深入的研究。 在客运专线高速铁路的运输组织模式方面，文献【5 l 】介绍了法、德、日3 国在高速 铁路上组织列车运行的情况及开行多种速度的列车经验，分析了京沪高速铁路的客流特 点及中、近期高速车组的供应能力，认为一段时期内采取“高、中速混跑”的运输组织模 式是我国高速铁路发展过程中不可逾越的过渡阶段。文献 8 5 】用定性分析与定量计算相 结合的方法，对武广( 武汉广州) 客运专线的运输组织模式及其可行性、跨线列车的 开行方案进行了研究，确定了武广客运专线采用本线列车和跨线列车共线运行、跨线列 车采用动车组和普通机车牵引相结合的多种速度组合的运输组织模式。文献 1 3 2 研究了 石太客运专线建成后的运输组织模式，确定初期客货混跑，远期高速客运为石太客运专 线的运输组织模式。以上关于运输组织模式的研究比较深入具体，进一步的研究应着重 于从理论上对客运专线选择运输组织模式的原则和方法进行研究。 在客流出行特性方面，文献 1 3 0 对京沪的客流规律进行了分析，包括车站一曰发送 量的变化、o d 客流的时间分布，研究了京沪线旅客的旅行目的、职业分布以及收入水 平等特征，另外她还调查了旅客对各种交通方式的评价。文献 6 7 】分析了京沪通道的社 会经济状况及其客流构成特点。文献 4 6 】分析了京沪客运通道的客流特点，利用传统概 率分配模型，根据最小广义费用原理建立了京沪阃客流分配模型，通过对模型进行灵敏 度分析，发现速度是分担率影响最大的因素。文献i s 3 研究了旅客对旅行舒适度的需求， 他发现影响旅客舒适度的主要因素有人均占用面积、旅行时间、站车环境、运行平稳度 和客运服务水平等，不同职业和出行目的的旅客，对旅行舒适度的需求有所不同。这些 学者对于旅客出行特性方面的研究多集中在某条运输通道上，未从整体上提炼出客运专 线旅客的出 亍特性。 i 绪论 在车站的设计理论上，文献 8 0 系统地分析了枢纽地区铁路客运站布局与分工问题， 其基本结论与相关数据可作为制订设计规范与枢纽发展技术政策的参考，但是由于当时 还未提出客运专线的概念，因而其研究主要针对既有铁路，客运专线枢纽的布局与分工 问题还需要深入研究。文献 1 0 0 研究了客运专线车站设置与城市规模关系，构建了设置 车站的投资r 与城市年旅客发送总量9 之间的n 9 关系模型。文献 1 2 1 1 等研究了铁路 客运站房的发展趋势、大型客运站房总体设计模式的布局原则、大型客站主要旅客用房 规模计算方法等。文献 8 9 】介绍了既有铁路旅客车站最高聚集人数的计算方法，包括聚 集系数法、图解法和单项列车次数法。文献 1 3 7 分析了铁路旅客车站设计规范给出 的车站最高聚集人数的方法的缺点，但是该文献并未给出更好的计算方法。文献 6 5 】研 究了模糊数学在预测车站最高聚集人数中的应用，该方法是参考已有车站最高聚集人数 来预测新建车站的最高聚集人数。影响车站规模的主要指标是最高聚集人数，而现在使 用的计算方法出现于上世纪六、七十年代，已不适应当前铁路客运站尤其是客运专线车 站的设计，但是目前对于新方法的研究较少。 在开行方案制定方面，文献 1 0 9 介绍了铁路旅客列车开行方案的编制方法。文献 4 8 】 研究了市场经济条件下合理制定铁路旅客客票定价的双层规划模型，该模型考虑了列车 不同编组条件下的平衡配流问题，并分析了不同列车编组条件下的定价模型。文献 9 4 1 建立了客运专线旅客列车开行方案的多目标优化模型，考虑的目标在前文的基础上增加 了旅客疲劳恢复折合费用约束。前述两篇文献均未考虑旅客的出行方便度以及不同列车 对旅客的吸引力。文献 4 3 1 建立了一个求解直通旅客列车开行方案的0 1 规划模型，继 而文献 4 4 】建立了旅客列车开行方案优化决策支持系统。文献【11 9 利用b p 神经网络对 铁路客流量进行预测，在此基础上讨论了开行方案的制定原则，该文并未研究方法问题。 文献 1 2 5 建立了高速列车的停站和开行数量的多目标规划模型，该模型基本上是对目前 开行方案制定方法的数学描述，未考虑旅客的需求特点。文献【5 2 】研究了客运专线旅客 列车开行数量，对旅客列车开行数量计算公式中有关参数的概念进行了阐述，该文献建 议客运专线旅客列车的席位利用率k 取o 7 5 0 8 ；区间通过能力利用率取0 8 或o 7 5 ， 分析了应用席位周转次数在概念上的模糊，建议在计算中不引入席位周转次数的概念。 以上文献对于开行方案制定的介绍和研究均未考虑不同发车时刻下的旅客方便度以及 不同层次的目标。目前，未发现利用双层规划模型对开行方案制定进行的研究。 在客运专线旅客的换乘组织方面，文献 6 0 针对“全高速”方案的缺点提出了京沪高 速“快速换乘”的组织办法，该组织办法可应用于“全高速”组织模式下的客运专线。文 献 9 2 ，9 3 ，1 0 7 ，1 2 4 1 的作者从铁路的换乘网络、换乘路径方面对我国铁路的换乘组织 进行了深入研究，他们的研究主要是为解决旅客中转换乘路径选择问题，从而为客票发 售系统设计搜索算法。文献【7 3 】通过分析高速客运专线上换乘对客运服务质量的影响， 提出列车运行方案决策应注意的若干问题，并通过定性和定量分析，从旅客角度分析适 宜的高速线换乘距离，他的研究主要侧重于研究换乘距离，未从旅客能够容忍的换乘时 间角度和列车接续方面研究铁路的换乘组织。 3 北京交通大学博士学位论文 在通过能力的计算方法和利用率方面，文献 9 1 】以3 0 0 k m 长的高速铁路区段为例， 计算了纯高速模式以及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 5 9 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 1 2 9 1 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和中速列车相 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 8 6 和文献 1 0 1 1 在进行通过能力计算时，对于 高速铁路采用需求能力，中速列车采用扣除高速能力以外的剩余能力这种特定的组合方 式，在固定高速列车框架的基础上铺画中速列车满表运行图，得到高速铁路的组合能力； 通过建立的模拟系统，对影响通过能力的运行图铺画方式、追踪间隔时间、速度匹配方 式、检修天窗时间及中间站设置进行研究。文献 1 2 2 ，1 2 3 1 通过计算机模拟，发现区段内 列车平均晚点率、列车平均晚点时阔随储备能力的增大呈快速下降趋势，当储备能力大 于2 5 时才逐渐变缓。文献 4 9 1 矛t j 用系统工程理论和方法，对铁路运输技术指标、能力 利用率、车流、干线任务、编组站能力进行了系统分析，得到铁路新线设计利用率应取 o 6 0 ，一般情况下取o 6 5 o 7 5 ，特殊情况下不得超过0 8 0 。文献 1 2 2 ，1 2 3 】和文献 4 9 】 的两位作者的研究是针对既有线路的，文献 5 2 1 则研究了客运专线区间通过能力利用率， 建议区间通过能力利用率取o 8 或o 7 5 。但是，以上关于通过能力的计算方法和利用率 的研究对于旅客的满意度考虑较少，本文将在这方面进行深入研究。 综上所述，目前国内外在高速铁路客运专线运输组织方面取得的研究成果非常丰 富，但是以下方面研究较少： ( 1 ) 如何选择客运专线运输组织模式； ( 2 ) 适合客运专线车站设计的最高聚集人数计算方法： ( 3 ) 双层规划模型在客运专线列车开行方案制定中的应用； ( 4 ) 客运专线中转旅客能够容忍的换乘时间和接续列车发车时间域的优化； ( 5 ) 基于旅客的满意度来研究客运专线通过能力的最佳利用率。 本论文将在以上前人研究较少的方面进行研究。 1 3 研究目标和主要研究内容 1 | 3 1 研究目标 ( 1 ) 研究客运专线旅客出行特性，得到旅客的到达时间分布、候车时间分布以及 需求特性，为车站最高聚集人数计算和换乘组织模型的建立打下基础。 4 绪论 ( 2 ) 提出新的最高聚集人数计算方法，以满足客运专线车站设计的需要。 ( 3 ) 建立开行方案制定的多目标双层规划模型，研究模型算法，求得最优解。 ( 4 ) 建立基于旅客最大容忍换乘时间的中转组织模型，并以换乘旅客候车时间最 短为目标建立接续列车发车时间模型。 ( 5 ) 研究客运专线通过能力的计算方法，计算客运专线的最佳利用率。 1 3 | 2 主要研究内容 根据上述目标，本论文的研究内容主要包括以下6 部分。 ( 1 ) 运输组织模式是铁路设计时就必须首先解决的问题，它决定了运行图的铺画 形式、列车种类、旅客换乘方式、车站设置等重要问题。因而本文将研究客运专线运输 组织模式的分类和影响其选择的因素，以及我国客运专线运输组织模式的选型，并选取 几条已规划的客运专线进行运输组织模式选择的实例分析。 ( 2 ) 研究客运专线旅客特性是本文其它研究工作的基础。客运专线旅客出行特性 可分为社会经济特性、集散特性、需求特性3 类。本文将对这3 类特性进行较深入地研 究。 ( 3 ) 旅客最高聚集人数的确定是车站客流组织的一项重要内容，也是确定车站规 模的基础。本文将在研究既有旅客最高聚集人数计算方法的基础上，提出3 种新的方法， 即概率统计法、最坏情景法和模拟法，并根据调查数据，对我国一些典型车站的最高聚 集人数进行案例研究。 ( 4 ) 客运专线客流组织的中心是旅客列车开行方案。列车开行方案制定的是否科 学、合理，决定着客运专线的服务质量和经济效益。本文将研究影响开行方案制定的因 素和制定开行方案的原则，建立客运专线列车开行方案制定的多目标双层规划模型，并 以石太客运专线为例进行案例研究。 ( 5 ) 本文将研究应用l o g i t 模型的相关结论，建立旅客最大容忍换乘时间模型，并 以换乘旅客候车时间最短为目标建立接续列车发车时间域优化模型。 ( 6 ) 客运专线的运输组织必须体现“以人为本”的理念，因而在通过能力利用率上 必须考虑提高服务质量。为此，本文将建立基于旅客满意度评价的通过能力计算模型， 并在上述评价模型的基础上，研究客运专线通过能力的最佳利用率。 1 3 3 研究思路 论文研究思路是根据文献检索和基础调查，进行客运专线旅客出行特性的研究，然 后基于旅客的出行特性提出新的车站最高聚集人数计算方法，建立客运专线开行方案制 定模型、换乘组织模型，并研究通过能力利用率计算方法。对于每一方法和模型，都将 通过案例进行检验，具体如图1 1 所示。 5 北京交通大学博士学位论文 图1 - 1 论文整体研究思路 6 2 客运专线运输组织模式研究 2 客运专线运输组织模式研究 2 1 客运专线运输组织模式概述 2 1 ，1 客运专线运输组织模式概念 客运专线的运输组织模式是指在客运专线上开行何种列车以及如何组织列车运行 1 5 1 , s 5 。运输组织模式是铁路设计时就必须首先解决的问题，因为它决定了运行图的铺画 形式、列车种类、旅客换乘方式、车站设置等重要问题。 高速铁路一般定义为运营时速在2 0 0 k i n ( 1 2 5 m p h ) 以上铁路。虽然我国客运专线 规划的时速都已超过2 0 0 k i n ，但是由于一些客观条件的限制，客运专线上无法全部运行 高速列车 5 1 , 8 5 , 1 3 2 】。因而，客运专线不能完全等同于高速铁路。但是为了更好地分析客运 专线的运输组织模式的分类，我们将其与高速铁路一起进行研究。 世界上已建成投入运营的高速铁路，都是根据其运输特点和实际需要，选取适宜、 可行的运输组织方式组织列车运行，从而获得最理想的社会和经济效益。 2 1 2 客运专线高速铁路运输组织模式分类 为方便阐述，以下将客运专线和高速铁路统称为高速线。 ( 1 ) 全部开行高速旅客列车模式 高速线上只运行高速旅客列车，无跨线列车运行，直通客流大，跨线旅客采用换乘 办法解决，这种模式适用于自成系统的高速线。该模式的优点是列车运行速度高，可以 达到2 0 0 3 0 0 k m h 以上；列车追踪问隔短，最小为2 3 m i n ；通过能力大，平行运行 图能力一昼夜可以达到4 0 0 6 0 0 列，因而可以输送更多的高速客流。由于只有一种速 度的列车运行，运输组织工作简便。如日本的新干线便采用这种运输组织模式1 4 ，8 7 ，9 7 l 。 ( 2 ) 高速列车下高速线模式 在高速线上既运行本线的高速列车，又运行跨线的高速旅客列车，跨线的高速旅客 列车在高速线上按高速运行，下线后按普通线路允许速度运行，这种模式适用于与普通 线路相衔接的高速线。这种模式的优点是高速线和普通线都可以按照一种速度的平行运 行图运行，通过能力大，跨线旅客不必换乘，方便了旅客，扩大了高速列车的服务范围， 能够更多地吸引客流，提高高速线的利用率。缺点是占用的高速列车车底数较多，同时 高速列车的通讯信号系统必须与普通线路相兼容。如法国的高速铁路便采用这种运输组 织模式f 8 7 卵】。 ( 3 ) 客、货列车混跑模式 7 北京交通大学博士学位论文 高速线上不仅运行高速旅客列车，还运行速度较低的货物列车，多适用于由既有线 改造的高速线上。该模式的优点是线路的工程投资省，缺点是客货列车的速度差较大( 客 运列车为2 0 0 k m h ，货运列车为1 0 0 k i n h ) ，客车扣除系数大，通过能力较小，列车运行 组织复杂，客车的最高速度也受到限制，从而延长了旅客的旅行时间。如英国、德国、 前苏联国家的高速铁路便采用这种运输组织模式 9 7 , 9 7 , 1 0 6 】，而其中最具代表性的是德国高 速铁路。 ( 4 ) 中速列车上高速线模式( 高中混跑模式) 高速线上既运行本线高速列车，又运行跨线中速旅客列车，这种模式适用于与普通 线路相衔接的高速线。其优点是跨线旅客不必换乘，同时可以减少高速列车车辆的购置 数量。但由于在高速线上有两种不同速度的旅客列车运行，会影响高速线的通过能力， 增加列车行车组织工作的复杂性，同时需要为中速旅客列车多配备一套与客运专线一致 的通讯信号系统。这种模式在我国一些客运专线运营的初期比较适用。 2 1 3 国外高速铁路运输组织经验 力求减少旅客换乘，在高速线上开行多种速度的列车，是国外高速铁路运输组织可 供我国借鉴的成功经验f 9 7 1 。 ( 1 ) 减少旅客换乘 法国采取高速列车下高速线的方法，延长t g v 高速列车的运行距离，拓展其通达 范围。从而减少了旅客换乘次数，扩大其客流吸引范围，取得了明显效果。如巴黎东南 线高速铁路长4 5 4 k m ，t g v 列车运行里程达2 6 4 0 k m ，通达法国南部各主要城市，运行 距离延长近5 倍。 德国、日本在高速铁路的客流组织上，尽管旅客换乘条件很好，但仍致力于创造更 多的直达条件。 德国高速铁路的运行组织非常注重列车间的换乘，它不惜以接续列车的晚点来满足 换乘衔接的需要。当后方列车晚点时，调度员命令接续列车主动晚点，来等待后方列车 的到达。如图2 1 中，某站后方列车( 晚点列车) 原定1 2 ：2 4 到，而实际晚点4 m i n ，即 1 2 ：2 8 到，调度接续列车( 车次6 3 2 5 ) 原定1 2 ：2 9 发。晚点后后方列车到达与接续列车 发车之间只差l m i n ，无法满足换乘需求，因而，调度员推迟接续列车在该站的发车时 间，以方便旅客换乘。 2 客运专线运输组织模式研究 图2 - 1 德国某站列车调整示意图 日本国铁民营化后，划片管理，新干线和既有线归同一公司经营，为吸引更多的客 流，开始设法减少旅客的换乘。东北新干线上已运行二合一的组合列车，由上野开出以 2 4 0 k m h 的速度运行至福岛，在福岛站一分为二，部分( 约6 辆组成) 下高速线，以1 4 0 k m h 的速度运行至山阳；另一部分( 约1 0 辆) 继续以2 4 0 k m h 的速度运行至盛冈。返回后在福 岛站二合一，回上野 5 1 , 8 7 1 。为此，山阳线已改造成既能运行窄轨列车，又能运行准轨列 车的线路。 ( 2 ) 高速线上运行多种不同速度等级的列车 日本的高速铁路全部为客运专线。最初日本高速铁路曾设想过同时运行货物列车， 但由于高速线采用准轨，而既有线系窄轨，故新干线( 高速铁路) 只能自成体系，非但不 能运行货物列车，一般旅客列车也不能上新干线。日本的高速铁路网中，东海道新干线 历史最长，也最具代表性。该线( 连同山阳新干线) 运行3 种不同速度的列车。其中“希 望”号2 7 0 k m h ，“光”号2 4 0 k m h ，“声”号2 2 0 k m h 。双向列车密度为2 8 2 列日( 东 北新干线约2 1 0 列e t ，上越新干线约1 8 0 列日) ；每小时单向最多运行1 l 列，其中“希 望”号1 列，“光”号7 列，“声”号3 列【5 l ，8 7 1 。 德国自1 9 7 1 年起在5 0 个城市间每小时开行1 列i