高速铁路客运站到发线运用与进路排列仿真研究

朱咏秋

（西南交通大学 交通运输与物流学院，四川 成都 610031）

利用计算机实现高速铁路客运站通过能力仿真时，接发车进路的排列是其核心研究内容。高速铁路客运站的每一到发线都至少与1条接车进路和1条发车进路相连，因此不能孤立地考虑接发车进路在计算机中的排列，而应将其与到发线运用方案作为一个整体对象进行研究。有学者在已经确定到发线运用方案的前提下，对进路的排列优化进行研究[1-3]，其研究对象均为既有客运站进路，而高速铁路客运站与既有客运站有着不同的特点，在接发列车类型及作业时间标准等方面都存在一定差异。因此，针对高速铁路客运站的特点，提出与到发线运用方案及接发车进路排列相适应的确定方法和仿真方法，具体包括数据库信息的录入与更新、确定到发线运用方案、实现分段解锁进路的方法和计算最大数量进路等。

1 数据库信息的录入与更新

到发线、接发车进路、道岔组是3个相互关联的车站固有实体。在计算机仿真前，应将这3个实体的固有属性信息录入数据库，以便仿真时读取信息，同时可以根据实时仿真情况对其变动属性信息及时更新。所谓固有属性，是指一旦赋值便不再更改的属性，是在仿真前已经确定，不会随着仿真过程的推进而发生变化；所谓变动属性，是指会随时发生变化的属性，需要根据实时仿真情况进行更改。3个实体各自具备的固有属性与变动属性如下。

（1）到发线包含的属性。①固有属性：编号、占用该到发线的列车类型(由到发线运用方案决定)、接车间隔；②变动属性：占用状态、开始占用时间、结束占用时间。

（2）接发车进路包含的属性。①固有属性：编号、性质、连接的到发线；②变动属性：占用的道岔组、占用状态、占用该进路的列车类型、开始占用时间、结束占用时间。其中，接发车进路的性质是指该进路为接车进路或发车进路。若为接车进路，确认从动车段还是从区间接车；若为发车进路，确认向动车段发车还是向区间发车。此外，由于采用的进路为分段解锁方式，将“接发车进路占用的道岔组”这一性质划分为变动属性。

（3）道岔组包含的属性。①固有属性：编号；②变动属性：占用状态、开始占用时间、结束占用时间。

2 确定到发线运用方案

确定到发线运用方案时应先明确高速铁路客运站能够接发列车的类型。高速铁路客运站所接发的列车大致可以分为始发列车、终到列车、通过列车、折返列车四大类[4]。其中，通过列车分为不停站通过列车和停站通过列车2类；折返列车分为站前折返列车和站后折返列车2类。对于某一高速铁路客运站，其接发的列车可能会涉及所有类型，也可能只涉及一部分类型。同时，车站接发的每一类型列车的数量也会有所不同，即在一定时间段内，车站接发的各类型列车占到达本站列车总数的比例会有差异。此外，不同类型列车占用到发线的作业(如旅客乘降作业等)时间标准不同。因此，可以根据各类型列车分别占用到发线作业的总时间为各类型列车分配到发线数量。某类型列车占用到发线的时间越多，为其分配的到发线数量则越多。

式中：Ti为列车占用到发线作业的总时间；M 为一定时间段内到达的列车总数；pi为 i 类型列车数量占到达本站列车总数的比例；ti为 i 类型列车占用到发线的作业时间标准；li为各类型列车分配的发线数量；N 为高速铁路客运站的到发线总数；round()表示对括号内的数进行四舍五入；k 表示列车类型总数。

由于不停站通过列车直接经正线通过，不占用到发线，故在确定到发线运用方案时可以不予考虑。值得注意的是，这里所提到的列车占用到发线时间为列车占用到发线的最短时间，仅包含作业时间，不包含作业完成后未及时安排下一进路在到发线上的等待时间。

在对到发线数量进行分配后，还应确定各到发线应分别分配给哪一种或哪几种类型列车使用。将不进行出(入)段作业的停站通过列车和站前折返列车归为 A 类，将需要进行出(入)段作业的终到列车、始发列车和站后折返列车归为 B 类。拟将对动车出入段作业影响较小的到发线优先分配给 A 类列车，如图1中的7、8号到发线；而将与动车段有便捷联系的到发线优先分配给 B 类列车，如图1中的1，2，…，6号线。

图1 某高速铁路客运站部分站型图

综上所述，由于每种类型列车在到发线上的作业时间是标准值，一般不会轻易改变，因此高速铁路客运站到发线运用方案的确定，实质上取决于到达本站的各类型列车的比例。当各类型列车比例变化时到发线运用方案将随之发生改变。因此，可以通过调整车站列车类型比例进行不同方案的试验，找出最适应某一高速铁路客运站接发列车类型比例的方案，以实现该站通过能力的最大化。

3 实现分段解锁进路的方法

采用分段解锁进路的方式能够在一定程度上提高车站的通过能力。因此，在计算机仿真过程中，应对进路所包含的道岔组信息进行实时更新。当进路占用状态为“0”(空闲)时，其道岔组信息应包含该进路可以占用的所有道岔组编号，并按占用顺序依次排列；而当进路占用状态为“1”(被占用)时，其包含的道岔组信息应是正在被占用的道岔组编号，而对于曾被该进路占用但已经解锁的道岔组编号应及时从道岔组信息中删除；待该进路中所有道岔组都被解锁，即该进路从“1”转变为“0”时，再将该进路的所有道岔组编号重新完整地按其先后占用顺序依次录入其道岔组信息中。

为了使进路能够实现分段解锁，在进行道岔分组时，首先按照常用的道岔分组原则对道岔进行分组[5]，得到一个初始分组方案，再在此基础上进一步拆分，获取最终的道岔分组方案。道岔组拆分原则为：当建立某条进路时，其敌对进路会因与其共同占用某一道岔组而不能建立，当这一道岔组包含2个及以上道岔时，若其中某一个或几个道岔解锁(小于该道岔组包含的道岔总数)时所建立进路的敌对进路此时能够建立，则将该道岔组进行拆分，已解锁道岔归为一组，未解锁道岔归为另一组。举例说明，如图2和图3所示，图2中的01号道岔在图3中被拆分为01号与02号2个道岔组。当一列由Ⅸ 线到达的终到列车接入1号到发线，在图2中需01号道岔解锁，由4号到发线经 Ⅹ 线向上行方向的发车进路才能建立；但是在图3中，当列车进入02号道岔组，只需拆分后的01号道岔组解锁，由4号到发线经 X 线向上行方向的发车进路便可以建立。

图2 基于常用道岔分组原则的道岔分组示意图(初始方案)

图3 拆分后的道岔分组示意图(最终方案)

4 计算最大数量进路的方法

4.1 接车进路排列方法

步骤1：判断列车类型。

步骤2：根据到发线运用方案搜索能够接入该类型列车(满足接车间隔时间)的空闲到发线，若不存在，列车发生等待；反之，进入步骤3。

步骤3：搜索出所有与步骤2中满足条件的到发线相联系的可用空闲接车进路，若不存在，列车发生等待；反之，进入步骤4。

步骤4：计算每一可用空闲进路后续作业可能建立的进路数量，选择“最大数量进路”为最终建立的接车进路，将该进路、所通往的到发线及占用道岔组的使用状态均改为“1”(被占用)。

步骤5：接车进路搜索结束。

4.2 发车进路排列方法

步骤1：判断列车类型。

步骤2：根据追踪间隔时间(或动车入段间隔时间)判断该列车能否向区间(或动车大)发车；若能发车，则进入步骤3；反之，列车发生等待。

步骤3：搜索出所有满足条件适应该列车类型的可用空闲发车进路(如为终到列车则表示向动车段发车，如为始发列车则表示向区间发车)，若存在，则进入步骤4；反之，列车发生等待。

步骤4：计算每一可用空闲进路后续作业可能建立的进路数量，选择“最大数量进路”作为最终建立的发车进路，将该进路及占用道岔组的使用状态改为“1”(被占用)，将列车进入该发车进路后腾空的到发线使用状态更新为“0”空闲。

步骤5：发车进路搜索结束。

其中，空闲进路是指没有被列车占用的进路；可用空闲进路是指该空闲进路所包含的道岔组不在非空闲的进路中；而“最大数量进路”则是在搜索到的可用空闲进路不只一条时最终所选进路的标准。

4.3 计算最大数量进路的方法

当所搜索到的可用空闲进路仅为1条时，其为最终选择；当不只1条时，对每一可用空闲进路计算其后续作业可能建立的进路数量，数量最大者所对应的可用空闲进路为最终选择进路，即“最大数量进路”。判断某空闲进路 Ra是否为某可用空闲进路 Rb的后续作业可能建立进路的方法为：Rb所包含的道岔组及当前时间点车站正在被占用的道岔组中是否含有建立 Ra所需要的道岔组，若不含有，说明 Ra是 Rb后续作业可能建立的进路；反之，则不是。以图3为例，假设有2条从 Ⅸ 接入7号线的待选接车进路 R1和 R2，其中 R1所经道岔组为08、05、06、07； R2所经道岔组为08、09、07。

（1）接车进路 R1后续作业能建立的进路(此处不考虑 Ⅹ 线)如下。

①1、2、3号到发线经02、01号道岔组可以分别向动车段发车(3条进路)。

②动车段到达列车经01、02号道岔组可以分别接入1、2、3号到发线(3条进路)。

③4、5、6号到发线经04、03、01号道岔组可以分别向动车段发车(3条进路)。

④动车段到达列车经01、03、04号道岔组可以分别接入4、5、6号到发线(3条进路)。

综上所述，接车进路 R1后续作业能建立的进路数量为12条。

（2）接车进路 R2后续作业能建立的进路(此处不考虑 Ⅹ 线)如下。

①1、2、3号到发线经02、01、05号道岔组可以分别向动车段发车(3条进路)。

②动车段到达列车经05、01、02号道岔组可以分别接入1、2、3号到发线(3条进路)。

③4、5、6号到发线经04、03、06、05号道岔组可以分别向动车段发车(3条进路)。

④4、5、6号到发线经04、03、01、05号道岔组可以分别向动车段发车(3条进路)。

⑤动车段到达列车经05、06、03、04号道岔组可以分别接入4、5、6号到发线(3条进路)。

⑥动车段到达列车经05、01、03、04号道岔组可以分别接入4、5、6号到发线(3条进路)。

⑦接车进路 R2后续作业能建立的进路还包含所有 R1后续作业能建立的进路(12条进路)。

综上所述，接车进路 R2后续作业能建立的进路数量为30条。

因此，最大数量进路为 R2，从 Ⅸ 接入7号线的接车进路应选择 R2。

5 结束语

基于到站列车类型比例的高速铁路客运站到发线运用方案及接发车进路排列的仿真方法，对实现分段解锁进路的方法进行了研究，提出实现分段解锁的道岔分组原则；为提高车站通过能力，提出用“最大数量进路”作为接发车进路的选择标准。基于上述研究成果设计出高速铁路客运站通过能力仿真系统，通过模拟高速铁路客运站接发列车过程，给出不同的到站列车类型比例方案下车站通过能力的仿真结果，可以为实际车站工作提供一定的参考。由于实际问题的复杂性，将车站与区间进行综合协调考虑的研究还有待进一步完善。

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[1]龙建成，高自友，马建军，等. 铁路车站进路选择优化模型及求解算法的研究[J]. 铁道学报，2007，29(5)：6-13.

[2]史 峰，谢楚农，于桂芳. 铁路车站咽喉区进路排列优化方法[J]. 铁道学报，2004，26(4)：5-9.

[3]刘 澜，王 南，杜 文. 车站咽喉通过能力网络优化模型及算法研究[J]. 铁道学报，2002，24(6)：1-5.

[4]高世蕊. 高速铁路车站通过能力计算方法的研究[J]. 铁道运输与经济，2005，27(10)：92-94.

[5]马桂珍. 铁路站场及枢纽[M].2版. 成都：西南交通大学出版社，2003.