吳 鑫,姚宇峰
(1.呼和浩特鐵路局 包頭西站,包頭 010010;2.中國鐵道科學(xué)研究院 通信信號研究所,北京 100081)
編組站運(yùn)輸能力查定計(jì)算方法的研究
吳 鑫1,姚宇峰2
(1.呼和浩特鐵路局 包頭西站,包頭 010010;2.中國鐵道科學(xué)研究院 通信信號研究所,北京 100081)
本文結(jié)合編組站作業(yè)特點(diǎn),基于編組站綜合自動化(SAM)系統(tǒng)的運(yùn)營環(huán)境,利用SAM系統(tǒng)的作業(yè)過程數(shù)據(jù),對編組站的到發(fā)線接發(fā)車能力、調(diào)車場解編能力、咽喉通過能力以及最終能力的查定計(jì)算方法展開研究。
能力查定;編組站;綜合自動化系統(tǒng);空費(fèi)率
新一代編組站綜合自動化(Synthetic Automation of Marshalling yard,SAM)系統(tǒng)由中國鐵道科學(xué)研究院與鐵路總公司信息技術(shù)中心聯(lián)合研制,它是將車站計(jì)劃調(diào)度系統(tǒng)和信號控制系統(tǒng)綜合集成的編組站管理與控制系統(tǒng)。其緊緊圍繞“局站一體化”、“管控一體化”、“運(yùn)維結(jié)合”的設(shè)計(jì)思想,并以行車組織和貨運(yùn)組織為主線,以運(yùn)輸生產(chǎn)安全、高效為目標(biāo),充分協(xié)調(diào)各作業(yè)環(huán)節(jié)的工作,從而提高全員勞動生產(chǎn)率并提供更好的安全保障,提高我國編組站的總體技術(shù)水平。
編組站的作業(yè)能力直接影響到路網(wǎng)的暢通,伴隨著鐵路運(yùn)輸市場化及高速鐵路運(yùn)輸?shù)母咚侔l(fā)展,開行了大量快速列車、夕發(fā)朝至/朝發(fā)夕至列車和貨運(yùn)“五定班列”,使編組站的作業(yè)組織、運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備承受了很大的壓力。
本文結(jié)合編組站作業(yè)的特點(diǎn),基于編組站綜合自動化系統(tǒng)的運(yùn)營環(huán)境,對編組站的到發(fā)線接發(fā)車能力、調(diào)車場解編能力、咽喉通過能力以及最終能力的查定計(jì)算方法展開研究。
SAM系統(tǒng)運(yùn)營后,合理使用其豐富的數(shù)據(jù)資源完成編組站的能力查定,尋找編組站各項(xiàng)作業(yè)最薄弱環(huán)節(jié),可以為編組站的科學(xué)管理、科學(xué)決策提供重要依據(jù),以期使編組站的運(yùn)能發(fā)展與鐵路運(yùn)輸需求相適應(yīng),獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。
國外學(xué)者于數(shù)學(xué)、運(yùn)籌學(xué)角度進(jìn)行研究,更注重學(xué)術(shù)價(jià)值,而和實(shí)際的生產(chǎn)作業(yè)關(guān)聯(lián)并不密切。
國內(nèi)學(xué)者在車站能力優(yōu)化設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)評價(jià)方面先后經(jīng)歷了圖解計(jì)算法、直接計(jì)算法、利用率計(jì)算法、排隊(duì)論方法、計(jì)算機(jī)模擬方法等,并取得了一些成果。但由于信息采集條件的限制,存在人工寫實(shí)工作量大、不確定因素多等問題,計(jì)算得到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不高。
2.1 基礎(chǔ)參數(shù)計(jì)算
車站的《車站行車工作細(xì)則》(簡稱“站細(xì)”)里明確規(guī)定了車站各崗位工作人員的交接班、吃飯時(shí)間以及機(jī)車整備時(shí)間,同時(shí),站細(xì)也規(guī)定了設(shè)備空費(fèi)率[1]的取值范圍和作業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間,但實(shí)際計(jì)算車站運(yùn)輸能力值時(shí),需要確定的設(shè)備空費(fèi)值和準(zhǔn)確的作業(yè)時(shí)間。因此,在完成能力計(jì)算前,需要統(tǒng)計(jì)以往作業(yè)數(shù)據(jù)獲得確定的設(shè)備空費(fèi)值和作業(yè)時(shí)間值。
設(shè)備的空費(fèi)率是設(shè)備一晝夜或者指定時(shí)間內(nèi)良好狀態(tài)下空閑時(shí)間占設(shè)備可用時(shí)間的百分比。按照設(shè)備類別,對綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)編組站的歷史作業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算,獲得時(shí)間段內(nèi)的設(shè)備空閑時(shí)間和設(shè)備可用時(shí)間,經(jīng)計(jì)算得到此時(shí)段內(nèi)的設(shè)備空費(fèi)率,對各時(shí)間段內(nèi)的空費(fèi)率取加權(quán)平均值作為此設(shè)備的計(jì)算空費(fèi)率??召M(fèi)率的權(quán)重是根據(jù)計(jì)算空費(fèi)率相對作業(yè)量的分布規(guī)律通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)獲得,并結(jié)合站細(xì)規(guī)定的取值范圍。設(shè)備空費(fèi)率計(jì)算公式如下:
式中:γj表示j類設(shè)備在n個(gè)統(tǒng)計(jì)班次或晝夜內(nèi)的平均空費(fèi)率; j表示j類設(shè)備;i表示統(tǒng)計(jì)的第i個(gè)班次或晝夜; n表示統(tǒng)計(jì)的班次或者晝夜數(shù);wi表示統(tǒng)計(jì)的第i個(gè)班次或晝夜內(nèi)設(shè)備的空費(fèi)率值對平均空費(fèi)率的貢獻(xiàn)權(quán)值;表示第i個(gè)班次或晝夜時(shí)間內(nèi)j類設(shè)備的良好狀態(tài)下總的空閑時(shí)間;表示第 i個(gè)班次或晝夜時(shí)間內(nèi)j類設(shè)備的良好狀態(tài)下總的可用時(shí)間。
車站人員進(jìn)行運(yùn)輸組織分析時(shí),可通過比對實(shí)際的平均時(shí)間和站細(xì)規(guī)定的作業(yè)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)找出影響車站作業(yè)效率的瓶頸作業(yè),采取對應(yīng)的措施解決作業(yè)瓶頸。
2.2 設(shè)備能力值計(jì)算
車站的運(yùn)輸能力由運(yùn)輸生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)輸設(shè)備的作業(yè)能力綜合體現(xiàn),車站運(yùn)輸能力具體表現(xiàn)為到發(fā)線的接發(fā)列車能力、咽喉區(qū)的通過能力、駝峰的解體能力和編尾牽出線的編組能力。
綜合國內(nèi)外對車站運(yùn)輸能力計(jì)算方法,針對編組站作業(yè)的不同環(huán)節(jié)采用不同的計(jì)算方法:以公式計(jì)算法為基礎(chǔ),結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計(jì)的理論,對能力查定計(jì)算基礎(chǔ)參數(shù)獲取算法進(jìn)行優(yōu)化,剔除或弱化能力計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中影響運(yùn)算準(zhǔn)確性的偶然因素,充分考慮作業(yè)交叉、設(shè)備工作狀態(tài)等因素。
2.2.1 到發(fā)線接發(fā)列車能力計(jì)算
到發(fā)場的接發(fā)列車能力采用對每條到發(fā)線的到發(fā)能力匯總的方式獲得。計(jì)算每條到發(fā)線的利用率,根據(jù)到發(fā)線的作業(yè)量和利用率計(jì)算本線路的接發(fā)能力,最后匯總所有作業(yè)股道的能力作為到發(fā)場的接發(fā)能力。
(1)到發(fā)線利用率的計(jì)算。獲取統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)每條作業(yè)股道上列車或者車列的占用時(shí)間值作為股道主要作業(yè)時(shí)間值T列占,調(diào)車作業(yè)或者本務(wù)機(jī)走行占用股道的時(shí)間值作為主要作業(yè)的妨礙時(shí)間值T妨礙。計(jì)算每條股道在統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)可進(jìn)行接發(fā)列車作業(yè)的總時(shí)間T總,即:
T總=(1–γ空費(fèi))(1440–T妨礙),股道的利用率可通過下列公式獲得。
作業(yè)股道的空費(fèi)系數(shù)γ空費(fèi)根據(jù)《車站行車工作細(xì)則編制規(guī)則》規(guī)定,在0.15 ~ 0.20 范圍內(nèi)取值。為了獲取較精確的到發(fā)線作業(yè)能力,按上述的統(tǒng)計(jì)方法獲得到發(fā)線空費(fèi)率。
列車占用股道時(shí)間T列占是指由準(zhǔn)備列車進(jìn)路時(shí)起至列車完全出清作業(yè)股道時(shí)止。由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)列車占用時(shí)間的統(tǒng)計(jì)公式如下:
式中,i表示占用股道的第 種作業(yè); wi是整數(shù)規(guī)劃變量,表示占用股道的第i種作業(yè)是否是統(tǒng)計(jì)的作業(yè)類型,如果是則為2,否則為1;表示占用股道的第i種作業(yè)的列車、車列或者調(diào)機(jī)出清此股道的時(shí)刻;表示為占用股道的第i種作業(yè)開始準(zhǔn)備進(jìn)路的時(shí)刻。
應(yīng)用上述公式進(jìn)行妨礙作業(yè)時(shí)間的統(tǒng)計(jì),僅需將改變變量wi所表示的屬性,改變其取值即可。
(2)到發(fā)線實(shí)際接發(fā)列車數(shù)統(tǒng)計(jì)。到發(fā)線實(shí)際接發(fā)列車數(shù)是以指定時(shí)間和作業(yè)股道為條件,從數(shù)據(jù)庫的列車作業(yè)結(jié)果數(shù)據(jù)表中獲得。統(tǒng)計(jì)公式如下:
式中, i表示到發(fā)場的第i條股道; ni表示到發(fā)場的第i條股道實(shí)際作業(yè)列車數(shù); j表示占用到發(fā)場的第i條股道的所有作業(yè)數(shù)量;是0~1變量參數(shù),表示占用到發(fā)場的第i條股道的作業(yè) j的作業(yè)種類,如果作業(yè)類型為列車,取值為0,否則為1。
(3)到發(fā)線接發(fā)列車能力計(jì)算。到發(fā)線接發(fā)列車能力是通過統(tǒng)計(jì)的實(shí)際作業(yè)列車數(shù)與到發(fā)線的利用率進(jìn)行商運(yùn)算得到,某一股道作業(yè)能力的計(jì)算公式如下:
(4)到發(fā)場作業(yè)能力計(jì)算。獲得每一條作業(yè)股道的接發(fā)車能力后,對作業(yè)股道的能力進(jìn)行加和運(yùn)算即得到到發(fā)場的接發(fā)列車能力。計(jì)算公式為:
2.2.2 解編能力計(jì)算
編組站的解編作業(yè)錯(cuò)綜復(fù)雜,根據(jù)對作業(yè)過程的分析,將解編作業(yè)抽象化。將解體作業(yè)過程抽象為工件搬運(yùn)和工件加工問題,待解車列為工件,調(diào)機(jī)為搬運(yùn)工人,駝峰為加工機(jī)器,作業(yè)進(jìn)路抽象為搬運(yùn)路徑,將編組作業(yè)抽象為工件搬運(yùn)組裝過程,那么解編作業(yè)即可看成工件加工、組裝和搬運(yùn)過程,作業(yè)平臺為駝峰和牽出線。通過計(jì)算加工平臺的利用率,將調(diào)機(jī)作為加工的約束條件實(shí)現(xiàn)解編能力的計(jì)算,復(fù)雜的作業(yè)過程即簡單、清晰化。解編能力計(jì)算可由2 步完成:計(jì)算設(shè)備的利用率和計(jì)算設(shè)備的作業(yè)能力。
2.2.2.1 設(shè)備利用率計(jì)算
(1)設(shè)備作業(yè)時(shí)間統(tǒng)計(jì)
駝峰的占用時(shí)間由解體推峰進(jìn)路準(zhǔn)備完畢時(shí)刻起至解體完畢調(diào)機(jī)回退至到達(dá)場折返股道時(shí)止,駝峰的空閑時(shí)間由解體調(diào)機(jī)走行至折返股道時(shí)刻至下一推峰進(jìn)路準(zhǔn)備好時(shí)刻止。如果出現(xiàn)調(diào)機(jī)下峰進(jìn)行整場作業(yè),駝峰停止解體溜放作業(yè),此部分時(shí)間統(tǒng)計(jì)為駝峰的固定作業(yè)范疇內(nèi)。對于調(diào)機(jī)的整備、調(diào)車組的吃飯、交接班則全部統(tǒng)計(jì)為駝峰的固定作業(yè)。
通過對編尾的編組作業(yè)分析可知,調(diào)機(jī)由折返位置經(jīng)由牽出線的進(jìn)路準(zhǔn)備好時(shí)即為編組的開始時(shí)刻,當(dāng)調(diào)機(jī)牽引編成車列至出發(fā)場股道時(shí)止為完成了一次編組列車作業(yè)。依據(jù)此作業(yè)過程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)牽出線的占用時(shí)間和空閑時(shí)間。
由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)作業(yè)時(shí)間統(tǒng)計(jì)的計(jì)算公式為:
式中,i表示第i類設(shè)備,例如駝峰線XT1、牽出線 SQ1等;表示第i類設(shè)備作業(yè)的結(jié)束時(shí)刻;表示第i類設(shè)備開始作業(yè)的準(zhǔn)備進(jìn)路時(shí)刻;表示第i類設(shè)備在指定時(shí)間內(nèi)的作業(yè)時(shí)間。
車站運(yùn)輸設(shè)備空閑時(shí)間的統(tǒng)計(jì)計(jì)算公式為:
(2)設(shè)備利用率計(jì)算
2.2.2.2 設(shè)備作業(yè)能力計(jì)算
2.2.3 咽喉通過能力計(jì)算
咽喉區(qū)的通過能力是由選定的關(guān)鍵道岔或者道岔組的通過能力體現(xiàn),在一晝夜或者指定時(shí)間段內(nèi),本咽喉區(qū)的關(guān)鍵道岔或者道岔組可以通過的列車數(shù)。所以,咽喉區(qū)的通過能力計(jì)算可分2 步進(jìn)行。
2.2.3.1 咽喉區(qū)關(guān)鍵道岔或者道岔組的選定
咽喉區(qū)關(guān)鍵道岔或者道岔組選定的原則為:到達(dá)場或者出發(fā)場銜接兩個(gè)及其以上方向時(shí),按照銜接方向分別確定接車進(jìn)路或者發(fā)車進(jìn)路上工作負(fù)荷最大的道岔或者道岔組作為本接車進(jìn)路或者出發(fā)進(jìn)路的關(guān)鍵道岔組。遵循上述原則,統(tǒng)計(jì)作業(yè)進(jìn)路數(shù)據(jù),獲得作業(yè)進(jìn)路占用道岔或道岔組的負(fù)荷量,從而確定關(guān)鍵道岔或道岔組。能力計(jì)算軟件依據(jù)以下公式按照銜接方向別、進(jìn)路別、道岔別(或道岔組)進(jìn)行關(guān)鍵道岔或道岔組的確定。
式中,j表示到達(dá)場或出發(fā)場所銜接的n個(gè)作業(yè)方向中的第j個(gè)方向;r表示到達(dá)場或出發(fā)場銜接的第j個(gè)方向上所排布的m條進(jìn)路中的第r條進(jìn)路;表示到達(dá)場或出發(fā)場銜接的第j個(gè)方向上排布的第r條進(jìn)路占用道岔或者道岔組S的時(shí)間; Sj表示到達(dá)場或出發(fā)場銜接的第j個(gè)方向的關(guān)鍵道岔或道岔組。
2.2.3.2 咽喉區(qū)通過能力計(jì)算
咽喉區(qū)通過能力的計(jì)算是對關(guān)鍵道岔或者道岔組占用、出清時(shí)間的統(tǒng)計(jì),獲得道岔或者道岔組的利用率。結(jié)合實(shí)際作業(yè)列車列數(shù)和利用率獲得咽喉的通過能力。如果本作業(yè)場銜接兩個(gè)及其以上方向時(shí),將各個(gè)方向的能力進(jìn)行加和就為本咽喉區(qū)的通過能力;如果作業(yè)場僅銜接一個(gè)方向時(shí),咽喉區(qū)的通過能力等于該方向上各條進(jìn)路咽喉關(guān)鍵道岔或者道岔組的能力之和。
計(jì)算咽喉區(qū)關(guān)鍵道岔或者道岔組的利用率時(shí),由于其作業(yè)負(fù)荷量包括調(diào)機(jī)、本務(wù)機(jī)走行,調(diào)機(jī)、本務(wù)機(jī)占用必然影響到列車進(jìn)路的排布,因此計(jì)算利用率時(shí)將調(diào)機(jī)、本務(wù)機(jī)走行占用作為妨礙列車作業(yè)的固定作業(yè)。此時(shí),利用率所反映的就是可用于接發(fā)列車的設(shè)備利用狀況。如有站間有車次的單機(jī)調(diào)移作業(yè),那么接入到發(fā)場作業(yè)可看作是列車作業(yè),計(jì)算利用率時(shí)按照列車占用統(tǒng)計(jì)。
獲得咽喉區(qū)關(guān)鍵道岔或者道岔組的利用率之后,按照銜接的方向分別對通過本咽喉區(qū)的列車數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),用獲得的列車數(shù)與利用率求商,并將各個(gè)方向的通過能力值進(jìn)行加和匯總得到本咽喉區(qū)的通過能力。實(shí)現(xiàn)計(jì)算的公式如下:
式中, j表示到發(fā)場銜接的第j方向;i表示銜接第j方向占用s道岔或道岔組的第i個(gè)作業(yè)項(xiàng);nisj表示銜接第j方向占用s道岔或道岔組的第i個(gè)作業(yè)項(xiàng)的作業(yè)量;Ks表示銜接第j方向的作業(yè)進(jìn)路所占用s道岔或道岔組的利用率; N是銜接到發(fā)場咽喉區(qū)的通過能力。
2.2.4 車站最終能力確定
將車站咽喉道岔、到發(fā)線的通過能力,駝峰、牽出線的改編作業(yè)能力進(jìn)行匯總,得到在統(tǒng)計(jì)時(shí)間段內(nèi)車站實(shí)際作業(yè)能力值。針對最大能力和較小能力進(jìn)行詳細(xì)分析和綜合平衡,針對車站設(shè)備能力的薄弱環(huán)節(jié),重新調(diào)整有關(guān)各項(xiàng)設(shè)備的作業(yè)分工,將繁忙部分擔(dān)當(dāng)?shù)淖鳂I(yè),重新加以分配,分配給作業(yè)較少的部分擔(dān)當(dāng),以滿足全站較大行車量的需要。通過綜合平衡以及各有關(guān)設(shè)備能力的再分配后,所得的車站各車場每晝夜所能通過的最大貨物列車數(shù),就是車站最終的作業(yè)能力。實(shí)現(xiàn)的計(jì)算公式如下:
2.2.5 數(shù)值檢驗(yàn)
按照上述的計(jì)算方法,采集呼和浩特鐵路局包頭西站3個(gè)月的作業(yè)過程數(shù)據(jù),得到編組站的各項(xiàng)作業(yè)能力。按照包頭西站所配屬的作業(yè)股道數(shù)以及列車占用股道作業(yè)的平均時(shí)間,查《GB13231-1991鐵路編組站到發(fā)線通過能力計(jì)算方法》,將獲得的能力值與附件表中所記載的能力值進(jìn)行比對,檢驗(yàn)獲得的計(jì)算值,計(jì)算值位于規(guī)定取值范圍內(nèi),滿足能力查定要求。
編組站運(yùn)輸能力查定將編組站的設(shè)備信息、作業(yè)信息以及作業(yè)過程信息有機(jī)地融合,綜合展現(xiàn)運(yùn)輸生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的作業(yè)能力,為運(yùn)輸組織指揮人員調(diào)整運(yùn)輸組織模式、站場改擴(kuò)建提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持,使編組站運(yùn)輸生產(chǎn)組織工作更合理、科學(xué),有助于制定車站發(fā)展規(guī)劃,實(shí)現(xiàn)編組站綜合效益的最大化。
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責(zé)任編輯 陳 蓉
圖4 兩種時(shí)間序列分別進(jìn)行春運(yùn)客運(yùn)量預(yù)測分析圖
可以看出采用兩種不同的時(shí)間序列分析方法分別進(jìn)行2010年客運(yùn)量預(yù)測時(shí)與2010年實(shí)際客運(yùn)量的差異。節(jié)前預(yù)售情況預(yù)測比較接近實(shí)際值,節(jié)后歷年客運(yùn)量預(yù)測值比較接近實(shí)際值。這充分證明了前面的論述:客運(yùn)量具有穩(wěn)定的形態(tài),可以在預(yù)測中相對較為平衡的保持客運(yùn)量的波動形態(tài)??推鳖A(yù)售情況預(yù)測在節(jié)后不太理想的主要原因經(jīng)過分析,和預(yù)售期的調(diào)整有關(guān),因?yàn)?007年、2008年、2009年的預(yù)售期與2010年調(diào)整的預(yù)售期不盡相同,這樣直接引起的就是預(yù)售規(guī)律的隨之破壞,從而導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果的偏差。
圖5給出了采用HAP方法進(jìn)行鐵路發(fā)送量預(yù)測的2010年預(yù)測案例,預(yù)測誤差整體小于5%,證明了HAP方法的有效性和可用性。
圖5 2010年鐵路春運(yùn)客流預(yù)測曲線圖
本文從鐵路的客流規(guī)律研究出發(fā),發(fā)現(xiàn)客流具有良好的穩(wěn)定性、顯著的周期性和趨勢性,通過采用差分的方式自動識別客流規(guī)律,將歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)產(chǎn)生的預(yù)售數(shù)據(jù)引入預(yù)測,并將重要的運(yùn)輸能力因素引入預(yù)測,從而提高預(yù)測的精確性。實(shí)際的鐵路客運(yùn)量預(yù)測結(jié)果表明了該方法在進(jìn)行鐵路總量預(yù)測時(shí)的可用性和有效性。
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責(zé)任編輯 陳 蓉
Calculation method of transportation capacity check for marshalling station
WU Xin1,YAO Yufeng2
( 1.Baotou West Station,Hohhot Railway Administration,Baotou 010010,China;2.Signal &Communication Research Institute,China Academy of Railway Sciences,Beijing 100081,China)
This article combined with the characteristics of marshalling station operation,based on the operating environment of Synthetic Automation of Marshalling yard(SAM)System,used the process data of SAM System,researched on the capability of receiving and dispatching train,decoding ability of marshalling yard,the throat pass ability as well as the calculation method of transportation capacity check.
capacity check;marshalling station;Synthetic Automation of Marshalling yard(SAM)System;idle rate
U284.67∶TP39
A
1005-8451(2016)02-0007-05
2015-06-16
吳 鑫,工程師;姚宇峰,助理研究員。