截至2019年底，中国高速铁路(简称高铁)运营总里程已突破3.5万公里。近年来，飞速发展的高速铁路使得选择高速铁路列车出行的旅客数量也出现爆炸性增长的态势。而现有的规划运营，考虑旅客出行选择行为与高铁列车开行方案之间动态关系的研究较少。从动态的角度研究高铁旅客出行选择行为与列车开行方案设计问题对旅客运输规划流程也提出了新的要求，鉴于两者之间的关系与控制论中的反馈控制系统比较相近，基于反馈控制原理，本文研究高铁分担率预测与列车开行方案的相互作用，提出了高铁分担率预测与列车开行方案反馈优化框架，依据该框架构建了反馈优化模型，并对涉及的相关理论与方法进行了阐述。本文的研究内容主要包括以下几方面：
　　(1)提出高铁分担率预测与列车开行方案反馈优化框架。通过对影响高铁列车开行方案设计的影响因素、影响旅客出行选择行为的高铁列车开行方案要素进行分析，研究两者相互作用机理。基于控制论中的反馈控制原理与优化理论，从定量的角度构建高铁分担率预测与列车开行方案设计反馈优化框架。
　　(2)旅客出行选择行为研究。为了简化研究，本文选取运输方式的加权平均旅行时间、平均等待时间与票价作为影响旅客出行运输方式选择的要素。基于随机效用理论，结合NL模型，构建旅客出行选择效用函数，使用BIOGEME对模型参数进行估计。在此基础上，以京沪通道为实例，通过设计SP问卷，对该通道的部分OD进行调查分析。此外，定量分析了列车开行方案关键要素对旅客出行的影响，同时也给出定量指导列车开行方案优化调整的方法。
　　(3)提出可变车厢数量与停站时间的列车开行方案优化模型与算法。众所周知，在高速铁路(HSR)列车的开行方案规划中，通常会以固定的方式考虑载客车厢数和停车时间，固定车厢数可能导致列车能力的浪费。本文研究了可变车厢数量与停站时间的列车开行方案设计问题，为求解这一问题，提出了一种基于Dantzig-Wolfe分解原理和列生成过程的分支定价算法。最后，以京沪高铁为实例对模型和算法进行验证。
　　(4)对分担率预测与列车开行方案反馈优化模型与算法进行研究。针对旅客出行选择行为与开行方案设计相互关系，构建高铁分担率预测与列车开行方案反馈优化模型。基于反馈优化框架，本文将模型分解为吸引力系数计算模型与多目标列车开行方案设计模型，并使用迭代算法进行求解。针对多目标开行方案设计模型，采用模糊数学方法转化为单目标规划模型，设计基于Dantzig-Wolfe分解技术与列生成算法求解。最后，以京沪通道为实例进行验证分析。