基于EOAS数据的高铁列车发到间隔研究

陈嘉伟，徐行方，彭秀秀，施俊泉，曲思源

（1. 同济大学 道路与交通工程教育部重点实验室，上海 201804；2. 上海铁路局 运输处，上海 200071）

基于EOAS数据的高铁列车发到间隔研究

陈嘉伟1，徐行方1，彭秀秀1，施俊泉2，曲思源2

（1. 同济大学 道路与交通工程教育部重点实验室，上海 201804；2. 上海铁路局 运输处，上海 200071）

重点研究高铁同方向列车不同时发到间隔时间参数的取值，分析间隔时间的组成因素。以沪杭高铁为例，对该线电动车组司机操控信息分析系统（EOAS）数据进行筛选分析，剔除异常数据，进行Lilliefors检验，最终得出沪杭高铁各站上下行进站时间和出站时间。通过数据分析证实，沪杭高铁同方向同股道列车发到间隔时间可从7min压缩至6min。

高铁列车；发到间隔时间；EOAS；Lilliefors检验

0 引言

随着我国高铁的快速发展，目前一些线路通过能力已接近或达到饱和状态，增加列车开行对数已越来越困难。其中，高铁列车间隔时间是限制列车开行密度的重要因素，但至今有些时间参数的取值尚不明确，部分时间标准沿用既有铁路的规定，一些时间参数的取值偏大。针对目前高铁相关理论研究滞后于运营实际的现象，研究高铁列车间隔时间，特别是同方向列车不同时发到间隔时间，对于线路通过能力的提高，具有重要的现实意义。

列车间隔时间是列车运行图的重要组成[1]，是指列车运行图中相邻列车运行线间应保持的最小间隔时间，分为列车车站间隔时间和列车追踪运行间隔时间。高铁列车间隔时间是指在采用调度集中（CTC）行车指挥方式和CTCS-2/3级列控系统控车条件下，列车间应保持的最小运行间隔时间。与普速铁路相比，由于控车模式的不同，高铁列车间隔时间的计算方法也不相同。国内目前尚无规范的高铁列车间隔时间计算方法[2]。

1 高铁列车车站发到间隔时间

自列车从车站发出时起，至另一同方向列车到达车站时止的最小间隔时间，称为同方向列车不同时发到间隔时间（τ发到）[3]。

同一方向仅设有1条到发线时，出发列车与到达列车必须共用同一条到发线，需要考虑出发列车从车站出发至出清股道的时间t出站、为到达列车办理进路开放信号的时间t作业及到达列车制动停车时间t进站（见图1）。因此，在相同股道情况下，τ发到的计算公式为：

式中：L出为出站列车从车站出发至出清股道的走行距离，m；L进为进站列车从制动点至站内停妥的走行距离，m；L标为站内停妥列车头部至出站信号机的距离，m；L列为列车长度，m；L制为列车站外制动距离，m；L防为安全防护距离，m；L进站为进站信号机至停妥列车头部距离，m；v到为列车制动进站停车的运行速度，km/h；v发为列车加速出站的运行速度，km/h。

图1 相同股道同方向列车不同时发到间隔时间示意图

2 基于EOAS数据的沪杭高铁发到间隔时间

2.1 沪杭高铁运营现状

沪杭高铁于2010年10月通车，由上海虹桥站出发，经松江南站、金山北站、嘉善南站、嘉兴南站、桐乡站、海宁西站、余杭站、杭州东站，并通过联络线与上海站、杭州站相接，正线全长169 km，设计时速350 km，目前最高运营时速为300 km，正线采用CTCS-3级列控系统。沪杭高铁建设较早，从节省工程投资的角度考虑，除嘉兴南站外，沿途其余6站每方向仅设1条到发线。

随着杭长客专、金丽温城际等新线的开通运营，沪杭高铁与多条干线汇集，高铁列车开行密度随之增大，线路通过能力越来越紧张，已成为上海南向进出通道的瓶颈。作为沪宁杭高铁“1 h经济圈”的一部分，在客运专线逐步成网的背景下，繁忙的共线区段通过能力已不能满足路网列车开行对数的需求，提高沪杭高铁的通过能力已成为当务之急。

沪杭高铁途中车站同一股道接发列车时，同向列车间的发到间隔时间对通过能力产生较大影响，若继续沿用既有铁路7 min间隔时间，将严重阻碍运能的提升。

2.2 EOAS系统应用

电动车组司机操控信息分析系统（EOAS）是为共享列控系统车载设备信息采集装置所采集的与动车组运行及司机操控有关的信息所开发的系统[4]。

EOAS所记录的数据有：时间、DMS时间、事件、ATP等级、ATP模式、速度（实时速度）、常用（合理速度）、紧急（限制速度）、走行距离、间隔距离、里程、载频、信号、越过信号机、前方信号机、前方车站、行别、线名隔离开关、ATP方向、牵制、WTD手柄级位、制动、车门状态、受电弓状态、主断路器状态、WTD方向、DMI文本、司机操作、ATP故障。

EOAS为用户所提供的可查询数据种类繁多，选取时间、速度、里程、前方车站、线路名称进行分析，其中，里程即为列车所在位置的里程标；由于EOAS包含其他线路列车信息，故而需对线路名称进行筛选，选取沪杭高铁相关信息。

以沪杭高铁EOAS采集数据为例，对该线上下行途中各车站发到间隔时间进行分析。

2.2.1 数据筛选

现场提供的EOAS数据为xlsx格式，可将其批量导入matlab进行分析，并剔除异常采集数据（数据缺失及数值偏大或偏小）及非理论发到运行状态数据（列车在站外停车或制动进站时加减速交替）。嘉兴南站单方向到发线超过1条，所以不考虑嘉兴南站列车发到间隔时间。

由于列车制动进站及加速出站是一个较为复杂的变速运动，无法根据式（1）直接计算列车发到间隔时间，但可根据线路及列车基础资料，确认式（1）中各距离起讫点里程标，通过速度变化及位置信息，判别列车运行状态（加速出站、减速进站、停车、通过车站），利用EOAS所记录的列车实时运行数据，筛选得出各站上下行的进站时间、出站时间、制动初速度、出站末速度等。

2.2.2 数据实例分析

以沪杭高铁下行桐乡站进站时间为例进行分析计算。

现场以站外7 km（即距进站信号机7 km）为列车进站制动点，制动初速度即列车运行至制动点时的速度，该站共筛选出69组进站时间和制动初速度数据，对这2种数据作散点图（见图2）。

图2 桐乡站下行进站时间和制动初速度数据散点图

由于沪杭高铁站间距较短以及列车运行至制动点前提前制动，造成制动初速度范围为220～280 km/h。此外，同一制动初速度下进站时间离散程度较大，可见列车驾驶员的操作对进站时间影响较大，需要消除由驾驶习惯不同所产生的异常数据。

进站时间和制动初速度应符合式（2）中的非线性关系：

式中：t进站为到达列车制动停车时间，s；v0为制动初速度，km/h；L进为进站列车从制动点至站内停妥的走行距离，m；a、b为非线性方程拟合参数。对数据进行非线性拟合，初步结果见图3。

拟合残差δ服从正态分布N（0，σ2），将残差δ进行标准化，得到标准化残差δ*，δ*服从标准正态分布N（0，1），根据2σ法则，标准化残差分布在（-2，2）区间中的概率为95.44%，取95%置信度，若标准化残差落在（-2，2）区间外，则视为异常值进行剔除。

将异常值剔除后继续进行拟合，直到没有异常值为止，共剔除14组异常数据。最终拟合结果见图4。异常值剔除后进站时间的均值μ=254.12 s，标准差σ=13.66。

图3 桐乡站下行进站时间和制动初速度初步拟合图

图4 桐乡站下行进站时间和制动初速度最终拟合图

采用Lilliefors检验（正态分布检验），检验进站时间t进站是否服从正态分布N（μ，σ2）。如果服从，则可用均值 μ作为标准时间。

Lilliefors检验是对Kolmogorov-Smirnov检验的一种改进，该方法与Kolmogorov-Smirnov检验法的最大区别是，检验不需要已知分布参数，样本的标准化避免了在正态分布拟合优度检验之前对分布参数进行估计，因此该方法可在小样本环境下使用[5]。

利用matlab中的lillietest函数，可对桐乡站下行进站时间t进站进行Lilliefors检验，返回值为0，即桐乡站下行进站时间t进站服从正态分布N（μ，σ2），桐乡站下行标准进站时间可取均值μ=254.12 s。桐乡站下行进站时间频数直方图与正态分布密度函数拟合见图5。

图5 桐乡站下行进站时间频数直方图与正态分布密度函数拟合图

采用处理桐乡站下行进站时间相同的数据筛选分析与检验方法，对沪杭高铁其余各站上下行进出站时间进行分析检验，检验结果见表1。

表1 沪杭高铁上下行各站进出站时间Lilliefors检验结果

由于余杭站上行数据样本量极少，上行进出站时间数据无法进行正态分布检验。同时，部分站点因为数据样本量不足，上下行进出站时间无法通过正态分布检验，即不服从正态分布N（μ，σ2）。例如海宁西站下行进站时间并不服从正态分布，其频数分布见图6。

可见海宁西站下行进站时间服从偏态分布，可用中位数M=244 s作为标准时间。其余无法通过正态分布检验的车站上下行进出站时间也呈偏态分布，可用中位数作为标准时间。沪杭高铁各站上下行进出站标准时间见表2。

图6 海宁西站下行进站时间频数分布直方图

表2 沪杭高铁各站上下行进出站标准时间 s

沪杭高铁中，金山北站上行进出站时间总和最大，所需时间320 s，即 t出站+ t进站=320 s。t作业取固定值36 s，由此，τ发到= t出站+ t进站+ t作业=320+36=356 s＜6 min。

因此，沪杭高铁列车同方向同股道发到间隔时间可取6 min。

3 结束语

我国高铁发展迅猛，理论研究却相对滞后，部分间隔时间标准依然沿用既有铁路，参数取值偏大，成为高铁提高运能的瓶颈。针对同方向列车不同时发到间隔时间，分析确定其理论组成，并以沪杭高铁为例，对该线EOAS所记录的列车实时运行数据进行筛选分析，计算表明可将该线原使用的7 min发到间隔时间压缩至6 min。若要进一步压缩，则需通过提高车辆性能缩短列车制动距离以及提高列车过岔速度等技术手段来实现。下一步可研究压缩列车间隔时间后对线路通过能力及运输效益的提升。

[1] 方琪根，邢二平，李竹君，等．我国与日本高速铁 路通过能力参数的比较研究[J]．中国铁路， 2016(10)：53-56.

[2] 张岳松，田长海，姜昕良，等．高铁列车间隔时间 的计算方法[J]．中国铁道科学，2013(5)：120-125.

[3] 徐瑞华．轨道交通系统行车组织[M]．北京：中国铁 道出版社，2008.

[4] 韦永全，张银环，王治国，等．浅谈EOAS系统及其 在高速电动车组中的应用[C]//第八届中国智能交通 年会论文集．北京：中国智能交通协会，2013.

[5] 何清，王震坤．正态性检验方法在教学研究中的应 用[J]．高等理科教育，2014(4)：18-21.

Research on Departure-arrival Train Interval of High-speed Railway Based on EOAS

CHEN Jiawei1，XU Xingfang1，PENG Xiuxiu1，SHI Junquan2，QU Siyuan2
（1. The Key Laboratory of Road and Traffic Engineering，Tongji University，Shanghai 201804，China；2. Transport Department，Shanghai Railway Administration，Shanghai 200071，China）

The carrying capacity of some high speed railways is becoming increasingly tense, while some train interval is too long to improve the carrying capacity. This paper focuses on departure-arrival train interval of high-speed railway on identical direction and station track. First con fi rm the component of the train interval.Then analyze the EOAS data of Shanghai-Hangzhou High-speed Railway by eliminating anomalous data and Lilliefors test. Result proved that the interval can be reduced from 7 min to 6 min.

high speed train；interval between departure and arrival；EOAS；Lilliefors test

U292

A

1001-683X（2017）08-0064-04

10.19549/j.issn.1001-683x.2017.08.064

中国铁路总公司科技研究开发计划项目（2016X006-F）

陈嘉伟（1992—），男，硕士研究生。E-mail：1304013805@qq.com

责任编辑 李凤玲

2016-12-29