目前,中国高速铁路的“四纵四横”路网框架已基本成型,正在逐渐从快速建设时期向高效率运营管理时期过渡。随着高速铁路路网的完善和运输效率的提高,旅客出行需求依然保持迅速增长的趋势。在已有基础设施设备和实际运营条件下,高速铁路通过能力日趋紧张。列车开行方案作为重要的基础性运输计划,其与通过能力利用的关系十分密切。因此,基于能力利用的列车开行方案编制及优化方法亟待深入研究。另外,“列车周期化开行”的运输组织模式在国外已得到广泛应用,具有规律性高、旅客换乘便捷等优点。我国高速铁路运营管理过程中,也相应借鉴了国外的相关经验。但是,在“列车周期化开行”运输组织模式条件下,适用于大规模高速铁路路网条件、满足多样化旅客出行需求的列车开行方案编制理论研究仍有待开展。针对上述实际情况,本文在“周期化”运输组织模式的背景下,以提高区段通过能力利用的最高水平为切入点,从高速铁路列车开行方案编制方法及流程着手,对涉及的一系列关键问题的理论方法展开详细、深入的研究。论文主要研究内容包括:(1)基于高速铁路区段通过能力的传统定义,本文第二章主要对区段通过能力利用的影响因素展开定性分析,包括车站最小安全间隔时间、车站到发线数量、区间列车追踪时间间隔、车站间线路长度、列车起停附加时间、列车区间运行时间、列车停站方案、列车停站时间、列车运行线铺画方式、列车越行、跨线列车等方面,为设计基于能力利用的列车开行方案编制流程提供必要的理论基础。(2)在明确周期模式列车开行方案相关定义和要素的基础上,本文第三章着重对基于能力利用的周期模式列车开行方案编制方法及流程进行详细说明,包括基础数据准备、周期模式列车开行方案编制、区段通过能力利用预评估、列车停站方案调整、需求匹配度评估等模块和反馈流线设计。其中,周期模式列车开行方案编制、基于列车开行方案的区段通过能力利用预评估和基于能力提升的列车停站方案调整涉及到流程中的三个核心数学模型,将在第四章～第六章展开说明。(3)列车开行方案编制通常需要确定列车起讫点、频率、经由径路、停站方案等多个相关要素。在大规模路网条件下,高速铁路列车开行方案编制过程极具复杂性。本文第四章基于传统的“列车备选集”思想,提出灵活停站模式和灵活列车备选集的新概念,可以适应多样化旅客出行需求、减少冗余的停站次数、合理控制列车停站分布和结构,同时降低大规模条件下列车备选集的生成难度。以旅客可达性、灵活停站模式和停站策略为主要约束,以最小化断面通过最大列车数量和列车停站次数为目标函数,构建基于灵活列车备选集的网络化列车开行方案优化的线性整数规划模型,综合优化列车的起讫点、频率和停站方案。另外,通过一系列测试案例定量分析灵活停站模式的效用以及不同停站策略、停站方案结构对列车开行方案及运输服务水平的影响。(4)计算和评估一个列车开行方案对应的区段通过能力利用水平通常需要借助列车运行图编制技术。本文第五章基于事件-活动网络(Event-Activity Network,EAN)和周期事件规划问题(Periodic Event Scheduling Problem,PESP)传统模型框架,以高峰时段单元周期的列车开行方案为基本输入,通过量化列车越行关系与决策变量之间的数学逻辑关系,引入防止列车在区间越行和描述列车在车站内越行的新约束,提高了传统模型的适用性,并以最小化周期时间为目标函数,构建了基于列车开行方案的区段通过能力利用预评估的线性整数规划模型,可验证预设周期时间的合理性和列车开行方案在时间维度上的可行性,为下一步编制列车运行图提供理论依据与支撑。(5)不同列车的不同停站次数会造成差异化的列车旅行时间,降低不同列车停站次数的相似性,进而影响列车之间的同质性和通过能力利用水平。此外,增加列车停站是实际铁路运营中常见的疏解列车冲突的手段之一。由此可见,列车停站与区段通过能力利用的关系密切。本文第六章基于周期事件规划问题(PESP)传统模型框架,以高峰时段单元周期的列车开行方案为基本输入,通过引入新的停站决策变量,修正并完善传统的事件-活动网络(EAN)及约束,增加业务规则约束,以最小化周期时间、列车停站次数和总旅行时间为目标函数,构建基于能力提升的周期模式列车停站方案调整模型,通过优化列车停站,进一步寻求提高列车开行方案对应的区段通过能力利用最高水平的机会和可能性。(6)本文第七章以京沪高速铁路及相关衔接线路的高速铁路路网为背景,利用提出的周期模式列车开行方案编制流程与三个核心数学模型,结合实际数据及业务规则参数,求解并优化京沪高速铁路平日一天的周期模式列车开行方案,验证预设周期时间的合理性和周期模式在我国高速铁路路网上的可行性,表明本文提出的基于能力利用的周期模式列车开行方案编制方法及流程具备有效性和适用性。图64幅,表45个,参考文献160篇。