陳 韜，田方曉，任瑞銀，申宏楠，謝恩雨

高速鐵路線網(wǎng)能力研究綜述

陳 韜1, 2, 3，田方曉4，任瑞銀5，申宏楠5，謝恩雨1, 2, 3

（1. 西南交通大學，交通運輸與物流學院，成都 611756；2. 綜合交通大數(shù)據(jù)應用技術國家工程實驗室，成都 611756；3. 綜合交通運輸智能化國家地方聯(lián)合工程實驗室，成都 611756；4. 北京交通大學，交通運輸學院，北京 100044；5. 中國國家鐵路集團公司運輸部，北京 100044）

高速鐵路線網(wǎng)能力研究對滿足客運需求、優(yōu)化高速鐵路運輸組織有著重要意義。本文在總結(jié)和分析高速鐵路線網(wǎng)能力利用技術特征、國內(nèi)外高速鐵路線網(wǎng)能力研究現(xiàn)狀的基礎上，分析我國高速鐵路線網(wǎng)在線網(wǎng)能力內(nèi)涵、計算方法、協(xié)調(diào)評估等方面的不足，提出以滿足高速鐵路線網(wǎng)能力利用特性為目標，構(gòu)建包含高鐵線網(wǎng)運能利用機理、滿足服務質(zhì)量水平的高鐵線網(wǎng)運能計算方法、高鐵線網(wǎng)運能協(xié)調(diào)原理與評估方法、高鐵線網(wǎng)能力利用仿真技術研究的高速鐵路線網(wǎng)能力優(yōu)化理論與方法體系，為高速鐵路運輸組織實踐提供理論依據(jù)。

高鐵鐵路；線網(wǎng)能力；點線能力；能力計算方法；協(xié)調(diào)性

0 引 言

高速鐵路建設是擴大我國鐵路有效供給、提升鐵路服務品質(zhì)的重要途徑，也是推進全面建成小康社會的重要保障。隨著我國高速鐵路網(wǎng)絡的不斷發(fā)展和完善，如何高效利用高速鐵路線網(wǎng)運輸能力，充分發(fā)揮高速鐵路成網(wǎng)優(yōu)勢，滿足高速鐵路成網(wǎng)帶來的快速增長客流需求是值得深入研究的問題。

本文深入探討我國高鐵線網(wǎng)運能利用與普速鐵路線網(wǎng)相比存在的新技術特性，總結(jié)國內(nèi)外高鐵線網(wǎng)能力研究現(xiàn)狀及成果，分析我國高鐵線網(wǎng)能力研究在基礎理論、計算方法研究方面的不足，提出高鐵線網(wǎng)能力研究的新趨勢和新問題，為進一步提升以網(wǎng)絡化運營為主的高鐵運輸服務提供參考。

1 高鐵線網(wǎng)能力利用技術特性分析

高速鐵路線網(wǎng)是指在一定空間范圍內(nèi)互相聯(lián)結(jié)的點（車站、樞紐、動車所）以及“線”（高鐵干線、區(qū)域支線、城際線）所構(gòu)成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。隨著我國高速鐵路成網(wǎng)運行，在運能利用上具有以下一些新的特性：

（1）高鐵線網(wǎng)運能利用的時空不均衡性較為突出

高鐵線網(wǎng)目前主要承擔客運業(yè)務，而我國客流存在著較大的時間波動性及空間波動性，這就使得高鐵線網(wǎng)運能在時空的利用上存在不均衡性，尤其在客流高峰時段，線網(wǎng)運能存在較大壓力。

（2）高鐵線網(wǎng)運能利用的可靠性要求較高

旅客對高速鐵路服務質(zhì)量要求較高，特別是安全性及準點率，因此，高鐵線網(wǎng)運能利用要充分平衡運能利用效率與彈性，保證有較高的可靠性。

（3）高鐵線網(wǎng)運能利用受動車所布局及作業(yè)能力的影響

動車所是高鐵線網(wǎng)系統(tǒng)的一個組成部分，其在線網(wǎng)中布局的位置、數(shù)量以及作業(yè)能力，會直接影響高鐵線網(wǎng)運能的利用效果，如無動車所直接相連的客運站開行的始發(fā)終到列車可能會存在出入動車所的折返空走，從而占用線網(wǎng)能力。

（4）高鐵線網(wǎng)運能利用受點、線能力協(xié)調(diào)程度的制約

通常情況下，普速鐵路線路網(wǎng)運能協(xié)調(diào)瓶頸是線路區(qū)間，而高鐵路網(wǎng)運能利用的瓶頸是客運站，其主要原因為：① 高速列車在區(qū)間以高速度單向運行、追蹤間隔時間短、區(qū)間通過能力大，但高速列車在車站內(nèi)運行速度慢、作業(yè)環(huán)節(jié)多、進路干擾大，容易成為能力瓶頸。② 高鐵樞紐站多方向接發(fā)列車，容易出現(xiàn)列車密集到發(fā)、客流高度集中、設備高強度使用的高峰時段，也容易成為能力瓶頸。

（5）高鐵線網(wǎng)運能利用效果受客流組織模式的制約

已有研究表明[1]，不同的運輸組織模式對高鐵線網(wǎng)能力利用有不同的影響。以旅客大站之間點對點的直達運輸組織為主時，容易產(chǎn)生長運行線列車，而長運行線在天窗附近產(chǎn)生無法有效利用的三角區(qū)，從而浪費線網(wǎng)運能，且不容易實現(xiàn)快速調(diào)整。以旅客大站客流中轉(zhuǎn)換乘組織為主時，對線網(wǎng)區(qū)段能力的利用較為充分，容易快速調(diào)整。

由以上分析可以看出，高鐵線網(wǎng)不僅需要滿足時空動態(tài)變化的客流運量需求，還要滿足可靠性、便捷性等服務質(zhì)量需求。而高鐵線網(wǎng)運能是高鐵線網(wǎng)內(nèi)高鐵車站、線路區(qū)間、動車所等點線子系統(tǒng)能力協(xié)調(diào)的整體結(jié)果。因此，圍繞著高鐵線網(wǎng)系統(tǒng)，在運能領域國內(nèi)外的相關研究可歸納為以下幾個方面：高鐵線網(wǎng)能力內(nèi)涵研究、高鐵線網(wǎng)運能計算方法研究、高鐵線網(wǎng)協(xié)調(diào)評估方法研究、高鐵線網(wǎng)運能適應性方法研究等。

2 高鐵線網(wǎng)能力國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 高鐵線網(wǎng)能力內(nèi)涵研究

高速鐵路線網(wǎng)能力內(nèi)涵是研究線網(wǎng)能力的定義、類型、發(fā)展規(guī)律等。高速鐵路線網(wǎng)能力內(nèi)涵與普速鐵路線網(wǎng)能力內(nèi)涵密切相關。

Clarke[2]將鐵路路網(wǎng)系統(tǒng)能力定義為一定時間內(nèi)整個鐵路網(wǎng)所完成的運輸量。施其洲[3]認為路網(wǎng)系統(tǒng)運輸能力為在現(xiàn)有固定設備、活動設備、人力、一定運輸需求及車流路徑分配方案和行車組織水平條件下，單位時間內(nèi)鐵路網(wǎng)絡系統(tǒng)在整體上最大可能的運輸產(chǎn)品生產(chǎn)能力，即鐵路網(wǎng)絡系統(tǒng)運輸能力。何世偉等[4]基于現(xiàn)有固定設備、活動設備、人力、一定運輸組織方法和行車組織水平，提出了總體運輸能力、路網(wǎng)系統(tǒng)總體有效運輸能力、路網(wǎng)系統(tǒng)潛在運輸能力的概念。姚迪[5]定義為在一定的路網(wǎng)設施設備以及人員條件下，充分利用既有技術設備，采取一定行車組織方法，在單位時間內(nèi)高速鐵路網(wǎng)絡能完成的總運輸量，是由通過能力和輸送能力協(xié)同利用形成的綜合運輸能力。通過上述定義可以看出，目前關于高速鐵路線網(wǎng)能力的定義側(cè)重于在一定設施設備、組織方法等條件下單位時間內(nèi)高鐵路網(wǎng)所能完成的最大運輸量，是指在一定的運輸組織方法和行車組織水平下，單位時間內(nèi)，某區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)揮最大運輸效率可提供的運輸產(chǎn)品能力。

高鐵線網(wǎng)能力是多種影響因素共同作用的結(jié)果，通過協(xié)調(diào)這些因素之間的關系，可以實現(xiàn)高鐵線網(wǎng)能力的最大化利用，何世偉、姚迪、李曉娟、雷中林[4-7]等都對其進行了研究，認為影響高鐵線網(wǎng)能力的影響因素包括旅客出行特征和需求、高鐵線網(wǎng)規(guī)模和結(jié)構(gòu)分布、線網(wǎng)子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)性和整體性、車站和線路區(qū)段運輸能力、服務水平、車流徑路等；同時高鐵線網(wǎng)能力具有客觀性、時效性、相關性、可變性、減幅性、子系統(tǒng)能力轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化性等特性。

在線網(wǎng)能力體系方面，國外學者認為線網(wǎng)運輸能力的計算取決于它的利用方式，并提出了能力運用場景的概念，能力運用場景由列車類型、車流強度、列車到發(fā)方向等參數(shù)確定。歐洲UIC（國際鐵路聯(lián)盟）針對不同的能力運用場景，將通過能力分為理論能力、實際能力、有效能力等，參見文獻[8-12]。國內(nèi)研究中，周永富[13]提出把運輸能力規(guī)定為日常使用能力和儲備能力之和，這樣能夠比較合理的掌握鐵路能力情況。彭其淵[14]針對高鐵特點，提出了時段能力的概念，并將高鐵能力分為區(qū)間通過能力、最小通過能力、限制通過能力、黃金時段通過能力、高峰時段通過能力、平穩(wěn)時段通過能力、沒有緩沖時間的高峰時段通過能力、常量緩沖時間的高峰時段通過能力等類型。

2.2 高鐵線網(wǎng)能力計算方法研究

高鐵線網(wǎng)能力利用的基礎是高鐵線網(wǎng)能力的計算。對應“點”、“線”、“網(wǎng)”三個層面，其運輸能力計算的研究主要為：車站及樞紐通過能力計算、區(qū)間及線路通過能力計算、線網(wǎng)運輸能力計算。長期以來，高鐵車站、樞紐、線路等系統(tǒng)的運輸能力得到了大量的研究，主要沿用的是既有線車站、線路運輸能力計算思路，而針對動車所、高鐵線網(wǎng)的運輸能力研究較為缺乏。

國外研究中，主要側(cè)重于在準確構(gòu)建線網(wǎng)各種約束條件后計算線路能力，比較適用于規(guī)模較小的線網(wǎng)。Khan[15]從能力以及缺陷兩方面提出采用分析法對用多種影響線網(wǎng)能力的因素進行分析以評估鐵路運輸能力，包括路網(wǎng)組成設備、機車車輛類型、列車運輸速度等，研究結(jié)果表明運輸能力受到多種因素共同影響。Morlok[16]建立了以綜合交通運輸系統(tǒng)能力計算的數(shù)學模型，在各種交通模式、子系統(tǒng)設備能力等約束條件下實現(xiàn)綜合交通運輸系統(tǒng)的最大能力。Lim[17]提出建立一種分析鐵路網(wǎng)的仿真建模方法，適用于單、雙線鐵路及不同規(guī)模的鐵路網(wǎng)。Clarke[18]評估了延誤及線路運輸能力對流量的影響。Quan等[19]采用圖解技術建立復雜鐵路模型，建立了描述列車及其徑路的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提出可在符合約束條件情況下使用deadlock-free算法使每列車用最少時間到達目的地。Morlok、Burdett等[20, 21]綜合考慮了子系統(tǒng)能力、資源約束、運輸成本等因素，構(gòu)建了以系統(tǒng)總能力最大為目標的模型。

國內(nèi)研究中，大多簡化了線網(wǎng)細節(jié)約束，且更多借鑒了道路交通流量相關理論及計算思路進行計算，側(cè)重于研究適應交通流量的線網(wǎng)能力。張紅斌等[22]提出鐵路運輸服務質(zhì)量是鐵路運輸管理的重要方面，并與通過能力密切相關，最終提出了基于人工智能、模糊集方法和多重優(yōu)化方法的鐵路基礎設施管理混合模型。鄭亞晶等[23]認為需要通過有OD流經(jīng)過的線路最大值計算路網(wǎng)能力，在此基礎上構(gòu)建了以最大化OD流矩陣乘數(shù)、最小化廣義運輸費用為目標的雙層規(guī)劃計算模型，并運用雙向掃除法求解。雷中林[24]構(gòu)建了基于短路的車流分配模型，并運用遺傳算法進行求解。國內(nèi)外研究表明路網(wǎng)能力計算方法直接取決于對路網(wǎng)能力內(nèi)涵的理解，而且道路網(wǎng)絡容量計算、交通量分配和平衡等理論與方法可用于鐵路路網(wǎng)的能力計算中。張嘉敏[25]通過研究鐵路設計能力，建立鐵路路網(wǎng)系統(tǒng)的一般模型，進而分析了路網(wǎng)系統(tǒng)各組成要素對鐵路通過能力的影響。

目前，計算高鐵線網(wǎng)能力的方法主要有以下幾種：

（1）基于K短路流量分配模型的高鐵線網(wǎng)能力計算方法[23～27]

基于K短路的流量分配模型是計算鐵路網(wǎng)絡能力的普遍算法，K短路是每個客流OD在路網(wǎng)中選擇的合理徑路集合。由于線網(wǎng)能力限制，每個OD對不可能選擇費用最小的路徑，因此可以建立K短路徑路集合，在各種約束條件下整個網(wǎng)絡能夠?qū)崿F(xiàn)最小費用、最大流量時對應的流量徑路集合即為最優(yōu)方案。在確定好每個OD對對應的徑路集后，可將流量分配到各條徑路上，將相同源點及匯點的流量相加得到路網(wǎng)中各OD點對間的流量，進而得到路網(wǎng)運輸能力。

在求解基于K短路的流量分配模型時，求解方法又可以分為最小費用最大流算法（MCMF）以及遺傳算法。MCMF算法易求得最優(yōu)解，但是計算步驟復雜，對于復雜鐵路網(wǎng)絡而言計算效率較低，且其僅考慮了車流徑路對于路網(wǎng)能力的影響，考慮因素并不全面。由于流量分配模型屬于大規(guī)模0-1整數(shù)規(guī)劃模型，因此可以采用遺傳算法進行求解。佟璐[26]、薛宇飛[27]等都采用遺傳算法對路網(wǎng)中客流、列車流進行了分配。

（2）基于多目標優(yōu)化模型的高鐵線網(wǎng)能力計算方法

為得到更為實際的能力計算結(jié)果，提出了考慮滿足一定服務水平，以及特定運輸組織方法約束下的高鐵線網(wǎng)能力計算方法。該方法實質(zhì)上就是建立滿足多種需求目標下的線網(wǎng)運能利用優(yōu)化模型。

對于有多個優(yōu)化目標的模型，張嘉敏[25]提出了將能完成客流需求意向下的路網(wǎng)異質(zhì)性最小、可靠性最大的列車集合數(shù)作為高鐵路網(wǎng)能力。多目標優(yōu)化算法是求解多目標優(yōu)化問題的主要算法，該算法大多數(shù)情況下都無法實現(xiàn)多個目標皆為最優(yōu)，只能實現(xiàn)Pareto最優(yōu)。

與基于K短路的流量分配模型相比，多目標優(yōu)化模型考慮了列車服務質(zhì)量等多種影響路網(wǎng)能力的因素，實現(xiàn)了Pareto最優(yōu)，更加接近高鐵線網(wǎng)實際運輸能力，且較易根據(jù)計算結(jié)果找到路網(wǎng)中能力薄弱區(qū)間。然而，這一模型的計算步驟復雜，通常需要采用仿真模擬等技術，且服務水平的定量化是一個難點問題。

（3）基于壓縮運行圖的高鐵線網(wǎng)能力計算方法[8]

壓縮運行圖法通過對高鐵路網(wǎng)所有線路開行列車構(gòu)成的列車運行圖進行壓縮、加密處理，得到運行圖所能鋪畫的最多列車運行線數(shù)量，即全線網(wǎng)所能通過的最大列車數(shù)，進而得到線網(wǎng)最大運輸能力。然而，在向運行圖中添加運行線時需要遵守一系列的約束條件，且需要依次對每個區(qū)段進行列車運行線的鋪畫，壓縮及加密的過程繁瑣；同時，壓縮運行圖方法非常依賴既有的列車運行圖方案，當方案變化時，計算結(jié)果差異性較大。

（4）基于點線系統(tǒng)能力協(xié)調(diào)的高鐵線網(wǎng)能力計算方法思路[25]

高鐵線網(wǎng)是多個點、線系統(tǒng)組成的整體，屬于一種遞階控制結(jié)構(gòu)，且各子系統(tǒng)的能力計算方法已經(jīng)趨于成熟。張嘉敏[25]提出了大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)算法，通過將高鐵線網(wǎng)系統(tǒng)分解成單獨的車站、線路區(qū)段等基本子系統(tǒng)，分別計算出各個子系統(tǒng)的能力，再通過考慮各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)關系，最終找到系統(tǒng)整體最優(yōu)狀態(tài)下的路網(wǎng)運輸能力。由于線網(wǎng)各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)度難以定量化確定，因此該模型的可行性還需深入研究。

2.3 高鐵線網(wǎng)能力協(xié)調(diào)評估方法研究

我國運輸能力長期緊張，國內(nèi)線網(wǎng)運能評估方法的研究主要局限點線系統(tǒng)協(xié)調(diào)上。文獻[28～30]表明早期點線系統(tǒng)協(xié)調(diào)研究主要集中在編組站，圍繞編組站提出了點線能力具有靜態(tài)和動態(tài)兩種協(xié)調(diào)類型：靜態(tài)協(xié)調(diào)主要體現(xiàn)固定設備與能力的關系，而動態(tài)協(xié)調(diào)是運營過程中的設備協(xié)調(diào)使用關系。薛鋒等[31]提出了運用動態(tài)傳遞方程及協(xié)調(diào)概率來描述車站系統(tǒng)動態(tài)協(xié)調(diào)規(guī)律的方法。趙鵬[32]提出了以設備合理使用為目標，以車流作業(yè)協(xié)調(diào)為基礎，通過建立相關協(xié)調(diào)度模型或提出相關策略辦法來評估和優(yōu)化點線能力。陳曉竹等[33]根據(jù)高速列車作業(yè)流程，構(gòu)建了車站作業(yè)系統(tǒng)仿真模型，對模型中實體機器屬性、事件活動等進行了定義，提出了系統(tǒng)仿真策略，分析了固定設備各要素（咽喉區(qū)布局、到發(fā)線數(shù)目、列車到達強度等）對能力協(xié)調(diào)性的影響。毛保華等[34]建立了點線能力協(xié)同優(yōu)化模型，并量化了影響能力協(xié)調(diào)性的相關因素。蔣健[35]提出了多速差列車的運輸組織方案，并提出了影響路網(wǎng)能力協(xié)調(diào)性的因素。鄧隆炳[36]從運輸系統(tǒng)協(xié)調(diào)的角度出發(fā)，基于分解協(xié)調(diào)理論，研究了既有鐵路運輸系統(tǒng)點線能力的協(xié)調(diào)優(yōu)化方法。殷潔[37]從點系統(tǒng)和點線復合系統(tǒng)方面分析了高速鐵路點線能力協(xié)調(diào)問題及影響高速鐵路能力協(xié)調(diào)性的因素及改善措施，并建立了基于DEA的高速鐵路點線復合系統(tǒng)協(xié)調(diào)度模型。陳韜[38]探討了高速鐵路樞紐站、動車所及其銜接區(qū)間點線能力的協(xié)調(diào)性，并總結(jié)分析了動態(tài)與靜態(tài)協(xié)調(diào)評估方法。由以上分析可知，目前高鐵點線能力協(xié)調(diào)研究也主要沿用普速鐵路點線協(xié)調(diào)的思路和方法。

歐洲、日本等國家盡管在高峰時段存在能力緊張情況，但由于點的能力大于線的能力，線上運行的多速差列車種類較少，點線能力協(xié)調(diào)問題不突出，因而研究重點為路網(wǎng)運能不正常狀態(tài)下與旅客需求的協(xié)調(diào)問題，如列車無法準點運行造成的不協(xié)調(diào)問題。Landex[39, 40]分析了鐵路網(wǎng)絡間的相互能力影響關系，提出了用晚點運行列車的等待時間來衡量鐵路網(wǎng)絡對列車的影響，并構(gòu)建了旅客延誤流程來衡量鐵路網(wǎng)絡對旅客的影響。Luethi[41]探討了當列車延誤時，通過實時調(diào)整列車時刻表來提高路網(wǎng)通過能力及穩(wěn)定性的方法，其中需要考慮路網(wǎng)的類型和規(guī)模、列車延誤的原因和程度、調(diào)整的方法等，并通過仿真實驗進行了驗證。

2.4 高鐵線網(wǎng)運能適應性研究

在衡量高速鐵路網(wǎng)絡與外界系統(tǒng)的關系時，需要研究高鐵路網(wǎng)能力的適用性。目前國內(nèi)外對交通網(wǎng)絡能力適應性的研究大多側(cè)重于對城市公共交通網(wǎng)絡以及公路網(wǎng)絡的研究，而對于鐵路網(wǎng)絡能力適應性的研究較少，且大多集中于對普速鐵路線網(wǎng)的研究。Cho[42]首次提出線網(wǎng)適應性定義，即線網(wǎng)結(jié)構(gòu)最終能力與線網(wǎng)結(jié)構(gòu)期望能力的比值。Morlok[15]將貨運系統(tǒng)能力適應性定義為運輸系統(tǒng)在需求變動時將服務維持在一個滿意技術水平的能力。

此外，線網(wǎng)能力的適應性往往同交通網(wǎng)絡的靈活性、可靠性等方面相結(jié)合進行考慮。雷中林[6]提出路網(wǎng)靈活性概念更符合我國實際的線網(wǎng)系統(tǒng)，并提出路網(wǎng)系統(tǒng)運輸能力靈活性量化公式。紀麗君[43]研究了鐵路網(wǎng)貨運能力供給與需求間適用性理論與其定量化判斷方法，完善了鐵路運能供需適應性的概念。同時，建立鐵路網(wǎng)貨運能力供需適應性分析與評價體系，采用AHP-灰色模糊評價理論對適應性等級進行綜合評定。鄭亞晶[44]基于運輸需求結(jié)構(gòu)約束建立了路網(wǎng)適應性計算模型，并提出了新建路網(wǎng)線路適應性測度指標。邊莉莉[45]充分考慮樞紐與路網(wǎng)的聯(lián)動效應，提出了基于全出行過程的綜合樞紐運力結(jié)構(gòu)配置思路和方法，使得鐵路網(wǎng)節(jié)點適應性擴大到綜合運輸網(wǎng)。

3 現(xiàn)有研究評述

綜上所述，國內(nèi)外學者在高鐵線網(wǎng)及普速線網(wǎng)能力領域已取得了諸多研究成果。但是，由于我國高鐵線網(wǎng)規(guī)模巨大、系統(tǒng)復雜，仍然不斷涌現(xiàn)出一些新的研究問題亟待解決。主要包括：

（1）高鐵路網(wǎng)運能內(nèi)涵界定尚未統(tǒng)一

目前，高鐵線網(wǎng)能力的定義仍未形成統(tǒng)一的理論認識，部分學者將普速鐵路線網(wǎng)能力概念直接用于高鐵線網(wǎng)，而大部分學者都從不同的角度給出自己的理解。此外，高鐵線網(wǎng)通過能力體系的分類、表示方法等相關理論也缺乏詳盡的研究。

（2）滿足服務質(zhì)量水平的高鐵線網(wǎng)運能計算方法研究仍顯不足

高鐵路網(wǎng)運輸能力計算是高鐵路網(wǎng)運能評估的基礎，傳統(tǒng)的研究思路重在計算運輸設備利用最大化的運輸能力，而滿足客流動態(tài)性、服務可靠性、運輸組織模式需求等服務質(zhì)量水平的高效率線網(wǎng)能力計算方法仍然偏少。但是實際中，高鐵線網(wǎng)運能利用中提供旅客所需的服務質(zhì)量水平的運輸能力才有實際意義，否則能力再大都屬于無效能力。而且，設備利用最大化運輸能力可以看作考慮服務質(zhì)量水平運輸能力的一種特例情況，因為這時對服務質(zhì)量水平不做出要求。

（3）高鐵線網(wǎng)運能協(xié)調(diào)理論與方法研究缺乏全面性

既有研究多從高鐵線網(wǎng)局部“點線”協(xié)調(diào)的角度，對各子系統(tǒng)間運能從數(shù)量協(xié)調(diào)上進行分析，較少從高鐵線網(wǎng)全局運能協(xié)調(diào)的角度，對各子系統(tǒng)間運能從運能利用、運能對波動流量適應性方面進行分析，不能全面反映線網(wǎng)運能協(xié)調(diào)性。因此，有必要從運能總量、運能利用、運能彈性等方面對高鐵路網(wǎng)運能協(xié)調(diào)性進行研究。此外，作為高鐵線網(wǎng)中的重要子系統(tǒng)，動車所能力在線網(wǎng)中的協(xié)調(diào)性研究較少，作為綜合交通運輸系統(tǒng)的子系統(tǒng)，高鐵線網(wǎng)適應性的研究也需加強研究。

4 研究展望

在分析國內(nèi)外高鐵線網(wǎng)運能研究現(xiàn)狀的基礎上，結(jié)合我國高鐵路網(wǎng)運能利用的特性，可以從以下方面進行拓展研究。

（1）高鐵線網(wǎng)運能利用機理研究

對高鐵線網(wǎng)系統(tǒng)進行全面分析，分析高鐵線網(wǎng)能力的構(gòu)成、特點，界定高鐵線網(wǎng)能力的概念，為研究高鐵線網(wǎng)能力問題奠定基礎。包括：① 高鐵線網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成分析、高鐵線網(wǎng)能力概念分析、高鐵線網(wǎng)能力利用特點及相關影響因素分析。② 根據(jù)高鐵線網(wǎng)能力利用場景，研究適應我國高鐵線網(wǎng)運營需求的能力架構(gòu)體系。

（2）滿足服務質(zhì)量水平的高鐵線網(wǎng)運能計算方法研究

高鐵線網(wǎng)運能計算是進行高鐵線網(wǎng)運能協(xié)調(diào)評估的必要條件，包括各級點、線系統(tǒng)能力的計算。基于既有研究成果，引入服務質(zhì)量水平目標（如客流動態(tài)性、服務可靠性、運輸組織模式需求等），研究高鐵線網(wǎng)運能計算方法。包括：① 界定服務質(zhì)量水平范圍，研究服務質(zhì)量水平定量化方法。② 分析比較各種車站能力、線路區(qū)間能力、動車所能力等已有的計算方法，從提高算法的優(yōu)化速率和有效性角度出發(fā)，將服務質(zhì)量水平轉(zhuǎn)化為約束條件或目標，研究高鐵線網(wǎng)運能計算方法。

（3）高鐵線網(wǎng)運能協(xié)調(diào)原理與評估方法研究

高鐵線網(wǎng)運能協(xié)調(diào)原理是高鐵線網(wǎng)運能協(xié)調(diào)評估的理論基礎，主要研究高鐵線網(wǎng)運能協(xié)調(diào)的內(nèi)涵、目標、構(gòu)成要素、影響因素等，揭示高鐵線網(wǎng)系統(tǒng)間運能協(xié)調(diào)的規(guī)律，并提出高鐵線網(wǎng)運能協(xié)調(diào)指標體系及評估方法。包括：① 對高鐵線網(wǎng)從運能供給系統(tǒng)的角度進行全面的系統(tǒng)分析，分析高鐵線網(wǎng)運能各系統(tǒng)構(gòu)成要素、功能、作業(yè)流程、交互過程等。② 剖析高鐵線網(wǎng)運能協(xié)調(diào)內(nèi)涵。從運能總量、運能利用、運能彈性等層面對高鐵車站能力、高鐵線路區(qū)間能力、動車所能力協(xié)調(diào)的特點和內(nèi)容進行分析，界定高鐵線網(wǎng)運能協(xié)調(diào)范疇；研究服務水平、線網(wǎng)規(guī)模、線網(wǎng)結(jié)構(gòu)等對高鐵線網(wǎng)系統(tǒng)運能協(xié)調(diào)的影響；研究高鐵線網(wǎng)運能系統(tǒng)靜態(tài)協(xié)調(diào)與動態(tài)協(xié)調(diào)規(guī)律。③ 從運能總量、運能利用、運能彈性等層面，構(gòu)建能全面反映高鐵線網(wǎng)協(xié)調(diào)性的靜態(tài)、動態(tài)協(xié)調(diào)指標體系，并研究評估方法。

（4）高鐵線網(wǎng)能力利用仿真技術研究

高鐵線網(wǎng)能力利用仿真技術是在高鐵線網(wǎng)能力理論研究的基礎上研究仿真模型及算法，建立仿真平臺及系統(tǒng)，通過對高鐵線網(wǎng)各子系統(tǒng)實際應用情景的仿真模擬，更好地計算和評估高鐵路網(wǎng)能力，提出高鐵線網(wǎng)能力提升策略。

5 結(jié) 語

高鐵線網(wǎng)能力研究是高鐵運輸組織中基礎工作。其中，高鐵線網(wǎng)能力計算、高鐵線網(wǎng)子系統(tǒng)間協(xié)調(diào)評估以及高鐵路網(wǎng)能力的適應性等都是高鐵線網(wǎng)能力的研究重點，本文圍繞上述研究重點對高鐵線網(wǎng)能力的國內(nèi)外研究成果進行了總結(jié)。但是，目前的研究在高鐵線網(wǎng)能力利用的特性要求下，仍然存在線網(wǎng)能力內(nèi)涵界定尚未統(tǒng)一、滿足服務質(zhì)量水平的高鐵線網(wǎng)運能計算方法研究仍顯不足、高鐵線網(wǎng)運能協(xié)調(diào)理論與方法研究缺乏全面性等方面的不足。以后的研究可以從高鐵線網(wǎng)運能利用機理、滿足服務質(zhì)量水平的高鐵線網(wǎng)運能計算方法、高鐵線網(wǎng)運能協(xié)調(diào)原理與評估方法、高鐵線網(wǎng)能力利用仿真技術研究等方面深入開展。

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Review of the Research on High-speed Railway Network Capacity

CHEN Tao1, 2, 3, TIAN Fang-xiao4, REN Rui-yin5, SHEN Hong-nan5, XIE En-yu1, 2, 3

(1. School of Transportation and Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China; 2. National Engineering Laboratory of Integrated Transportation Big Data Application Technology, Chengdu 611756, China; 3. National United Engineering Laboratory of Integrated and Intelligent Transportation, Chengdu 611756, China; 4. Beijing Jiaotong University, School of Traffic and Transportation, Beijing 100044 5. China Railway, Ministry of Transport, Beijing 100044)

Researching the capacity of high-speed railway network is of great significance for meeting the demand of passenger transportation as well as for the optimization of the organization of high-speed railway network. By summarizing and analyzing the existing research on the technical characteristics of theutilization of high-speed railway network capacity in China and abroad, this paper analyzes the deficiencies in the network capacity, calculation methods, and coordination evaluation of high-speed railway network in China. To meet the utilization characteristics of high-speed railway network capacity and guide the practice of high-speed railway organization, a high-speed railway network capacity optimization theory and method system are proposed, which include mechanism for high-speed railway network capacity utilization, calculation method for the high-speed railway network capacity that meets the service quality level, coordination principle and evaluation method of the high-speed railway network capacity, and simulation technology for the utilization of high-speed railway network capacity.

high-speed railway; network capacity; node and line capacity; calculate methods of the capacity; coordination

1672-4747（2021）03-0051-08

U491.5

A

10.19961/j.cnki.1672-4747.2020.11.006

2020-11-12

2020-12-03

2021-01-06

國家自然基金項目（61703351）；四川省科技計劃項目（2020YFH0035；2020YJ0268；2020YJ0256；2020JDRC0032）；中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計劃課題（P2018X001，2019ZYZF0034）

（1981—)，女，廣西柳州人，博士，研究方向為交通運輸規(guī)劃與管理，E-mail：swjtuchentao@qq.com

陳韜，田方曉，任瑞銀，等. 高速鐵路線網(wǎng)能力研究綜述[J]. 交通運輸工程與信息學報，2021, 19(3): 51-58.

CHEN Tao, TIAN Fang-xiao, REN Rui-yin, et al. Review of the Research on High-speed Railway Network Capacity [J]. Journal of Transportation Engineering and Information, 2021, 19(3): 51-58.

（責任編輯：劉娉婷）