目前我国高速铁路运营里程已达2.2万公里,四纵四横的网络已经构成,并将进一步拓展为以“八纵八横”为骨干的高速铁路网络。高铁运送旅客量逐年激增,在现有的运输组织模式与技术条件下,部分通道(如京沪高铁、京广高铁长沙-广州段)运行图中的运行线铺画数量已经接近极限,难以满足不断增长的旅客需求。对比国内外的高速铁路运营现状,我国高铁通过能力的瓶颈主要是高铁大型客运站(简称“高铁大站”)。由于处于路网重要节点位置的高铁大站等级高、配线多、车站作业繁忙,其作业计划优劣直接影响运行图的可实施性和实施效果,影响到高铁全线的运输组织,因此关于高铁大站技术作业的相关优化研究有着十分重要的理论意义与现实意义。本文在分析了国内外相关领域的研究现状之后,借鉴相关研究经验,针对我国高速铁路大站组织所面临的突出问题,提出了适应我国高速铁路大站实情的一套高铁大站技术作业综合优化理论与方法,并基于相关研究成果,开发了高速铁路车站技术作业综合优化系统。本文的主要研究工作包含以下几点:(1)梳理高速铁路大站办理客运作业与行车作业的基本内容与工作机制,介绍车站计算机联锁系统的基本内容与联锁关系。提出列车时-空作业链的概念,通过作业链时-空占用函数,精确计算列车或车底对站场中所有相关设备的占用时-空序列,更精准地描述列车在站内的运行全过程,并为后续的车站有效通过能力计算、鲁棒性链式优化、出入段作业协调性优化等相关研究奠定基础。(2)研究高铁大站有效通过能力问题。利用列车层、作业层的双层备选集,基于k L-list τ色问题,构建一个线性整数规划模型,以北京南站高速场实际数据为例,利用CPLEX进行求解,对比表明,在求解效率和求解质量方面比启发式算法存在着巨大的优势。在计算大站通过能力的同时,得到了与该通过能力相对应的车站技术作业计划,计算所得能力是切实可行的,能够被车站作业组织兑现的有效通过能力。对于不同的影响因素,针对性地提出了能力加强措施建议。(3)首次提出了车站技术作业计划鲁棒性链式优化方法,基于给定的车站列车到发时刻表,在不改变列车到发时序的前提下,通过优化所有列车作业链的时-空资源序列,降低列车间的相互影响关系,提高作业计划鲁棒性。通过作业链时-空占用函数计算,体现了进路的分段解锁过程,模型精度更高。设计了改进型GRASP算法对模型进行求解,对比分析表明算法改进后在保证解的质量基础上提高了适应性,提高了算法的求解效率。实验分析了作业计划优化前后的晚点传播情况。(4)研究枢纽型高铁大站出入段作业协调似性优化问题。以列车作业链为基础,建立模型,设计了枢纽型大站出入段作业时-空疏解算法。以北京南枢纽型大站的实际数据例,验证了模型与算法的可行性。实例研究表明,在保证计划安全、可行的前提下,时-空疏解算法显著缩短了出入段车底在股道的停靠总时长,提高了股道利用效率和车底周转效率。(5)开发了高铁大站技术作业综合优化系统。与同类系统相比,该系统具有便于部署、网络协同作业、用户体验优异、高精度、高智能化的优势。