以接车间隔替代到达间隔对车站通过能力影响的分析研究.pdf

铁道运输与经济RAILW AY TRANSPORT AND ECONOMY第 45 卷 第 09 期以接车间隔替代到达间隔对车站通过能力影响的分析研究Influence on Passing Capacity by Replacing Arrival Headway with Train Receiving Headway徐意1，田长海2，张守帅3XU Yi1，TIAN Changhai2，ZHANG Shoushuai3(1.中国铁道科学研究院集团有限公司 通信信号研究所，北京 100081；2.中国铁道科学研究院集团有限公司 铁道科学技术研究发展中心，北京 100081；3.西南交通大学 交通运输与物流学院，四川 成都 611756)(1.Signal&Communication Research Institute,China Academy of Railway Science Corporation Limited,Beijing 100081,China;2.Railway Science&Technology Research&Development Center,China Academy of Railway Science Corporation Limited,Beijing 100081,China;3.School of Transportation and Logistics,Southwest Jiaotong University,Chengdu 611756,Sichuan,China)摘要：分析传统车站到达间隔的计算方法，提出将其作为衡量通过能力的关键指标存在定位不准的问题，而接车间隔对应进站信号机连续开放的最小时间间隔，更加准确地反映了车站到达通过能力，是车站到达作业效率的直接体现。提出一种全新的车站到达间隔计算模型及方法，采用过程分析的方法，通过引入限制点和释放点的概念描述列车到达间隔限制关系，推导出连续接车间隔与到达间隔的差异，从而合理测算车站到达间隔。并且以京沈客运专线朝阳北站及黑山北站为例开展案例研究，仿真结果证实到达间隔与接车间隔之间的差异非常明显，说明采用到达间隔衡量车站到达通过能力将产生较大的偏差，以接车间隔替代到达间隔作为衡量车站到达作业相关的通过能力指标更具有现实意义。关键词：接车间隔；到达间隔；通过能力；分段解锁；关联道岔Abstract:Traditional station train arrival headway is regarded as a key performance index of headway capacity while it is not the right representation of the headway after analysis.Meanwhile,as the minimum time interval of successive clearing of home signals,train receiving headway more accurately reflects the passing capacity of station arrival and directly mirrors the work efficiency of station arrival.Through process analysis,a new type of model and method for calculating arrival headway was provided by introducing the concept of restriction point and release point to depict the restriction among arriving trains.The difference between successive train receiving headway and arrival headway was then deduced and a reasonable calculation was conducted for station arrival headway.A case study was carried out by taking the Chaoyangbei Station and Heishanbei Station of the Beijing-Shenyang Passenger Line.The simulation results show that there is a significant difference between train arrival headway and receiving headway,which indicates that adopting train arrival headway to measure the station arrival passing capacity will produce large errors.Therefore,replacing arrival headway with train receiving headway as the measurement of station arrival passing capacity is of more practical significance.Keywords:Train Receiving Headway;Train Arrival Headway;Passing Capacity;Section Releasing;Conjunction Turnout 文章编号：1003-1421（2023）09-0015-06 中图分类号：U292.5+1 文献标识码：ADOI：10.16668/ki.issn.1003-1421.2023.09.03引用格式：徐意，田长海，张守帅.以接车间隔替代到达间隔对车站通过能力影响的分析研究J.铁道运输与经济，2023，45（9）：15-20.XU Yi，TIAN Changhai，ZHANG Shoushuai.Influence on Passing Capacity by Replacing Arrival Headway with Train Receiving HeadwayJ.Railway Transport and Economy，2023，45(9)：15-20.-15徐意 等 以接车间隔替代到达间隔对车站通过能力影响的分析研究0引言车站到达间隔，尤其是大型车站的到达间隔是制约行车间隔的关键因素，根据对我国高速铁路列车追踪间隔时间的分析和具体检算1-2，300 km/h速度级的长编组列车出发追踪间隔时间I发在170 s左右，区间追踪间隔时间I追在140 s左右，而大型车站的列车到达追踪间隔时间I到达到了230 s以上，故列车追踪间隔时间 I 主要受大型车站 I到的限制3-5。随着车站联锁设备自动化程度的提升，进路分段解锁已成为普遍运用的技术条件，基于该技术条件可大幅度压缩到达间隔6-8。然而无论是进路一次解锁还是分段解锁，将传统的车站到达间隔作为衡量通过能力的关键指标存在定位不准的问题，而车站连续接车最小间隔(以下简称“接车间隔”)才是准确衡量车站到达作业相关的通过能力指标。研究以接车间隔替代传统的以车站停车点为参考点的列车到达间隔，通过引入限制点和释放点的概念将列车车站间隔模型简明化，对合理测算车站到达间隔，评估通过能力具有现实意义。1问题分析传统到达间隔时间I到是指自前行列车到达车站时起，至同方向后行列车到达该站时止的最小间隔时间，它包括后行列车到达作业时间和后行列车由正常运行速度降至规定速度进入站内线路停车的时间。因此，传统计算方法计算到达间隔是严格按照前后列车在不同股道停车的时间点，计算最小时间差作为该股道对相关的到达间隔9-11。到达间隔考虑了前、后列车在站内走行的时间，而实际上只要前车出清关联道岔之后，就可以办理后车的进站进路，进站信号机就可以再次开放，因此接车间隔只与前车相关，而到达间隔与前、后车都相关。除了到达作业办理时间外，到达间隔主要考虑了后车从接近车站至股道停车的运行时间及前车从出清接车进路至股道停车时间，而接车间隔只需考虑前车从接近车站到出清接车进路时间，两者之间存在前、后列车从进站至目标股道停车这段走行时间差的差别，而该差别属于车站内部作业时间，与连续接车能力无关，因此到达间隔不能准确反映车站到达相关通过能力。从时刻表意义上来说，将列车先后到达股道停车的时间差作为到达间隔没有问题，但是，接车间隔对应进站信号机连续开放的最小时间间隔，才是车站到达作业效率的直接体现。2模型构建针对以上问题，提出一种新的车站到达间隔计算模型及方法，以准确确定接车间隔，该间隔对应为进站信号机连续开放的最小时间间隔。为了便于理解，提出以下基本概念，并进行解释。股道对：前、后行列车分别到达的目标股道。关联道岔：经过该道岔分叉后存在两条平行进路到达目标股道对。限制点：因为前车的占用，导致后车移动授权不得越过的位置点。释放点：与限制点相关联，一般为关联道岔岔后紧邻的轨道电路非超限绝缘节，前行列车尾部越过该位置点后，基于联锁分段解锁技术条件，可办理进站信号机至关联道岔开通另一方向的进路，后行列车的限制点解除(在一次解锁技术条件下，释放点为目标股道的入口处轨道电路分界点)。接车间隔示意图如图1所示，假定前行列车的目标股道为股道2，后行列车的目标股道为股道5，那么股道2和股道5构成股道对。113号道岔为该股道对的关联道岔，前、后行列车的进路在此分叉，分别导向股道2和股道5。在具体应用中，先办理从进站信号机X1至股道2的进路，X1开放后，前行列车立即以正常速度从制动距离外接入车站，在前行列车尾部越过图示的释放点前，后行列车的限制点为X1(显示红灯)，当前行列车尾部越过释放点后，X1至释放点的进路立即解锁，随即可办理X1至股道5的进路，113号道岔转换到定位，X1再次开放，限制点解除，后行列车以正常速度从制动距离外接入车站。X1两次开放的时间间隔即为股道限制点101股道2股道3股道4股道5股道6股道7股道8释放点103109111105107113115117119121123股道1X1图1接车间隔示意图Fig.1Train receiving headway-16徐意 等 以接车间隔替代到达间隔对车站通过能力影响的分析研究对2-5(前车接入股道2，后车接入股道5)的接车间隔，相对应还有股道对5-2的接车间隔，交换股道对接车顺序将带来关联道岔开向的不同，导致前车经过关联道岔的速度不同，最终接车间隔也不同。所有股道间都存在这样的两两组合关系，同一股道对可能存在不同的关联道岔(比如，股道1与股道7的关联道岔可以是101，105或者109)，构成以股道对接车先后为排列组合的车站接车间隔。基于以上分析，得到I接=T前出清+t到达作业式中：I接为接车间隔，s；T前出清为前车从站外制动距离之外接近进站信号机至出清关联道岔释放点的时间，s；t到达作业为办理列车接车进路作业时间，s。根据到达间隔的定义，得到I到=t到达作业+T后全程-T前出清至停车式中：I到为到达间隔，s；t到达作业为办理列车接车进路作业时间，s；T后全程为后车从站外制动距离之外接近进站信号机至股道停车的时间，s；T前出清至停车为前车出清关联道岔释放点至股道停车的时间，s。由公式和可以得到I到-I接=t到达作业+T后全程-T前出清至停车-T前出清-t到达作业=T后全程-T前全程式中：T后全程为后车从站外制动距离之外接近进站信号机至股道停车的时间，s；T前全程为前车从站外制动距离之外接近进站信号机至股道停车的时间，s。从公式可以看出，I到与 I接之间的差异为T后全程与T前全程之差，该结论同样适用于进路一次解锁条件下的I到与I接之间的差异。T后全程与T前全程的差异因前后车到达的目的股道不同而不同，前后列车到达目的股道的路径不同，经过的道岔不同，路径限速不同，而最终导致运行时间的差异。对于大型车站，到达不同股道的接车进路因道岔侧向限速不同，限速区间长度不同而对运行时间产生较大的影响，T后全程与T前全程的差异可能非常大，采用传统到达间隔来衡量车站接车通过能力将产生较大的偏差。以下将T后全程与T前全程统一称为进站停车时间。另外，I到通与I接之间，I通到与I接之间也存在同样的差异，由于通过列车一般是由正线股道高速通过车站，其从站外制动距离之外接近进站信号机至通过股道停车点的时间相对于其他进入侧线股道停车的列车的全程运行时间差异明显12-13。因此，I到通和I通到与I接之间差异较大，这种情况在通过作业较多的小型车站普遍存在。以下将分别选取大型车站及小型车站的实例，进行案例分析。3实例研究3.1实例选取以京沈客运专线(北京沈阳)朝阳北站(大站)及黑山北站(小站)为例开展案例研究，通过仿真的方法14-15计算相关参数，以清晰说明问题。朝阳北站下行方向平面布置图如图2所示，共有10条股道，从进站信号机X1至各股道停车点的距离都是1 989 m。在此需要说明的是正线和侧线股道并置停车点到进站信号机的距离由于线间距产生的差异非常小，在1 m之内，因而统一按1 989 m取值。黑山北站下行方向平面布置图如图3所示，共有4条股道，从进站信号机X1至各股道停车点的距离都是1 141 m。3.2仿真参数列车采用 CRH2 型车，16 辆编组，列车长度403 m，静动态质量比例0.95，进站信号机前安全防护距离110 m，车站到达作业时间40 s。股道1直股道1股道2股道3股道4股道5股道6股道7股道8股道101357911171921232527X1股道12图2朝阳北站下行方向平面布置图Fig.2Station layout of Chaoyangbei in downward direction股道1股道2股道3股道41357X1图3黑山北站下行方向平面布置图Fig.3Station layout of Heishanbei in downward direction-17徐意 等 以接车间隔替代到达间隔对车站通过能力影响的分析研究向限速310 km/h，股道2直向限速300 km/h，18号道岔(1/3，5/7，17，19，21，23，25，27)侧向限速80 km/h，42号道岔(9，11)侧向限速160 km/h。3.3仿真结果朝阳北站不同股道进站停车时间统计表如表1所示。股道3，5由于进路限速相同，进站停车时间相同，股道4，6，8，10也是类似情况。虽然股道1与股道7开通1/3，5/7道岔直向的进路限速不同，但对于列车实际运行速度没有产生影响，因而进站停车时间相同，股道2与股道12进站停车时间相同也是同样的情况。在此不考虑经过1/3，5/7道岔侧向进入股道1，3，5，7的迂回进路。从表1可以看出，通过不同进路到达不同股道的进站停车时间存在较大的差异，这些差异将结合不同的股道对及其对应的不同关联道岔体现为I到与I接之间的差异。通过确定股道对间的关联道岔，并确定对应的前、后车进站进路，根据列车运行仿真结果，最终形成朝阳北站仿真结果统计表如表2所示。从表2中的仿真结果数据可以看出，I到相对于I接的偏差比例范围为-30.3%40.2%。通过进一步求算得到，I到与I接的平均值都是215.7 s，与公式的结论相符，在交换股道对接车顺序后，2个股道表1朝阳北站不同股道进站停车时间统计表sTab.1Train arrival time of different tracks at Chaoyangbei station目的股道13，5724，6，8，1012主要道岔位置1/3，5/71/3，5/71/3，5/7(1/3)，5/7(1/3)，5/7(1/3)，5/7进站停车时间188.1212.0188.1243.3251.7243.3注：1/3表示1/3道岔为定位，开通直向；(1/3)表示1/3道岔为反位，开通侧向。表2朝阳北站仿真结果统计表Tab.2Simulation result statistics of Chaoyangbei Station关联道岔111999111111111171911212311171212311212521股道对1-21-4，1-6，1-8，1-101-121-31-51-72-32-52-72-4，2-6，2-8，2-102-123-4，3-6，3-8，3-103-123-73-54-54-74-124-6，4-8，4-105-6，5-8，5-105-125-76-76-126-8，6-107-8，7-107-128-128-1010-12I接/s158.1158.1158.1180.2180.2180.2210.2210.2210.2235.4235.4170170222.1236.9210.2210.2276.6276.6170170236.9210.2276.6276.6158.1158.1276.6276.6276.6I到/s213.3221.7213.3204.1180.2204.1178.9155178.9243.8235.4209.7201.3198.2236.9170.5146.6268.2276.6209.7201.3213146.6268.2276.6221.7213.3268.2276.6268.2I到-I接/s55.263.655.223.9023.9-31.3-55.2-31.38.4039.731.3-23.90-39.7-63.6-8.4039.731.3-23.9-63.6-8.4063.655.2-8.40-8.4偏差比例/%34.9040.2034.9013.300.0013.30-14.90-26.30-14.903.600.0023.4018.40-10.800.00-18.90-30.30-3.000.0023.4018.40-10.10-30.30-3.000.0040.2034.90-3.000.00-3.00股道对2-14-1，6-1，8-1，10-112-13-15-17-13-25-27-24-2，6-2，8-2，10-212-24-3，6-3，8-3，10-312-37-35-35-47-412-46-4，8-4，10-46-5，8-5，10-512-57-57-612-68-6，10-68-7，10-712-712-810-812-10I接/s210.2210.2210.2210.5210.5186.9170170158.1250.7242.5210.2210.2213.1236.9170158.1268.2276.6210.2210.2213.1158.1268.2276.6210.2210.2268.2276.6268.2I到/s155146.6155186.6210.5163201.3225.2189.4242.3242.5170.5178.9237236.9209.7221.7276.6276.6170.5178.9237221.7276.6276.6146.6155276.6276.6276.6I到-I接/s-55.2-63.6-55.2-23.90-23.931.355.231.3-8.40-39.7-31.323.9039.763.68.40-39.7-31.323.963.68.40-63.6-55.28.408.4偏差比例/%-26.30-30.30-26.30-11.400.00-12.8018.4032.5019.80-3.400.00-18.90-14.9011.200.0023.4040.203.100.00-18.90-14.9011.2040.203.100.00-30.30-26.303.100.003.10-18徐意 等 以接车间隔替代到达间隔对车站通过能力影响的分析研究的进站停车时间差也互换了。表2中I到与I接之差的绝对值的最大值为63.6 s，I到与I接之差的绝对值的平均值为29.7 s。因此，从对朝阳北站的仿真结果来看，I到与I接之间的差异非常明显，说明采用I到来衡量车站到达通过能力存在较大的偏差。从仿真结果还可以看出，关联道岔到股道的距离越远，股道对间的限速差异越大，进站停车时间差也越大，从而I到与I接之间的差异也越大。黑山北站不同股道进站停车/通过时间统计表如表3所示。从表3可知，进站停车时间与进站通过时间存在较大的差异，该差异将体现为 I通到和I到通与I接之间的差异。根据列车运行仿真结果，最终形成黑山北站仿真结果统计表如表4所示。从表4中的仿真结果数据可以看出，I到相对于I接的偏差较小，但 I通到和 I到通与 I接之间的差异较大，达到了98.0 s。因此，从对黑山北站的仿真结果来看，以I通到和I到通体现的前后列车到达/通过车站停车点的时间差与进站信号机连续开放的间隔存在较大差异。从匹配区间追踪间隔的角度来说，I到通和I通到作为I到的2种特殊情况，可以由I接进行无差别的替代。4结束语从列车间隔的角度分析，后车的速度不因前车的存在而受影响，以正常速度运行至前车相同位置的最小时间间隔构成追踪间隔。区间追踪间隔就是基于这一原则确定的，是衡量区间通过能力的主要指标，而传统的车站到达间隔却是前后列车到达不同股道停车最小时间间隔。因此，传统到达间隔只是具有时刻表意义的间隔，不具有准确衡量车站连续接车能力的指标作用。而接车间隔则准确反映了车站的接车能力，这种能力以股道对间的先后接车最小间隔为指标，体现为进站信号机连续开放的最小时间间隔，能够更好地匹配区间追踪间隔。以接车间隔替代传统的到达间隔作为衡量车站到达作业相关的通过能力指标，真正将区间通过能力与车站到达通过能力在同一间隔维度相匹配，形成统一的线路通过能力指标体系，更具有现实意义。另外，不同速度等级、不同型号列车由于速度限制、牵引制动性能、制动模式曲线、系统反应时间等因素的差异，即使对于相同进路，运行时间也存在差异。因此，用接车间隔替代传统的到达间隔可更好地适应不同类型列车混跑的车站间隔计算，能够根据前后列车的类型准确确定车站到达间隔，为通过能力精细化测算及智能化行车调度提供支持。参考文献：1 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以接车间隔替代到达间隔对车站通过能力影响的分析研究et al.Calculation Method for Train Headway of High Speed RailwayJ.China Railway Science，2013，34(5)：120-125.4 田长海，张守帅，张岳松，等.高速铁路列车追踪间隔时间研究J.铁道学报，2015，37(10)：1-6.TIAN Changhai，ZHANG Shoushuai，ZHANG Yuesong，et al.Study on the Train Headway on Automatic Block Sections of High Speed RailwayJ.Journal of the China Railway Society，2015，37(10)：1-6.5 张岳松，白 鑫，田长海.高速铁路车站到达追踪间隔时间优化研究J.铁道运输与经济，2020，42(13)：47-52.ZHANG Yuesong，BAI Xin，TIAN Changhai.Optimization of Train Arriving Interval at High Speed Railway Station J.Railway Transport and Economy，2020，42(13)：47-52.6 彭其渊，王超宇，鲁工圆.基于到发线运用方案的列车到达追踪间隔时间压缩方法及仿真研究J.中国铁道科学，2020，41(2)：131-138.PENG Qiyuan，WANG Chaoyu，LU Gongyuan.Compression Method and Simulation of Train Arrival Interval Based on Utilization of Arrival-Departure TrackJ.China Railway Science，2020，41(2)：131-138.7 史 峰，谢楚农，于桂芳.铁路车站咽喉区进路排列优化方法J.铁道学报，2004，26(4)：5-9.SHI Feng，XIE Chunong，YU Guifang.Optimization Methods for Arranging Train Routes in Station BottleneckJ.Journal 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