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汇报人：张星臣教授2018.01.25高速铁路运营管理学科成果调研与前瞻性研究探讨高铁联合基金二期项目指南研讨会2高速铁路运营管理学科成果调研与前瞻性研究探讨1.课题研究背景3项目研究背景2001-2016年铁路运营里程保持3.6%的复合增长率网络结构网络规模基础条件组织形式多元时变目标环境17.9322.5624.8329.0037.0045.8051.300.0020.0040.0060.00020402010201120122013201420152016全路与高铁客运发送量铁路旅客发送量(亿人)高铁旅客发送量(亿人)高铁占比(%)复杂全路与高铁运营里程高速铁路线网运营的基础条件：网络结构、规模、组织形式目标环境：多元、时变、复杂1“十三五”期间铁路运营的基础条件和目标环境发生变化（研究应与之适应）4项目研究背景既有信息技术手段为新形势下高铁运营管理的理论与实践研究提供基础23未来国家经济发展战略和铁路行业发展方向2017年1月，铁路总公司确定了“强基达标、提质增效”的工作主线，强调需着力深化运输供给侧结构性改革，提高铁路服务质量和经营效益。面向全局的运输能力保障和提高是推进运输供给侧结构性改革，全面提升服务质量的首要任务和重要内容。铁路专用信息网、物联网体系的广泛使用和逐步完善，大数据、云计算、GPU集群运算等信息技术的日臻完善，对于解决长期困扰和制约铁路运输组织优化的大规模和实时性等复杂问题，有了突破和创新的可能。5项目研究背景未来5~10年的研究重点为满足新形势下铁路运输的需求，亟需梳理当前运输管理学科研究领域的脉络，以适应行业发展特点，契合学术探索热点，明确未来5~10年的研究重点。因此，应当明确运输管理学科基础领域与应用技术的发展，引领高铁运输行业发展，推进国家“一带一路”战略的实施。规划层(Planning)计划层(Scheduling)执行层(Re-scheduling)线网规划，枢纽布局客流、列车方案、运行计划、车辆、乘务周转调度计划，实时调整方案资源配置调度调整能力利用客流分析场站设计新理念新思路新技术新手段6高速铁路运营管理学科成果调研与前瞻性研究探讨2.项目实施方案与进展7项目实施方案与进展项目组织西南交通大学北京航空航天大学北京交通大学北京交通大学•负责本项目组织分工123西南交通大学•项目主要参与者北京航空航天大学•项目主要参与者协调与合作8项目实施方案与进展近五年高铁研究方向的学术成果与理论创新高铁运输管理学科及部分相近管理学科领域，如航空、煤炭、海运铁路行业内外主要研究与应用单位，如铁科研、中国矿大等时间范围领域范围调研涉及机构调研范围9项目实施方案与进展第一类第二类第三类第四类第五类第六类高铁项目一期主要研究人员近五年铁路总公司支持项目的负责与参研人员近几年来国家自然科学基金委支持项目的负责与参研人员铁路行业内一线研究机构与人员相近行业内主要研究机构与人员国外运输管理学科顶尖研究机构、科研人员访谈对象10项目实施方案与进展专家访谈学术座谈文献搜集实地考察网络视频会议调研方式通过面对面交谈的方式，和相关领域专家进行研究性交谈，搜集该研究的领域客观准确的事实材料，准确地窥探在各个研究邻域目前的研究现状和趋势。通过定期组织学术座谈会，针对铁路运输管理学科研究内容不清晰、趋势不明确的方向，对某研究方向进行的访谈并深入交流，最终达成一致性的观点。充分利用现有数据资源，确立检索策略和检索工具，收集、分析、研究统计资料和报道资料，运用文献检索该邻域相关数据库以及顶尖期刊收藏的刊载论文。通过对高铁运输生产一线企业实地考察，调研分析当前运输生产过程中的主要问题和迫切需要解决的关键问题，考察科研成果在生产企业的推广应用情况。通过组织网络视频会议，可以联合国内外众多专家学者，随时随地对调研内容深入交流，实现在两点和多点间实时信息互动，根据实际可采取多种形式。11高速铁路运营管理学科成果调研与前瞻性研究探讨3.调研成果与意见建议123.1项目资助总体情况分析铁路运营管理领域项目总体情况•1996-2016期间年度支持的项目分布1111156722511575240.00%5.00%10.00%15.00%20.00%25.00%30.00%02468101219961997199920012004200620072008200920102011201220132014201520162017十一五之前十一五十二五十三五项目总数及资金占比图项目总数项目金额占比“十一五”期间，随着京沪高速的开通运营，铁路运营管理领域处于起步发展阶段，项目数和资金稳步增长；“十二五”期间，高速铁路快速发展，相关研究进入快速增长阶段，尤其在2012年，项目数量和资金占比达到顶峰。133.1项目资助总体情况分析铁路运营管理学科各领域的支持情况•按项目数量别•按资金力度别41.5%31.2%10.6%5.9%3.9%2.0%1.8%1.6%1.4%4.9%不同领域项目资助经费比例开行方案调度调整运行图车站/枢纽组织规划设计动车组运用安全231587622210510152025不同领域项目数量从不同领域项目资助经费来看，目前我国高速铁路运营管理学科的研究中，开行方案、调度调整以及运行图方向投资经费较多从不同领域项目数量来看，目前我国高速铁路运营管理学科的研究中，开行方案、调度调整以及运行图方向项目数量较多安全能耗大数据143.2项目资助研究成果分析铁路运营管理学科各领域研究成果分析期刊645篇会议论文183篇著作20篇奖励19项专利5项•结题项目成果情况188396618310040410051233002242522085000966437030204440%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%期刊论文会议论文著作奖励专利各领域研究成果对比图调度调整方向动车组运用方向规划设计方向车站/枢纽组织方向开行方案方向能耗方向运行图方向安全方向•各研究领域的成果对比15项目一：高速铁路出行需求分析与服务网络设计——北京交通大学(聂磊)项目二：成网条件下高速铁路列车开行方案设计理论与方法研究——中南大学(史峰)3.3高铁联合基金“一期”项目情况产品设计供需匹配组织优化构建多层次服务网络出行需求为驱动列车开行方案为载体综合客票营销方案列车开行方案节点疏散中转方案客票营销方案设计列车开行方案兼顾服务水平与组织效率合理安排列车组织方案出行需求时变数据目标层服务水平组织效率数据层理论突破模型算法实现层成网列车开行方案应用层项目三：高速铁路调度指挥系统协同理论、预警机理、报警控制及可靠性评价研究——西南交通大学(彭其渊)评估调度指挥协同适应性调度系统协同理论调度预警机理与报警控制调度过程可靠性评价调度系统协同理论调度要素评估理论调度过程优化理论评估控制预警16项目一：高速铁路出行需求分析与服务网络设计——北京交通大学(聂磊)项目二：成网条件下高速铁路列车开行方案设计理论与方法研究——中南大学(史峰)3.3高铁联合基金“一期”项目情况项目三：高速铁路调度指挥系统协同理论、预警机理、报警控制及可靠性评价研究——西南交通大学(彭其渊)研究成果：期刊论文(51)，会议论文(12)，著作(3)，奖励(1)；综合交通运输系统组织管理智能化平台和综合交通运输系统安全保障技术应用平台；高速铁路综合调度指挥仿真实验系统。研究成果：期刊论文41篇；专利6个。研究成果：期刊论文40篇；培养研究生16个；高速铁路列车开行方案优化编制系统和高速铁路列车开行方案评估系统。序号专利名称发明人1基于客流动态分配的高铁网络能力适用性评价方法史峰;徐光明;赵烁;邓连波;秦进;周文梁2基于客流动态分配的高铁列车开行方案评价方法史峰;苏焕银;周文梁;秦进;邓连波3基于非直线系数的跨线列车开行路径确定方法史峰;胡心磊;邓连波;周文梁;秦进;赵烁4基于客流动态分配的高铁网络能力适用性评价方法史峰;徐光明;赵烁;邓连波;秦进;周文梁5一种基于区间断面客流的高铁列车开行方法史峰;徐光明;赵烁;秦进;邓连波;周文梁6基于客流动态分配的高铁列车开行方案评价方法史峰;苏焕银;周文梁;秦进;邓连波173.4研究热度及趋势分析89520161311591191114881612152226123354130109141614181481215101816130%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%2011201220132014201520162017高铁运营管理学科各年研究方向对比开行方案设计运行图编制动车组运用维修乘务计划编制列车调度调整高铁通过能力高铁运营管理学科各领域研究热度及趋势对比动车组运用维修，高铁通过能力，列车调度调整、开行方案设计，运行图编制等领域的研究热度都较大。但动车组维修、高铁通过能力这两个领域在历年来的基金支持力度较小，这几个领域需要在基金支持力度上予以关注。18%14%24%4%20%20%高铁运营管理学科不同领域研究热度汇总18研究专题1：列车开行方案&服务网络设计3.4研究热度及趋势分析高铁列车开行方案编制1开行方案编制的研究多是基于给定的历史客流，构建多目标和双层规划模型，通过模拟退火、遗传算法等启发式算法进行进行车、流匹配。当前研究重点开行方案编制的研究呈现的发展趋势：研究规模从单条线路向整体网络扩展、客流需求从静态向动态化、精细化发展、目标函数从单目标向多目标升级，并协同考虑运输能力。相应的求解算法也从单一化向混合化、从单阶段向多阶段发展。未来研究方向研究对象•以既有线、客运专线、单条高速线路为研究对象的较多，以复杂程度更高的快速客运网络列车开行方案优化为研究对象的较少客流性质•基于确定的客流OD值建立确定性模型及其算法的研究较多，而基于随机客流OD建立随机优化模型及其算法设计的研究较少模型算法•综合考虑各目标之间相对重要度的解法比较少；将运输能力与客运需求进行协调匹配的开行方案优化研究较少193.4研究热度及趋势分析目前列车运行图编制优化采用的技术路线主要分为三种：模拟技术、人工智能方法、运筹学方法；数学算法的设计研究成果更多，主要有随机规划法、周期时间规划法(PESP)、滚动时间窗法、分层叠加铺划法、时间循环迭代法、遗传算法、分支界定法、定序优化法、模糊数学规划法等。当前研究重点研究专题2：列车运行图\列车运行计划•针对既有线的编图理论及技术研究较多，针对高铁的较少理论技术•高速铁路已体现出使用先进数据分析和处理技术的迫切需要，但对采用数据挖掘技术优化列车运行图的研究依旧欠缺数据来源•既有列车运行图编制系统的自动化程度与实际要求相比还有较大差距编制方法列车运行图的研究呈现的发展趋势：研究规模从单条线路向整体网络扩展、研究基于数据挖掘的列车时刻表优化技术；运行图研究向规格化、周期性方向发展。未来研究方向203.4研究热度及趋势分析目前关于列车调度调整的研究可以分为微干扰条件下列车运行调整和严重干扰条件下列车运行调整；宏观层面的列车运行调整和微观层面的列车运行调整；代表性方法：模拟方法、基于离散事件动态系统理论方法(DEDS)、运筹学方法(OR)、人工智能方法(AI)。重点研究方向研究专题3：列车调度指挥主要针对较小的、已知干扰条件下的列车运行进行调整，对严重干扰条件、不确定干扰下列车运行实时调整问题进行的研究相对较少。干扰类型方面主要是从宏观层面上对问题进行建模，从而从微观层面上建立干扰条件下列车运行实时调整模型的相对较少。模型构建方面列车调度调整的研究呈现的发展趋势：将大数据技术应用到列车延误治因机理分析；注重宏观层面与微观层面相结合，考虑网络能力利用；调度方法的智能化发展。未来研究方向注重对调整方法的研究，而对列车延误和晚点的形成和传播机理研究较少。理论基础方面213.4研究热度及趋势分析在能力利用方面：由挖潜扩能向增质提效转移，加强能力的保障在指标评价方面：由粗放估计向精细量化转变，提升决策质量在优化要求方面：由针对单一线路（区段）的孤立的单向能力利用优化，向面向全网的，立体综合优化扩展