高速铁路列车追踪间隔时间研究

田长海，张守帅，张岳松，姜昕良

(中国铁道科学研究院 铁道科学技术研究发展中心，北京 100081)

列车追踪间隔时间(I)是指在自动闭塞区段同一方向追踪运行的两列车间的最小间隔时间，是列车区间追踪间隔时间(I追)、列车出发追踪间隔时间(I发)、列车到达追踪间隔时间(I到)和列车通过追踪间隔时间(I通)中的最大者。列车追踪间隔时间是列车运行图的重要组成要素和计算区间通过能力的主要依据，是反映铁路运输能力水平的重要指标。高速铁路列车追踪间隔时间，是指在采用调度集中(CTC)行车指挥方式和CTCS-2/CTCS-3级列控系统控车条件下，同一方向追踪运行的两列车间的最小间隔时间。高速列车在CTCS-2/CTCS-3级列控系统控车条件下，列车追踪间隔时间计算方法不同于普速铁路，目前国内还缺乏系统和准确的计算方法。本文结合高速铁路列车间隔时间查定办法的编制，系统提出高速铁路列车追踪间隔时间的计算方法；根据我国高速铁路固定设备配置及高速动车组性能，遵循高速铁路行车组织规则，给出相关参数的取值；运用牵引计算软件检算高速铁路列车追踪间隔时间，分析影响高速列车追踪间隔时间的因素，提出改进建议。

1 高速列车追踪间隔时间计算方法

我国高速铁路均采用调度集中(CTC)的行车指挥方式，装备了CTCS-2/CTCS-3级列控系统，采用连续式一次速度模式曲线控制列车运行，与普速铁路采用的分级速度控制模式曲线不同。不同的控制模式，导致列车追踪间隔时间的计算方法也不同[1，2]。

(1)列车区间追踪间隔时间(I追)

I追是列车区间追踪运行时必须间隔最小距离的运行时间，它以前行列车所在闭塞分区入口附加一定的安全防护距离为追踪目标点，在满足目标制动距离条件下，后行列车正常运行而必须间隔的最短距离范围内的运行时间，如图1所示。

图1 列车区间追踪间隔示意图

I追的计算公式为

( 1 )

式中：I追为列车区间追踪间隔时间，s；L制为列控车载设备监控制动距离，m；L防为安全防护距离，m；L闭为闭塞分区长度，m；L列为列车长度，m；v区间为列车区间运行速度，km/h；t附加为列车区间追踪运行附加时间，s；3.6是单位换算系数。

高速列车区间正常追踪运行时最小间隔距离除与L闭、L防、t附加有关外，主要与列控车载设备的监控制动距离有关。当列控车载设备使用的制动能力大时，监控制动距离就短，两高速列车间隔距离就短；当列控车载设备使用的制动能力小时，监控制动距离就长，两高速列车间隔距离就长。所以列控车载设备监控制动距离是影响高速列车追踪间隔时间的重要参数。

(2)列车出发追踪间隔时间(I发)

I发是自前行列车由车站发出时起，至由该站同方向再发出另一列车时止的最小间隔时间。高速列车按CTCS-2/CTCS-3级完全监控模式或引导模式控车、按CTCS-2级部分监控模式控车且一离去长度满足列控车载设备以侧向道岔允许速度制动到0所需长度时，只要前行列车出清一离去，即可办理后行列车出发作业，所以I发包括前行列车从车站出发至出清一离去时间和办理后行列车出发作业时间，如图2所示。

图2 列车出发追踪间隔示意图

I发的计算公式为

( 2 )

(3)列车到达追踪间隔时间(I到)

I到是自前行列车到达车站时起，至同方向后行列车到达该站时止的最小间隔时间。根据CTC设备特点，在不考虑延续进路条件下，只要前行列车完全进入车站股道进路解锁后，即可办理后行列车的接车进路，所以I到包括办理后行列车到达作业时间和后行列车从监控制动距离运行至站内股道的时间，如图3所示。

图3 列车到达追踪间隔示意图

I到的计算公式为

( 3 )

(4)列车通过追踪间隔时间(I通)

I通是自前行列车通过车站时起，至同方向后行列车再通过该站时止的最小间隔时间。根据《铁路技术管理规程》规定和CTC设备特点[3]，CTC办理列车通过作业时一般应让其在接车进路和发车进路都空闲的条件下办理，所以I通包括前行列车出清一离去后办理后行列车通过作业时间，后行列车以正常运行速度通过监控制动距离至一离去范围的运行时间，如图4所示。

I通的计算公式为

( 4 )

图4 列车通过追踪间隔示意图

2 高速列车追踪间隔时间检算

2.1 参数取值

(1)列车长度(L列)及制动距离(L制)

高速列车选取200～250 km/h和300～350 km/h动车组各一组，分别称为列车1(编组8辆)和列车2(编组16辆)，L列分别为214 m和403 m。

L制是列控车载设备监控列车运行时的监控制动距离，是列车正常运行时保证旅客舒适、符合相关技术规范要求、实时监控与前行列车保持合理间隔的安全制动距离[4，5]。L制一般根据动车组出厂时最不利制动减速度按一定制动模型采取折减和优化后的制动减速度经牵引计算确定。根据有关资料，运用牵引计算软件，检算列车列控车载设备平直道监控制动距离，结果见表1。

表1 平直道列车监控制动距离

(2)列车安全防护距离(L防)

根据《CTCS-2级列控车载设备暂行技术规范》、《CTCS-3级列控车载设备技术规范(暂行)》(铁运〔2012〕211号)、《CTCS-3级列控系统总体技术方案》(科技运〔2008〕34号)规定[4-6]，L防最大值，区间取110 m、车站取60 m。

(3)闭塞分区长度(L闭)

高速铁路闭塞分区长度有一定规律。仅开行动车组列车的高速铁路一般为1 900～2 000 m，与车站邻接的1～2个闭塞分区一般比区间其他闭塞分区要短些。个别闭塞分区比较长，是限制区间追踪列车间隔时间的闭塞分区。还有些车站咽喉区，出站方向第一个闭塞分区比较长，往往影响到达列车和出发列车追踪间隔时间。本文检算列车追踪间隔时间时闭塞分区长度取1 950 m。

(4)列车停车标至出站信号机间的距离(L标)

停车标的设置与很多因素有关，不同线路停车标的设置也不同，一般而言，到发线有效长650 m的车站，站台长度450 m，警冲标至出站信号机距离取55 m，出站信号机应答器至出站信号机距离为20 m，列车安全防护距离60 m，则8辆动车组列车停车标距出站信号机距离约为160 m，16辆动车组列车停车标距出站信号机距离约为65 m，如图5所示。

(5)车站咽喉区长度(L咽喉)

咽喉区长度是指出站信号机至反向进站信号机间的距离，或者进站信号机至股道反向出站信号机间的距离。咽喉区长度与车站到发线数量、道岔数量、两正线间渡线数量等因素有关。统计某高速铁路，咽喉区长度绝大部分在600 m左右，最短的284～286 m，最长的1 200 m左右，所以检算列车追踪间隔时间时，咽喉区长度取600 m和1 200 m两种。

图5 动车组列车停车位置标示意图

(6)列车进路作业时间

表2 列车进路作业时间

2.2 列车追踪间隔时间计算

根据上述理论公式和参数取值，即可检算高速列车追踪间隔时间，其中I追、I通计算公式中的v区间、v通过可以看作基本不变，可直接用公式计算，计算结果见表3；I发、I到计算公式中的v出发、v到达分别是加速、减速过程中的速度，一般用牵引计算软件计算，检算结果见表4、表5。

表3 平直道I追、I通计算表

表4 平直道I发检算表

注：列车侧向限速按不超过75 km/h控制。

表5 平直道I到检算表

注：列车侧向限速按不超过75km/h控制。

检算结果可得出如下规律：

(1)I追最小值1 min 44 s，最大值2 min 36 s，都不超过3 min。随着列车运行速度的提高，I追增加。当v区间=200 km/h时，I追=1 min 44 s，能实现2 min的追踪间隔；当v区间=250 km/h时，I追=1 min 55 s，能实现2 min的追踪间隔；当v区间=300 km/h时，I追=2 min 16 s，能实现2.5 min的追踪间隔；当v区间=350 km/h时，I追=2 min 36 s，能实现3 min的追踪间隔。

(2)I通最小值2 min 28 s，最大值3 min 5 s，基本可实现3 min。随着列车运行速度的提高，I通增加。当v通过=200 km/h时，I通=2 min 28 s，能实现2.5 min 的追踪间隔；当v通过=250 km/h时，I通=2 min 32 s，基本能实现2.5 min的追踪间隔；当v通过=300 km/h时，I通=2 min 48 s，能实现3 min的追踪间隔；当v通过=350 km/h时，I通=3 min 5 s，略大于3 min 的追踪间隔。

(3)在车站侧线限速75 km/h条件下，I发最小值2 min 45 s，最大值3 min 8 s，基本可实现3 min。I发受出站方向第一个闭塞分区长度、咽喉区长度、咽喉区限速等因素影响较大，当咽喉区长度从600 m延长到1 200 m时，对于列车1和列车2，I发分别从2 min 45 s 延长到2 min 56 s、从2 min 55 s延长到3 min 8 s。

(4)当v到达=200 km/h，I到=2 min 30 s～2 min 58 s，可实现3 min；当v到达=250 km/h，I到=3 min～3 min 28 s，可实现3～3.5 min；当v到达=300 km/h，I到=3 min 54 s～4 min 22 s，可实现4～4.5 min；当v到达=350 km/h，I到=4 min 33 s～5 min 1 s，可实现4.5～5 min。可见，200～250 km/h高速列车可实现3～3.5 min，300～350 km/h高速列车可实现4～5 min。

速度越高，I到越大。v到达250 km/h与200 km/h相比，I到增加30 s；v到达300 km/h与250 km/h相比，I到增加54 s；v到达350 km/h与300 km/h相比，I到增加39 s。

L咽喉对I到有重要影响。L咽喉1 200 m与600 m相比，I到增加28 s。综合分析可见，最高运行速度、咽喉区长度、动车组制动能力、咽喉区限速，是决定I到的关键因素。

(5)I=max{I追、I发、I到、I通}。当vmax=200 km/h时，I追=1 min 44 s，I通=2 min 28 s，I发=2 min 45 s～2 min 56 s，I到=2 min 30 s～2 min 58 s，I可实现3 min；当vmax=250 km/h时，I追=1 min 55 s，I通=2 min 32 s，I发=2 min 45 s～2 min 56 s，I到=3 min～3 min 28 s，I可实现3～3.5 min；当vmax=300 km/h时，I追=2 min 16 s，I通=2 min 48 s，I发=2 min 55 s～3 min 6 s，I到=3 min 54 s～4 min 22 s，I可实现4～4.5 min；当vmax=350 km/h时，I追=2 min 36 s，I通=3 min 5 s，I发=2 min 55 s～3 min 6 s，I到=4 min 33 s～5 min 11 s，I基本可实现4.5～5 min。列车速度从200 km/h到350 km/h，速度越高，I越大。I主要受I到限制，其次是I发。

通过对某高速铁路区段的具体检算，得出的规律与上述完全一致，I主要受I到的限制，而且主要是受大型车站的I到限制，一个区段有一个这样的大型车站，整个区段的通过能力就受它的限制。

3 影响高速列车追踪间隔时间的因素分析

不论是从理论计算，还是具体高速铁路的仿真计算，除200 km/h高速列车可实现3 min追踪间隔时间外，300～350 km/h高速列车实现4 min也很困难，主要受I到的限制，其次是I发，究其原因主要有下列几点：

(1)动车组制动性能提高幅度不匹配

随着动车组列车最高运行速度的提高，I到越大，表明动车组列车速度提高后，其制动性能相应提升的幅度不够；或者说监控列车保持一定间隔距离(监控制动距离)运行的列控车载设备，其制动减速度的设置是影响I到、I追、I通的最主要因素[9]，其安全冗余越大，追踪间隔时间越大。同时也说明350 km/h高速列车降速按300 km/h运行、250 km/h高速列车降速按200 km/h 运行，有利于压缩追踪间隔时间。

(2)咽喉区太长和咽喉区限速

由于到发列车在咽喉区限速运行，咽喉区太长，列车运行时间就比较长，I到、I发就越长。特别是大型车站，几乎所有列车都要在该站停车到发，都有I到、I发，所以对I的影响很大。

导致咽喉区长的主要因素是，大型车站股道数量多、衔接方向多，咽喉区配置了较多的渡线和道岔，导致咽喉区较长，而到发列车在咽喉区范围内又必须限速运行，从而延长了I到、I发。统计某高速铁路咽喉区长度，大部分在600 m左右，最短的不超过300 m，最长的超过1 200 m，而且最长的往往就是特大型车站。检算表明，咽喉区长度1 200 m与600 m相比，咽喉区限速75 km/h，I到增加28 s，I发增加11～13 s；若咽喉区限速45 km/h以下，I到再增加近80%。

(3)列车进路作业时间和发送行车许可信息等附加时间太长

CTCS-2级和CTCS-3级列控系统传输行车许可途径不同，CTC办理列车出发、到达、通过作业，并将行车许可信息发送给列车的时间是不同的，且CTCS-3级传递信号时间比CTCS-2级还长，这也是导致I到和I发长的一个重要因素。

(4)一离去较长、一离去范围内有分相影响I发

联锁开放出站信号的前提条件是出站方向第一个闭塞分区空闲。如果第一个闭塞分区过长，前行列车占用的时间就长，后行列车就迟迟不能出发。如果出站方向第一个闭塞分区有分相，列车出站后迟迟不能加速运行，延长列车出清一离去的时间，更加影响后行列车出发，从而影响I发。例如某高速铁路分相设在一离去的有9个站，列车出站不久就进入了分相区，速度反而往下降，第一个闭塞分区迟迟不能出清，影响I发，特别是大型车站。

此外，延续进路进一步延长了列车追踪间隔时间。《铁路技术管理规程》[3]没有完全取消延续进路，其严重影响I到。

为缩短列车追踪间隔时间，实现高速铁路设计目标，提高通过能力，建议相应提高与合理利用动车组制动性能，规范列控车载设备监控列车运行曲线的参数设置；优化高速铁路车站设计，特别是大型车站的布局设计，尽量缩短咽喉区长度，缩短列车进出站走行距离，提高列车过岔速度；提高信号设备性能，优化控车信息传输方式，压缩进路办理和信息传输时间；避免一离去范围内设分相，特别是大型车站；适时完全取消动车组列车的延续进路；优化列车操作方式，进出站时列车要尽量贴线运行。

4 结束语

本文通过大量调查研究和分析计算，系统提出高速铁路列车追踪间隔时间计算方法，对当前我国高速铁路列车追踪间隔时间进行了检算，由此分析了影响高速列车追踪间隔时间的主要因素，并有针对性地提出了建议，以期对我国高速铁路列车运行图编制提供参考。

参考文献：

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SU Shun-hu,TIAN Chang-hai,CHEN Zhi-ya.Analysis and Caculation of the Carrying Capacity on Passenger Dedicated Lines[J].China Railway Science,2008,29(5):119-124.

[3] 中国铁路总公司.铁路技术管理规程[S].北京:中国铁道出版社，2014.

[4] 中国铁路总公司.CTCS-2级列控车载设备暂行技术规范[S].北京:中国铁道出版社,2014.

[5] 中华人民共和国铁道部.CTCS-3级列控车载设备技术规范(暂行)[S].北京:中国铁道出版社,2012.

[6] 中华人民共和国铁道部.CTCS-3级列控系统总体技术方案[S].北京:中国铁道出版社,2008.

[7] 中华人民共和国铁道部.CTCS-2级列控系统应答器应用原则(V2.0)[S].北京:中国铁道出版社,2010.

[8] 中华人民共和国铁道部.CTCS-3级列控系统应答器应用原则(V2.0)[S].北京:中国铁道出版社,2010.

[9] 黄卫中,季学胜,刘岭,等.CTCS-3级列控车载设备高速适应性关键技术[J].中国铁道科学,2010,31(3):87-92.

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