稳健性是列车系统规划中的一个重要参数,并表现为系统的抗干扰能力。较小的干扰会对非稳健的轨道系统造成较大的延误,因此本文在设计阶段上分析了铁路时刻表稳健性改善。根据评估的时间,其稳健性测量可以划分为:事前评估和事后评估。事前评估方法对设计阶段的规划十分有益,但该方法的局限性在于其仅仅适合单线列车时刻表的稳健性评估。本文介绍了一种在设计阶段进行定量评估和提高列车时刻表稳健性的方法。本文还介绍了单线铁路事前稳健性测量的建模和应用,被称为临界稳健性测量(Critical Robustness Measure,CRM)。CRM的有效性是通过其与现有事前稳健性评估指标的对比呈现的,如每小时每区间通过的列车数、每列车运行时间成本总额、最小车头时距倒数之和、加权平均距离、边际运行时间差异、临界点的稳健性和最长路径边际。计算结果表明,在列车时刻表稳健性中,所有时间边际都无法被使用。此外,稳健性是不可静态量化的,而且随时间变化而变化,并取决于列车相互作用的方式。为了提高列车时刻表的稳健性,论文提出了一种模型和启发式技术,用以在时刻表中找到更好的位置来分配时间边际(缓冲区和运行冗余时间)。重新分配可用时间边际的目的是为了调整现有的时刻表,以在运行扰动的情况下最小化列车总延迟,从而增加时刻表的稳健性。本文把列车时刻表作为带有聚合概念的向弧图(Directed Arc Graph,DAG)。聚合的基本概念是在网络中相当大的一部分看作图形的单个节点。本文提出了被称为临界时间边际分配(Critical Time Margins Allocation,CTMA)的时间边际再分配启发式技术,模拟和评估了不同干扰情况下调整后的时刻表。本文将该技术用于一个假设的小型轨道路网,并应用于巴基斯坦从Rawalpindi到Lalamusa的单线铁路时刻表。此外,产生随机扰动的实例进一步验证了 CTMA的有效性。在不同的随机干扰的情况进行测试结果表明,用CTMA改进的时刻表使假设小型轨道路网的总延误平均减少了 3.25%,而对于大型现实路网的减少了 5.18%。结果表明,在时刻表适当位置增加冗余时间可以减少延误扩散。最后,本文模拟了单线铁路网列车时刻表问题,并注重侧线位置的运行成本与延误的最小化。可能汇合地点的范围之大,对最小化满足规划要求的基础设施投资的同时又要保持特定的服务水平是一个挑战。这个问题主要关注的是如何布置侧线,以降低总运行成本和总延误(包括冲突延误)。需要考虑的问题是单线铁路网的侧线的数量和位置对时刻表的影响。本文通过改变侧线和列车的数量来量化侧线数量和列车冲突延迟之间的相关性,进行了侧线和列车数量对列车延误的敏感性分析。该分析方法可鉴别对铁路时刻表不具有任何影响的侧线。巴基斯坦铁路实际时刻表(Rawalpindi到Lalamusa)的敏感性分析表明,Kaliamawan、Sohawa、Ratial和Kalagujran这四条侧线对时刻表的影响可以被忽略。由于与延误相关的冲突与侧线的位置和数量有着直接关系,该技术可应用于确定侧线位置和数量方面的决策。