截至2020年,世界范围内的高速铁路运营总里程达到了5.2万公里,其中中国高速铁路的运营里程为3.5万公里,占世界运营总里程的2/3。随着高速铁路的蓬勃发展,其高速度、高舒适性、方便快捷、低碳环保的运营特性也带来了发送旅客数量的巨大增长,仅2019年一年全国高速铁路客运量就达到了23.5亿人次。然而,持续增长的客运量也为高速铁路的运营管理带来了新的挑战。《中长期铁路网规划》中指出,目前部分跨区域通道仍然存在运力紧张的问题。而且随着人民经济生活水平的提高,旅客对于出行服务水平的要求也越来越高。而传统的运输组织方式分层次优化的特点已经难以适应高速铁路的运营模式,成为了制约高速铁路服务水平提升的关键因素。针对这一问题,本文在充分借鉴国内外相关研究经验的基础上,提出了高速铁路列车运行图一体化编制方法,并对具体的问题进行了研究。本文的主要研究内容如下:(1)梳理了车站作业计划的相关内容。首先介绍了列车在车站内的作业,然后详细描述了车站进路的建立过程、解锁过程、进路搜索与进路冲突,并指出了用进路来描述车站内列车作业的不足之处。在此基础上,创新性地提出了进路平面-时间三维离散时空网络,可以很好地描述列车在线路上运行的全过程,为后续研究列车运行图的通过能力奠定了基础。(2)利用进路平面-时间三维离散时空网络将非定序条件下的列车运行图通过能力问题转换成了有资源约束的网络流问题。并在此基础上构建了以最大化通过能力,最小化总的停站时间为优化目标的高速铁路列车运行图与车站作业一体化编制模型,设计了改进的分支定价算法进行求解。以实际的京沪高速铁路为例,验证了本文提出的模型与算法能够在保证旅客服务质量的前提下有效提高线路的通过能力。(3)构建了基于离散时空网络的高速铁路列车运行图与停站方案一体化编制模型,从满足乘客服务需求、列车运行计划和车站服务需求的角度出发,研究了非定序、非固定停站方案条件下的高速铁路列车运行图编制优化问题。设计了改进的分支定价算法,并在求解定价子问题时提出了基于A*算法和SPFA算法的ASPFA算法解决了受限制动态权重网络的最短路问题。以实际的武广高速铁路为例,验证了提出的模型和算法能够有效提高运行图的铺画质量和旅客的出行效率。(4)针对分支定价算法存在的易退化、子问题求解耗时、整数求解困难等问题,分别从预处理阶段、限制主问题求解阶段、子问题求解阶段、分支阶段和后处理阶段提出了相应的加速策略。并设计了多组对比实验测算不同策略组合的加速效果。以京沪高速铁路为例,验证了提出的加速策略能够在保证计算精度的前提下有效提高算法的运算效率。图45幅,表17个,参考文献123篇。