鐵路車(chē)站咽喉通過(guò)能力分析研究

劉漢英，劉 斌

（蘭州交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

0 引言

咽喉區(qū)通過(guò)能力在很大程度上影響并決定著整個(gè)車(chē)站的通過(guò)能力，許多學(xué)者進(jìn)行了比較深入的研究?？盗璠1]以鐵路大型客運(yùn)站咽喉區(qū)為例研究車(chē)站咽喉區(qū)進(jìn)路分配問(wèn)題，通過(guò)分析各種主要影響因素，建立多種咽喉區(qū)運(yùn)用優(yōu)化模型并求解該模型。楊濤[2]分析了到發(fā)線通過(guò)能力和咽喉通過(guò)能力的具體計(jì)算方法及咽喉區(qū)道岔的分組原則。于海妹[3]提出并且運(yùn)用具體實(shí)例對(duì)坐標(biāo)計(jì)算法和平行進(jìn)路法在道岔分組中的應(yīng)用進(jìn)行分析研究。李非桃[4]分析研究作業(yè)進(jìn)路排列優(yōu)化方法，提出搜索路徑算法，通過(guò)運(yùn)用實(shí)例研究咽喉區(qū)通過(guò)能力計(jì)算系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)原理。劉敏等[5]對(duì)車(chē)站通過(guò)能力進(jìn)行層次分析。高世蕊[6]結(jié)合普速車(chē)站通過(guò)能力，對(duì)客運(yùn)專線車(chē)站通過(guò)能力進(jìn)行研究。劉廣武等[7]從走行線通過(guò)能力、車(chē)輛周轉(zhuǎn)能力、裝卸能力等方面分析專用線通過(guò)能力的影響因素，并給出相應(yīng)的計(jì)算方法。周楠等[8]運(yùn)用灰色預(yù)測(cè)法對(duì)一般限制性因素指標(biāo)發(fā)展數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，提出調(diào)整運(yùn)能分布、提高裝卸作業(yè)效率等合理化建議。Carey[9]研究大型車(chē)站的股道分配及調(diào)度問(wèn)題，采用人工智能的算法對(duì)復(fù)雜的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解。在這些研究的基礎(chǔ)上，以某中間站為例，綜合考慮車(chē)站調(diào)車(chē)作業(yè)干擾和列車(chē)優(yōu)先等級(jí)，運(yùn)用進(jìn)路優(yōu)化方法研究車(chē)站咽喉區(qū)的通過(guò)能力，以提高整個(gè)車(chē)站的通過(guò)能力。

1 鐵路車(chē)站咽喉區(qū)道岔分組及驗(yàn)證方法

鐵路車(chē)站通過(guò)能力包括到發(fā)線通過(guò)能力和咽喉通過(guò)能力[1]。車(chē)站到發(fā)線通過(guò)能力主要與到發(fā)線數(shù)目和站型有關(guān)[2]。咽喉區(qū)通過(guò)能力與車(chē)站咽喉及車(chē)場(chǎng)(客車(chē)技術(shù)整備段和機(jī)務(wù)段)的布置形式、咽喉區(qū)道岔分組和車(chē)站到發(fā)線的數(shù)目有關(guān)。道岔分組[3]是為了簡(jiǎn)化咽喉區(qū)的復(fù)雜線路，一般遵循大“N”法則進(jìn)行具體分組[4]。分組完成之后，以單開(kāi)道岔為例，采用坐標(biāo)計(jì)算法或平行進(jìn)路法驗(yàn)證道岔分組是否正確合理。

1.1 坐標(biāo)計(jì)算法

坐標(biāo)計(jì)算法如圖1所示，首先判斷道岔a和道岔b的A段軌道單元(岔根相反方向的軌道單元)的錨點(diǎn)(x1，y1)和(x2，y2)是否在兩道岔岔心組成的線段內(nèi)側(cè)。如果這2組道岔的A段軌道單元的錨點(diǎn)均在兩道岔岔心組成的線段外，則說(shuō)明道岔a和道岔b岔尾相對(duì)[5]。接著判斷這2組道岔是否分布在線路兩側(cè)：首先獲得道岔a和道岔b的B段軌道單元錨點(diǎn)的坐標(biāo)位置，以及道岔a，b的岔心坐標(biāo)，據(jù)此得出直線方程，將B段軌道單元的錨點(diǎn)(x3，y3)和(x4，y4)帶入此直線方程，如果同號(hào)則兩錨點(diǎn)同側(cè)，反之亦然。

圖 1 坐標(biāo)計(jì)算法Fig.1 Coordinate calculation method

1.2 平行進(jìn)路法

如果2個(gè)道岔分別在2條平行進(jìn)路中，則這2個(gè)道岔應(yīng)分在2個(gè)不同的道岔組中[6]。平行進(jìn)路法如圖2所示，道岔a在進(jìn)路1中，道岔b在進(jìn)路2中，進(jìn)路1和進(jìn)路2構(gòu)成平行進(jìn)路，因而道岔a和道岔b分在2個(gè)不同的道岔組中，這樣就驗(yàn)證了大“N”法則的正確性。如果在各種鐵路規(guī)章允許的情況下，進(jìn)路1和進(jìn)路4、進(jìn)路2和進(jìn)路3也可以形成平行進(jìn)路，同樣可以驗(yàn)證道岔a和道岔b應(yīng)分在不同的道岔組中。

圖 2 平行進(jìn)路法Fig.2 Parallel routing method

在鐵路站場(chǎng)咽喉區(qū)中，存在著各種各樣復(fù)雜的道岔，如雙開(kāi)道岔、三開(kāi)道岔及交叉道岔等，這些復(fù)雜道岔都可以使用以上方法分析。

2 鐵路車(chē)站進(jìn)路分配方案的選定

選定進(jìn)路分配方案應(yīng)遵循2個(gè)基本要求[7]：一是到發(fā)線的均衡使用；二是合理分配車(chē)站咽喉區(qū)的平行進(jìn)路作業(yè)。在進(jìn)路分配方案選定的過(guò)程中，運(yùn)用最大平行進(jìn)路優(yōu)化法和最大概率進(jìn)路優(yōu)化法進(jìn)行合理優(yōu)化。最大平行進(jìn)路優(yōu)化法是指在每項(xiàng)作業(yè)進(jìn)行的同時(shí)，為后續(xù)作業(yè)預(yù)留最大的平行作業(yè)空間[8]。最大概率進(jìn)路優(yōu)化法是指在每次排列一項(xiàng)作業(yè)進(jìn)路的同時(shí)，最大概率地為后續(xù)作業(yè)預(yù)留進(jìn)路。通過(guò)以下具體分析能夠更好地比較出兩者的優(yōu)劣性。

（1）相對(duì)于最大平行進(jìn)路優(yōu)化法，最大概率進(jìn)路優(yōu)化法能夠更加準(zhǔn)確地判斷進(jìn)路的優(yōu)劣性。進(jìn)路優(yōu)劣性比較如圖3所示，a1，a2，…，c5的15個(gè)點(diǎn)分別代表15組道岔的岔心，已知兩兩相鄰及對(duì)角線的道岔互相連通形成進(jìn)路。假如圖3中有一項(xiàng)作業(yè)需要通過(guò)咽喉道岔區(qū)，從a1點(diǎn)進(jìn)c2點(diǎn)出，有2條進(jìn)路可以選擇：①a1→b1→c2；②a1→b2→c2。如果選擇進(jìn)路①，則剩下線路的最大平行作業(yè)數(shù)為3；如果選擇進(jìn)路②，最大平行作業(yè)數(shù)也為3，因而用最大平行進(jìn)路優(yōu)化法分析可得，選擇2條進(jìn)路的效果是一樣的。用最大概率進(jìn)路優(yōu)化法分析，如果選擇進(jìn)路①，剩余線路可以組成的后續(xù)進(jìn)路有a2→b2→c3，a3→b4→c4等17條；而如果選擇進(jìn)路②，則可以組成的后續(xù)進(jìn)路有15條，與選擇進(jìn)路①相比后續(xù)進(jìn)路少了a2→b2→c3和a3→b2→c32條進(jìn)路。假設(shè)后續(xù)進(jìn)路表示的所有作業(yè)都存在，并且概率相等為α，則進(jìn)路①后續(xù)進(jìn)路的概率為17α，進(jìn)路②的后續(xù)進(jìn)路概率為15α，從理論上分析，進(jìn)路①是優(yōu)于進(jìn)路②的，由此可得最大概率進(jìn)路優(yōu)化法能夠更加準(zhǔn)確地分配進(jìn)路。

圖 3 進(jìn)路優(yōu)劣性比較Fig.3 Comparison of the advantages and disadvantages of routing

（2）運(yùn)用最大概率進(jìn)路優(yōu)化法能夠更加準(zhǔn)確地模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)情況[4]。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際接發(fā)車(chē)作業(yè)過(guò)程中，概率還取決于該列車(chē)的重要程度，如軍列和旅客列車(chē)的優(yōu)先級(jí)都要高于貨物列車(chē)。進(jìn)路優(yōu)劣性比較如圖4所示，由于施工原因，a2到c2不能經(jīng)過(guò)道岔b2，因而有2條進(jìn)路可以選擇，即進(jìn)路①a2→b1→c2和進(jìn)路②a2→b3→c2。a2到c2的后續(xù)作業(yè)進(jìn)路有a1→b1→c1和a3→b3→c3，設(shè)概率分別為α1和α2。從優(yōu)先級(jí)別考慮，如果α1＞α2，則選擇進(jìn)路②；如果α1＜α2，則選擇進(jìn)路①，這樣比較即得最大概率進(jìn)路優(yōu)化法更加符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)情況，能夠更準(zhǔn)確地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)。

圖 4 進(jìn)路優(yōu)劣性比較Fig.4 Comparison of the advantages and disadvantages of routing

3 實(shí)例分析

3.1 咽喉道岔分組及驗(yàn)證方法的具體運(yùn)用

以某中間站為例，該站IV道為上行正線，V道為下行正線，1道至9道為到發(fā)線，也可以進(jìn)行調(diào)車(chē)作業(yè)，10道至17道為調(diào)車(chē)線。1道、V道、6道緊鄰站臺(tái)，可以接發(fā)旅客列車(chē)，7道、8道、9道可以接發(fā)超限列車(chē)。某中間站的左端咽喉道岔分組如圖5 所示，運(yùn)用道岔分組的基本原則，左端咽喉區(qū)道岔可以分為8個(gè)道岔組，用坐標(biāo)計(jì)算法和平行進(jìn)路法依次驗(yàn)證道岔分組的正確性。

以3號(hào)、5號(hào)、8號(hào)道岔組為例，用坐標(biāo)計(jì)算法驗(yàn)證如圖6所示。首先檢驗(yàn)3號(hào)和5號(hào)道岔組，錨點(diǎn)A1和A2均在21號(hào)和23號(hào)道岔組成的線段外側(cè)，因而2組道岔岔尾相對(duì)，同時(shí)錨點(diǎn)B1和B2在線路兩側(cè)，因而21號(hào)道岔和23號(hào)道岔不能分在同一個(gè)道岔組中；由于5號(hào)、21號(hào)、19號(hào)、31號(hào)道岔沒(méi)有同時(shí)滿足以上2個(gè)條件，因而可以分在同一個(gè)道岔組中。同理可以得出25號(hào)、27號(hào)道岔不能分在同一個(gè)道岔組中。

圖 5 左端咽喉道岔分組Fig.5 Left throat turnout grouping

圖6 坐標(biāo)計(jì)算法Fig.6 Coordinate calculation method

同樣以3號(hào)、5號(hào)、8號(hào)道岔組為例，用平行進(jìn)路法驗(yàn)證如圖7所示，3號(hào)道岔組在1道、2道、3道、IV道發(fā)車(chē)/調(diào)車(chē)進(jìn)路中，5號(hào)道岔組在V道接車(chē)進(jìn)路中，8號(hào)道岔組在6道調(diào)車(chē)進(jìn)路中，因而3號(hào)、5號(hào)、8號(hào)道岔組分別在3條平行進(jìn)路中，屬于不同的道岔組，驗(yàn)證了這3個(gè)道岔組的分組正確性。

圖 7 平行進(jìn)路法Fig.7 Parallel routing method

3.2 2 種進(jìn)路優(yōu)化法在進(jìn)路選擇中的應(yīng)用

3.2.1 2 種進(jìn)路優(yōu)化法在接發(fā)旅客列車(chē)過(guò)程中的 運(yùn)用比較

（1）下行方向接旅客列車(chē)T303，1道、V道、6道均可接旅客列車(chē)，用最大平行進(jìn)路優(yōu)化法可得3條股道的最大平行作業(yè)數(shù)分別如下。①6道：4條(7道至17道的調(diào)車(chē)作業(yè)、IV道的發(fā)車(chē)作業(yè)、1道至3道的調(diào)車(chē)作業(yè)、經(jīng)過(guò)5號(hào)道岔組的調(diào)車(chē)作業(yè))。②V道：4條(6道至17道的調(diào)車(chē)作業(yè)、IV道的發(fā)車(chē)作業(yè)、1道至3道的調(diào)車(chē)作業(yè)、經(jīng)過(guò)5號(hào)道岔組的調(diào)車(chē)作業(yè))。③1道：2條(6道至17道的調(diào)車(chē)作業(yè)、經(jīng)過(guò)5號(hào)道岔組的調(diào)車(chē)作業(yè))。

因此，用最大平行進(jìn)路法分析可得：旅客列車(chē)T303接到V道和6道的效果是一樣的，但都優(yōu)于1道，一般情況下，盡可能地將下行方向的旅客列車(chē)接到V道或6道，如果接到1道，這條接車(chē)進(jìn)路將切割整個(gè)左端咽喉，給車(chē)站接發(fā)車(chē)作業(yè)和調(diào)車(chē)作業(yè)造成很大的干擾。

（2）用最大概率進(jìn)路優(yōu)化法可得剩余線路可以組成的后續(xù)進(jìn)路數(shù)如下。①6道：25條(7道至17道的調(diào)車(chē)作業(yè)、1道至Ⅳ道的發(fā)車(chē)/調(diào)車(chē)作業(yè)、經(jīng)過(guò)5號(hào)道岔組的調(diào)車(chē)作業(yè))。②V道：26條(6道至17道的調(diào)車(chē)作業(yè)、1道至Ⅳ道的發(fā)車(chē)/調(diào)車(chē)作業(yè)、經(jīng)過(guò)5號(hào)道岔組的調(diào)車(chē)作業(yè))。③1道：15條(6道至17道的調(diào)車(chē)作業(yè)、經(jīng)過(guò)5號(hào)道岔組的調(diào)車(chē)作業(yè))。

因此，用最大概率進(jìn)路法分析可得：旅客列車(chē)T303接到V道優(yōu)于6道：在接發(fā)旅客列車(chē)作業(yè)過(guò)程當(dāng)中，辦理的都是基本進(jìn)路，禁止辦理迂回進(jìn)路，因而6道進(jìn)路只能經(jīng)過(guò)4號(hào)、5號(hào)、8號(hào)道岔組，V道進(jìn)路經(jīng)過(guò)4號(hào)、5號(hào)道岔組，這樣選擇V道進(jìn)路比6道進(jìn)路多了1條6道調(diào)車(chē)進(jìn)路。這2條進(jìn)路明顯優(yōu)于1道進(jìn)路。

從以上分析得出，在進(jìn)路選擇過(guò)程中，最大概率進(jìn)路優(yōu)化法比最大平行進(jìn)路優(yōu)化法能夠更加準(zhǔn)確地判斷進(jìn)路的優(yōu)劣性[5]。

3.2.2 2 種進(jìn)路優(yōu)化法在接發(fā)旅客列車(chē)與超限列車(chē)中的運(yùn)用比較

局管內(nèi)旅客列車(chē)7507待避超限軍列91007，7507可以接到1道、V道、6道，91007可以接到7道、8道、9道。

（1）用最大平行進(jìn)路優(yōu)化法分析旅客列車(chē)7507分別接到1道、V道、6道對(duì)超限軍列91007接車(chē)進(jìn)路數(shù)的影響。①1道：1條(7道/8道/9道接91007)。②V道：1條(7道/8道/9道接91007)。③6道：1條(8道/9道接91007，旅客列車(chē)與超限列車(chē)不能鄰線接發(fā))。因此，用最大平行進(jìn)路優(yōu)化法無(wú)法判斷旅客列車(chē)7507接車(chē)進(jìn)路對(duì)超限軍列91007接車(chē)進(jìn)路的影響。

（2）用最大概率進(jìn)路優(yōu)化法分析旅客列車(chē)7507分別接到1道、V道、6道對(duì)超限軍列91007接車(chē)進(jìn)路數(shù)的影響。①1道：3條(7道、8道、9道接91007)。②V道：3條(7道、8道、9道接91007)。③6道：2條(8道、9道接91007)。因此，用最大概率進(jìn)路優(yōu)化法可以判斷旅客列車(chē)7507接到1道或V道優(yōu)于6道，原因在于6道接旅客列車(chē)7507會(huì)影響7道接軍列91007。

從以上分析得出，在進(jìn)路選擇過(guò)程中，最大概率進(jìn)路優(yōu)化法更加符合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際作業(yè)情況。以上2種進(jìn)路優(yōu)化方法能夠更加準(zhǔn)確地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，更加科學(xué)合理地選擇列車(chē)進(jìn)路，提高車(chē)站咽喉及整個(gè)車(chē)站的通過(guò)能力[9]。同時(shí)，車(chē)站咽喉通過(guò)能力的研究及進(jìn)路優(yōu)化的方法可為列車(chē)調(diào)度集中系統(tǒng)自動(dòng)排路的優(yōu)化提供理論依據(jù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

以實(shí)際中間站為例，運(yùn)用道岔分組原則對(duì)咽喉區(qū)復(fù)雜道岔進(jìn)行簡(jiǎn)化，有效降低了咽喉區(qū)通過(guò)能力計(jì)算的復(fù)雜性，并且通過(guò)坐標(biāo)計(jì)算法和平行進(jìn)路法驗(yàn)證分組的正確性及可行性。在進(jìn)路選擇過(guò)程中，考慮了車(chē)站接發(fā)車(chē)作業(yè)和調(diào)車(chē)作業(yè)的綜合因素，詳細(xì)分析比較了不同情況下2種進(jìn)路優(yōu)化法的優(yōu)劣性，有助于咽喉通過(guò)能力的研究。影響車(chē)站通過(guò)能力的因素有很多，不僅與現(xiàn)場(chǎng)各種設(shè)備有關(guān)，而且與現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的業(yè)務(wù)水平和經(jīng)驗(yàn)也有很大關(guān)系。研究只簡(jiǎn)單考慮了接發(fā)車(chē)對(duì)后續(xù)接發(fā)車(chē)的影響，沒(méi)有考慮所有股道的空閑或占用狀態(tài)，默認(rèn)了所有股道的空閑狀態(tài)，而在實(shí)際作業(yè)過(guò)程當(dāng)中，還存在著調(diào)車(chē)作業(yè)及各種相關(guān)因素的干擾，整個(gè)車(chē)站的作業(yè)更為復(fù)雜。因此，今后在此問(wèn)題的研究過(guò)程中需要綜合相關(guān)影響因素進(jìn)行全面研究。