高速铁路凭借其安全快速、正点率高、舒适性好等特点,已逐渐发展成为综合交通运输体系的骨干力量和国民经济的重要组成。随着“四纵四横”高速铁路网的建成以及“八纵八横”的逐渐形成,我国高速铁路正式进入网络化运营时代。与此同时,复杂的路网条件使得高速铁路运输组织难度加大,影响运营特性的因素和制约运营效益的条件增多,造成路网中出现运输需求与运力资源不匹配的现象。通过研究旅客列车开行方案优化方法、均衡高速铁路各车站负载压力以提升高速铁路整体运营效益与运输资源利用率具有重要的理论与实践意义。本文从网络视角,展开了基于负载均衡的高速铁路网络特性及开行方案优化研究,主要内容如下:首先,基于高速铁路网络三层耦合结构,提出多维度网络化建模及特性分析方法。针对高速铁路系统的基础设施层、列车流运行层和客流出行层三层结构,采用复杂网络理论,分别建立物理网络、列车服务网络和换乘网络模型,对网络连通性、聚类性和中心性等拓扑特征展开研究。进一步提出节点负载压力指标来表征路网中各车站作业强度与作业能力的匹配程度。通过对我国71条高速铁路线路、999个车站信息及现行的列车开行方案进行网络化仿真,揭示了高速铁路路网结构、列车运输组织与系统性能之间的定量关系。其次,针对当前高速铁路运营过程中存在的运输需求与运力资源不匹配现象,提出基于负载均衡的列车开行方案优化方法。建立以经济效益、社会效益和网络整体资源利用率为目标的非线性混合整数规划模型,综合优化列车运行径路方案、列车停站方案和客流分配方案,并设计基于遗传算法和粒子群算法的两阶段混合搜索算法进行求解。通过建立仿真算例验证了该优化方法在保证旅客出行需求的同时,能够有效地提升网络负载均衡性。最后,考虑开行列车在高速铁路网中的抗干扰能力,提出面向网络化运营场景的开行方案综合评估方法。结合运输特性评估方法和网络特性评估方法,建立开行方案综合评估体系,分别以能力指标、技术指标和旅客满意度指标刻画高铁运营特性,以网络鲁棒性指标刻画发生突发事件后网络性能的变化。针对网络鲁棒性分析,进一步设计了随机攻击和特定攻击策略,研究故障场景下高速铁路网络性能演化规律。最后以实际高速铁路网为场景进行仿真,验证了负载均衡的开行方案对网络鲁棒性有显著增强,同时评估结果可以为开行方案的制定和优化提供决策依据。图43幅,表21个,参考文献74篇。