周鈺爽
(鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院運(yùn)輸管理系,河南鄭州451460)
高速鐵路一般為雙線自動(dòng)閉塞或移動(dòng)閉塞,允許區(qū)間內(nèi)多列列車(chē)根據(jù)信號(hào)指示追蹤運(yùn)行。高速鐵路區(qū)間內(nèi) 2 列車(chē)i與k追蹤運(yùn)行時(shí),其最小間隔時(shí)間即高速鐵路列車(chē)追蹤間隔時(shí)間。現(xiàn)有列車(chē)追蹤間隔時(shí)間I的計(jì)算方法主要根據(jù)閉塞分區(qū)長(zhǎng)度、列車(chē)性能等因素確定,在實(shí)際應(yīng)用中通常以各區(qū)間最大追蹤間隔作為全線追蹤間隔標(biāo)準(zhǔn),并將不同情況下的間隔時(shí)間確定為常量[2]。部分高速鐵路管理水平較高的國(guó)家對(duì)列車(chē)追蹤間隔時(shí)間采取動(dòng)態(tài)化計(jì)算方法,在日常運(yùn)營(yíng)調(diào)度中充分挖掘了線路能力,達(dá)到了較高的精細(xì)化水平[3]。作為調(diào)度調(diào)整及列車(chē)運(yùn)行圖編制的關(guān)鍵約束,列車(chē)追蹤間隔時(shí)間的計(jì)算在一定程度上影響了可調(diào)整方案及全圖通過(guò)能力[4-5]。目前我國(guó)列車(chē)運(yùn)行控制系統(tǒng) (CTCS) 條件下列車(chē)的運(yùn)行以目標(biāo)距離連續(xù)速度控制模式進(jìn)行,對(duì)列車(chē)追蹤間隔時(shí)間的精確度提出了更高的要求,同時(shí)為了調(diào)整由于運(yùn)輸波動(dòng)而產(chǎn)生的列車(chē)實(shí)際運(yùn)行圖偏離情況,需要根據(jù)不同列車(chē)追蹤運(yùn)行情況動(dòng)態(tài)估算,以免使部分可行調(diào)整方案變?yōu)椴豢尚卸鴨适ё顑?yōu)方案[6-7]。
根據(jù)列車(chē)在區(qū)間內(nèi)運(yùn)行狀態(tài)不同,可將列車(chē)追蹤間隔時(shí)間分為以下幾類(lèi)[8]:①列車(chē)區(qū)間追蹤運(yùn)行時(shí)的間隔時(shí)間,指前行、后行列車(chē)在區(qū)間兩端車(chē)站均不停車(chē)時(shí)的 2 列車(chē)追蹤間隔時(shí)間;②列車(chē)在站到達(dá)時(shí)的追蹤間隔時(shí)間,指前行、后行列車(chē)均在區(qū)間前方站停車(chē)時(shí)的 2 列車(chē)追蹤間隔時(shí)間;③列車(chē)在站發(fā)車(chē)時(shí)的追蹤間隔時(shí)間,為前行、后行列車(chē)均從車(chē)站發(fā)車(chē)并進(jìn)入相同區(qū)間時(shí)的 2 列車(chē)追蹤間隔時(shí)間;④列車(chē)在站通過(guò)時(shí)的追蹤間隔時(shí)間,為前行、后行列車(chē)均在車(chē)站不停車(chē)通過(guò)時(shí)的 2 列車(chē)追蹤間隔時(shí)間;⑤列車(chē)在站前停后通時(shí)的追蹤間隔時(shí)間,為前行列車(chē)在站停車(chē)而后行列車(chē)在站通過(guò)時(shí)的追蹤間隔時(shí)間;⑥列車(chē)在站前通后停時(shí)的追蹤間隔時(shí)間,為前行列車(chē)在站通過(guò)而后行列車(chē)在站停車(chē)時(shí)的追蹤間隔時(shí)間;⑦列車(chē)在站前通后發(fā)時(shí)的追蹤間隔時(shí)間,為前行列車(chē)在站通過(guò)而后行列車(chē)在站發(fā)車(chē)時(shí)的追蹤間隔時(shí)間;⑧列車(chē)在站前發(fā)后通時(shí)的追蹤間隔時(shí)間,為前行列車(chē)從車(chē)站發(fā)車(chē)而后行列車(chē)從車(chē)站通過(guò)的追蹤列車(chē)間隔時(shí)間。
上述追蹤間隔中區(qū)間追蹤運(yùn)行間隔時(shí)間、在站到達(dá)追蹤間隔時(shí)間及發(fā)車(chē)追蹤間隔時(shí)間是基本的列車(chē)追蹤類(lèi)型,其他列車(chē)追蹤類(lèi)型可基于上述基本追蹤類(lèi)型拓展求得,由此分析基本追蹤類(lèi)型的計(jì)算方法,在此基礎(chǔ)上拓展到其他相應(yīng)追蹤類(lèi)型的計(jì)算。
1.2.1 列車(chē)區(qū)間追蹤運(yùn)行間隔時(shí)間
根據(jù)列車(chē)控制系統(tǒng)原理,在區(qū)間內(nèi)正常追蹤運(yùn)行的 2 列相鄰列車(chē),其追蹤運(yùn)行間隔時(shí)間應(yīng)保證后行列車(chē)按照區(qū)間正常速度運(yùn)行,不致因與前行列車(chē)距離不滿足最小追蹤距離而減速或停車(chē)[9]。此條件下后行列車(chē)與前行列車(chē)間應(yīng)保持至少 2 個(gè)以上閉塞分區(qū)空閑,則列車(chē)區(qū)間追蹤運(yùn)行間隔時(shí)間計(jì)算公式為
式中:為列車(chē)k對(duì)應(yīng)區(qū)間追蹤運(yùn)行閉塞分區(qū)長(zhǎng)度,m;為列車(chē)k在對(duì)應(yīng)區(qū)間內(nèi)平均運(yùn)行速度,m/min。
1.2.2 列車(chē)在站到達(dá)追蹤間隔時(shí)間
當(dāng)前行、后行列車(chē)均在區(qū)間前方站停車(chē)時(shí),前行列車(chē)在根據(jù)預(yù)定的股道安排進(jìn)入車(chē)站并完全停穩(wěn)后,相關(guān)進(jìn)路即可出清,高鐵調(diào)度集中系統(tǒng) (CTC系統(tǒng)) 將自動(dòng)根據(jù)后行列車(chē)站臺(tái)、股道運(yùn)用計(jì)劃為后行列車(chē)安排接車(chē)進(jìn)路并同時(shí)開(kāi)放進(jìn)站信號(hào)、給予后行列車(chē)進(jìn)站許可,后行列車(chē)接收到相關(guān)信號(hào)后,從正常運(yùn)行速度減速,并在列車(chē)到達(dá)進(jìn)站信號(hào)機(jī)絕緣電路前將列車(chē)的速度降低到具體道岔的側(cè)向允許速度之下,從而安全進(jìn)入站內(nèi),進(jìn)入預(yù)先安排的接車(chē)股道并停車(chē)[8],到達(dá)追蹤間隔示意圖如圖1 所示。
由圖1 可知
圖1 到達(dá)追蹤間隔示意圖Fig.1 Interval of arriving trains
1.2.3 列車(chē)在站發(fā)車(chē)追蹤間隔時(shí)間
當(dāng)前行、后行列車(chē)均從車(chē)站發(fā)車(chē)并進(jìn)入相同區(qū)間時(shí),前行列車(chē)從車(chē)站發(fā)車(chē)后并出清 2 個(gè)閉塞分區(qū)后,CTC 系統(tǒng)確認(rèn)相應(yīng)進(jìn)路空閑后,將自動(dòng)為后續(xù)列車(chē)辦理相應(yīng)發(fā)車(chē)進(jìn)路,并開(kāi)放出站信號(hào)指示后行列車(chē)從車(chē)站發(fā)車(chē)。前、后行列車(chē)的出發(fā)追蹤間隔示意圖如圖2 所示。
由圖2 可知
圖2 前、后行列車(chē)的出發(fā)追蹤間隔示意圖Fig.2 Departure interval of first and second train
對(duì)某一確定車(chē)站,根據(jù)有關(guān)規(guī)定或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù),當(dāng)L3,t3,,,等數(shù)據(jù)可以根據(jù)具體列車(chē)及車(chē)站信息確定時(shí),是一個(gè)非線性函數(shù),其取值與具體車(chē)站道岔的最大側(cè)向允許速度 v側(cè)有關(guān),即可表示為:假定車(chē)站道岔側(cè)向允許速度最大值為,則①當(dāng)時(shí),可取得函數(shù)極值②當(dāng)或當(dāng)時(shí),可證明隨 v側(cè)增大單調(diào)遞減,
根據(jù)對(duì)上述基本類(lèi)型列車(chē)間隔時(shí)間的計(jì)算,可進(jìn)一步推導(dǎo)得出其他類(lèi)型追蹤列車(chē)間隔時(shí)間的計(jì)算方法。
2.1.1 在站通過(guò)追蹤間隔時(shí)間
當(dāng)前行、后行列車(chē)均在車(chē)站不停車(chē)通過(guò)時(shí),此條件下與區(qū)間追蹤間隔相比,所增加的額外時(shí)間僅為 ATP 系統(tǒng)為后續(xù)列車(chē)排布接、發(fā)車(chē)進(jìn)路所需的時(shí)間t進(jìn)路,即
2.1.2 前停后通追蹤間隔時(shí)間
當(dāng)前行列車(chē)在站停車(chē)而后行列車(chē)在站通過(guò)時(shí),后續(xù)通過(guò)的列車(chē)除增加 CTC 系統(tǒng)自動(dòng)排布進(jìn)路的額外時(shí)間外,其前行、后行列車(chē)追蹤間隔時(shí)間與區(qū)間內(nèi)追蹤運(yùn)行列車(chē)間隔時(shí)間一致,即
2.1.3 前通后停追蹤間隔時(shí)間
當(dāng)前行列車(chē)在站通過(guò)而后行列車(chē)在站停車(chē)時(shí),前、后行列車(chē)間追蹤間隔與前、后性列車(chē)達(dá)追蹤間隔時(shí)間并無(wú)區(qū)別,即
2.1.4 前通后發(fā)追蹤間隔時(shí)間
當(dāng)前行列車(chē)在站通過(guò)而后行列車(chē)在站發(fā)車(chē)時(shí),前行列車(chē)出清 2 個(gè)閉塞分區(qū)后,后行列車(chē)即可從車(chē)站出發(fā),因而區(qū)間追蹤間隔時(shí)間可以表示為
2.1.5 前發(fā)后通追蹤間隔時(shí)間
當(dāng)前行列車(chē)從車(chē)站發(fā)車(chē)而后行列車(chē)從車(chē)站通過(guò),前行列車(chē)以速度v出i駛離第二離去分區(qū)時(shí),后行列車(chē)即達(dá)到從該站發(fā)車(chē)的行車(chē)組織條件,但考慮到此過(guò)程中前行列車(chē)速度并不恒定,存在一個(gè)加速過(guò)程,因而后行列車(chē)應(yīng)在滿足上述發(fā)車(chē)追蹤間隔時(shí)間的基礎(chǔ)上,另外增加一個(gè)考慮前行列車(chē)加速過(guò)程的額外間隔時(shí)間。的計(jì)算方法為:根據(jù)
給定的前行列車(chē)i的速度、加速度及后行列車(chē)k的運(yùn)行速度vk,計(jì)算前行列車(chē)加速到與后行列車(chē)相同速度所需的時(shí)間因后續(xù)列車(chē)通過(guò)車(chē)站,調(diào)度集中系統(tǒng)自動(dòng)排布后車(chē)進(jìn)路的時(shí)間為t辦理,且,同步進(jìn)行,取二者最大時(shí)間為,即:故此狀態(tài)下列車(chē)間隔時(shí)間為
針對(duì)不同追蹤運(yùn)行情況的計(jì)算可知,對(duì)高速鐵路不同速度等級(jí)列車(chē)而言,由于列車(chē)的運(yùn)行速度存在差異,其計(jì)算需要做相應(yīng)修改。
(1)前行列車(chē)為高速列車(chē),后行列車(chē)為低速列車(chē)。如果前行列車(chē)運(yùn)行速度高于后續(xù)列車(chē),其追蹤列車(chē)間隔時(shí)間計(jì)算與上述各公式相同。
(2)前行列車(chē)為低速列車(chē),后行列車(chē)為高速列車(chē)。此種情況下,其相關(guān)追蹤狀態(tài)追蹤間隔計(jì)算在比照上述各公式的基礎(chǔ)上,需增加由于高低度列車(chē)速差而造成的列車(chē)運(yùn)行時(shí)間差。的確定與高低速列車(chē)運(yùn)行速度,,相關(guān)區(qū)間間距L站,以及高低速列車(chē)加減速性能指標(biāo)等有關(guān),需根據(jù)實(shí)際情況具體計(jì)算。
考慮列車(chē)追蹤情況的精細(xì)化分類(lèi),針對(duì)不同追蹤情況下給出相應(yīng)的列車(chē)追蹤間隔時(shí)間計(jì)算方法。通過(guò)理論分析計(jì)算結(jié)果可知,高速鐵路前行、后行間的列車(chē)追蹤間隔運(yùn)行時(shí)間并不是一個(gè)固定值,而是會(huì)隨不同列車(chē)運(yùn)行速度、在站通過(guò)形式,車(chē)站行車(chē)組織條件不同而變化,從而出現(xiàn)不同的,其值的大小應(yīng)根據(jù)不同情況取值,并且具有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)性。在實(shí)際調(diào)度工作中,可根據(jù)不同追蹤類(lèi)型根據(jù)前、后行列車(chē)技特征及車(chē)站技術(shù)條件動(dòng)態(tài)計(jì)算各類(lèi)間隔時(shí)間,利用不同時(shí)段的不同以擴(kuò)大列車(chē)運(yùn)行圖的可調(diào)整范圍,使調(diào)整方案更加貼近實(shí)際情況,提高運(yùn)營(yíng)調(diào)度水平。
[1] 宋建業(yè),謝金寶. 鐵路行車(chē)組織基礎(chǔ)[M]. 北京:中國(guó)鐵道出版社,2005.
[2] 石先明. 對(duì)我國(guó)客運(yùn)專線列車(chē)追蹤間隔時(shí)分的研究[J]. 中國(guó)鐵路,2005,44 (5):32-35.
[3] 田長(zhǎng)海,張守帥,張?jiān)浪?,? 高速鐵路列車(chē)追蹤間隔時(shí)間研究[J]. 鐵道學(xué)報(bào),2015(10):1-6.TIAN Chang-hai,ZHANG Shou-shuai,ZHANG Yuesong,et al. Study on the Train Headway on Automatic Block Sections of High Speed Railway[J]. Journal of the China Railway Society,2015(10):1-6.
[4] 韓春明,趙 琦,常 山. 四顯示自動(dòng)閉塞區(qū)段影響追蹤列車(chē)間隔的固定設(shè)備因素分析[J]. 鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì),2016,38(2):25-30.HAN Chun-ming,ZHAO Qi,CHANG Shan. Analysis on Fixed Equipment Factors Influencing Headway of Trains in Four-aspect Automatic Block Section[J]. Railway Transport and Economy, 2016,38(2):25-30.
[5] 趙欣苗,尹相勇,李 茜,等. 列車(chē)追蹤時(shí)間對(duì)高速鐵路能力利用的影響分析[J]. 鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2016,13(11):2099-2106.ZHAO Xin-miao,YIN Xiang-yong,LI Qian,et al.Influence of Train Tracking Headways on Carrying Capacity Utilization of High-Speed Railway[J]. Journal of Railway Science and Engineering,2016,13(11):2099-2106.
[6] 張 苑. 武廣客運(yùn)專線 CTCS-3 級(jí)列控系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新[J].鐵道通信信號(hào)工程技術(shù),2011,8(1):5-8.
[7] 宋 云. 移動(dòng)閉塞中安全距離的分析[J]. 鐵道通信信號(hào)工程技術(shù),2009,6(3):45-47.
[8] BR?NNLUND U,LINDBERG P O,N?U A,et al.Railway Timetabling Using Lagrangian Relaxation[J].Transportation Science,1998,32(4):358-369.
[9] 韓富強(qiáng),賈永剛,王宇嘉. 提高鐵路線路通過(guò)能力利用質(zhì)量的探討[J]. 鐵道貨運(yùn),2016,34 (3):26-29.HAN Fu-qiang,JIA Yong-gang,WANG Yu-jia. Discussion on Increasing the Use Quality of Railway Carrying Capacity[J]. Railway Freight Transport,2016,34 (3):26-29.