朱詠秋

（西南交通大學(xué) 交通運輸與物流學(xué)院，四川 成都 610031）

利用計算機實現(xiàn)高速鐵路客運站通過能力仿真時，接發(fā)車進路的排列是其核心研究內(nèi)容。高速鐵路客運站的每一到發(fā)線都至少與1條接車進路和1條發(fā)車進路相連，因此不能孤立地考慮接發(fā)車進路在計算機中的排列，而應(yīng)將其與到發(fā)線運用方案作為一個整體對象進行研究。有學(xué)者在已經(jīng)確定到發(fā)線運用方案的前提下，對進路的排列優(yōu)化進行研究[1-3]，其研究對象均為既有客運站進路，而高速鐵路客運站與既有客運站有著不同的特點，在接發(fā)列車類型及作業(yè)時間標準等方面都存在一定差異。因此，針對高速鐵路客運站的特點，提出與到發(fā)線運用方案及接發(fā)車進路排列相適應(yīng)的確定方法和仿真方法，具體包括數(shù)據(jù)庫信息的錄入與更新、確定到發(fā)線運用方案、實現(xiàn)分段解鎖進路的方法和計算最大數(shù)量進路等。

1 數(shù)據(jù)庫信息的錄入與更新

到發(fā)線、接發(fā)車進路、道岔組是3個相互關(guān)聯(lián)的車站固有實體。在計算機仿真前，應(yīng)將這3個實體的固有屬性信息錄入數(shù)據(jù)庫，以便仿真時讀取信息，同時可以根據(jù)實時仿真情況對其變動屬性信息及時更新。所謂固有屬性，是指一旦賦值便不再更改的屬性，是在仿真前已經(jīng)確定，不會隨著仿真過程的推進而發(fā)生變化；所謂變動屬性，是指會隨時發(fā)生變化的屬性，需要根據(jù)實時仿真情況進行更改。3個實體各自具備的固有屬性與變動屬性如下。

（1）到發(fā)線包含的屬性。①固有屬性：編號、占用該到發(fā)線的列車類型(由到發(fā)線運用方案決定)、接車間隔；②變動屬性：占用狀態(tài)、開始占用時間、結(jié)束占用時間。

（2）接發(fā)車進路包含的屬性。①固有屬性：編號、性質(zhì)、連接的到發(fā)線；②變動屬性：占用的道岔組、占用狀態(tài)、占用該進路的列車類型、開始占用時間、結(jié)束占用時間。其中，接發(fā)車進路的性質(zhì)是指該進路為接車進路或發(fā)車進路。若為接車進路，確認從動車段還是從區(qū)間接車；若為發(fā)車進路，確認向動車段發(fā)車還是向區(qū)間發(fā)車。此外，由于采用的進路為分段解鎖方式，將“接發(fā)車進路占用的道岔組”這一性質(zhì)劃分為變動屬性。

（3）道岔組包含的屬性。①固有屬性：編號；②變動屬性：占用狀態(tài)、開始占用時間、結(jié)束占用時間。

2 確定到發(fā)線運用方案

確定到發(fā)線運用方案時應(yīng)先明確高速鐵路客運站能夠接發(fā)列車的類型。高速鐵路客運站所接發(fā)的列車大致可以分為始發(fā)列車、終到列車、通過列車、折返列車四大類[4]。其中，通過列車分為不停站通過列車和停站通過列車2類；折返列車分為站前折返列車和站后折返列車2類。對于某一高速鐵路客運站，其接發(fā)的列車可能會涉及所有類型，也可能只涉及一部分類型。同時，車站接發(fā)的每一類型列車的數(shù)量也會有所不同，即在一定時間段內(nèi)，車站接發(fā)的各類型列車占到達本站列車總數(shù)的比例會有差異。此外，不同類型列車占用到發(fā)線的作業(yè)(如旅客乘降作業(yè)等)時間標準不同。因此，可以根據(jù)各類型列車分別占用到發(fā)線作業(yè)的總時間為各類型列車分配到發(fā)線數(shù)量。某類型列車占用到發(fā)線的時間越多，為其分配的到發(fā)線數(shù)量則越多。

式中：Ti為列車占用到發(fā)線作業(yè)的總時間；M 為一定時間段內(nèi)到達的列車總數(shù)；pi為 i 類型列車數(shù)量占到達本站列車總數(shù)的比例；ti為 i 類型列車占用到發(fā)線的作業(yè)時間標準；li為各類型列車分配的發(fā)線數(shù)量；N 為高速鐵路客運站的到發(fā)線總數(shù)；round()表示對括號內(nèi)的數(shù)進行四舍五入；k 表示列車類型總數(shù)。

由于不停站通過列車直接經(jīng)正線通過，不占用到發(fā)線，故在確定到發(fā)線運用方案時可以不予考慮。值得注意的是，這里所提到的列車占用到發(fā)線時間為列車占用到發(fā)線的最短時間，僅包含作業(yè)時間，不包含作業(yè)完成后未及時安排下一進路在到發(fā)線上的等待時間。

在對到發(fā)線數(shù)量進行分配后，還應(yīng)確定各到發(fā)線應(yīng)分別分配給哪一種或哪幾種類型列車使用。將不進行出(入)段作業(yè)的停站通過列車和站前折返列車歸為 A 類，將需要進行出(入)段作業(yè)的終到列車、始發(fā)列車和站后折返列車歸為 B 類。擬將對動車出入段作業(yè)影響較小的到發(fā)線優(yōu)先分配給 A 類列車，如圖1中的7、8號到發(fā)線；而將與動車段有便捷聯(lián)系的到發(fā)線優(yōu)先分配給 B 類列車，如圖1中的1，2，…，6號線。

圖1 某高速鐵路客運站部分站型圖

綜上所述，由于每種類型列車在到發(fā)線上的作業(yè)時間是標準值，一般不會輕易改變，因此高速鐵路客運站到發(fā)線運用方案的確定，實質(zhì)上取決于到達本站的各類型列車的比例。當各類型列車比例變化時到發(fā)線運用方案將隨之發(fā)生改變。因此，可以通過調(diào)整車站列車類型比例進行不同方案的試驗，找出最適應(yīng)某一高速鐵路客運站接發(fā)列車類型比例的方案，以實現(xiàn)該站通過能力的最大化。

3 實現(xiàn)分段解鎖進路的方法

采用分段解鎖進路的方式能夠在一定程度上提高車站的通過能力。因此，在計算機仿真過程中，應(yīng)對進路所包含的道岔組信息進行實時更新。當進路占用狀態(tài)為“0”(空閑)時，其道岔組信息應(yīng)包含該進路可以占用的所有道岔組編號，并按占用順序依次排列；而當進路占用狀態(tài)為“1”(被占用)時，其包含的道岔組信息應(yīng)是正在被占用的道岔組編號，而對于曾被該進路占用但已經(jīng)解鎖的道岔組編號應(yīng)及時從道岔組信息中刪除；待該進路中所有道岔組都被解鎖，即該進路從“1”轉(zhuǎn)變?yōu)椤?”時，再將該進路的所有道岔組編號重新完整地按其先后占用順序依次錄入其道岔組信息中。

為了使進路能夠?qū)崿F(xiàn)分段解鎖，在進行道岔分組時，首先按照常用的道岔分組原則對道岔進行分組[5]，得到一個初始分組方案，再在此基礎(chǔ)上進一步拆分，獲取最終的道岔分組方案。道岔組拆分原則為：當建立某條進路時，其敵對進路會因與其共同占用某一道岔組而不能建立，當這一道岔組包含2個及以上道岔時，若其中某一個或幾個道岔解鎖(小于該道岔組包含的道岔總數(shù))時所建立進路的敵對進路此時能夠建立，則將該道岔組進行拆分，已解鎖道岔歸為一組，未解鎖道岔歸為另一組。舉例說明，如圖2和圖3所示，圖2中的01號道岔在圖3中被拆分為01號與02號2個道岔組。當一列由Ⅸ 線到達的終到列車接入1號到發(fā)線，在圖2中需01號道岔解鎖，由4號到發(fā)線經(jīng) Ⅹ 線向上行方向的發(fā)車進路才能建立；但是在圖3中，當列車進入02號道岔組，只需拆分后的01號道岔組解鎖，由4號到發(fā)線經(jīng) X 線向上行方向的發(fā)車進路便可以建立。

圖2 基于常用道岔分組原則的道岔分組示意圖(初始方案)

圖3 拆分后的道岔分組示意圖(最終方案)

4 計算最大數(shù)量進路的方法

4.1 接車進路排列方法

步驟1：判斷列車類型。

步驟2：根據(jù)到發(fā)線運用方案搜索能夠接入該類型列車(滿足接車間隔時間)的空閑到發(fā)線，若不存在，列車發(fā)生等待；反之，進入步驟3。

步驟3：搜索出所有與步驟2中滿足條件的到發(fā)線相聯(lián)系的可用空閑接車進路，若不存在，列車發(fā)生等待；反之，進入步驟4。

步驟4：計算每一可用空閑進路后續(xù)作業(yè)可能建立的進路數(shù)量，選擇“最大數(shù)量進路”為最終建立的接車進路，將該進路、所通往的到發(fā)線及占用道岔組的使用狀態(tài)均改為“1”(被占用)。

步驟5：接車進路搜索結(jié)束。

4.2 發(fā)車進路排列方法

步驟1：判斷列車類型。

步驟2：根據(jù)追蹤間隔時間(或動車入段間隔時間)判斷該列車能否向區(qū)間(或動車大)發(fā)車；若能發(fā)車，則進入步驟3；反之，列車發(fā)生等待。

步驟3：搜索出所有滿足條件適應(yīng)該列車類型的可用空閑發(fā)車進路(如為終到列車則表示向動車段發(fā)車，如為始發(fā)列車則表示向區(qū)間發(fā)車)，若存在，則進入步驟4；反之，列車發(fā)生等待。

步驟4：計算每一可用空閑進路后續(xù)作業(yè)可能建立的進路數(shù)量，選擇“最大數(shù)量進路”作為最終建立的發(fā)車進路，將該進路及占用道岔組的使用狀態(tài)改為“1”(被占用)，將列車進入該發(fā)車進路后騰空的到發(fā)線使用狀態(tài)更新為“0”空閑。

步驟5：發(fā)車進路搜索結(jié)束。

其中，空閑進路是指沒有被列車占用的進路；可用空閑進路是指該空閑進路所包含的道岔組不在非空閑的進路中；而“最大數(shù)量進路”則是在搜索到的可用空閑進路不只一條時最終所選進路的標準。

4.3 計算最大數(shù)量進路的方法

當所搜索到的可用空閑進路僅為1條時，其為最終選擇；當不只1條時，對每一可用空閑進路計算其后續(xù)作業(yè)可能建立的進路數(shù)量，數(shù)量最大者所對應(yīng)的可用空閑進路為最終選擇進路，即“最大數(shù)量進路”。判斷某空閑進路 Ra是否為某可用空閑進路 Rb的后續(xù)作業(yè)可能建立進路的方法為：Rb所包含的道岔組及當前時間點車站正在被占用的道岔組中是否含有建立 Ra所需要的道岔組，若不含有，說明 Ra是 Rb后續(xù)作業(yè)可能建立的進路；反之，則不是。以圖3為例，假設(shè)有2條從 Ⅸ 接入7號線的待選接車進路 R1和 R2，其中 R1所經(jīng)道岔組為08、05、06、07； R2所經(jīng)道岔組為08、09、07。

（1）接車進路 R1后續(xù)作業(yè)能建立的進路(此處不考慮 Ⅹ 線)如下。

①1、2、3號到發(fā)線經(jīng)02、01號道岔組可以分別向動車段發(fā)車(3條進路)。

②動車段到達列車經(jīng)01、02號道岔組可以分別接入1、2、3號到發(fā)線(3條進路)。

③4、5、6號到發(fā)線經(jīng)04、03、01號道岔組可以分別向動車段發(fā)車(3條進路)。

④動車段到達列車經(jīng)01、03、04號道岔組可以分別接入4、5、6號到發(fā)線(3條進路)。

綜上所述，接車進路 R1后續(xù)作業(yè)能建立的進路數(shù)量為12條。

（2）接車進路 R2后續(xù)作業(yè)能建立的進路(此處不考慮 Ⅹ 線)如下。

①1、2、3號到發(fā)線經(jīng)02、01、05號道岔組可以分別向動車段發(fā)車(3條進路)。

②動車段到達列車經(jīng)05、01、02號道岔組可以分別接入1、2、3號到發(fā)線(3條進路)。

③4、5、6號到發(fā)線經(jīng)04、03、06、05號道岔組可以分別向動車段發(fā)車(3條進路)。

④4、5、6號到發(fā)線經(jīng)04、03、01、05號道岔組可以分別向動車段發(fā)車(3條進路)。

⑤動車段到達列車經(jīng)05、06、03、04號道岔組可以分別接入4、5、6號到發(fā)線(3條進路)。

⑥動車段到達列車經(jīng)05、01、03、04號道岔組可以分別接入4、5、6號到發(fā)線(3條進路)。

⑦接車進路 R2后續(xù)作業(yè)能建立的進路還包含所有 R1后續(xù)作業(yè)能建立的進路(12條進路)。

綜上所述，接車進路 R2后續(xù)作業(yè)能建立的進路數(shù)量為30條。

因此，最大數(shù)量進路為 R2，從 Ⅸ 接入7號線的接車進路應(yīng)選擇 R2。

5 結(jié)束語

基于到站列車類型比例的高速鐵路客運站到發(fā)線運用方案及接發(fā)車進路排列的仿真方法，對實現(xiàn)分段解鎖進路的方法進行了研究，提出實現(xiàn)分段解鎖的道岔分組原則；為提高車站通過能力，提出用“最大數(shù)量進路”作為接發(fā)車進路的選擇標準?；谏鲜鲅芯砍晒O(shè)計出高速鐵路客運站通過能力仿真系統(tǒng)，通過模擬高速鐵路客運站接發(fā)列車過程，給出不同的到站列車類型比例方案下車站通過能力的仿真結(jié)果，可以為實際車站工作提供一定的參考。由于實際問題的復(fù)雜性，將車站與區(qū)間進行綜合協(xié)調(diào)考慮的研究還有待進一步完善。

：

[1]龍建成，高自友，馬建軍，等. 鐵路車站進路選擇優(yōu)化模型及求解算法的研究[J]. 鐵道學(xué)報，2007，29(5)：6-13.

[2]史 峰，謝楚農(nóng)，于桂芳. 鐵路車站咽喉區(qū)進路排列優(yōu)化方法[J]. 鐵道學(xué)報，2004，26(4)：5-9.

[3]劉 瀾，王 南，杜 文. 車站咽喉通過能力網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型及算法研究[J]. 鐵道學(xué)報，2002，24(6)：1-5.

[4]高世蕊. 高速鐵路車站通過能力計算方法的研究[J]. 鐵道運輸與經(jīng)濟，2005，27(10)：92-94.

[5]馬桂珍. 鐵路站場及樞紐[M].2版. 成都：西南交通大學(xué)出版社，2003.