论文摘要
铁路规划是铁路科学建设与发展的首要环节和根本前提,而铁路网布局优化又是落实铁路科学规划的重要内容和手段。随着铁路大规模建设的展开,作为单位能耗小、污染少的铁路运输,正面临着发展的黄金机遇期。如何科学地规划铁路发展和有效的控制建设成本,是摆在我们面前亟待解决且关乎铁路行业发展乃至整个民生的重要课题。铁路网总规模界定是铁路通道布局方案优选的基础,它对铁路通道的布局优化具有控制和引导作用。本论文主要从铁路网规模测算和铁路通道布局优化两个层面对与之相关的理论和方法进行了深入研究,其主要研究工作和创新点包括:1.在铁路网规模总量测算方面,提出了基于旅客周转量换算系数的运输负荷法、基于相似地区分块类比的路网密度比较法以及基于工业发展与铁路建设间联动耦合关系的工业化进程比较法三种测算方法,通过实例分析得出了比较一致的测算结果。在可预见的铁路客运专线和货运专线建设的背景下,细致分析了各自在未来可达到的规模总量,通过扣除法和运输负荷法尝试性地预测了客货混线的规模,研究了不同旅客换算系数下的路网规模总量需求,并进一步探讨了其中的货运能力分担率及其当量里程。2.在铁路货运通道布局优化方法方面,首次从宏观层面提出并阐述了运用四阶段法来设计铁路货运通道布局的原理和方法。所提出的基于离散运输网络设计的铁路通道布局优化思想在一定程度上能很好取代以往以定性分析为主而忽视网络效应的铁路单项目规划法。3.在铁路货运通道网络设计理论方面,比较完整地论述了铁路货运通道的概念、形态及其特点,提出了在不同铁路通道建设项目选择下,其通过能力是呈现离散性变化的。考虑到既有一体化铁路网络设计模型难以实际求解的不足,论文提出了基于离散通道投资决策变量的双层铁路货运通道网络设计模型（BR NDP）,在上层规划中,把规划通道的吸引流量和既有路网弧段流量变化有机地融和在目标函数中,并把投资额度、运输需求满足程度和不同布局样式下的运营成本等因素一并体现在上层规划模型中。在下层规划方面,分别研究了一般的弧-路配流和点-弧配流模型,在此基础上,考虑到铁路车流不同于道路车流的特点,又分别研究了车流不可拆散下的配流模型和更为严格树形车流径路配流模型。综合两类配流方法的优缺点,既要保持OD的不拆散,又要保证大规模路网配流计算可实现,故文中提出了基于阻尼系数法的广义最短路配流算法。4.在多阶段铁路货运通道布局优化模型方面,考虑铁路五年一规划的滚动规划机制,分析了铁路投资建设在建设成本和运营成本上的规模经济效应,通过一组通道项目状态选择变量将多阶段项目投资费用和建设规模进行了有机结合,构建了兼顾客运专线建设的多阶段铁路货运通道网布局优化模型。该模型经实例证明具有较好的实际应用价值。5.以西部路网为背景,以兰渝通道、太中通道和哈临通道为重点决策项目,详细计算并分析了可能的通道方案组合,在案例的计算中还考虑诱发运量的处理方法,验证了模型和算法的有效性。
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致谢中文摘要ABSTRACT1 绪论1.1 研究的背景1.2 问题的提出1.3 国内外研究现状1.3.1 国外研究综述1.3.2 国内研究综述1.4 本文主要研究内容2 我国铁路网规模总量需求分析2.1 我国铁路网现状及存在的问题2.1.1 铁路网规模和布局现状分析2.1.2 路网布局存在的主要问题2.2 我国铁路货运周转量分析2.2.1 平均增长率法2.2.2 因素影响分析法2.2.3 市场份额分析法2.2.4 综合比较2.3 我国铁路旅客周转量分析2.3.1 平均增长率法2.3.2 因素影响分析法2.3.3 市场份额分析法2.3.4 综合比较2.4 运输负荷法的铁路网规模需求分析2.4.1 换算周转量的讨论2.4.2 旅客周转量换算系数的讨论2.4.3 换算密度的讨论2.4.4 运输负荷法的铁路网总需求2.5 路网密度比较法的铁路网规模需求分析2.6 工业化进程比较法的铁路网规模需求分析2.6.1 常见工业化的模式2.7 各种需求分析综合比较2.8 本章小结3 铁路网总量中货运能力占用比例3.1 铁路客运专线的需求分析3.2 铁路货运专线的需求分析3.3 铁路客货混线的需求分析3.4 铁路货运能力需求总量分析3.4.1 考虑旅客换算系数时铁路货运能力需求总量分析3.4.2 考虑延展里程时铁路货运能力需求总量分析3.5 本章小结4 我国铁路货运通道分析4.1 我国铁路货运通道的特点4.1.1 货运通道的定义4.1.2 货运通道的类型4.2 煤炭运输通道分析4.2.1 全路煤炭运输需求分析4.2.2 煤炭运输通道预测4.3 大区域之间的货运通道分析4.4 港口和口岸后方通道分析4.4.1 港口后方通道建设4.4.2 口岸后方通道建设4.5 货运网络结构改善所需要的连接通道4.6 本章小结5 铁路货运通道布局优化的四阶段方法研究5.1 四阶段法步骤流程5.2 区域货运量生成预测5.2.1 区域划分考虑的因素5.2.2 货运量生成调查小区划分的原则5.2.3 区域货运量生成预测的方法5.3 区域货运量分布预测5.4 铁路运输方式的份额划分5.5 定性的货运通道规划初始设计方案5.5.1 定性路网设计方法介绍5.5.2 定性路网设计方法的缺点5.5.3 初始设计方案5.6 铁路货运通道网络流量分配与方案评价5.7 本章结论6 铁路货运通道的网络设计问题建模6.1 运输网络设计问题6.2 铁路通道能力变化的离散性6.2.1 铁路货运通道的主要类型6.2.2 能力改变与线路等级的关系6.3 一体化离散铁路网设计模型6.3.1 铁路网络设计问题的变量及参数6.3.2 RNDP的数学表达式6.3.3 RNDP的特点分析6.4 铁路货运通道布局的双层规划模型6.4.1 相关符号及意义6.4.2 双层规划的数学模型6.5 基于点弧配流公式的下层规划模型6.6 基于车流不可拆分的下层规划配流模型6.6.1 变量及相关参数的定义6.6.2 模型的构建6.7 基于树形径路的下层规划配流模型6.7.1 始发直达流分配的不拆散特点6.7.2 技术车流占用货运通道能力的树形车流径路6.7.3 基于树形径路的配流模型的数学表达式6.8 基于广义最短路及阻尼系数的配流算法6.9 本章小结7 多阶段铁路货运通道布局研究7.1 多阶段投资决策问题的提出7.2 多阶段投资的规模经济效应7.3 多阶段铁路货运通道网布局优化模型7.4 算例分析7.5 模型特征分析7.6 本章小结8 基于西部路网背景的算例研究8.1 西部路网背景及规划通道货运需求构成分析8.1.1 备选通道概况8.1.2 相关路网结构8.1.3 弧段能力里程8.1.4 西部路网规划通道相关货运需求构成分析8.2 建设项目变量选择8.2.1 哈临通道的决策变量8.2.2 太中通道的决策变量8.2.3 兰渝通道的决策变量8.3 规划期内支点间OD及空流生成方法8.3.1 案例路网上的O-D量设定8.3.2 规划流量对应的空车流量生成8.3.3 不同项目诱发运量和非铁路运输方式转移运量的生成8.4 阻尼配流与两种极端布局方案分析8.4.1 既有路网无能力约束条件下的配流8.4.2 阻尼系数的设置8.4.3 规划通道全不建情况下不满足运输需求费用的分析8.4.4 规划通道全不建条件下的配流费用分析8.4.5 规划通道全建条件下的配流费用分析8.5 方案预优化及组合方案设计8.6 通道布局组合方案效果分析8.6.1 方案一:仅建太中线单线、兰渝线单线8.6.2 方案二:仅建太中线双线、兰渝线单线8.6.3 方案三:仅建太中线单线、兰渝线双线8.6.4 方案四:仅建太中线双线、兰渝线双线8.6.5 方案五:建哈临线单线、太中线单线、兰渝线单线8.6.6 方案六:建哈临线单线、太中线双线、兰渝线单线8.6.7 方案七:建哈临线单线、太中线单线、兰渝线双线8.7 算例结果分析9 结论9.1 本文研究的主要结论及创新点9.2 有待进一步研究的问题参考文献附录A: 重车流OD附录B: 空车流OD附录C: 无能力约束的配流结果附录D: 设置阻尼系数后的配流结果附录E: 规划通道全建条件下的配流结果附录F: 方案一配流结果详表附录G: 诱发、转移运量详表附录H: 嘉峪关→武威南车流构成明细攻读博士学位期间取得的研究成果作者简历学位论文数据集
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