高速鐵路通過能力計算及可靠性評估方法研究.pdf

1、在通過能力計算及評估方面，相對于既有線，我國高速鐵路有以下幾個不同點。其一，不同于既有鐵路列車運行控制方式，我國高速鐵路采用CTCS-2或CTCS-3級列控系統(tǒng)，該列控系統(tǒng)滿足運營速度350km/h及以上、最小追蹤間隔3min的要求。其二，不同于既有鐵路列車在一晝夜內(nèi)均可以有列車運行，高速鐵路垂直型維修天窗模式導(dǎo)致夜間無法組織高速列車運行。其三，既有鐵路旅客列車在一晝夜內(nèi)的開行時間較為均衡，而高速鐵路旅客出行具有較明顯的時段選擇性，因此

2、需要不同時段設(shè)計不同列車開行方案，在既滿足旅客出行需求的同時，不造成能力的浪費。其四，既有鐵路列車的開行主要是解決旅客出行難的問題，盡量要滿足更多旅客的出行需求。而高速鐵路旅客對出行的服務(wù)需求更為明顯，尤其對出行的快速性和準(zhǔn)時性的需求。因此，高速鐵路通過能力計算及評估方法不僅要盡量最大化能力的量值，也要滿足一定旅客出行質(zhì)的需求。
　　綜上分析，可知既有鐵路能力的計算及評估方法已不能完全適用于高速鐵路。因此，本文主要借鑒既有鐵路能力

3、計算方法的有益思想，結(jié)合高速鐵路自身特點，研究更適用于高速鐵路能力計算及評估的方法。本文主要研究內(nèi)容包括:
　　(1)高速鐵路通過能力主要影響因素分析
　　分析了影響高速鐵路能力的主要影響因素，具體包括列車運行間隔時間、列車起停附加時間、列車開行方案和維修天窗等。提出各個因素對高速鐵路通過能力影響程度的量化方法。重點研究了基于CTCS-3級列控系統(tǒng)的高速鐵路列車到達(dá)間隔時間的計算方法及影響參數(shù)，并量化各影響參數(shù)對到達(dá)間隔時間

4、的影響。得出可以通過將車站咽喉區(qū)進(jìn)行重新劃分，降低車站咽喉對到達(dá)間隔時間的影響，從而可以更精細(xì)化地計算了高速鐵路通過能力。
　　(2)高速鐵路車站通過能力計算方法
　　提出了基于車站分區(qū)階梯模型的車站通過能力計算方法。結(jié)合車站道岔分組、信號系統(tǒng)和軌道電路和站場拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，重新劃分車站分區(qū)，該方法可以通過縮短列車到達(dá)間隔時間而精細(xì)化計算通過能力。通過分析不同速度等級、不同作業(yè)類型列車的最優(yōu)順序，并考慮一定旅客服務(wù)水平指標(biāo)，分別研

5、究基于隨機列車分配的最大能力和基于給定列車開行結(jié)構(gòu)的最大能力。通過京滬高鐵濟南西站的實例分析可得，時速300km和時速250km的列車到達(dá)間隔時間最小可分別減少為3.1min和2.7min，兩種通過能力計算方法的計算結(jié)果均可以達(dá)到17列/小時，平均到達(dá)間隔時間為3.7min。證明該方法在符合運輸組織實際情況和旅客服務(wù)要求的情況下，可以使車站單位時間內(nèi)可作業(yè)列車數(shù)量最大化。
　　(3)高速鐵路客運區(qū)段通過能力計算方法
　　結(jié)合

6、傳統(tǒng)區(qū)段能力計算方法中的扣除系數(shù)法、圖解法、運行圖壓縮和加密法及仿真模擬技術(shù)，研究高速鐵路客運區(qū)段通過能力計算方法。研究了同一速度等級、不同停站方式列車通過能力計算方法和不同速度等級列車混合運行的通過能力計算方法。建立了基于列車開行方案的所有列車扣除平圖列車數(shù)最少為目標(biāo)的高速鐵路客運區(qū)段通過能力計算模型，并研究了相應(yīng)的求解算法。研究了在既有本線列車時刻表的條件下，考慮全線列車運行的客運區(qū)段通過能力計算方法。通過對京滬高鐵北京南-濟南西客

7、運區(qū)段的通過能力計算及分析，可得一個小時內(nèi)客運區(qū)段同一速度等級列車、不同停站方式的通過能力為14列川、時，在此基礎(chǔ)上，不改變同一速度等級列車開行方案的前提下，增加1列較低速度等級列車后，客運區(qū)段通過能力將為9列/小時。因此可得，不同速度等級列車共線運行對能力影響很大。
　　(4)基于列車運行延誤優(yōu)化調(diào)整的能力可靠性評估
　　通過對高速鐵路能力可靠性的分析及定義，結(jié)合原實際列車運行圖與經(jīng)過列車運行延誤優(yōu)化調(diào)整后的運行圖之間的關(guān)

8、系，分別針對兩張運行圖對原圖實際能力、剩余能力及由延誤導(dǎo)致的損失能力等能力值的分析和計算，建立運輸能力可靠性評估指標(biāo)并研究其量化方法，并對高速鐵路運輸能力可靠性進(jìn)行計算及評估。針對因高速鐵路列車延誤而需要進(jìn)行列車運行調(diào)整的問題，并建立了基于序優(yōu)化方法的列車運行調(diào)整方案優(yōu)化模型，通過仿真計算得到總延誤時間最少的列車運行調(diào)整方案，作為能力可靠性評估的基礎(chǔ)方案。以北京南-濟南西客運區(qū)段不同能力利用方案為案例，分別計算并分析其能力可靠性。可得在

9、實際能力相同的條件下，能力利用率越大，剩余能力越小，可靠性越差。當(dāng)能力利用率將近80％時，就會使部分列車無法運行，導(dǎo)致需要對運行線進(jìn)行刪除。而當(dāng)能力利用率達(dá)到100％時，延誤必然會造成運行線的刪除。
　　綜上所述，高速列車運行速度高、運行密度大，通過對不同速度等級列車在不同車站作業(yè)的間隔時間的進(jìn)一步細(xì)化，實際可通過的列車數(shù)可大幅度提高。針對高速鐵路垂直維修天窗前后形成的三角區(qū)對能力的影響和高速鐵路旅客出行的時段性，本文以小時為單位