高速鐵路通過(guò)能力計(jì)算及可靠性評(píng)估方法研究.pdf

1、在通過(guò)能力計(jì)算及評(píng)估方面，相對(duì)于既有線，我國(guó)高速鐵路有以下幾個(gè)不同點(diǎn)。其一，不同于既有鐵路列車運(yùn)行控制方式，我國(guó)高速鐵路采用CTCS-2或CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)，該列控系統(tǒng)滿足運(yùn)營(yíng)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(yùn)行，高速鐵路垂直型維修天窗模式導(dǎo)致夜間無(wú)法組織高速列車運(yùn)行。其三，既有鐵路旅客列車在一晝夜內(nèi)的開(kāi)行時(shí)間較為均衡，而高速鐵路旅客出行具有較明顯的時(shí)段選擇性，因此

2、需要不同時(shí)段設(shè)計(jì)不同列車開(kāi)行方案，在既滿足旅客出行需求的同時(shí)，不造成能力的浪費(fèi)。其四，既有鐵路列車的開(kāi)行主要是解決旅客出行難的問(wèn)題，盡量要滿足更多旅客的出行需求。而高速鐵路旅客對(duì)出行的服務(wù)需求更為明顯，尤其對(duì)出行的快速性和準(zhǔn)時(shí)性的需求。因此，高速鐵路通過(guò)能力計(jì)算及評(píng)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(jì)算及評(píng)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(jì)算方法的有益思想，結(jié)合高速鐵路自身特點(diǎn)，研究更適用于高速鐵路能力計(jì)算及評(píng)估的方法。本文主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　(1)高速鐵路通過(guò)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(yùn)行間隔時(shí)間、列車起停附加時(shí)間、列車開(kāi)行方案和維修天窗等。提出各個(gè)因素對(duì)高速鐵路通過(guò)能力影響程度的量化方法。重點(diǎn)研究了基于CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)的高速鐵路列車到達(dá)間隔時(shí)間的計(jì)算方法及影響參數(shù)，并量化各影響參數(shù)對(duì)到達(dá)間隔時(shí)間

4、的影響。得出可以通過(guò)將車站咽喉區(qū)進(jìn)行重新劃分，降低車站咽喉對(duì)到達(dá)間隔時(shí)間的影響，從而可以更精細(xì)化地計(jì)算了高速鐵路通過(guò)能力。
　　(2)高速鐵路車站通過(guò)能力計(jì)算方法
　　提出了基于車站分區(qū)階梯模型的車站通過(guò)能力計(jì)算方法。結(jié)合車站道岔分組、信號(hào)系統(tǒng)和軌道電路和站場(chǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，重新劃分車站分區(qū)，該方法可以通過(guò)縮短列車到達(dá)間隔時(shí)間而精細(xì)化計(jì)算通過(guò)能力。通過(guò)分析不同速度等級(jí)、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(jī)列車分配的最大能力和基于給定列車開(kāi)行結(jié)構(gòu)的最大能力。通過(guò)京滬高鐵濟(jì)南西站的實(shí)例分析可得，時(shí)速300km和時(shí)速250km的列車到達(dá)間隔時(shí)間最小可分別減少為3.1min和2.7min，兩種通過(guò)能力計(jì)算方法的計(jì)算結(jié)果均可以達(dá)到17列/小時(shí)，平均到達(dá)間隔時(shí)間為3.7min。證明該方法在符合運(yùn)輸組織實(shí)際情況和旅客服務(wù)要求的情況下，可以使車站單位時(shí)間內(nèi)可作業(yè)列車數(shù)量最大化。
　　(3)高速鐵路客運(yùn)區(qū)段通過(guò)能力計(jì)算方法
　　結(jié)合

6、傳統(tǒng)區(qū)段能力計(jì)算方法中的扣除系數(shù)法、圖解法、運(yùn)行圖壓縮和加密法及仿真模擬技術(shù)，研究高速鐵路客運(yùn)區(qū)段通過(guò)能力計(jì)算方法。研究了同一速度等級(jí)、不同停站方式列車通過(guò)能力計(jì)算方法和不同速度等級(jí)列車混合運(yùn)行的通過(guò)能力計(jì)算方法。建立了基于列車開(kāi)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(yùn)區(qū)段通過(guò)能力計(jì)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(shí)刻表的條件下，考慮全線列車運(yùn)行的客運(yùn)區(qū)段通過(guò)能力計(jì)算方法。通過(guò)對(duì)京滬高鐵北京南-濟(jì)南西客

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

8、系，分別針對(duì)兩張運(yùn)行圖對(duì)原圖實(shí)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(jì)算，建立運(yùn)輸能力可靠性評(píng)估指標(biāo)并研究其量化方法，并對(duì)高速鐵路運(yùn)輸能力可靠性進(jìn)行計(jì)算及評(píng)估。針對(duì)因高速鐵路列車延誤而需要進(jìn)行列車運(yùn)行調(diào)整的問(wèn)題，并建立了基于序優(yōu)化方法的列車運(yùn)行調(diào)整方案優(yōu)化模型，通過(guò)仿真計(jì)算得到總延誤時(shí)間最少的列車運(yùn)行調(diào)整方案，作為能力可靠性評(píng)估的基礎(chǔ)方案。以北京南-濟(jì)南西客運(yùn)區(qū)段不同能力利用方案為案例，分別計(jì)算并分析其能力可靠性。可得在

9、實(shí)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(shí)，就會(huì)使部分列車無(wú)法運(yùn)行，導(dǎo)致需要對(duì)運(yùn)行線進(jìn)行刪除。而當(dāng)能力利用率達(dá)到100％時(shí)，延誤必然會(huì)造成運(yùn)行線的刪除。
　　綜上所述，高速列車運(yùn)行速度高、運(yùn)行密度大，通過(guò)對(duì)不同速度等級(jí)列車在不同車站作業(yè)的間隔時(shí)間的進(jìn)一步細(xì)化，實(shí)際可通過(guò)的列車數(shù)可大幅度提高。針對(duì)高速鐵路垂直維修天窗前后形成的三角區(qū)對(duì)能力的影響和高速鐵路旅客出行的時(shí)段性，本文以小時(shí)為單位