高鐵車(chē)站通過(guò)能力綜合分析計(jì)算法參數(shù)取值研究

譚 雪, 閆海峰, 辜雪菲, 梁家健

高鐵車(chē)站通過(guò)能力綜合分析計(jì)算法參數(shù)取值研究

譚 雪1, 閆海峰1, 辜雪菲1, 梁家健2

（1. 西南交通大學(xué), 交通運(yùn)輸與物流學(xué)院, 成都 611756； 2. 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司, 鐵道科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展中心, 北京 100000）

, 結(jié)合CTC系統(tǒng)的接發(fā)車(chē)原理和自動(dòng)采點(diǎn)原理, 總結(jié)出綜合分析法的不適應(yīng)性。其次, 深入研究綜合分析法中列車(chē)占用到發(fā)線(xiàn)時(shí)間、列車(chē)占用咽喉區(qū)時(shí)間、一晝夜停止作業(yè)時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)的取值問(wèn)題, 將參數(shù)取值細(xì)致化、標(biāo)準(zhǔn)化, 使綜合分析法的計(jì)算結(jié)果更符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)用的需要。最后, 運(yùn)用綜合分析法計(jì)算了樞紐車(chē)站長(zhǎng)沙南站的通過(guò)能力。為了使研究?jī)?nèi)容更具有實(shí)際參考意義, 計(jì)算過(guò)程中涉及的數(shù)據(jù)均來(lái)源于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的數(shù)據(jù)形式—— LKJ數(shù)據(jù)表、列車(chē)運(yùn)行圖、CTC監(jiān)控錄像等, 并給出了具體的計(jì)算步驟, 可以為以后的優(yōu)化研究提供參考。

高速鐵路; 車(chē)站通過(guò)能力; 綜合分析法; 參數(shù)取值

0 引 言

目前，高速鐵路車(chē)站通過(guò)能力中的到發(fā)線(xiàn)通過(guò)能力采用直接計(jì)算法計(jì)算，而咽喉區(qū)通過(guò)能力則采用利用率法，這兩種方法均屬于綜合分析法的范疇[1]。

綜合分析法計(jì)算思路實(shí)際上就是根據(jù)現(xiàn)階段的運(yùn)用情況，來(lái)推斷在運(yùn)用達(dá)到飽和狀態(tài)下的通過(guò)能力。該方法應(yīng)用十分廣泛，由于其簡(jiǎn)便實(shí)用，在實(shí)踐中取得了良好的效果。但由于其計(jì)算思想是沿用普速鐵路車(chē)站能力計(jì)算方法，而近年來(lái)隨著我國(guó)高速鐵路的快速發(fā)展，在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)綜合分析法存在著一定的不適應(yīng)性。主要體現(xiàn)在參數(shù)取值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際不符合、取值標(biāo)準(zhǔn)模糊及計(jì)算結(jié)果動(dòng)態(tài)性弱等方面[2-6]。

基于以上分析，本文結(jié)合高速鐵路車(chē)站的特點(diǎn)及綜合分析法的本質(zhì)，對(duì)綜合分析法的參數(shù)取值問(wèn)題進(jìn)行研究并改進(jìn)計(jì)算方法，以使其適應(yīng)高速鐵路車(chē)站的特點(diǎn)。

1 綜合分析法概述

高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范條文說(shuō)明[1]中給出綜合分析法計(jì)算公式如下。

1.1 到發(fā)線(xiàn)通過(guò)能力

1.2 咽喉區(qū)通過(guò)能力

2 CTC系統(tǒng)辦理進(jìn)路原理

綜合分析法是沿用普速鐵路車(chē)站通過(guò)能力計(jì)算方法而來(lái)的，但普速鐵路搭載CTC系統(tǒng)的線(xiàn)路較少，而高速鐵路均采用CTC系統(tǒng)進(jìn)行集中調(diào)度控制，因此，有必要基于CTC系統(tǒng)的接發(fā)車(chē)原理對(duì)綜合分析法的適應(yīng)性進(jìn)行分析。

2.1 CTC系統(tǒng)工作原理分析

圖1 CTC系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)進(jìn)路排列邏輯

（1）時(shí)機(jī)條件

時(shí)機(jī)條件是指CTC系統(tǒng)自動(dòng)排列進(jìn)路的時(shí)機(jī)。辦理接車(chē)或通過(guò)進(jìn)路，需滿(mǎn)足時(shí)間觸發(fā)條件或地點(diǎn)觸發(fā)條件，具體條件見(jiàn)表1。而辦理發(fā)車(chē)進(jìn)路，只需滿(mǎn)足時(shí)間觸發(fā)條件：在圖定出發(fā)時(shí)刻的前3 min開(kāi)始自動(dòng)嘗試辦理進(jìn)路。

表1 CTC系統(tǒng)接車(chē)/通過(guò)進(jìn)路時(shí)機(jī)條件

Tab.1 Reception of trains by CTC system

（2）行車(chē)條件

CTC系統(tǒng)按照?qǐng)D定的行車(chē)次序辦理進(jìn)路，只有計(jì)劃中的前行列車(chē)成功辦理進(jìn)路，才會(huì)為后續(xù)列車(chē)排列進(jìn)路。且對(duì)于到開(kāi)列車(chē)和終到列車(chē)，必須待列車(chē)在股道上停穩(wěn)后，才會(huì)為其辦理發(fā)車(chē)進(jìn)路和入段進(jìn)路。

（3）信號(hào)條件

判斷與進(jìn)路相關(guān)的區(qū)段是否開(kāi)放，道岔是否在進(jìn)路開(kāi)向位置，是否存在分路不良且未確認(rèn)其空閑的區(qū)段。若CTC系統(tǒng)判斷與進(jìn)路相關(guān)的區(qū)段已出清，則需再間隔6s才能將此區(qū)段認(rèn)定為空閑。辦理發(fā)車(chē)進(jìn)路還需保證車(chē)站一離去空閑。

2.2 CTC系統(tǒng)自動(dòng)采點(diǎn)原理

CTC系統(tǒng)會(huì)根據(jù)列車(chē)在股道特定位置的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，自動(dòng)采集列車(chē)的出發(fā)、到達(dá)及通過(guò)時(shí)刻，并生成實(shí)績(jī)運(yùn)行圖。

（1）出發(fā)時(shí)刻

（2）到達(dá)時(shí)刻

（3）通過(guò)時(shí)刻

3 綜合分析法適應(yīng)性分析

基于以上分析，可以看出綜合分析法的計(jì)算思路未能很好地與CTC系統(tǒng)的運(yùn)作原理相吻合，其不適應(yīng)性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

4 綜合分析法的部分參數(shù)取值研究

基于以上分析，本文將通過(guò)改良綜合分析法中與CTC系統(tǒng)接發(fā)車(chē)原理不匹配的參數(shù)取值，以使其適應(yīng)高速鐵路車(chē)站的特點(diǎn)。根據(jù)在站作業(yè)流程的不同，將列車(chē)分為終到入庫(kù)（后文簡(jiǎn)稱(chēng)終到列車(chē)）、庫(kù)出始發(fā)（后文簡(jiǎn)稱(chēng)始發(fā)列車(chē)）、到開(kāi)、折返及通過(guò)列車(chē)，分別研究各類(lèi)列車(chē)占用到發(fā)線(xiàn)時(shí)間。

4.1 列車(chē)占用到發(fā)線(xiàn)時(shí)間

（1）終到列車(chē)占用到發(fā)線(xiàn)時(shí)間

終到列車(chē)占用到發(fā)線(xiàn)時(shí)間流程見(jiàn)圖2。

（2）始發(fā)列車(chē)占用到發(fā)線(xiàn)時(shí)間

始發(fā)列車(chē)占用到發(fā)線(xiàn)時(shí)間流程見(jiàn)圖3。

（3）到開(kāi)列車(chē)占用到發(fā)線(xiàn)時(shí)間

到開(kāi)列車(chē)占用到發(fā)線(xiàn)時(shí)間流程見(jiàn)圖4。

圖3 始發(fā)列車(chē)占用到發(fā)線(xiàn)時(shí)間示意圖

圖4 到開(kāi)列車(chē)占用到發(fā)線(xiàn)時(shí)間示意圖

（4）折返列車(chē)占用到發(fā)線(xiàn)時(shí)間

折返列車(chē)占用到發(fā)線(xiàn)時(shí)間流程見(jiàn)圖5。

（5）通過(guò)列車(chē)占用到發(fā)線(xiàn)時(shí)間

式中：表示從列車(chē)車(chē)頭駛過(guò)進(jìn)站信號(hào)機(jī)到列車(chē)尾駛過(guò)出站信號(hào)機(jī)的時(shí)間。

4.2 列車(chē)占用咽喉區(qū)時(shí)間

在高鐵車(chē)站，接發(fā)車(chē)進(jìn)路一般是一次閉鎖、分段解鎖，因此計(jì)算高鐵車(chē)站咽喉區(qū)能力時(shí)，應(yīng)根據(jù)車(chē)站絕緣節(jié)的位置，將咽喉區(qū)劃為多段軌道電路，求出各軌道電路的利用率，視最高者為整個(gè)咽喉區(qū)的利用率。分析高鐵車(chē)站的CTC系統(tǒng)車(chē)站站場(chǎng)監(jiān)控錄像發(fā)現(xiàn)，列車(chē)在各軌道電路上的走行時(shí)間是易讀取的，因此本文將通過(guò)走行時(shí)間來(lái)描述列車(chē)占用咽喉區(qū)時(shí)間。

列車(chē)占用咽喉區(qū)軌道電路時(shí)間見(jiàn)圖6。

圖6 列車(chē)占用咽喉區(qū)軌道電路時(shí)間示意圖

該軌道電路全天被占用時(shí)間為：

4.3 車(chē)站一晝夜內(nèi)停止接發(fā)客車(chē)的時(shí)間

圖7 車(chē)站一晝夜內(nèi)停止接發(fā)客車(chē)的時(shí)間

5 實(shí)例分析

5.1 長(zhǎng)沙南站概況

長(zhǎng)沙南站連接滬昆高速鐵路與武廣高速鐵路，設(shè)有滬昆場(chǎng)、京廣場(chǎng)兩車(chē)場(chǎng)，共13個(gè)旅客站臺(tái)、28條到發(fā)線(xiàn)、4條正線(xiàn)。正線(xiàn)兩側(cè)不設(shè)站臺(tái)，共銜接四個(gè)方向：東為醴陵?yáng)|站方向，西為湘潭北站方向，北為汩羅東方向，南為株洲西方向。長(zhǎng)沙南站站場(chǎng)示意見(jiàn)圖8。本文基于2017年7月1日京廣線(xiàn)列車(chē)運(yùn)行圖計(jì)算長(zhǎng)沙南站能力。

5.2 長(zhǎng)沙南站能力計(jì)算

5.2.1 到發(fā)線(xiàn)能力計(jì)算

（1）基本參數(shù)取值

由長(zhǎng)沙南站CTC監(jiān)控資料可得長(zhǎng)沙南站到發(fā)線(xiàn)能力計(jì)算各項(xiàng)參數(shù)取值，見(jiàn)表2。

表2 到發(fā)線(xiàn)能力計(jì)算參數(shù)取值表

（2）京廣場(chǎng)到發(fā)線(xiàn)能力

將表2中的參數(shù)代入公式（6）~（10），可得京廣場(chǎng)每列車(chē)占用到發(fā)線(xiàn)的時(shí)間，平均后得到各類(lèi)列車(chē)平均占用到發(fā)線(xiàn)時(shí)間，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 京廣場(chǎng)各類(lèi)列車(chē)到發(fā)線(xiàn)平均占用時(shí)間的計(jì)算過(guò)程

Tab.3 Calculation process of the average time which the receiving-departure track occupied by each kinds of trains in Jingguang receiving-departure yard

（3）滬昆場(chǎng)到發(fā)線(xiàn)能力

同理可得滬昆場(chǎng)各類(lèi)列車(chē)的到發(fā)線(xiàn)平均占用時(shí)間，見(jiàn)表4。

表4 滬昆場(chǎng)各類(lèi)列車(chē)到發(fā)線(xiàn)平均占用時(shí)間的計(jì)算過(guò)程

Tab.4 Calculation process of average time occupied by each type of train on receiving-departure track of Hukun yard

綜上，長(zhǎng)沙南站全站到發(fā)線(xiàn)通過(guò)能力為1 004列，其中到開(kāi)列車(chē)639列，折返列車(chē)119列，始發(fā)列車(chē)123列，終到列車(chē)123列。

5.2.2 咽喉能力計(jì)算

咽喉區(qū)能力計(jì)算以京廣場(chǎng)為例，滬昆場(chǎng)同理。

（1）京廣場(chǎng)軌道電路分節(jié)

根據(jù)長(zhǎng)沙南站CTC監(jiān)控錄像，對(duì)長(zhǎng)沙南站京廣場(chǎng)咽喉區(qū)進(jìn)行軌道電路分節(jié)[12]，并對(duì)軌道電路進(jìn)行編號(hào)。分節(jié)結(jié)果見(jiàn)圖8。

圖8 京廣場(chǎng)咽喉分節(jié)情況

（2）京廣場(chǎng)各軌道電路占用時(shí)間

根據(jù)列車(chē)在長(zhǎng)沙南站的CTC系統(tǒng)車(chē)站站場(chǎng)的監(jiān)控錄像，可讀出列車(chē)在每一軌道電路的平均走行時(shí)間，結(jié)果如表5所示[13-15]。根據(jù)公式（11）、（12）可得各軌道電路被長(zhǎng)沙南站每列車(chē)占用的時(shí)間。

表5 京廣場(chǎng)各軌道電路平均走行時(shí)間

Tab.5 Average occupation time of each track circuit in the Jingguang receiving-departure yard

續(xù)表5

軌道電路走行時(shí)間/s軌道電路走行時(shí)間/s （15）33（32）25 （16）30（33）25 （17）30（34）29 （18）27（35）29 （19）32（36）32 （20）40（37）35 （21）40（38）47 （22）27（39）44 （23）33（40）31 （24）31（41）27 （25）41（42）26 （26）29（43）21 （27）28（44）24 （28）36（45）24 （29）22（46）27 （30）29（47）35 （31）30（48）27

（3）京廣場(chǎng)全天咽喉區(qū)能力

表6 京廣場(chǎng)全天軌道電路利用率

Tab.6 Daily utilization rate of track circuit in the Jingguang receiving-departure yard

長(zhǎng)沙南站京廣場(chǎng)南咽喉全天利用率最高的軌道電路為29，即56#、36#道岔；北咽喉利用率最高的軌道電路為11，即3#道岔。

將29、11軌道電路的利用率分別作為長(zhǎng)沙南站京廣場(chǎng)全天南、北咽喉區(qū)的利用率。代入公式（5），可得京廣場(chǎng)北咽喉全天通過(guò)能力429列，京廣場(chǎng)南咽喉全天通過(guò)能力419列，

（4）京廣場(chǎng)高峰時(shí)段能力

長(zhǎng)沙南站南咽喉高峰時(shí)段利用率最高的軌道電路為29，即56#、36#道岔。北咽喉高峰時(shí)段利用率最高的軌道電路為11，即3#道岔。

代入公式（5）可得京廣場(chǎng)北咽喉高峰時(shí)段通過(guò)能力89，京廣場(chǎng)南咽喉高峰時(shí)段通過(guò)能力87列。

表7 京廣場(chǎng)高峰時(shí)段軌道電路利用率

Tab.7 Peak utilization rate of track circuit in the Jingguang receiving-departure yard

（5）長(zhǎng)沙南站咽喉能力

同理可得滬昆場(chǎng)咽喉區(qū)全天能力、高峰時(shí)段（14:00~17:00）能力，與京廣場(chǎng)對(duì)應(yīng)類(lèi)別能力相加即可得全站能力，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 長(zhǎng)沙南站咽喉區(qū)能力

Tab.8 Capacity of Changsha south station throat

5.3 長(zhǎng)沙南站能力

綜上，長(zhǎng)沙南站京廣場(chǎng)到發(fā)線(xiàn)能力606列，其中到開(kāi)列車(chē)475列，折返列車(chē)41列，始發(fā)列車(chē)45列，終到列車(chē)45列；滬昆場(chǎng)到發(fā)線(xiàn)能力398列，其中到開(kāi)列車(chē)639列，折返列車(chē)119列，始發(fā)列車(chē)123列，終到列車(chē)123列；長(zhǎng)沙南站全站到發(fā)線(xiàn)能力1 004列，其中到開(kāi)列車(chē)639列，折返列車(chē)119列，始發(fā)列車(chē)123列，終到列車(chē)123列。

長(zhǎng)沙南站全天咽喉能力673列，京廣場(chǎng)北咽喉能力429列，京廣場(chǎng)南咽喉能力419列，滬昆場(chǎng)北咽喉能力260列，滬昆場(chǎng)南咽喉能力238列。

長(zhǎng)沙南站高峰時(shí)段為14:00~17:00，高峰時(shí)段咽喉區(qū)能力128列，京廣場(chǎng)北咽喉能力89列，京廣場(chǎng)南咽喉能力87列，滬昆場(chǎng)北咽喉能力41列，滬昆場(chǎng)南咽喉能力39列。

即，長(zhǎng)沙南站全天通過(guò)能力657列，高峰時(shí)段通過(guò)能力128列。

6 結(jié) 論

本文研究了綜合分析法中的列車(chē)占用到發(fā)線(xiàn)時(shí)間、列車(chē)占用咽喉區(qū)時(shí)間、一晝夜停止作業(yè)時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)的取值問(wèn)題，將參數(shù)取值細(xì)致化、標(biāo)準(zhǔn)化，并運(yùn)用綜合分析法計(jì)算了樞紐車(chē)站長(zhǎng)沙南站的通過(guò)能力。計(jì)算的數(shù)據(jù)均來(lái)源于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的數(shù)據(jù)形式——LKJ數(shù)據(jù)表、列車(chē)運(yùn)行圖、CTC監(jiān)控錄像等，而改良后的參數(shù)取值方式與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的數(shù)據(jù)形式更加貼切，能夠很容易地從現(xiàn)場(chǎng)使用的資料中讀出所需關(guān)鍵參數(shù)的取值。計(jì)算能力時(shí)分南北咽喉、分到發(fā)場(chǎng)、分高峰及全天時(shí)段分別計(jì)算，結(jié)果與長(zhǎng)沙南站實(shí)際的運(yùn)輸能力和繁忙情況較接近，也表明本文對(duì)參數(shù)取值的改良是有效的。希望研究結(jié)果可以為運(yùn)用綜合分析法計(jì)算高速鐵路車(chē)站能力的相關(guān)問(wèn)題提供一些參考。

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Research on Comprehensive Analysis and Calculation Method of High-speed Railway Station Carrying Capacity

TAN Xue1，YAN Hai-feng1，GU Xue-fei1，LIANG Jia-jian2

（1. School of Transportation and Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China;2. Railway Science and Technology Research Development Center, China Academy of Railway Sciences Corporation Limited, Beijing 10000, China）

This study focuses on the problems of a comprehensive analysis method in the calculation of carrying capacity of high-speed railway stations. First, combining the centralized traffic control (CTC) system and the automatic reading time principle, the study summarizes the incompatibility of the comprehensive analysis method. Second, the study investigates the value of key parameters in the comprehensive analysis method, such as the time occupied by trains on the arrival and departure track as well as in the station throat, and the stop operation time of a single day and night, thus providing detailed and standard parameter values, which makes the result of the comprehensive analysis more suited for actual needs of the station. Finally, the comprehensive analysis method is used to calculate the passing capacity of Changsha south station. The data involved in the calculation process are derived from actual data formats used in the field, such as the LKJ data table, train diagram, and CTC monitoring video, which ensure that the research finding shave practical significance. The specific calculation steps are described to provide a reference for future research.

high speed railway; station carrying capacity; comprehensive analysis and calculation method; parameter value

1672-4747（2020）02-0083-10

U292.51

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2020.02.010

2019-06-13

中國(guó)鐵路總公司科技研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃課題（P2018X001）

譚雪（1996—），女，漢族，四川達(dá)州人，西南交通大學(xué)碩士研究生，研究方向交通運(yùn)輸工程，E-mail：675791821@qq.com

譚雪, 閆海峰, 辜雪菲, 等. 高鐵車(chē)站通過(guò)能力綜合分析計(jì)算法參數(shù)取值研究[J]. 交通運(yùn)輸工程與信息學(xué)報(bào), 2020, 18（2）：83-92.

（責(zé)任編輯：李愈）