在高速铁路大规模网络化运营条件下,客运需求无论从数量还是种类上都出现了较大的增长,使得高速铁路线路尤其是路网中复杂列车径路汇集的繁忙干线的运能供给状况受到了严峻的挑战。为了提供充分且符合市场需求下特定产品结构的客运产品以及保证运输服务的准时性等质量,铁路部门需要以高密度开行为目标充分发掘现有高速铁路网固定设备的有效运输能力,同时在运输任务增加条件下保证列车运行稳定性并且最大限度地减少移动设备的使用、减少运营成本。高速铁路列车运行图不仅确切描述了所涵盖铁路范围内的开行列车数量,而且也直观地反映了列车的运行质量及列车间的抗干扰能力,因此在运输需求繁忙、路网需要高密度开行列车的目标下对运行图的通过能力以及所铺画运行图的鲁棒性进行优化的基础上探讨二者间的协调优化具有十分重要的理论与实践意义。此外,为了充分减少动车组的使用成本,在运行图优化过程中同步考虑动车组在满足检修条件下的最优接续也有十分重要的现实意义。本文的主要研究内容如下:(1)构建了高速铁路运行图弹性结构下考虑越行限制的最优恢复鲁棒性运行图优化模型:设计了运行图弹性结构下加入二次微调机制的间隔缓冲时间优化方法。为保证列车在干扰下的恢复运行质量,构建了考虑越行限制下基于晚点传播完备空间推导的运行图最优恢复鲁棒性评估方法。通过算例验证本文方法可以有效兼顾复杂径路运行图质量以及最优恢复鲁棒性目标,并通过与列车运行图结构固定条件下静态可恢复鲁棒性运行图优化模型相比验证了本文运行图弹性结构下最优恢复鲁棒性优化方法的优越性。本研究内容为高速铁路高密度开行目标下运行图稳定性以及为研究内容(3)中复杂晚点条件下运行图稳定性提供研究基础。(2)构建了考虑混合等级(停站方案)列车开行比例条件下高速铁路网运行图通过能力优化模型:将运行图通过能力的优化问题抽象为时空网络中的最大列车独立径路集问题。由于不同列车等级(停站方案)的运输产品对应了不同的运输需求,为了满足特定的运输产品结构,在运行图通过能力优化中考虑了不同等级列车的开行比例约束。设计基于最大独立径路子集优化的加速分支定界算法,算例结果表明该方法可有效地在考虑列车开行比例下平衡所铺画运行图通过能力以及运行图本身的质量,且比求解最大独立集问题的一般算法求解效果更加有效。本研究内容为高速铁路高密度开行目标下考虑产品构成的运行图通过能力利用以及为研究内容(3)中考虑运行图稳定性时通过能力利用提供研究基础。(3)构建了连续晚点条件下高速铁路网运行图通过能力与最优恢复鲁棒性协调优化模型:列车运行图通过能力的提高会对列车运行稳定性产生影响,本文基于改进动态规划方法研究在运行图通过能力优化的同时对运行图的最优恢复鲁棒性进行协调优化。考虑到具有复杂径路的高速铁路网在列车高密度开行条件下所受干扰延误情况复杂,对连续晚点条件下运行图最优恢复鲁棒性进行考虑,且此时最优恢复鲁棒性的计算也是在连续晚点的传播中对运行图结构变换的完备空间进行推导下确定的。通过算例验证本文方法可以在对运行图通过能力优化的同时依然通过对运行图结构的筛选而协调连续晚点下最优恢复鲁棒性的有效性。本研究内容的理论基础是研究内容(1)和(2)。(4)构建了基于动车组接续关系下界检验的高速铁路网运行图结构及最优接续优化模型:采用时空接续网对该问题进行描述,设计了用于列车运行图结构以及考虑动车组检修时最优接续关系的同步优化算法,其中包括对运行线的结构的变换和对接续关系结构的变换。设计了任意运行线结构下动车组接续关系目标值的下界算法,为任意运行图结构下是否执行接续关系变换提供了检验依据从而提高协调优化的求解效率且为接续关系的变换提供基础。通过算例验证本文方法与传统分步求解策略相比较下的有效性。本研究内容为高速铁路高密度开行目标下移动设备成本优化提供了高效求解方法。从求解策略上,本研究内容可与研究内容(1)、(2)等相结合为列车高密度开行目标下问题间的协调优化提供求解方案。