基于时空网络的周期与非周期混行列车运营组织优化

本书系统研究了我国高速铁路在复杂网络环境下的列车运营组织优化问题。针对高速铁路网络结构日益复杂、客流需求持续增长的现实背景，作者从周期列车与非周期列车协同运行出发，提出了兼顾规律性与灵活性的混行列车运行模式，从全局视角构建统一的优化框架。全书依托时空网络建模思想，依次探讨了三个方面的核心内容：一是建立周期与非周期混行列车时刻表优化模型，并设计基于拉格朗日松弛分解的高效算法；二是将车站径路纳入混行列车时刻表优化过程，构建兼顾列车运行与车站径路冲突的多目标混合整数规划模型；三是实现混行列车时刻表与动车组交路计划的协同优化，通过时空状态网络模型有效提升动车组运用效率与整体运行效能。 本书内容理论与实践结合紧密，研究方法严谨、创新性强，可为我国高速铁路行车组织与调度优化提供新的思路与技术支撑。本书适合交通运输工程、铁路系统工程、运筹与优化等领域的科研人员、工程技术人员及高校师生参考使用。

柴乃杰，男，博士，硕士生导师，入选长安大学青年英才计划，博士毕业于中南大学，澳大利亚纽卡斯尔大学联合培养，主要从事管理科学与工程、交通运营组织优化等领域教学科研工作，以第一作者在《Information Sciences》、《Transport Policy》、《Tunnelling and Underground Space Technology》、《Journal of Cleaner Production》、《Computers & Operations Research》、《Engineering Failure Analysis》、《铁道学报》、《铁道科学与工程学报》、《吉林大学学报（工学版）》等国内外重要期刊发表SCI/SSCI/EI/CSCD论文20余篇。主持陕西省自然科学基金1项、陕西省哲学社会科学基金1项、中央高校基本业务项目1项、研究生创新项目1项；参与多项国家自然科学基金项目等纵向课题，以及中国国家铁路集团有限公司等单位横向课题。

第1章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.1.1 研究背景 1
1.1.2 研究意义 4
1.2 国内外研究现状 6
1.2.1 周期列车时刻表问题研究现状 7
1.2.2 非周期列车时刻表问题研究现状 8
1.2.3 车站径路问题研究现状 10
1.2.4 动车组交路计划问题研究现状 12
1.3 研究内容及技术路线 14
1.3.1 研究内容 14
1.3.2 技术路线 15
第2章 混行列车时刻表综合优化关键要素分析 18
2.1 列车时刻表基本要素及优化流程概述 18
2.2 混行列车时刻表内涵界定 20
2.3 混行列车时刻表与车站径路的关联性分析 21
2.4 混行列车时刻表与动车组交路计划的关联性分析 23
2.5 本章小结 28
第3章 周期与非周期混行列车时刻表优化 29
3.1 问题描述 29
3.2 模型构建 31
3.3 模型重构 39
3.3.1 列车运行时空网络设计 39
3.3.2 基于时空网络的混行列车时刻表模型重构 42
3.4 拉格朗日松弛分解算法设计 47
3.4.1 拉格朗日松弛分解模型构建 48
3.4.2 拉格朗日松弛分解算法求解框架 50
3.4.3 模型对偶解求解子算法 51
3.4.4 模型可行解求解子算法 54
3.5 算例分析 56
3.5.1 小规模算例 57
3.5.2 大规模算例 68
3.6 本章小结 77
第4章 考虑车站径路的周期与非周期混行列车时刻表优化 79
4.1 问题描述 79
4.1.1 物理铁路结构与车站径路表示 80
4.1.2 空间网络表示 82
4.2 模型构建 83
4.2.1 模型假设与符号定义 83
4.2.2 目标函数与约束条件 85
4.3 模型重构 93
4.3.1 离散化时空网络构建 93
4.3.2 基于时空网络的模型重构 97
4.4 拉格朗日松弛分解算法设计 103
4.4.1 算法基本步骤 106
4.4.2 基于最短路径搜索的对偶解生成子算法 107
4.4.3 基于优先级的可行解生成子算法 111
4.5 算例分析 113
4.5.1 小规模算例 113
4.5.2 大规模算例 121
4.6 本章小结 131
第5章 考虑动车组交路的周期与非周期混行列车时刻表优化 132
5.1 问题描述 132
5.2 模型构建 134
5.2.1 模型假设 134
5.2.2 整数规划模型 135
5.3 模型重构 140
5.3.1 时间?空间?状态网络的构建 140
5.3.2 基于网络流的混合整数规划模型 144
5.4 拉格朗日松弛分解的求解方法 149
5.4.1 拉格朗日松弛分解 149
5.4.2 基于次梯度的迭代优化过程 152
5.4.3 下界最短路径算法 153
5.4.4 上界启发式算法 156
5.5 算例分析 161
5.5.1 小规模算例 161
5.5.2 大规模算例 170
5.6 本章小结 180
第6章 结论与展望 181
6.1 主要研究工作及结论 181
6.2 需要进一步研究的问题 183
参考文献 185