截至2017年底，我国高速铁路运营里程已达2.5万km，占世界高速铁路总量的三分之二，已形成了高速铁路、城际铁路、客运专线和既有线铁路贯通成网运营的复杂客运网络；2017年我国高速铁路旅客发送量达17.13亿人次，占全国铁路旅客发送量的56.4%，已成为旅客运输的主力军，高速铁路优势和重要性日趋突出。随着高速铁路建设的不断推进和客流规模持续增长，与运营之初相比，我国高速铁路路情发生了深刻变化，已经成为世界上路网规模最大、路网结构最复杂、客流规模最大、运输需求最旺盛、运输组织难度最大的高速铁路客运系统。
　　列车运行图是规定列车在区间和车站作业的铁路运输综合生产计划，是协调铁路各部门、单位按一定程序进行生产活动的工具，它把整个路网的运输生产活动联系成为统一的整体，直接反映了运输组织水平与质量，是铁路运输组织的中心环节和核心内容。目前，我国高速铁路总体上沿袭了既有线铁路列车运行图编制理论与方法，即立足整体路网、全路一盘棋、先路网后区域，按列车等级分层铺画运行线的列车运行图编制模式。既有高速铁路列车运行图编制理论与方法在既有线铁路和运营之初的高速铁路发挥了巨大作用，但随着我国国情和高铁路情的深刻变化，其产生的问题和不适应性逐渐显现，主要体现在：既有理论与方法导致整个路网列车运行线交织、错综复杂、环环相扣，全路列车运行图编制演变为紧耦合为问题，列车运行图编制与调整难度大，运输组织的市场应对能力和反应灵敏性较低；各线关联性强、相互动态影响大，各区域运行图自主编制能力受到极大限制，无法结合自身实际特性进行产品的优化设计。目前，较多的研究主要集中于既有传统列车运行图编制理论与方法的细部完善和优化，且多为理论修补和技术完善式研究，尚难以从根本上有效解决我国既有高速铁路列车运行图编制模式存在的不足和产生的现实问题。部分研究成果虽能突破既有传统列车运行图编制理论与方法，且已成功应用于日、德、法等国的高速铁路运行图编制，但这些国家高铁路网规模、路网结构复杂度、客流规模和运输组织难度远不如我国，其较为成熟的理论和成功的经验难以直接应用于我国的高速铁路列车运行图编制。综上所述，无论从实际应用角度还是学术研究角度，都急需突破既有高速铁路列车运行图编制模式的束缚，创新和完善我国高速铁路成网条件下列车运行图编制理论与方法，破解复杂要素耦合条件下路网列车运行图编制的技术瓶颈，实现高速铁路列车运行图的优化编制，解决高速铁路运输组织面临的难题，提高运输组织水平。
　　本文在总结国内外列车运行图编制及相关领域研究成果、分析国内外列车运行图编制工作现状与特点、探讨我国既有高速铁路列车运行图编制理论与方法存在的不足及其致因基础上，借助大系统分解协调理论、借鉴国外高速铁路运行图编制的成功经验，提出高速铁路列车运行图区域协同编制思想，阐述编制原理、构建编制体系、探索编制方法、突破关键技术，研究建立基于区域协同的高速铁路列车运行图编制理论与方法，实现复杂要素耦合条件下高速铁路列车运行图的优化编制。主要研究工作包括：
　　（1）既有研究与工作现状的总结与分析。整理既有文献资料，分析国内外列车运行图编制及相关领域的研究成果，评述研究成果的优势与不足；梳理、归纳国内外高速铁路列车运行图编制工作现状，总结、分析高速铁路列车运行图特点。
　　（2）基于区域协同的高速铁路列车运行图编制理论。总结、分析我国既有高速铁路列车运行图编制特性，剖析其产生的问题及其致因，提出高速铁路列车运行图区域协同编制思想；从编制目标、依据、策略、方法和技术等方面阐述编制原理，分析技术优势；从编制框架、基本步骤、关键技术、编制特性等方面构建编制体系；探讨编制管理模式和组织程序，较为系统地建立基于区域协同的高速铁路列车运行图编制理论。
　　（3）基于网络连接及服务中心选择的高铁区域网划分方法研究。在分析高速铁路区域网划分原则和影响因素的基础上，结合区域网内各节点的邻接特性和动车储备与检修能力进行区域网中心选择，以区域网内各点距中心点的最小连接距离、最大平均连接紧密度为目标，建立高铁区域网划分混合整数规划模型，根据模型特点，设计一种向量编码方式的遗传优化求解算法，形成高速铁路区域网划分技术；以中国铁路总公司所属路网区域构建算例，验证模型与算法可行性和适应性，对我国高速铁路进行区域网划分；分析目标函数权重系数、最大服务半径与最大服务容量等约束对划分结果的影响，得出服务半径系数与服务容量系数的设定方法。
　　（4）基于客流时空特性的单元周期性运行图编制方法研究。在分析周期性列车运行图特性基础上，讨论基于客流时空特性的单元周期性运行图编制方法，设计编制流程；以列车旅行时间最短和能力最大化为目标，建立区域网干线单元周期运行图优化编制决策模型，运用CPLEX数学软件编程求解，形成区域网干线单元周期性运行图优化编制技术；以京沪高铁实际数据构建算例，验证模型的可行性，编制单元周期性运行图，实现区域网干线单元周期性运行图的优化编制。
　　（5）路网跨线列车运行图区域协同编制技术研究。在边界界定，概念定义和模型假设基础上，基于列车与运行线的时空协调关系和运行线间的时空接续关系，建立路网跨线列车运行线区域协同接续决策优化模型，设计一种改进的遗传优化求解算法，形成路网跨线列车运行图区域协同编制技术；以京沪高铁部分跨线列车、现行运行图相关信息和数据构造算例，验证模型和算法的可行性，优化确定路网跨线列车运行线，形成路网跨线列车运行线接续方案，铺画路网跨线列车运行图，实现路网跨线列车运行图的区域协同编制；分析路网结构，根据路网结构特点，提出路网跨线列车运行线区域协同接续的处理方法，对决策优化模型进行路网性推广。
　　（6）区域网干线本线列车运行线周期别分布数量优化技术研究。立足客流随机效用最大化的选择特点，提出基于客流迁移效用的客流量确定方法；通过对关联时间效用函数和关联能力效用函数的分析，建立基于随机效用理论的客流迁移模型和客流迁移概率函数，确定各时段（周期）迁移客流量，进而确定各时段（周期）实际客流量；以此为基础，建立以人均迁移时段数和客流损失率为指标的各时段（周期）运行线分布方案评价体系，通过算例予以仿真，分析各时段（周期）运行线分布（客流输送量）方案的优劣，为区域网干线本线列车运行图调整供决策依据。