随着我国高速铁路的建设和发展,高铁已成为我国主要的旅客运输方式。但是,高铁建设投入大,运营成本高,许多高铁线路处于亏损状态。如何优化运营收益以保证高铁可持续发展成为高铁发展亟待解决的问题,高铁收益管理成为国内的研究热点。高铁客票不再是以固定费率、单一形式的价格出售,多级动态票价体系即将逐步实施。在此背景下,本文从提高高铁收益的角度出发,对多级票价体系下的席位存量控制问题进行了系统的研究。论文首先对多级票价体系下的席位存量控制问题进行剖析并构建基本模型。然后,从两个角度研究基本模型的近似求解方法。其一,基于动态规划分解和仿真的方法研究席位存量动态控制优化;其二,利用随机规划模型近似描述基本模型,研究基于预订限制控制的席位存量控制优化问题。最后考虑可变编组动车组的应用,研究基于柔性容量的席位存量分配优化问题。主要的研究工作及结论如下:(1)基于多级票价体系的席位存量控制问题的理论分析和基本模型构建。首先分析我国高铁运营特征,从政策环境、技术经济特征和软硬件技术支撑等几个角度分析实施收益管理的可行性。然后,从供需平衡的理论出发,分析多级票价体系下的席位存量控制问题。最后,考虑旅客购票选择行为,对基于多级票价体系的席位存量控制问题建立动态规划基本模型,根据模型特点指出近似求解和获得控制策略的思路,为后续研究奠定理论基础。(2)基于动态规划分解的席位动态控制优化方法研究。论文采用动态规划分解和仿真的方法近似求解席位存量控制基本模型,将基于最小二乘法的策略迭代算法与基于马尔科夫链选择模型的品类优化算法相结合,提出席位动态控制模型的近似求解算法和实时控制策略的生成算法,并设计仿真实验验证了算法和控制策略的可行性和有效性。(3)基于随机规划的多级票价体系下高铁席位存量分配模型和控制策略仿真研究。论文采用随机规划的方法研究席位存量控制问题,利用高铁运输市场中旅客的选择行为对随机需求进行细分,构建与基本模型近似的席位存量分配模型,然后将其转化为等价的线性规划模型并利用ILGO CPLEX快速求解。基于最优分配结果,生成单阶段静态预订限制控制策略和多阶段动态预订限制控制策略,并设计仿真算法对比研究两种控制策略的性能。最后,通过数值实验验证了模型和控制策略的有效性。(4)基于可变编组的高铁席位存量控制优化研究。可变编组技术使得高铁列车可通过调节编组方案获得一定的席位容量柔性。论文分别针对单列车和多列车的情形,建立可变编组与席位存量分配的联合优化模型,并给出相应的求解方法。数值实验表明收益管理和灵活编组的联合优化可提高期望利润。当需求强度较低时,灵活编组有助于供需匹配,通过减少运营成本来获得更高的利润;当需求强度增加到一定程度时,通过权衡成本和收益来获得更高的利润。论文的创新之处主要体现在以下几点:(1)提出了综合考虑随机需求、旅客选择行为、多级票价体系、多列车、多停站的高铁席位存量动态控制优化方法。针对基于多级票价体系的高铁席位存量控制模型,设计两阶段控制机制,提出将基于仿真的近似动态规划算法与马尔科夫链品类优化算法相结合的近似求解算法和在线生成实时控制策略的算法,为基于顾客选择的网络收益管理问题提供了新的解决思路。相对于既有的研究成果,该算法可以得到高铁席位动态控制实时优化策略,并且面向多种选择行为模型,具有较好的扩展性。当积累足够历史样本数据时,可应用大数据分析和机器学习的技术定期更新选择行为参数和投标价格,实现控制策略的持续优化。(2)提出了综合考虑随机需求、旅客选择行为、多级票价体系、多列车、多停站的高铁席位存量静态分配模型,并生成席位存量控制策略。既有研究中高铁席位存量分配主要针对单一票价下列车席位在不同OD之间的分配,少量多级票价下的席位存量分配研究则以独立需求为假设。本文以优化高铁收益为目标,采用随机规划的方法构建了基于旅客选择行为的高铁列车席位存量分配模型,提出多级票价体系下高铁席位存量多列车协同分配的方法,并以最优分配结果为基础生成席位存量的单阶段静态控制策略和多阶段动态控制策略。(3)提出基于可变编组的高铁列车席位存量分配优化模型。既有高铁席位控制优化研究中未见考虑可变编组情形下的席位存量控制问题。既有收益管理理论研究主要基于固定容量进行研究,少量以航空机型调换为背景的柔性容量的理论研究。本文以可变编组策略调节席位容量为背景,提出可变编组与席位存量分配的联合优化模型,通过实验分析获得可变编组下席位存量分配的基本规律。