匯報人：張星臣教授2018.01.25高速鐵路運營管理學科成果調

研與前瞻性研究探討高鐵聯合基金二期項目指南研討會目前一頁\總數三十六頁\編于二十三點高速鐵路運營管理學科成果調研與前瞻性研究探討1.課題研究背景目前二頁\總數三十六頁\編于二十三點項目研究背景2001-2016年鐵路運營里程保持3.6%的復合增長率網絡結構網絡規模基礎條件組織形式多元時變目標環境復雜全路與高鐵運營里程高速鐵路線網運營的基礎條件：網絡結構、規模、組織形式目標環境：多元、時變、復雜1“十三五”期間鐵路運營的基礎條件和目標環境發生變化（研究應與之適應）目前三頁\總數三十六頁\編于二十三點項目研究背景既有信息技術手段為新形勢下高鐵運營管理的理論與實踐研究提供基礎23未來國家經濟發展戰略和鐵路行業發展方向2017年1月，鐵路總公司確定了“強基達標、提質增效”的工作主線，強調需著力深化運輸供給側結構性改革，提高鐵路服務質量和經營效益。面向全局的運輸能力保障和提高是推進運輸供給側結構性改革，全面提升服務質量的首要任務和重要內容。鐵路專用信息網、物聯網體系的廣泛使用和逐步完善，大數據、云計算、GPU集群運算等信息技術的日臻完善，對于解決長期困擾和制約鐵路運輸組織優化的大規模和實時性等復雜問題，有了突破和創新的可能。目前四頁\總數三十六頁\編于二十三點項目研究背景未來5~10年的研究重點為滿足新形勢下鐵路運輸的需求，亟需梳理當前運輸管理學科研究領域的脈絡，以適應行業發展特點，契合學術探索熱點，明確未來5~10年的研究重點。因此，應當明確運輸管理學科基礎領域與應用技術的發展，引領高鐵運輸行業發展，推進國家“一帶一路”戰略的實施。規劃層(Planning)計劃層(Scheduling)執行層(Re-scheduling)線網規劃，樞紐布局客流、列車方案、運行計劃、車輛、乘務周轉調度計劃，實時調整方案資源配置調度調整能力利用客流分析場站設計新理念新思路新技術新手段目前五頁\總數三十六頁\編于二十三點高速鐵路運營管理學科成果調研與前瞻性研究探討2.項目實施方案與進展目前六頁\總數三十六頁\編于二十三點項目實施方案與進展項目組織西南交通大學北京航空航天大學北京交通大學北京交通大學負責本項目組織分工123西南交通大學項目主要參與者北京航空航天大學項目主要參與者協調與合作協調與合作協調與合作目前七頁\總數三十六頁\編于二十三點項目實施方案與進展近五年高鐵研究方向的學術成果與理論創新高鐵運輸管理學科及部分相近管理學科領域，如航空、煤炭、海運鐵路行業內外主要研究與應用單位，如鐵科研、中國礦大等時間范圍領域范圍調研涉及機構調研范圍目前八頁\總數三十六頁\編于二十三點項目實施方案與進展第一類第二類第三類第四類第五類第六類高鐵項目一期主要研究人員近五年鐵路總公司支持項目的負責與參研人員近幾年來國家自然科學基金委支持項目的負責與參研人員鐵路行業內一線研究機構與人員相近行業內主要研究機構與人員國外運輸管理學科頂尖研究機構、科研人員訪談對象目前九頁\總數三十六頁\編于二十三點項目實施方案與進展專家訪談學術座談文獻搜集實地考察網絡視頻會議調研方式通過面對面交談的方式，和相關領域專家進行研究性交談，搜集該研究的領域客觀準確的事實材料，準確地窺探在各個研究鄰域目前的研究現狀和趨勢。通過定期組織學術座談會，針對鐵路運輸管理學科研究內容不清晰、趨勢不明確的方向，對某研究方向進行的訪談并深入交流，最終達成一致性的觀點。充分利用現有數據資源，確立檢索策略和檢索工具，收集、分析、研究統計資料和報道資料，運用文獻檢索該鄰域相關數據庫以及頂尖期刊收藏的刊載論文。通過對高鐵運輸生產一線企業實地考察，調研分析當前運輸生產過程中的主要問題和迫切需要解決的關鍵問題，考察科研成果在生產企業的推廣應用情況。通過組織網絡視頻會議，可以聯合國內外眾多專家學者，隨時隨地對調研內容深入交流，實現在兩點和多點間實時信息互動，根據實際可采取多種形式。目前十頁\總數三十六頁\編于二十三點高速鐵路運營管理學科成果調研與前瞻性研究探討3.調研成果與意見建議目前十一頁\總數三十六頁\編于二十三點3.1項目資助總體情況分析鐵路運營管理領域項目總體情況1996-2016

期間年度支持的項目分布“十一五”期間，隨著京滬高速的開通運營，鐵路運營管理領域處于起步發展階段，項目數和資金穩步增長；“十二五”期間，高速鐵路快速發展，相關研究進入快速增長階段，尤其在2012年，項目數量和資金占比達到頂峰。目前十二頁\總數三十六頁\編于二十三點3.1項目資助總體情況分析鐵路運營管理學科各領域的支持情況按項目數量別按資金力度別從不同領域項目資助經費來看，目前我國高速鐵路運營管理學科的研究中，開行方案、調度調整以及運行圖方向投資經費較多從不同領域項目數量來看，目前我國高速鐵路運營管理學科的研究中，開行方案、調度調整以及運行圖方向項目數量較多安全能耗大數據目前十三頁\總數三十六頁\編于二十三點3.2項目資助研究成果分析鐵路運營管理學科各領域

研究成果分析期刊645篇會議論文183篇著作20篇獎勵19項專利5項結題項目成果情況各研究領域的成果對比目前十四頁\總數三十六頁\編于二十三點

項目一：高速鐵路出行需求分析與服務網絡設計

——北京交通大學(聶磊)

項目二：成網條件下高速鐵路列車開行方案設計理論與方法研究——中南大學(史峰)3.3高鐵聯合基金“一期”項目情況產品設計供需匹配組織優化構建多層次服務網絡出行需求為驅動列車開行方案為載體綜合客票營銷方案列車開行方案節點疏散中轉方案客票營銷方案設計列車開行方案兼顧服務水平與組織效率合理安排列車組織方案出行需求時變數據目標層服務水平組織效率數據層理論突破模型算法實現層成網列車開行方案應用層項目三：高速鐵路調度指揮系統協同理論、預警機理、報警控制及可靠性評價研究——西南交通大學(彭其淵)評估調度指揮協同適應性調度系統協同理論調度預警機理與報警控制調度過程可靠性評價調度系統協同理論調度要素評估理論調度過程優化理論評估控制預警目前十五頁\總數三十六頁\編于二十三點

項目一：高速鐵路出行需求分析與服務網絡設計

——北京交通大學(聶磊)

項目二：成網條件下高速鐵路列車開行方案設計理論與方法研究——中南大學(史峰)3.3高鐵聯合基金“一期”項目情況項目三：高速鐵路調度指揮系統協同理論、預警機理、報警控制及可靠性評價研究——西南交通大學(彭其淵)研究成果：期刊論文(51)，會議論文(12)，著作(3)，獎勵(1)；

綜合交通運輸系統組織管理智能化平臺和綜合交通運輸系統安全保障技術應用平臺；

高速鐵路綜合調度指揮仿真實驗系統。研究成果：期刊論文41篇；專利6個。研究成果：期刊論文40篇；培養研究生16個；高速鐵路列車開行方案優化編制系統和高速鐵路列車開行方案評估系統。序號專利名稱發明人1基于客流動態分配的高鐵網絡能力適用性評價方法史峰;徐光明;趙爍;鄧連波;秦進;周文梁2基于客流動態分配的高鐵列車開行方案評價方法史峰;蘇煥銀;周文梁;秦進;鄧連波3基于非直線系數的跨線列車開行路徑確定方法史峰;胡心磊;鄧連波;周文梁;秦進;趙爍4基于客流動態分配的高鐵網絡能力適用性評價方法史峰;徐光明;趙爍;鄧連波;秦進;周文梁5一種基于區間斷面客流的高鐵列車開行方法史峰;徐光明;趙爍;秦進;鄧連波;周文梁6基于客流動態分配的高鐵列車開行方案評價方法史峰;蘇煥銀;周文梁;秦進;鄧連波目前十六頁\總數三十六頁\編于二十三點3.4研究熱度及趨勢分析高鐵運營管理學科各領域研究熱度及趨勢對比動車組運用維修，高鐵通過能力，列車調度調整、開行方案設計，運行圖編制等領域的研究熱度都較大。但動車組維修、高鐵通過能力這兩個領域在歷年來的基金支持力度較小，這幾個領域需要在基金支持力度上予以關注。目前十七頁\總數三十六頁\編于二十三點研究專題1：列車開行方案&服務網絡設計3.4研究熱度及趨勢分析高鐵列車開行方案編制1開行方案編制的研究多是基于給定的歷史客流，構建多目標和雙層規劃模型，通過模擬退火、遺傳算法等啟發式算法進行進行車、流匹配。當前研究重點開行方案編制的研究呈現的發展趨勢：研究規模從單條線路向整體網絡擴展、客流需求從靜態向動態化、精細化發展、目標函數從單目標向多目標升級，并協同考慮運輸能力。相應的求解算法也從單一化向混合化、從單階段向多階段發展。未來研究方向研究對象以既有線、客運專線、單條高速線路為研究對象的較多，以復雜程度更高的快速客運網絡列車開行方案優化為研究對象的較少客流性質基于確定的客流OD值建立確定性模型及其算法的研究較多，而基于隨機客流OD建立隨機優化模型及其算法設計的研究較少模型算法綜合考慮各目標之間相對重要度的解法比較少；將運輸能力與客運需求進行協調匹配的開行方案優化研究較少目前十八頁\總數三十六頁\編于二十三點3.4研究熱度及趨勢分析目前列車運行圖編制優化采用的技術路線主要分為三種：模擬技術、人工智能方法、運籌學方法；數學算法的設計研究成果更多，主要有隨機規劃法、周期時間規劃法(PESP)、滾動時間窗法、分層疊加鋪劃法、時間循環迭代法、遺傳算法、分支界定法、定序優化法、模糊數學規劃法等。當前研究重點研究專題2：列車運行圖\列車運行計劃理論技術針對既有線的編圖理論及技術研究較多，針對高鐵的較少數據來源高速鐵路已體現出使用先進數據分析和處理技術的迫切需要，但對采用數據挖掘技術優化列車運行圖的研究依舊欠缺編制方法既有列車運行圖編制系統的自動化程度與實際要求相比還有較大差距列車運行圖的研究呈現的發展趨勢：研究規模從單條線路向整體網絡擴展、研究基于數據挖掘的列車時刻表優化技術；運行圖研究向規格化、周期性方向發展。未來研究方向目前十九頁\總數三十六頁\編于二十三點3.4研究熱度及趨勢分析目前關于列車調度調整的研究可以分為微干擾條件下列車運行調整和嚴重干擾條件下列車運行調整；宏觀層面的列車運行調整和微觀層面的列車運行調整；代表性方法：模擬方法、基于離散事件動態系統理論方法(DEDS)、運籌學方法(OR)、人工智能方法(AI)。重點研究方向研究專題3：列車調度指揮主要針對較小的、已知干擾條件下的列車運行進行調整，對嚴重干擾條件、不確定干擾下列車運行實時調整問題進行的研究相對較少。干擾類型方面主要是從宏觀層面上對問題進行建模，從而從微觀層面上建立干擾條件下列車運行實時調整模型的相對較少。模型構建方面列車調度調整的研究呈現的發展趨勢：將大數據技術應用到列車延誤治因機理分析；注重宏觀層面與微觀層面相結合，考慮網絡能力利用；調度方法的智能化發展。未來研究方向注重對調整方法的研究，而對列車延誤和晚點的形成和傳播機理研究較少。理論基礎方面目前二十頁\總數三十六頁\編于二十三點3.4研究熱度及趨勢分析在能力利用方面：由挖潛擴能向增質提效轉移，加強能力的保障在指標評價方面：由粗放估計向精細量化轉變，提升決策質量在優化要求方面：由針對單一線路（區段）的孤立的單向能力利用優化，向面向全網的，立體綜合優化擴展，放眼全局，實現最優在技術手段方面：由傳統的基于經驗操作的分析手段向數據融合升級，最大化利用現場先進生產組織經驗重點研究方向研究專題4：運輸能力綜合利用目前二十一頁\總數三十六頁\編于二十三點3.4研究熱度及趨勢分析對高速鐵路動車組運用計劃編制問題研究主要圍繞運用模式、交路計劃編制、運用計劃編制模型及算法、計劃綜合優化等幾個部分進行，并逐漸由細化為“交路計劃”和“檢修計劃”。乘務計劃編制問題，主要包括乘務交路計劃和乘務排班計劃。重點研究方向研究專題5：運力資源優化配置研究對象大多局限于單一的線路或既有的條件,研究所考慮的因素、計劃編制的方式等方面均難以適應成網的要求管理模式存在動車組車型較多、運用效率有待提高、檢修地能力階段緊張、長途列車出現過修或失修困境等問題運用計劃目前將交路計劃和排班計劃獨立考慮研究的較多，綜合考慮優化能的較少運力資源優化配置的研究呈現的發展趨勢：將資源運用與檢修協同優化；考慮主機廠和路局檢修基地能力和春運用車需求的高級修計劃協同優化編制模型研究未來研究方向目前二十二頁\總數三十六頁\編于二十三點3.5二期指南建議

結合行業研究背景、現有研究不足、重點研究方向對高鐵運輸管理提出未來5~10年需要開展的基礎研究建議。

包含理論創新和技術突破兩個層面，涵蓋高速鐵路能力的利用與加強、高速鐵路運行組織計劃、調度調整和運力資源配置等具體問題。目前二十三頁\總數三十六頁\編于二十三點3.5二期指南建議規劃層(Planning)計劃層(Scheduling)執行層(Re-scheduling)鐵路管理學科經濟、計算機、通信信號、機械、電子學科4高速鐵路網與既有線網能力利用的協調優化研究3需求驅動下考慮區域協同的高速鐵路規格化列車運行圖編制技術6基于網絡能力利用的高速鐵路列車運行調整智能化理論與方法7高速鐵路運力資源動態優化配置研究2考慮動力資源協同的服務網絡構建與動態調整技術5基于大數據融合分析的高速鐵路運輸能力與客運需求協調匹配研究1

新型高鐵綜合交通樞紐運輸組織優化技術與方案研究8全路動車組高級修檢修計劃協調優化與高級修檢修能力規劃研究9高鐵運營綜合效能理論與提升技術研究目前二十四頁\總數三十六頁\編于二十三點需要研究高鐵成網條件下，城市鐵路客運樞紐內各客運站點的合理分工、能力配置和運輸組織優化理論和方法高鐵成網條件下，城市鐵路客運樞紐內車站的合理分工、能力配置的優化方法13.5項目指南建議-項目1新型高鐵綜合交通樞紐運輸組織優化技術與方案研究需要研究以高速鐵路客運站為依托的新型綜合交通樞紐和城市、土地、交通的互動機理與耦合關系，建立交通規劃為先導、城市規劃相結合的樞紐規劃理論與方法綜合交通樞紐多種交通運輸方式聯動協同及運營管理的方法2需要研究融合現代交通設計與建筑設計理論和方法，集合樞紐布局、交通設施容量、客運組織方案及內外交通一體化的綜合設計關鍵技術用于綜合交通樞紐規劃、設計和運營管理全周期的綜合評價體系3需要研究常態及非常態條件下的樞紐客運組織、多方式的銜接換乘組織技術，提出新型綜合交通樞紐的客運組織優化方案綜合交通樞紐一體化仿真方法及關鍵技術4目前二十五頁\總數三十六頁\編于二十三點研究高速鐵路快捷貨物運輸的物流化特征，探討物流化發展的趨勢高速鐵路快捷貨運物流化表征研究13.5項目指南建議-項目2考慮運力資源協同的服務網絡構建與動態調整技術與公路和航空產品進行對比，研究高鐵貨運產品定價及其體系高速鐵路快捷貨運物流服務產品與價格體系研究2研究高鐵成網條件下貨運運輸的組織技術基于網絡服務的高速鐵路快捷貨運組織理論與方法研究3以龐大的高鐵運輸網絡為基礎，研究如何帶動社會物流網絡高速鐵路快捷貨運網絡與社會物流網絡協同研究4目前二十六頁\總數三十六頁\編于二十三點研究基于區域協同的成網條件下高速鐵路規格化列車運行圖編制創新理論基于區域協同的高速鐵路列車運行圖編制原理13.5項目指南建議-項目3需求驅動下考慮區域協同的高速鐵路規格化列車運行圖編制技術從本質上揭示高速鐵路供需耦合及流線協同的機理，完善高速鐵路旅客列車服務設計理論高速鐵路供需耦合及流線協同機理分析2以“大數據”時代海量客流信息為支撐，以旅客需求與列車服務的最佳匹配為導向基于數據挖掘的列車時刻表優化技術3研究提出高速鐵路規格化列車運行圖編制優化成套技術方法高速鐵路規格化列車運行圖編制理論及關鍵技術4開發面向需求的列車運行圖計算機編制系統面向需求的列車運行圖智能化編制系統開發5目前二十七頁\總數三十六頁\編于二十三點3.5項目指南建議-項目4互聯互通規劃層“兩網”能力內聚耦合機理與點線布局優化轉移轉化計劃層執行層“兩網”能力協調協作模式與需求服務網絡設計優化“兩網”能力轉移轉化規律與運力資源調配優化協調協作既有線網高鐵線網“兩網”能力評價理論與關鍵技術研究路網完備條件下兩網利用的匹配、完善與加強研究技術支撐理論體系成果目標12345達到“強基達標”響應“一帶一路”戰略，高速鐵路網與既有線網能力利用的協調優化研究目前二十八頁\總數三十六頁\編于二十三點基于旅客出行鏈，研究成網運營高速鐵路客運需求及其時空變化特征的精細化分析理論和方法面向旅客全程出行鏈的高速鐵路客運需求分析方法13.5項目指南建議-項目5基于大數據融合分析的高速鐵路運輸能力與客運需求協調匹配研究研究高速鐵路列車運行圖數據的綜合運用，融合客流大數據，研究高速鐵路列車開行方案、列車運行圖與客流的匹配性、適應性基于多源異構大數據融合的高速鐵路列車開行效率分析方法2基于客流特征，研究高鐵成網條件下運行線銜接優化技術基于客流特點的成網運行的高速鐵路列車運行線銜接優化方法3提出高速鐵路列車運行計劃綜合分析評估的理論和方法基于列車運行圖與客流數據融合的高速鐵路列車開行方案優化方法4目前二十九頁\總數三十六頁\編于二十三點研究基于最優化、大數據、數理統計等理論和技術高速鐵路列車運行實績的大數據分析技術13.5項目指南建議-項目6基于網絡能力利用的高速鐵路列車運行調整智能化理論與方法研究高速鐵路晚點致因模型高速鐵路列車運行延誤致因模型2揭示高速鐵路列車延誤的鏈式演化機理高速鐵路列車運行延誤鏈式機理3研究高速鐵路列車運行延誤恢復模型基于高速鐵路列車運行實績大數據的延誤恢復模型5建立高速鐵路智能化列車運行調整智能優化理論與方法高速鐵路智能化列車運行調整優化理論與方法6提出高速鐵路列車運行延誤鏈斷鏈機制高速鐵路列車運行延誤鏈斷鏈機制4目前三十頁\總數三十六頁\編于二十三點通過優化配置運力資源能夠充分挖掘高速鐵路能力，提高成網條件下固定設備、移動設備利用效率面向運用效率的高速鐵路運力資源運用模式研究13.5項目指南建議-項目7高速鐵路運力資源動態優化配置研究優化動車段（所）及動車組合理配置基于任務覆蓋關系的動車段（所）布局與能力協調優化方法2解決動車組運用與檢修一體化編制問題高速鐵路運力資源運用與檢修協同優化理論與方法3研究動車組運用檢修與列車運行計劃反饋調整問題動車組運用檢修與列車運行計劃反饋關系研究4目前三十一頁\總數三十六頁\編于二十三點動車組高級修規律和檢修特性分析13.5項目指南建議-項目8全路動車組高級修檢修計劃協調優化與高級修檢修能力規劃研究節假日期間高鐵客流及動車組需求變化機理研究2避開節假