望 警 』 二兰坐—翌旦 —坠 ！！＝ ！ ＪｏｕＬｒｎａｌ ｏｆ Ｆｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄＩｎｆｏ—ａｔｉｎ¨Ｎｏ．２ｖｏＩ．１ ２ Ｊ ｕｎ＿２０１４ 高速铁路车站一区间 能力协调性的重要影响因素分析 陈晓竹 曾 诚 中铁二院工程集团有限责任公司，土木建筑设计研究三院， 成都６１００３１ 摘要：本文论述了高速铁路车站一区间能力协调的含义和度量指标，，ＰＵｆｆ计算机仿真的方法对高速铁路车站一区 间的作业流程进行了整体 射以，以高速铁路系统固定设备和移动设备的各种参数作为输入条件，车站一区间的最终 通过能力和列车运行的延误率为输出结果，讨论了到发线数目、列车到达强度对车站一区间能力协调性的影响。 关键词：高速铁路；能力协调性；计算机仿真 中图分类号：Ｕ２ ９２．５’３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ６７２－４７４７ （２０１４）０２—００６５—０５ ＤＯＩ：ｌ ０．３９６９／Ｊ．ｉ ｓ ｓ ｒ１． １ ６７ ２—４７４７．２０１４．０２．００５ Ｉｍｐｏｒｔａｎｔ Ｆａｃｔｏｒｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｒａｉｌ Ｓｔａｔｉｏｎ－－Ｉｎｔｅｒｖａｌ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ ＣＨＥＮ Ｘｉａｏ—ｚｈｕ ＺＥＮＧ Ｃｈｅｎｇ Ｔｈｉｒｄ Ｃｉｖｉ １＆Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｃｈｉｎａ Ｒａｉ ｌｗａｙ Ｅｒｙｕａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１ ００３１，Ｃｈｉｎａ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｏｏｒｄｊ ｎａｔｉｏｎ’ｓ ｃｏｎｎｏｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｒａｉ ｌｗａｙ ｓｔａｔｉｏｎ．ｉｎｔｅｒｖａ１ ｃａｐａｃｉｔＹ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｄｅｘｅｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ａｂｉｌｉｔＹ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｆｉｒｓｔ ｄｉＳＣＵＳｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ，ｔｈｅｎ，ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｏｐｅｒａｔ ｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｈｉｇｈ．ｓｐｅｅｄ ｒａｉ］ｗａｙ ｓｔａｔ ｉｏｎ．ｉｎｔｅｒｖａ１ ｗｅｒｅ Ｓｉｍｕ１ａｔｅｄ ｂｙ ｃｏｍｐｕｔｅｒ．Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｆｉｘｅｄ ａｎｄ ｍｏｂｉ１ｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ ｉｎ ａ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｒａｉ１ ｓｙｓｔｅｍ ａｓ ｔｈｅ ｉｎｐｕｔ ｅｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔａｔｉｏｎ．ｉｎｔｅｒｖａｌ ｆｉｎａｌ１Ｙ ｃａｐａｃｉｔｙ，ｔｈｅ ｒａｔｅ ｏｆ ｔｒａｉｎ ｒｕｎｎｉｎｇ ｄｅＩ ａｙ ａｓ ａｎ ｏｕｔｐｕｔ ｒｅｓｕ１ｔ，ｔｈｅ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ａｒｒｉｖａ１．ｄｅｐａｒｔｕｒｅ ｌｉｎｅｓ， ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｔｒａｉｎ ａｒｒｉｖａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｅｙ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｖａｌ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｄｉ ｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｈｉｇｈ—ｓｐｅｅｄ ｒａｉ ｌｗａｙ，ｔｈｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ，ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｉｍｕ］ａｔｉｏｎ 收稿日期：２０Ｉ３－０９—０５ 作者简介：陈晓竹（１９８７一）， ，汉族，四川冕宁人，中铁。 院ｌｌｒ程集叫有限责任公司ｌ：小 筑设汁研究 院 －Ｉ 师，倾 士 ｆ岁芒 Ｉ 。 ６５ 变ｊＪｎ运输．１ ‘ 息学报 ０ 引 言 随着京沪高铁、郑武高铁等多条高速铁路的相 继丌通，我同ｎ二式进入高速铁路ｆｌ，Ｊ‘代。为了保 铁 路运输的作 效率和经济利益，对高速铁路点利线 的能力协调提出了新的婴求，尤其是对办理大量始 发、终到和折返列乍的高速铁路车站与区间能力的 协调性更应进行重点研究。研究高速铁路 站．区问 静念 州是 划阶殴的类 渊 题 ‘种ｌｌＪＪ＇州，一‘般 把这 ，主竖也十． 砹箭数 刷能力的 设挤的披术改造方案年Ｉｌ新站、新线的建设方，案。以 对未来情形预测为 ， 求建立或改造的系统 运用过 中技术、经济等方 邦处＿Ｊ 最优状态，实 际能力小丁生产环节ｌ＿ｆ】备项技术设备所能提供的 最大能力，同时相邻两个环节之问的衔接作 能够 顺畅进行，不会出现延误与等待。动态协调是运营 阶段的一种协渊，足 系统的设备已经固定的前提 能力的协调性存规划阶段，可以判断运输系统内各 项设施是否配置恰当，帮助运输管理部门有针对性 下，结合运输生产的动态过程，通过运输组织的实 ｎ，Ｊ‘摔制，及时训整铁路系统 运营中出现的无序状 态，寻求设备的最优运营策略。高速铁路点线能力 协调的含义如图１所示。 ｒ新站、新线建设方案 ｒ静态协调（系统静态最优化） 地对高速铁路能力薄弱环节进行调整；存运营阶 段，能够保证在合理的管理和运输组织下实现运输 畅通，使能力不协调的环节得到缓解，充分发挥各 项设备的能力。 目前，学者已从多个方面对点线能力的协调性 点线能Ｊ 力协调ｌＬ Ｌ技术改造方案 进行了研究，文献［１】中最先提出了能力量比系数的 概念，研究了编组站内部设备问能力量比系数的确 定方法，并根据当时铁路的运输组织水平提出了设 备问的能力协调量比值。文献［２】、［３】从不同的角度 建立了点线能力的协同优化模型，并对影响能力协调 的因素进行了量化分析。文献［４】、【５］运用仿真的方法 对编组站的能力匹配进行了研究，通过多次在连续单 位时间内仿真模拟，统计不协调状态，找出最优的系 统合理配置，为运输组织提供合理的决策依据。本文 进一步运用计算机仿真的方法对点线能力的协调性 进行定量分析以研究高速铁路车站一区间能力的匹配， 用于指导各项设备能力加强和改造，优化运输组织。 Ｆｉ ｇ．１ 动态协调（系统动态最优化）——最优运营策略 图１ 点线能力协调的含义 Ｔｈｅ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ’ｓ ｃｏｎｎｏｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔａｔｉｏｎ —ｉ ｎｔｅｒｖａＩ ａｂｉ Ｉ ｉｔｙ １．２车站一区间能力协调性的度量 协调度是在特定的条件下，对一种状态或一个 方案的协调性的度量。【 本文中区问．车站能力的协 调性用两个个指标来进行衡量： （１）区间．车站最终的通过能力 区间．车站组成的系统最终的通过能力可用下 式表示： Ｎ终：Ｎ输 ‘Ｎ壬 式中：Ⅳ输入——从区间向乍站输入的列车数目： １ 高速铁路车站一区间能力协调性 概述 １．１ 能力协调的内涵 Ⅳｔ——由于能力不匹配而丢弃的列车，按 下式计算： ｜Ⅳ丢＝Ⅳ输入尸迤尸王 其中： ——列车出现延误的概率； ｔ——丢失运行线的概率。 （２）列下运行的延误率 从直观意义上讲，系统的协调是指在系统内部 的自组织和来自外界的测节管理活动（即他组织）作 用下，其各个组成子系统之问的和谐共存Ｉ６］。点线 能力协调包括了两层含义：一层足服务设备的最优 列车 作、 过程中可能出现多种情况的延误，ｌ 不满足追踪列乍问Ｉ犏时问、没有遁 的接发乍进路 和没仃空闲的到发线，这些情况ｑ１只 …岘’干＿ＩｌＩ列 设计，称为静态协调；一层是对已有服务设备的最 优运背摔制，称为动态协训。 铁蹄乍站一 能 Ｊ 洲 ｒ｝：的 响 豢分 晓竹 ／｝ 的作、Ｉ 鄙被视作足延 。高迷铁路的实际运什丧 ＩｌＪＪ， Ｕ。１ｌ流至ｌＪ达ｌｌ寸问 Ｉ】Ｉ 人＿＿Ｊ １ｊ ｉ发“｛ 々 ＩＩ，Ｊ‘ ］ｍ］ ， 十ｆＩ应的模型，接着将谈型转变为计算机能够 ｛）ｊ帅勺 钏ｆＪ模拟语言或计算机 序语苦。 先输入仿真的参 数并对参数进行仞始化， 乍站到发线的数Ｈ、ｆＩ闲喉 术｝ 会“｛现列乍排队等待的现象。 ｊ列 站的处理能 达到饱和，后续到达的 带集到达， 进路的集和模拟时问的长度等：然后调川时问 制程 列１ｉ就会出现排队等待的现象而出现延误，此时， 干¨午站能力就表现为不 渊。 序以便驱动程序：接着对作、Ｉ 件类型进行判定， ： 是到达事件，则执行到达 件处理例程，处理后置事 件为已执行。按同样的原理对到发线作业事件和 发 ２系统仿真 事件进行判定和执行；最后对仿真的结果进行处理和 保存。主程序的核心问题是到达事件、到发线事件和 ２．１ 仿真主程序流程 进行车站．区问能力协凋性仿真，首先应根据高 出发事件，也是需 进行细化的三个 要的子程序。 主程序流程图从整体上描述了随仿真时钟推进时系 统状态的变化过程，如图２所示。 丌始 输入仿 参数，参数训ｆｃｆ『化 速铁路列车作业流程的特点将系统进行简化，建立 （Ｉ）ｆｆｉ ｔｌ， ｝ 始化 Ｉ（２）系统状念训ｆ［ｆｉ化 （３）建模变 始化 （４１统计 数器 始化 产叶 列乍剑达 什 调川Ｈ 。『ＬｌＪ控Ｈ州程序 统汁区『ｌＩＪ输入的列乍 数目作为区川能力 Ｙ Ｙ —— 处 执｛Ｊ 到达 件处 例程， 当前事ｆｔ＝为已－ｔ．ｔ￣ｔ Ｙ 执行剑拨线作业 件处 － 例 朽！， 当前 拉 ：为已 Ｌ彳了 执 Ｌ｛Ｊ发事件处卵例 ， 当前书件为已执行 １ Ｊ Ｕ儿 习’ ｒ ’Ｊ｜ＪｙＵ Ｅ’ Ｙ Ｙ １ 订对ｆｔ 为已执 了， ｊ 念追 ： Ｙ 执行仿 结 ０‘ｆｌ：处州 、明 （ 图２Ｆｉｇ．２ 丝 ） 主程序流程 Ｍａｉ１．３ ｐｒｏｇｒａｍ ｆＩ ｏｗ ｃｈａｒｔ ２．２系统的仿真策略 本义运刚Ｍａｔｌａｂ米实现系统仿真，根 仿真模 和多个子函数。主 数Ｉ１ 婴根据列车的种类训Ｊｆ】十Ｉｌ 关的子函数来处理列／『ｉ的拨发乍和出入段作、ｌ ，他 型 求和功能结果编制程序，程序包括一个 卜甬数 个ｆ函数完成一种列乍 拔发１ 或 入段作ｑｋ，通 ６７ 交ｊＩ丑运输 Ｉ 息学报 过主函数确定各个子 数问的关系，并把这螳ｒ函 数集合成一整体，以实现系统的整体功能。 列乍总数， ４为 ¨剑发线数Ｆｌ对应的延误牢 表２不同到发线数目对应的指标 仿真模型中所有的事件按照时问先后顺序排 Ｔａｂ．２ Ｉ ｎｄｅＸ ｓｔａｔｉ ＳｔｉＣｓ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ 成一个序列，构成进程，系统会按照预先规定好的 处理规则和时间先后顺序处理进程上的每一个事 ａｒ Ｆｊ ｖａＩ—ｄｅｐａｒ１：ｕｒｅ Ｉ ｉ Ｂｅ ｑｕａｎ１：ｉｔｉｅＳ 件。除去初始事件的触发，事件都是随仿真系统的 运行而产生， Ｅｌ这些事件已预先进行过策划。策划 的主要工作是确定事件的类型与发生刚’问，策划好 的事件会预先储存，当仿真叫‘钟到达事件的产生时 间时，由仿真系统处理该事件。 由于列车速度主要影响列车相关作 ｋ时问，因 此本文仅按照列车运行方向和列车类型将列车作 业进程划分为类，见表１。 表１ 列车作业进程分类表 Ｔａｂ．１ ＣＩａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｉｎ ｏｐｅｒａ１：ｉｏｎ ＰＩ￣ＯＣｅＳＳ ８Ｏ ．◆————◆ ４Ｏ －，—ｒ 壶 斜斟 ２０ 凶 目０ 方案１ 方案２ 方案３ 方案４ 图３ 不同到发线数目对应的区间一车站通过列车总数 Ｆｉｇ．３ Ｔｈｅ ｓｔａ１：ｊｏｎ—ｉｎ１：ｅｒｖａＩ １：ｏ１：ａＩ ｃａｐａｃｉ１：ｙ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎ１：ａｒｒｉｖａＩ－ｄｅｐａｒ１：ｕｒｅ Ｉ ｉｎｅ ｑｕａｎ１：ｉｔｉ ｅｓ 。・ ０‘３ ●Ｌ ＼ ＼ ＼０ ’ ． 方案ｌ 图４方案２ 方案３ 方案４ 不同到发线数目对应的延误率 Ｆｉｇ．４ Ｄｅｌａｙ Ｆａ１：ｅ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎ１：ａｒｒｉｖａＩ．ｄｅｐａｒｔｕｒｅ Ｉ ｉＲｅ ｑｕａｎ１：ｉｔｉｅｓ 试验ｌ：使用到发线Ｉ、３、７、ＩＩ、４、８共六条， 到发线５、９、６、１０、ｌ２五条线路禁用。 试验２：使用到发线Ｉ、３、５、７、ＩＩ、４、６、８ ３ 重要因素对车站一区间能力协调性 的影响分析 ３．１ 到发线数量对车站一区间能力协调性的影响 共，到发线９、ｌ０、ｌ２ ｊ条线路禁用。 试验３：使用到发线ｌ、３、５、７、９、ＩＩ、４、６、 ８、ｌ０共十条，到发线１２禁用。 试验４：到发线Ｉ、３、５、７、９、ＩＩ、４、６、８、 １０、ｌ２、ｌ４共十一条全部使用。 本文以南京南站 安场接发列车的对数作为基础 数据资料，其中始发列车占ｌ５％，终到列车占２９％， 直接通过列车占９％，停站通过列车占４７％，速度为 ２００ｋｍ／ｈ的列车占５０％，速度为３００ｋｍ／ｈ的列车占 ５０％。发车间隔时问取６ｍｉｎ，仿真时问持续４个小时。 南实验数据可知，随到发线数日的增＿ＪＪｌｌ，区问． 车站通过列车总数增７ＪＩＪ，况ｌ 随午站到发线数日增 加车站的能力）ＪＩＩ大，点线能力的协渊性逐渐趋＿］。良 好；随到发线数目的增Ｊ】ｌＩ，接发乍的延误率逐渐降 为研究到发线数目对点线能力协调性的影响，本文进 行多次试验来对相关指标进行统计，统计结果见表２。 图３为不同到发线数目对应的区问．车站通过 低，系统出现延误的总ｌ１、『问逐渐＿卜降，当到发线数 日为ｌ０、ｌ１时延误率较小ｉＩ．趋ｒ卡几对稳定状态， 矬铁路 卜 能 凋忡的霞婴影ｌ 豢分析 晓竹等 Ｉ １ 站剑发线的数ｒｌ对点线能力的 渊性影ｕ向较 人，１ 站的 始设汁能力能｝ 好地与 问能力配合。 。－ ’ 、 、 ＇、 二 ０ｊ 墓 ３．２列车到达强度对车站一区间能力协调性的影响 试验５：仿真的 本条件不变，始发列车占ｌ５％， 终到列７Ｆ ２９％，商接通过列７Ｆ占９％，停站通过州 ，ｌ 占４７％，速度为２００ｋｍ／ｈ的列车占５０％，速度为 ３００ｋｍ／ｈ的列车占５０％，仿真时问持续４个小时， 实例午站的ｌ１条到发线全部使用。发车时问间隔分 别取４ｍｉｎ、５ｒａｉｎ、６ｍｉｎ、７ｍｉｎ、８ｍｉｎ、９ｍｉｎ和ｌＯｍｉｎ， ０ ４ ５ ６ ７ ８ ９ 发乍问隔时ｌ￣＇ｉＪ／ｍｉｎ 图６ 不同发车间隔时间对应的延误率 Ｆｉ ｇ．６ ＤｅＩ ａｙ ｒａｔｅ ｏｆ ｄｉｆｆｅ￣ｅｎｔ ｔｒａｉ ｎ ｄｅｐａｒｔｕｒｅ ｔｉｍｅ ｉｎｔｅｒｖａＩ Ｓ 大，区间．车站通过列车总数减少，证明发车间隔Ｈ，ｔ Ｉ＇ｉｆＪ的增大不利下提高车站的能力，但是对点线能力 的协训性有较好影响；随发车问隔时间的增大，列 实验的统计结果见表３、图５和图６所示。 车的延误率逐渐减小，系统的总延误时间减小，发 由统计结果可以看出，随发车问隔时间的增 表３Ｔａｂ ３ 车时问间隔为４ｍｉｎ时列车运行延误的情况较为严 不同发车间隔时间对应的指标 重，发车间隔取６ｍｉｎ，列车的延误较小：发车问隔 大于７ｍｉｎ时，系统基本上不会出现延误，说明其 他条件保持不变，对于本车站发车问隔大于７ｍｉｎ 点线能力的协调性较好。 Ｉｎｄｅｘ ｓｔａｔｉ ＳｔｉｃＳ ｆｏｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒａｉｎ ｄｅｐａｒｔｕｒｅ ｔｉｍｅ ｉｎｔｅｒｖａＩ Ｓ ４ 结 论 本文利用计算机仿真技术对影响高速铁路车 霎 。匡三一＝＃二二兰三＝＝ 站．区间能力协调性的重要因素进行了研究。通过计 算机程序的开发和设置一系列初始条件对高速铁 路车站．区间系统作业过程进行连续多次仿真模拟， 分析到发线数目和列车到达强度对高速铁路车站． 区间能力协调性的影响。这种基于仿真的研究方法 具有高效的灵活性和极大的适应度，能为高速铁路 设备的配置和运输组织方法提供一定的依据。 学报，２００７，ｌ９（１ ５）：３５９５－３５９８． 【５】 王 德，谢文炳，胡思继，郑时德．编组站到达－ 解体系统与区问通过能力的协调条件［Ｊ】．北京交 通大学学报，１９９３，ｌ ７（４）：２６５－２６７． 【６】 王孝坤．综合运输复合系统协凋发展研究【Ｄ】．西 安：长安大学倾 沦义，２００３． 【７】 心 睿．编组站能力协调形ｆ究【Ｄ】．成郜：西南交 迎大学，２００９． （ｃ 文编辑：刘她婷） ６９
