为了尽可能有效利用铁路的基础设施,很多学者对铁路通行能力进行了广泛深入地研究。然而,由于高速铁路与普通铁路在很多方面存在的巨大差异,对其能力的估计仍是具有重要价值且富有挑战性的工作。基于此,本文分别从提高乘客时空可达性、保证列车运行可靠度和追求最短总旅行时间的角度,基于数学优化方法与计算机仿真方法对高速铁路通过能力进行研究,具体如下:本文在详细分析影响高速铁路能力的因素后,将它们按照性质分类并建立了各个单因素对高速铁路能力的影响函数。出于高速铁路客运的基本性质要求,本文将乘客时空可达性、列车运行可靠度和总旅行时间作为高速铁路能力的重要影响因素。其中,本文采用数学优化方法分别对乘客时空可达性和列车运行可靠度两个方面影响下的高速铁路能力进行了建模和求解。同时提出了追求最短总旅行时间条件下的多智能体仿真技术针对高速铁路列车运行过程的建模,使用多智能体仿真软件NetLogo,基于京沪高速铁路算例对模型进行了仿真实现,证明了方法的可行性、准确性和适用性。本文的主要研究内容和成果包括以下几个方面:(1)考虑乘客时空可达性的高速铁路能力优化模型乘客时空可达性既反映了铁路网络的服务能力,也反映了乘客对铁路网络运输能力的感知。所以,乘客时空可达性是建立高速铁路能力优化模型的重要考虑因素,具体表现在列车运行图确定的条件下如何尽可能使乘客在出行时间预算内实现空间位移。本文以最小化运行图中不可达OD的数量为目标,构建了基于时空可达性的高速铁路能力优化模型。采用拉格朗日松弛算法来实现模型的求解,以京沪高速铁路为例分析了其在考虑乘客时空可达性条件下的能力。(2)考虑运行可靠度和乘客舒适度的高速铁路能力优化模型的建立及求解本文在考虑中国高速铁路实际情况的基础上,充分考虑乘客服务水平与列车运行可靠度等因素来构建模型。详细分析了目标与约束,提出了一个两阶段优化模型。第一阶段的模型通过乘客的OD需求以确定所需列车的数量与等级;第二阶段的模型是多目标整数规划模型,用以估计高速铁路通道的能力。采用分支定界法对模型进行求解,并通过京沪高速铁路进行了算例分析,得到了可行解。结果表明乘客服务水平和运行可靠度之间的不同权重系数对模型的最优解有重要影响,是实际运输组织中需要考虑的重要因素。(3)基于多智能体仿真技术的高速铁路通过能力验算本文分析了列车追踪运行过程以及追踪参数,基于多智能体仿真技术提出了高速铁路运行过程的多智能体模型。设计了路网智能体、线路智能体、车站智能体及列车智能体,为更加精细化、更加贴近实际地描述高速铁路列车运行过程提供了一种可行的方法,从而在高速铁路通过能力的计算中起到了支撑的作用。在此基础上本文设计了基于多智能体的高速铁路通过能力计算的仿真流程、仿真流程的监控指标体系。基于京沪高速铁路实际运行参数,使用多智能体仿真软件NetLogo,对多智能体模型进行了仿真实现。采用了动态调整的发车间隔时间,之后分析了列车平均速度、平均停站时间以及平均晚点时间等统计数据。最终,得到了考虑最佳服务品质的列车最大通过能力。从三种角度出发的高速铁路通过能力计算的情境下,各个影响因素与通过能力之间的相互作用模型及仿真过程均不尽相同,因此组织者可以根据实际运输组织的具体需求对通过能力的影响因素进行选择或决定组合模式,从而可以在乘客服务水平与运输需求之间达到一种协调、符合实际和满足模型多目标需求的和谐结果。