摘 要：隨著英國和其他地區(qū)鐵路客運(yùn)量的增加，政府管理者和鐵路運(yùn)營商需要在尋求保持服務(wù)可靠性和準(zhǔn)時(shí)性的同時(shí)，做到車站能力的最優(yōu)化利用，這就使得權(quán)衡二者之間的關(guān)系變得尤為重要。特別是對(duì)于鐵路樞紐站或者路網(wǎng)的能力瓶頸，其能力利用率和服務(wù)水平之間的關(guān)系不像一般中間站那么單一。在計(jì)算節(jié)點(diǎn)能力利用指數(shù)的OCCASION項(xiàng)目以及將這些技術(shù)應(yīng)用于重新衡量英國鐵路線路使用收費(fèi)系統(tǒng)的線路收費(fèi)項(xiàng)目，DITTO鐵路系統(tǒng)的一個(gè)目標(biāo)是進(jìn)一步研究能力利用率和服務(wù)水平之間的關(guān)系，即鐵路車站和樞紐的擁堵與延誤水平之間的關(guān)聯(lián)性。本文選擇部分車站的圖定時(shí)刻表和晚點(diǎn)數(shù)據(jù)來研究兩者之間的關(guān)系，以預(yù)期的形式，相比區(qū)間地段，給出車站最小能力利用上限的建議值。關(guān)于這些數(shù)據(jù)集合以及相互關(guān)系的研究將會(huì)進(jìn)一步進(jìn)行，以確定最合適的能力利用率上限。

關(guān)鍵詞：鐵路車站；能力利用率；服務(wù)水平

中圖分類號(hào)：U292.5+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）12-0140-07

1 引 言

英國鐵路運(yùn)輸需求迅速增長，然而鐵路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)增長緩慢。這就要求鐵路行業(yè)盡可能利用鐵路運(yùn)輸能力，特別是在既有線上開行更多的列車，同時(shí)力求保持可接受的服務(wù)水平，比如：準(zhǔn)時(shí)性，以及最為重要的安全性。這一挑戰(zhàn)與鐵路網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)-樞紐和車站最為相關(guān)，它們往往是系統(tǒng)的能力瓶頸，并且能力利用率和服務(wù)水平的取舍比普通線路更復(fù)雜、更不容易把控。作為由英國鐵路安全和標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（RSSB）資助的研究項(xiàng)目“優(yōu)化鐵路系統(tǒng)集成體系”（DITTO鐵路系統(tǒng)）的一部分，本文介紹了為研究節(jié)點(diǎn)車站能力利用率和服務(wù)水平之間關(guān)系而開展的工作。

在本節(jié)引言之后，對(duì)研究背景進(jìn)行綜述，接著回顧了該領(lǐng)域存在的根本問題以及之前的研究工作。隨后，介紹了文中所使用的方法論及采納數(shù)據(jù)，闡述了目前的研究結(jié)果，并概要說明正在進(jìn)行和下一步要開展的工作。最后是文章的結(jié)論部分，并列舉相關(guān)的參考文獻(xiàn)。

2 背景：問題描述和研究目標(biāo)

近幾十年，英國鐵路客貨運(yùn)量持續(xù)增長，而鐵路線路通過能力的增長率沒有匹配，其結(jié)果是維持鐵路系統(tǒng)一定的服務(wù)水平面臨越來越大的挑戰(zhàn)。鐵路運(yùn)營商希望提供額外運(yùn)輸服務(wù)以滿足增長運(yùn)輸需求的行為與基礎(chǔ)設(shè)施管理者（和運(yùn)營商）希望保證準(zhǔn)時(shí)性和可靠性的目標(biāo)相沖突。在英國，通過公共績效指標(biāo)（PPM）監(jiān)測(cè)鐵路準(zhǔn)點(diǎn)率，PPM是準(zhǔn)點(diǎn)到達(dá)目的地百分比指標(biāo)（準(zhǔn)點(diǎn)到達(dá)是指長途列車在預(yù)定到達(dá)時(shí)刻最多延誤10min，其他列車在預(yù)定到達(dá)時(shí)刻最多延誤5min）。此外，根據(jù)鐵路線路使用協(xié)議第8項(xiàng)，路網(wǎng)公司（英國鐵路公司的基礎(chǔ)設(shè)施管理者）和列車運(yùn)營公司（TOC）對(duì)延誤有責(zé)任的一方需對(duì)另一方進(jìn)行賠償。由于路網(wǎng)公司和列車運(yùn)營公司是兩家完全獨(dú)立的機(jī)構(gòu)，同時(shí)面臨與服務(wù)水平相關(guān)的成本費(fèi)用，因此均存在整體保守傾向，不愿意提供額外的運(yùn)營服務(wù)，因?yàn)榭赡軙?huì)減少他們提供運(yùn)輸服務(wù)和通過能力的整體收益。

這種保守主義以及能力利用率限制的不確定性，意味著某些有潛在價(jià)值的、有整體收益的列車路線將不被利用。這個(gè)問題在車站和樞紐站尤其嚴(yán)重，因?yàn)樗鼈兂３Ｊ锹肪W(wǎng)的運(yùn)輸能力瓶頸，與普通線路區(qū)間的站點(diǎn)相比，它們沒有標(biāo)準(zhǔn)的能力利用率的上限值。由于種種原因，現(xiàn)有的時(shí)間穩(wěn)定性分析方法，比如極大代數(shù)法（Goverde，2015），尚未在英國應(yīng)用。相反，更多依靠仿真模擬以及對(duì)服務(wù)水平、運(yùn)行時(shí)刻數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)設(shè)施特性之間關(guān)系的實(shí)證研究。因此，為得到最大化能力利用率而不采取重復(fù)使用特定場(chǎng)景模擬的方法，需要更全面地理解樞紐和車站的能力利用率與服務(wù)水平之間的關(guān)系，本文的工作旨在解決這一問題。

3 文獻(xiàn)綜述

在英國，鐵路運(yùn)輸需求的增加是一個(gè)事實(shí)，近幾年，每年的乘客人數(shù)都比19世紀(jì)40年代末期（OECD，2013）記載的乘客數(shù)量多，但路網(wǎng)規(guī)模卻減小了很多，大約是1948年鐵路路線里程的一半（Capgemini，2013）。雖然列車性能、信號(hào)控制技術(shù)在此期間有明顯改善，但不可避免的是鐵路路網(wǎng)的能力越來越緊張。正如交通部（DfT，2012）證實(shí)的那樣，客流的增速并沒有減緩：

預(yù)計(jì)未來20～30年內(nèi)鐵路運(yùn)輸需求將穩(wěn)步增長，如果我們現(xiàn)在不采取行動(dòng)，不提供更多額外的運(yùn)力，很多運(yùn)輸服務(wù)將在2020年中期全部飽和。

通過新建或改造既有鐵路，包括高鐵2號(hào)線，連接倫敦與英格蘭中部和北部以及其他地區(qū)的高速鐵路，為路網(wǎng)區(qū)間提供或規(guī)劃提供額外的運(yùn)力。盡可能好地利用既有（和新建）基礎(chǔ)設(shè)施是至關(guān)重要的，從而最大限度地挖掘現(xiàn)有潛在的運(yùn)輸能力。

但是，定義運(yùn)輸能力并不容易。正如國際鐵路聯(lián)盟（UIC，2004）指出的，即便能，也很難為任何給定的鐵路單元定義具體的運(yùn)力值：

這樣的取值并不存在，鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)輸能力取決于它的使用方式。

因此，可達(dá)到的運(yùn)輸能力不僅取決于包括信號(hào)系統(tǒng)在內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施特征，還取決于使用基礎(chǔ)設(shè)施的列車性能特征和組合，運(yùn)行時(shí)刻表以及實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸服務(wù)的可靠性和準(zhǔn)時(shí)性的目標(biāo)水平。運(yùn)輸能力利用或運(yùn)能消耗（Pachl，2015）是指理論上的最大化（對(duì)于給定的運(yùn)營場(chǎng)景）。

如上所述，在繁忙的鐵路系統(tǒng)中，兩個(gè)重要的且與運(yùn)輸能力相關(guān)的目標(biāo)是：①最大限度地增加可開行列車對(duì)數(shù)，主要受服務(wù)組合、停站方案等的限制；②保持可接受的準(zhǔn)時(shí)性和可靠性水平。隨著運(yùn)輸能力利用水平的提高，不同運(yùn)輸能力的組合被采用（盡管如上面UIC所指出的，能力可以通過很多不同的方式利用，并對(duì)應(yīng)不同的能力服務(wù)水平）。

然而，正如Pachl（2009）和Martin（2015）所指出的，隨著鐵路交通量的增加，“不同列車之間的運(yùn)行干擾越來越多”，與之相關(guān)的包括等待時(shí)間，既包括計(jì)劃內(nèi)（容許的）和計(jì)劃外（延誤）。一旦能力利用率超過上限，服務(wù)質(zhì)量的下降就尤其明顯（UIC，2004，2013）。

因此可以看出，對(duì)于給定的運(yùn)輸能力利用水平，運(yùn)輸能力供給可能變化很大。相反，對(duì)于同一運(yùn)輸能力供給水平，能力利用水平可能不同，這取決于如何提供能力以及對(duì)服務(wù)質(zhì)量的影響。具體可總結(jié)如下（Armstrong et al.，2011）：

在運(yùn)輸能力不足的情況下，目標(biāo)通常是最大限度地提高能力利用率水平，這與提供穩(wěn)定可靠的服務(wù)質(zhì)量是一致的。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，有必要針對(duì)所討論的區(qū)間或路網(wǎng)的所有部分，即在節(jié)點(diǎn)（樞紐和車站）以及區(qū)間（節(jié)點(diǎn)之間的線路部分），對(duì)能力供給和能力利用率進(jìn)行衡量。目前區(qū)間可對(duì)能力利用進(jìn)行明確地衡量，但通常不適用于車站等節(jié)點(diǎn)。

節(jié)點(diǎn)的問題非常重要，因?yàn)樗鼈兺纬陕肪W(wǎng)的能力瓶頸。如Armstrong等人所述，在DITTO研究項(xiàng)目之前的OCCASION項(xiàng)目中，提出節(jié)點(diǎn)能力利用評(píng)估措施的缺失，該課題重點(diǎn)研究了節(jié)點(diǎn)能力約束以及從區(qū)間到節(jié)點(diǎn)的能力利用率指標(biāo)（CUI）的擴(kuò)展方法（Gibson等，2002）。CUI方法原則上與UIC406方法類似，但是它是基于計(jì)劃而不是技術(shù)作業(yè)間隔，并且通常在較長的區(qū)間上，與英國使用的時(shí)刻表計(jì)劃流程和運(yùn)營規(guī)則（Network Rail，2016）一致。根據(jù)OCCASION項(xiàng)目的結(jié)論，需要進(jìn)一步研究可用于樞紐和車站，具有代表性的運(yùn)輸能力利用計(jì)量方法，并確定適用于節(jié)點(diǎn)車站的能力利用上限（UIC，2004，2013），像區(qū)間一樣。此外，OCCASION項(xiàng)目最初研究車站和樞紐CUI的測(cè)算，集中在London和Edinburgh之間的英國東海岸干線（ECML）的Peterborough，并未考慮或調(diào)查這些CUI和服務(wù)水平之間的關(guān)系。

如Huber和Herbacek（2013）所述，研究節(jié)點(diǎn)運(yùn)輸能力利用的測(cè)算方法得到另一項(xiàng)研究的有力注腳，即UIC406更新（UIC，2013）科研項(xiàng)目與OCCASION項(xiàng)目同時(shí)進(jìn)行，且具有類似的目標(biāo)。在同一篇論文中，作者提到UIC406的后續(xù)研究項(xiàng)目ACCVA。ACCVA的目標(biāo)包括確定合適的節(jié)點(diǎn)能力利用上限，這也是DITTO項(xiàng)目更為廣泛的目標(biāo)之一。

OCCASION開發(fā)的工具和方法已應(yīng)用于由Arup（2013）在南安普頓大學(xué)和倫敦帝國理工學(xué)院的支持下進(jìn)行的運(yùn)輸能力收費(fèi)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（CCR）。CCR系統(tǒng)的目的是，對(duì)包含英國國家鐵路網(wǎng)在內(nèi)的區(qū)間能力利用率與服務(wù)水平之間的關(guān)系（即較高的列車開行數(shù)量造成的二次延誤，稱為擁堵產(chǎn)生的反應(yīng)性延誤或CRRD）進(jìn)行分析、量化，從而計(jì)算出合理的收費(fèi)。然而，并沒有考慮路網(wǎng)中的車站。

Landex（2011）和Libardo（2011年）介紹了基于UIC406研究運(yùn)輸能力和服務(wù)水平之間關(guān)系的方法。其他的研究方法有Pachl（2009）提出的基于“單通道系統(tǒng)”的行業(yè)方法，Potthoff及其改進(jìn)方法（Mussone，Calvo，2013），以及Vromans（2005）最早提出基于最短間隔倒數(shù)和的方法，隨后由Haith（2014）等人繼續(xù)進(jìn)行研究。

4 研究方法和數(shù)據(jù)處理

4.1 研究方法

迄今為止，DITTO項(xiàng)目對(duì)能力利用率和服務(wù)水平之間關(guān)系的研究主要是持續(xù)的實(shí)證分析?；贠CCASION和CCR項(xiàng)目所做的工作，DITTO項(xiàng)目分析了樞紐和車站的能力利用測(cè)算和服務(wù)水平數(shù)值。

最初，DITTO項(xiàng)目用的是2012年CCR項(xiàng)目生成的數(shù)據(jù)。根據(jù)位置對(duì)倫敦和東北路網(wǎng)的CRRD數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和匯總，其中每個(gè)車站和樞紐站最少記錄了2012年50條CRRD分類數(shù)據(jù)，例如主要起終點(diǎn)站，貨運(yùn)站，兩條到發(fā)線的通過車站等。這種分類是為了便于分析，當(dāng)然也有其他分類。一般來講，這種分類是依據(jù)車站是不是中間的通過車站或者終點(diǎn)站，車站的到發(fā)線數(shù)量（這里通常是指車站的運(yùn)行線路數(shù)量）、站臺(tái)數(shù)量以及島式站臺(tái)的數(shù)量（如果有的話）等。對(duì)于某些布局獨(dú)特的車站或不太容易分類的車站，因?yàn)楠?dú)特的布局或較多的站臺(tái)和/或到發(fā)線數(shù)量的車站，采用復(fù)雜、小型、中型或者大型來描述，這取決于車站的規(guī)模。去除掉了周平均少于一件CRRD事件的離群數(shù)據(jù)，最后的數(shù)據(jù)集包含該條線路上91.6%的數(shù)據(jù)樣本。表1總結(jié)了節(jié)點(diǎn)的分類，每種類別中包含的節(jié)點(diǎn)數(shù)量以及與每種類型的延遲次數(shù)。

上述包含91.6%數(shù)據(jù)樣本的數(shù)據(jù)集不包括任何樞紐站，這表明節(jié)點(diǎn)的CRRD主要發(fā)生在車站，至少在國家路網(wǎng)這部分是這樣考慮的。在最初的分析和方法論研究中，沒有將貨運(yùn)站納入研究，有這樣幾個(gè)理由：貨運(yùn)站與路網(wǎng)中車站和樞紐服務(wù)水平分析的相關(guān)性較差；列車運(yùn)行的詳細(xì)數(shù)據(jù)不易獲得；列車開行次數(shù)不如車站和樞紐頻繁。因此，最初的研究重點(diǎn)是表格中的第二項(xiàng)，即2股道通過車站。DITTO項(xiàng)目研究了位于London和Edinburgh東海岸的干線（ECML），包括Hertford環(huán)線的Alexandra Palace和Doncaster之間的線路，不包含2012年CRRD數(shù)據(jù)集里的任何車站。因此，選取了屬于2股道通過站的Knaresborough車站（有交匯），用于研究方法和工具的初步開發(fā)。該車站的優(yōu)勢(shì)有：2012年記錄了174件CRRD事件，同時(shí)辦理始發(fā)、終到和通過旅客列車服務(wù)，包括列車在車站的始發(fā)終到作業(yè)。圖1～3是路網(wǎng)公司網(wǎng)站上國家電子信息部門在線數(shù)據(jù)的附錄（NESA；Network Rail，2017）中獲得，顯示了Knaresborough的建模區(qū)間。該區(qū)域從西部的Harrogate（如圖1底部所示）延伸至東部的Hammerton（如圖3底部所示）。

雖然建模的重點(diǎn)是在兩個(gè)站臺(tái)股道和包含Knaresborough站西向交匯點(diǎn)（并且在較小程度上，轉(zhuǎn)向東向，該線路變成單線），但對(duì)建模區(qū)域進(jìn)行了延伸，如前所述，西部包括Starbeck和Harrogate，東部包括Cattal和Hammerton。其主要原因是為Knaresborough車站兩側(cè)的計(jì)時(shí)點(diǎn)位置（TIPLOCs）提供時(shí)刻信息，以便計(jì)算鄰近車站道岔的中間時(shí)刻，此外還包括時(shí)刻表中指定的通過Knaresborough車站站臺(tái)的時(shí)刻。對(duì)于Harrogate和Knaresborough間的ECS移動(dòng)，時(shí)間僅針對(duì)這兩個(gè)站點(diǎn)，而不針對(duì)Starbeck，因此需要在模型中包含Harrogate。由于Cattal's納入模型滿足了這一需求，因此不需要納入Hammerton，但為了實(shí)現(xiàn)短期目的，該站和東面的道岔被納入模型，為了便于下面描述的初始路徑搜索。在通用接口文件（CIF）的時(shí)刻表數(shù)據(jù)中，沒有規(guī)定站臺(tái)編號(hào)（或在NESA摘錄中顯示），如下文所講的，通用的建模方法還有其他方面的好處（比如可以將這種方法擴(kuò)展到在時(shí)刻表數(shù)據(jù)中沒有明確規(guī)定站臺(tái)編號(hào)的車站）。雖然這種通用化并不是初始研究選擇的主要因素，但這是在Knaresborough站臺(tái)數(shù)量和記錄的延誤數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上制定的，因此它提供了另外的一些好處。模型所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集已經(jīng)建立，描述為：TIPLOCs，每個(gè)站臺(tái)，用以將節(jié)點(diǎn)連成路網(wǎng)的道岔，以及它們之間的區(qū)間，包括區(qū)間的長度和方向。

4.2 數(shù)據(jù)處理

確定了最初要模擬的區(qū)域并取得必要的數(shù)據(jù)后，選定日期和模擬區(qū)域，列車運(yùn)行數(shù)據(jù)就可以進(jìn)行提?。?012年3月14日星期三，在CCR中使用的“中性”日期，不受節(jié)假日或其他“非標(biāo)準(zhǔn)”時(shí)刻表特征的影響）。OCCASION和CCR項(xiàng)目的數(shù)據(jù)處理方法是基于其他目的開發(fā)的工具，有較多的冗余功能且效率不高。因此，需要重新編寫以滿足DITTO項(xiàng)目的具體需求，未來也可能用于CCR測(cè)試以及該領(lǐng)域的其他工作。

CIF文件搜索了在指定日期開行，并且在Hammerton和Harrogate之間的某些或全部車站停站的列車。在查找這些列車時(shí)，記錄了其唯一的ID（UID）、頭碼、服務(wù)代碼，以及表示車站、相關(guān)時(shí)刻和活動(dòng)（即始發(fā)，發(fā)車，通過，到達(dá)或終止）的TIPLOC。然后，處理數(shù)據(jù)集以識(shí)別列車的詳細(xì)路線和通過模擬區(qū)域的時(shí)刻。

如上所述，對(duì)于模擬區(qū)域中的一些站點(diǎn)，CIF數(shù)據(jù)沒有指定站臺(tái)編號(hào)，因?yàn)殡p線鐵路是分上下行方向來運(yùn)行，沒有更多的選擇。然而，要準(zhǔn)確評(píng)估單個(gè)站臺(tái)的能力利用率，確定哪些站臺(tái)正在被哪些列車使用是很重要的（這在OCCASION或CCR項(xiàng)目中不是問題，因?yàn)樵谶@些研究中，復(fù)雜車站的站臺(tái)和股道都被指定，它們僅評(píng)估區(qū)間的能力利用率）。DITTO的路徑搜索方法進(jìn)行了推廣，用來識(shí)別未被指定編號(hào)的站臺(tái)。

在確定了詳細(xì)徑路之后，根據(jù)指定時(shí)刻的TIPLOCs中間距離，對(duì)中間位置點(diǎn)進(jìn)行時(shí)間內(nèi)插（假定列車在區(qū)間一直運(yùn)行，盡管在一些未預(yù)計(jì)的調(diào)度命令下，像下面所講的這并不完全正確）。時(shí)間內(nèi)插是一種簡化的、沒有考慮速度變化和加減速的影響，但對(duì)于計(jì)算能力利用率來說，這是合理的，這種計(jì)算基本上是基于事件和異步的，反映了列車數(shù)量和它們的間隔時(shí)間，而不是詳細(xì)的時(shí)間安排，盡管所用的時(shí)間段來自于詳細(xì)的時(shí)刻表數(shù)據(jù)。

當(dāng)所有列車的詳細(xì)路線已經(jīng)確定（這些路線是固定的，不需要修改，因?yàn)槭腔谂哦ㄟ\(yùn)行時(shí)刻表進(jìn)行分析），模擬網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間和活動(dòng)被匯總和分類，并且從24個(gè)1h和標(biāo)記為AH的8個(gè)3h的時(shí)間集合中進(jìn)行分配，從01：00開始。這種方法吸取CCR項(xiàng)目獲得的經(jīng)驗(yàn)，其中1h時(shí)間集產(chǎn)生的擾動(dòng)數(shù)據(jù)比3h時(shí)間集多。從01：00開始和結(jié)束，以3h為一個(gè)時(shí)間單位，這種方法還其它方面的優(yōu)勢(shì)，它將標(biāo)準(zhǔn)的早晚高峰期：07：00～10：00和16：00～19：00劃入一個(gè)時(shí)間區(qū)間。從01：00～04：00的第一個(gè)時(shí)間區(qū)間標(biāo)記為A，早晚高峰的時(shí)間區(qū)間分別標(biāo)記為C和F，最后一個(gè)時(shí)間區(qū)間從22：00～01：00標(biāo)記為H。

對(duì)于每個(gè)1h和3h的時(shí)間區(qū)間，通過“縮短”列車活動(dòng)序列到合適的最小時(shí)間間隔來確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的能力利用率。通過計(jì)算，可以區(qū)分不同活動(dòng)類型和最小間隔/重新占用時(shí)間、停站時(shí)間和周轉(zhuǎn)時(shí)間之間的關(guān)系。對(duì)于通過車站的列車，其占用時(shí)分為接入車站的最小間隔時(shí)間。對(duì)于停站和然后發(fā)車的列車（即正常的旅客上下車停站），其占用時(shí)分為最短停留時(shí)間和最短間隔時(shí)間之和。對(duì)于終到、折返、始發(fā)或入段列車，其占用時(shí)分為最短周轉(zhuǎn)時(shí)間和最短時(shí)間間隔/重新占用時(shí)間之和。在UIC 406（UIC，2013）的修訂版本中沒有給出指導(dǎo)性原則，而且在修訂后，UIC 406說明書中的示例計(jì)算也不包括任何停站列車；然而，將停站時(shí)間和周轉(zhuǎn)時(shí)間縮短到最小與最小化間隔時(shí)間類似，確保了方法的一致性。由于Knaresborough的信號(hào)系統(tǒng)采用區(qū)間閉塞控制，使情況變得復(fù)雜，無法獲得標(biāo)準(zhǔn)的最小間隔時(shí)間。根據(jù)運(yùn)行計(jì)劃的行車規(guī)則和運(yùn)行計(jì)劃表中提供的信息，文中采用了以下數(shù)值：

（1）最短間隔時(shí)間/重新占用時(shí)間-3min；

（2）最短停留時(shí)間-1min；

（3）最短周轉(zhuǎn)時(shí)間-5min。

壓縮時(shí)分首先受限于站臺(tái)，道岔和平交道口，擴(kuò)展到區(qū)間，正如OCCASION和CCR的情況一樣，為下一個(gè)控制周期的重復(fù)占用做準(zhǔn)備，并提供更多更全面的數(shù)據(jù)集合。

從區(qū)間數(shù)據(jù)集可看出，在Knaresborough東面站臺(tái)2上，有幾列終到列車沒有發(fā)車，相反地，西面站臺(tái)1始發(fā)的列車還沒有終到?？梢酝茢?，CIF的數(shù)據(jù)將從站臺(tái)2到站臺(tái)1的列車出入段或調(diào)車轉(zhuǎn)線活動(dòng)排除在外，可能是因?yàn)檫\(yùn)轉(zhuǎn)考慮在單個(gè)TIPLOC內(nèi)進(jìn)行（類似的列車運(yùn)轉(zhuǎn)在其它車站可明確地記錄時(shí)刻，通過循環(huán)或與獨(dú)立的TIPLOC）。通過創(chuàng)建14個(gè)ECS/轉(zhuǎn)線活動(dòng)，將它們添加到CIF文件并重新計(jì)算能力利用率，來修正這一問題。這種情況可能并不常見，但對(duì)運(yùn)用CIF數(shù)據(jù)自動(dòng)分析能力利用率是一個(gè)障礙，如果將這些活動(dòng)明確定義包含在運(yùn)行時(shí)刻表數(shù)據(jù)中將是有益的。

使用Excel將Knaresborough的工作日CRRD數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，并將其分配給指定的1h和3h時(shí)間區(qū)間；如下所述，它旨在使此過程自動(dòng)化，以整合能力利用計(jì)算和延誤分配。

在利用2012年的數(shù)據(jù)對(duì)Knaresborough進(jìn)行初步研究之后，運(yùn)算過程被應(yīng)用到DITTO項(xiàng)目的主要研究區(qū)域，在Alexandra Palace和Doncaster之間的東海岸干線，主要側(cè)重于研究該區(qū)間往南方向的（或“上行”，即去往倫敦）列車，Grantham和Huntingdon之間的線路，特別是Peterborough，是這條線路上的重要車站和樞紐。上行線路部分如圖4所示。

選擇以Peterborough為中心進(jìn)行研究有幾個(gè)原因：該路網(wǎng)的同一部分在OCCASION項(xiàng)目中也有研究，因此項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)熟悉并擁有該地區(qū)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在這期間，Peterborough的布局進(jìn)行了一些改造，之前的側(cè)式站臺(tái)1被拆除，通過站臺(tái)3恢復(fù)使用，以及在西側(cè)增加了島式站臺(tái)6和7，所以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)也進(jìn)行了相應(yīng)更新，圖16是修改后的車站布局圖。通過類似的研究領(lǐng)域，OCCASION項(xiàng)目也提供了一個(gè)一致的“分析平臺(tái)”，并將DITTO鐵路系統(tǒng)項(xiàng)目（Preston等，2017）與OCCASION項(xiàng)目得到的結(jié)果進(jìn)行比較。盡管對(duì)Peterborough車站布局的改造，降低了兩項(xiàng)研究之間的一致性，但影響效果并不明顯，特別是在更廣泛的研究區(qū)域內(nèi)，而且比選取其它替代車站來研究獲得的一致性要高得多。

除了基礎(chǔ)設(shè)施改動(dòng)之外，為反映它們對(duì)服務(wù)水平的影響（以及運(yùn)行時(shí)刻表計(jì)劃規(guī)則的任何變化），需更新分析數(shù)據(jù)，即采用新的運(yùn)行時(shí)分表和服務(wù)水平數(shù)據(jù)集。使用2015年7個(gè)月的時(shí)分表數(shù)據(jù)，并選擇2015年11月4日星期三這個(gè)“中性日期”作為代表性日期進(jìn)行仿真，取得了相應(yīng)的服務(wù)水平數(shù)據(jù)。然后，ECML重復(fù)Knaresborough的分析處理過程，兩者的結(jié)果將在下一章節(jié)中介紹。

4.3 數(shù) 據(jù)

如上所述，初始分析的數(shù)據(jù)來源于之前進(jìn)行的CCR工作，然后獲得了基于ECML分析的更新的運(yùn)行時(shí)刻表和服務(wù)水平數(shù)據(jù)。英國鐵路行業(yè)開放數(shù)據(jù)的可用性日益增加：CIF格式的運(yùn)行時(shí)刻表數(shù)據(jù)（用于能力利用率計(jì)算）和歷史服務(wù)水平數(shù)據(jù)（某些列車的晚點(diǎn)記錄）都來自于Network Rail網(wǎng)站。這代表近年來數(shù)據(jù)可用性顯著改善，因?yàn)镺CCASION和CCR項(xiàng)目對(duì)這些數(shù)據(jù)集提出了專門的要求。

跟以前一樣，運(yùn)行時(shí)刻表計(jì)劃規(guī)則（Network Rail，2016）也規(guī)定了最小的計(jì)劃時(shí)間間隔，最小銜接間隔以及車站最短停留時(shí)間和周轉(zhuǎn)時(shí)間，這些資料可以在線查找。

為了構(gòu)建路網(wǎng)模型，可以在線獲得一些數(shù)據(jù)，包括本文中用于說明車站布局的部分附錄。但這是通過參考其他資料來源來補(bǔ)充，包括商業(yè)出版的股道圖和鐵路行業(yè)內(nèi)可用的電子“五英里圖表”。

5 研究結(jié)果和結(jié)論

下面介紹這項(xiàng)工作的研究結(jié)果和結(jié)論，首先是Knaresborough車站的前期工作，然后是Retford和Peterborough之間的ECML車站。

5.1 Knaresborough車站

Knaresborough車站站臺(tái)1和2采用小時(shí)單位（0～23）和3h單位（A～H）的CUI值如表2示，以及分配給每個(gè)站臺(tái)的相應(yīng)年度CRRD時(shí)分。

站臺(tái)1和2的3h單位能力利用率和CRRD結(jié)果分別如圖5和6示。

對(duì)于這兩個(gè)站臺(tái)，可以看到能力利用率和延誤之間呈指數(shù)關(guān)系，與排隊(duì)理論的預(yù)測(cè)一致（線性和冪函數(shù)關(guān)系也進(jìn)行了分析），盡管較小的R2值表明其他因素也影響服務(wù)水平。該站靠近東部的單線路段可能是一個(gè)因素，從R2的值較小和東面站臺(tái)2的CRRD值較高可看出。這兩種情況下，相對(duì)較低的CUI取值時(shí)，CRRD迅速增加。

5.2 東海岸干線：Retford-Peterborough

在東海岸干線上，對(duì)Retford和Peterborough之間的車站進(jìn)行了等效分析，使用最新的時(shí)刻表和CRRD數(shù)據(jù)用于往南方向的上行列車。沒有對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行列表，每個(gè)站的布局圖和相關(guān)統(tǒng)計(jì)輸出如圖7～19所示。

圖7顯示了Retford站的布局（往南方向的線路從下到上），圖8中的數(shù)據(jù)，顯示上行主要線路方向的3h通過能力利用與通過總CRRD之間的關(guān)系。圖9和10顯示了上行島式站臺(tái)（UPL，Platform 1）和道岔2242的相同結(jié)果，這里UPL重新加入上行主要線路。

可以看出，上行線路和道岔2242的數(shù)據(jù)特別采用了期望的形式，并且所有三個(gè)擬合的指數(shù)曲線都具有相當(dāng)高的R2值。然而，島式站臺(tái)的CUI值很低，不太可能決定CRRD的整體服務(wù)水平。匯集點(diǎn)道岔的數(shù)據(jù)包含了三個(gè)數(shù)據(jù)集里的最大CUI值以及最高的R2值。直觀來看這是正確的，因?yàn)榈啦韺⒔影l(fā)上行線路的最多數(shù)量的列車，并且通過道岔的列車將最容易因?yàn)閾矶乱鹧诱`。

Newark North Gate車站的布局和CRRD/CUI關(guān)系如圖11和圖12所示。再次，研究了上行線路（UM），島式站臺(tái)（NPL）和匯集點(diǎn)道岔之間的關(guān)系，并且發(fā)現(xiàn)道岔（2181A）的數(shù)據(jù)具有最高級(jí)別的相關(guān)性，為0.5953，如圖12所示（上行主要股道的等效R2值為0.5416）。該數(shù)據(jù)與Retford車站道岔的等效值類似，盡管Newark North Gate車站的R2值相當(dāng)?shù)汀?/p>

Grantham車站的布局和CRRD/CUI關(guān)系如圖13和圖14所示。又一次，研究了上行快速線路（UF，站臺(tái)1），下行/上行低速線路（DUS，站臺(tái)4）和它們的匯聚點(diǎn)道岔2104A之間的關(guān)系。

最高相關(guān)系數(shù)（0.9136）是在下行/上行低速線路獲得的，但對(duì)于Retford和Newark North Gate的島式站臺(tái)，CUI值非常低。次高的R2值為0.8716，對(duì)于道岔，略高于上行快速線路（0.8204）。

圖15～19揭示了Peterborough車站的布局和選定的CRRD/CUI分析結(jié)果。不同股道/站臺(tái)和道岔1218采用往南方向延誤總計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初始分析產(chǎn)生相對(duì)較低的R2值，上行島式站臺(tái)2（U2）與上行快速（UF）/上行主干（UM）線路（圖17）在道岔1218匯集。這反映了車站的相對(duì)復(fù)雜性，以及往南運(yùn)行列車的排序和站臺(tái)4～7的延誤（圖16右側(cè)），站臺(tái)1～3也類似。

因此延誤數(shù)據(jù)被分解到股道或站臺(tái)，其優(yōu)點(diǎn)是可以消除一些偏離值，如圖17示，這與通過站臺(tái)4～7的貨運(yùn)列車較大延誤相關(guān)。分解的效果數(shù)據(jù)可以通過比較圖18和圖19以及相關(guān)的R2值。對(duì)于分解數(shù)據(jù)，最高水平的相關(guān)性是在上行快速線路（站臺(tái)3）獲得，R2的值接近0.85。

5.3 研究結(jié)論

可以看出，對(duì)于選定的車站，歷史能力利用率和與擁堵相關(guān)的延誤值之間的關(guān)系是一種期望指數(shù)（或類似）形式，并且能力利用水平似乎與擁堵延誤存在一定的一致性，超過這個(gè)水平，反應(yīng)延遲時(shí)分開始顯著增加。根據(jù)最初的2004年UIC 406說明書，這些值似乎也低于建議用于普通路段，即在混合交通道路3h區(qū)間的60～75%之間（實(shí)際差異大于此值，因?yàn)镃UI方法將時(shí)間表縮短到最小計(jì)劃時(shí)分，大于技術(shù)作業(yè)時(shí)分，從而產(chǎn)生更高的能力利用值）。這與列車運(yùn)行的相對(duì)復(fù)雜性和可變性一致，站點(diǎn)之間的交互（匯合點(diǎn)在較小程度上），以及節(jié)點(diǎn)構(gòu)成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)瓶頸的共識(shí)。需要進(jìn)一步的數(shù)據(jù)和分析來進(jìn)一步發(fā)展這種認(rèn)識(shí)，總結(jié)這種聯(lián)系（如果可能的話），確定適當(dāng)?shù)墓?jié)點(diǎn)能力利用率上限。

5.4 正在開展和進(jìn)一步研究的問題

目前正在擴(kuò)展和開發(fā)通過能力利用和CRRD數(shù)據(jù)集，并持續(xù)深入分析它們之間的關(guān)系。除了發(fā)現(xiàn)一些有用的和有趣的研究結(jié)論之外，目前的工作已經(jīng)表明，對(duì)單個(gè)車站和樞紐站的分析是相當(dāng)費(fèi)力且耗時(shí)的。在必要時(shí)候，能力利用的計(jì)算處理需要對(duì)每個(gè)車站（或樞紐站）節(jié)點(diǎn)建模表示，但該模型可以重復(fù)用于分析不同的運(yùn)行時(shí)刻和時(shí)間段。然而，延誤時(shí)分并不一定是相同的（如果同一列火車在不同的時(shí)間在同一地點(diǎn)被延誤，指令可以重復(fù)使用，但必須進(jìn)行初始賦值，記錄，并隨后匹配完成這項(xiàng)任務(wù)）。

對(duì)于相對(duì)簡單的情況，例如，2股道通過車站，其中一個(gè)方向運(yùn)行的列車使用一條股道/站臺(tái)，而相反方向運(yùn)行的列車使用另一條股道/站臺(tái)，可以按方向以相對(duì)快速和直接的方式進(jìn)行半手動(dòng)延誤分配。但是，與Peterborough的情況一樣，當(dāng)一個(gè)方向有多條股道和站臺(tái)選擇時(shí)，以及有不同的列車類型（貨運(yùn)，以及長途，通勤和管內(nèi)旅客列車），始發(fā)站和終點(diǎn)站，對(duì)每條股道、站臺(tái)和道岔的延誤分配需要更多的思考和更長的處理時(shí)間。因此，正在研究處理延誤記錄并將其自動(dòng)分配給車站和樞紐站的股道和/或站臺(tái)的方法。這將有助于開發(fā)一個(gè)更大的數(shù)據(jù)集合，無論是在地理上還是在時(shí)間上，并且在鐵路網(wǎng)絡(luò)的站點(diǎn)上進(jìn)行多周期（如四個(gè)星期）快速延誤分配。

這項(xiàng)工作的一個(gè)重要部分是確定車站和樞紐站能力利用的合適上限，超過這個(gè)限度將不大可能達(dá)到可接受的服務(wù)水平。這種方法考慮了提供額外的列車服務(wù)所帶來的經(jīng)濟(jì)效益與列車延誤導(dǎo)致利益受損，這二者之間的權(quán)衡（Preston等，2015）。這個(gè)和其它方法將會(huì)被進(jìn)一步分析和研究。

如前所述，英國鐵路行業(yè)持續(xù)依賴于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和它們之間的聯(lián)系（與數(shù)據(jù)模擬相結(jié)合）。除了計(jì)算和分配CUI和相關(guān)的CRRD數(shù)據(jù)，研究路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和區(qū)間的能力利用率與服務(wù)水平的關(guān)系之外，研究目前已有方法的應(yīng)用，比如用極大代數(shù)法來評(píng)估英國列車運(yùn)行時(shí)刻的穩(wěn)定性。開發(fā)這些模型并將其計(jì)算結(jié)果和預(yù)測(cè)與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比將是非常有用的，這是計(jì)劃在這一領(lǐng)域進(jìn)一步開展工作的目標(biāo)。

下一步的工作將會(huì)由英國鐵路和公路局（ORR’s）在即將開展的2018年英國鐵路定期評(píng)估（PR18）（ORR，2016）中進(jìn)行。評(píng)估項(xiàng)目將包括資金水平，績效目標(biāo)和各種措施的重新調(diào)整，可能包括線路使用收費(fèi)，而DITTO鐵路系統(tǒng)項(xiàng)目的一些研究結(jié)論很可能被應(yīng)用。

6 結(jié) 論

本文中的建模和分析是建立在以前的工作基礎(chǔ)上，對(duì)一般通過車站和樞紐站（可能）能力利用與服務(wù)水平（即延誤）之間的關(guān)系進(jìn)行擴(kuò)展，并做進(jìn)一步的理解和認(rèn)識(shí)。改進(jìn)的能力利用計(jì)算方法和工具得到了令人滿意的結(jié)果，并將在DITTO鐵路系統(tǒng)項(xiàng)目接下來的研究中繼續(xù)開發(fā)和實(shí)施，并用于更廣泛的分析目標(biāo)，可能包括PR18的每個(gè)方面。

關(guān)于運(yùn)輸能力利用與服務(wù)水平之間關(guān)系更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，有助于揭示在多大程度上，在既有的時(shí)刻表里提供更多的運(yùn)輸服務(wù)而不會(huì)引起不可接受的服務(wù)水平降低，從而有助于確定路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的能力利用上限，類似于節(jié)點(diǎn)之間區(qū)間的能力上限值。除了解決UIC 406第二版中提出的一些問題之外，最大化運(yùn)輸能力的同時(shí)保持可靠可接受服務(wù)水平是一個(gè)具有普遍意義廣泛討論的問題。

作為共同關(guān)注的一部分，增進(jìn)對(duì)二者關(guān)系的理解，研究結(jié)果還提供了一個(gè)數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集可用于驗(yàn)證英國現(xiàn)行時(shí)間表穩(wěn)定性分析的其它方法，如：極大代數(shù)法。在這方面的成功有助于說服行業(yè)保守和懷疑的觀點(diǎn)，其優(yōu)點(diǎn)和潛在的好處在其他地方已得到證實(shí)。

參考文獻(xiàn)

[1]Armstrong，J.，Blainey，S.，Preston，J.，Hood，I.，2011.基于CUI方法的路網(wǎng)能力評(píng)價(jià)研究.Proceedings of the 4th International Seminar on Railway Operations Modelling and Analysis （Rome，Italy）.

[2]Armstrong，J.，Preston，J.，Potts，C.，Paraskevopoulos，D.，Bektas，T.，2012. 最大化樞紐和車站運(yùn)輸能力的列車運(yùn)行計(jì)劃研究.Proceedings of the Conference on Advanced Systems in Public Transport 2012 （CASPT2012） （Santiago，Chile）.

[3]Arup，2013.CP5收費(fèi)系統(tǒng)重新評(píng)估研究.http：//www.networkrail.co.uk/WorkArea/DownloadAsset.aspx？id=30064786027cd=2.（Accessed 28 November 2016）.

[4]Capgemin，2013.鐵路的未來.http：//www.uk.capgemini.com/blog/business-analytics-blog/2013/02/the-future-of-therailway. （Accessed 25 November 2016）.

[5]DfT，2012.高速鐵路：關(guān)于英國鐵路未來和下一步?jīng)Q定的調(diào)查.https：//www.gov.uk/government/publications/highspeed-rail-investing-in-britains-future-decisions-and-next-steps. （Accessed 25 November 2016）.

[6]Gibson，S.，Cooper，G.，Ball，B.，2002.交通政策的發(fā)展：英國鐵路網(wǎng)能力收費(fèi)的演變.Transp.Econ.Policy 36（2）：341～354.

[7]Goverde，R.M.P.，2015.時(shí)刻表的穩(wěn)定性分析.Hansen，I.A.，Pachl，J. （Eds.），列車時(shí)刻表和運(yùn)行：分析、建模、優(yōu)化、仿真、服務(wù)水平評(píng)價(jià).Eurail Press，Hamburg，pp：133～153.

[8]Haith，J.，Johnson，D.，Nash，C.，2014.The case for space：能力利用測(cè)算及與延誤的關(guān)系，英國鐵路網(wǎng)擁堵收費(fèi)計(jì)算.Transp. Plan.Technol.37 （1）：20～37.

[9]Huber，H.-P.，Herbacek，R.，2013.UIC leaflet 406-運(yùn)輸能力，新版本2012.Proceedings of theWorld Congress on Railway Research 2013 （WCRR 2013）（Sydney，Australia）.

[10]Landex，A.，2011.車站能力.Proceedings of the 4th International Seminar on Railway Operations Modelling and Analysis （Rome，Italy）.

[11]Libardo，A.，Pellegrini，P.，Salerno，G.，2011.樞紐和車站能力以及最優(yōu)化路徑管理.Proceedings of the 4th International Seminar on Railway Operations Modelling and Analysis （Rome，Italy）.

[12]Martin，U.，2015.服務(wù)水平評(píng)價(jià).In：Hansen，I.A.，Pachl，J. （Eds.），Railway Timetabling and Operations.Eurail Press，Hamburg.

[13]Mussone，L.，Calvo，L.，2013.計(jì)算鐵路系統(tǒng)能力的分析方法.Eur.J.Operational Res，228：11～23.

[14]Network Rail，2016.運(yùn)營規(guī)則.http：//www.networkrail.co.uk/aspx/3741.aspx. （Accessed 28 November 2016）.

[15]Network Rail，2017.國家電子部分附錄.https：//www.networkrail.co.uk/industry-commercial-partners/informationoperating-companies/national-electronic-sectional-appendix/. （Accessed 2 June 2017）.

[16]OECD，2013.鐵路運(yùn)輸服務(wù)的最新發(fā)展.http：//www.oecd.org/daf/competition/Rail-transportation-Services-2013.pdf.（Accessed 25 November 2016）.

[17]ORR，2016.2018年鐵路網(wǎng)定期巡查（PR18）.http：//orr.gov.uk/__data/assets/pdf_file/0009/21996/pr18-initial-consultationdocument-may-2016.pdf. （Accessed 23 November 2016）.

[18]Pachl，J.，2009.鐵路的運(yùn)營和控制.VTD Rail Publishing，Mountlake Terrace.

[19]Pachl，J.，2015.時(shí)刻表制定原則.In：Hansen，I.A.，Pachl，J. （Eds.），Railway Timetabling and Operations.Eurail Press，Hamburg.

[20]Preston，J.，James，P.，Kovacs，A.，Ye，H.，2017.開發(fā)一體化工具優(yōu)化鐵路系統(tǒng)管理：概述.Proceedings of the 7th International Conference on Railway Operations Modelling and Analysis （RailLille2017） （Lille，F(xiàn)rance）.

[21]Preston，J.，Kampantaidis，G.，Armstrong，J.，2015.延誤和能力之間的權(quán)衡：來自英國的觀察.Proceedings of the 6th International Conference on Railway Operations Modelling and Analysis （RailTokyo2015）（Tokyo，Japan）.

[22]RSSB，2017.FuTRO：加深基本理論研究，優(yōu)化交通管理 （T1071）.Available from：https：//www.rssb.co.uk/Pages/researchcatalogue/T1071.aspx.（Accessed 8 June 2017）.

[23]UIC，2004.Leaflet 406：運(yùn)輸能力.UIC，Paris.

[24]UIC，2013.Leaflet 406：運(yùn)輸能力，second ed.UIC，Paris.

[25]Vromans，M.，2005.鐵路系統(tǒng)的可靠性分析.PhD Thesis. Erasmus University，Rotterdam，Netherlands.

譯文出處：Journal of Transport Planning Management 7（2017）187-205.

journal homepage：www.elsevier.com/locate/jrtpm.

收稿日期：2018-3-25

譯者簡介：蔡勝全（1966-），男，四川內(nèi)江人，高級(jí)工程師，主要從事鐵路運(yùn)輸組織和鐵路樞紐及車站規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。