高速铁路列车连带晚点产生机理及其判定

徐传玲，文 超,3，胡 瑞，冯永泰

高速铁路列车连带晚点产生机理及其判定

徐传玲1,2，文 超1,2,3，胡 瑞1,2，冯永泰1,2

（1. 综合交通运输国家地方联合工程实验室，成都 611756；2. 综合交通大数据应用技术国家工程实验室，成都 611756；3. 滑铁卢大学，铁路研究中心，加拿大滑铁卢 N2L3G1）

列车的连带晚点会引起晚点的传播，影响铁路运输服务质量，挖掘列车连带晚点的特征，对于提高列车调度指挥质量具有重要意义。从高速列车和运输资源关系的角度分析了高速列车连带晚点产生的机理，将连带晚点细分为车站间隔连带晚点、区间连带晚点、天窗连带晚点、列车进路连带晚点、动车组接续连带晚点和跨线列车跨线连带晚点六大类，并提出车站间隔连带晚点、动车组接续连带晚点和跨线列车跨线连带晚点的判定准则。最后根据提出的连带晚点判定准则，统计分析了厦深高速铁路惠州南站的到站间隔连带晚点情况，相关分析结果将能支撑调度调整决策。

高速列车；连带晚点；运输资源；产生机理；判定准则

0 引 言

正点率是衡量高速铁路服务质量的重要指标之一，同时按图行车也是高速铁路运输组织的核心要求。高速列车在运行过程中，会遭受大量的随机干扰，列车晚点难以避免。列车发生晚点后，可在区间、车站将晚点传播给其他列车，致使其他列车发生连带晚点，引发线路甚至局部路网范围的列车大面积晚点。高速列车连带晚点问题的研究是高速铁路运输组织优化的重要问题，对提升列车正点率和保障旅客服务质量有重大现实意义。

连带晚点为晚点传播在运营中的表现[1]，会降低旅客服务质量并影响运行图的鲁棒性[2, 3]。目前，国内外对连带晚点的研究主要集中在连带晚点的概念、晚点传播及连带晚点的预测和基于连带晚点的列车运行计划优化内容。文献[1，4，5]等认为连带晚点产生的源头是受到设备因素、人为因素或环境因素的间接影响。袁志明[1]总结障碍和等待是发生连带晚点的两大成因，并分析了连带晚点发生的6个情形。Yuan[6]等将引发连带晚点的原因分为线路冲突和车底接续时间不足，并从到站、出站以及多源动态的晚点传播三个方面详细分析连带晚点。排队论[7]、传染病模型[8]等被用于晚点传播过程的构建；胡思继等[9]研究了区段各类列车运行组之间的传播过程及规律，提出列车增晚的概念；孟令云等[10]基于轨道区段锁闭时间理论，重点研究了两趟列车间晚点传播过程；张琦等[11]基于晚点传播，构建了基于小波神经网络的列车连带晚点递阶预测模型；黄平等[12]基于武汉高速铁路运行实绩，建立了高速列车初始晚点恢复的随机森林模型；李宇航[13]建立了基于冲突概率计算的车站到发线分配优化模型，以减少列车延误；姜旭[5]建立了列车晚点情况下，以晚点列车的晚点总时间最小为目标的大型客站到发线和咽喉综合利用优化模型。

上述研究在连带晚点产生原因方面基本取得共识，并在晚点传播和运行优化方面有一定的成果，但缺乏对连带晚点形成机理的系统研究。高速铁路连带晚点产生机理是研究高速铁路列车晚点传播与列车运行实时调整的重要基础，故本文在已有研究的基础上，分析高速列车的运行过程，从铁路运输资源占用的角度研究连带晚点的产生机理，并提出高速列车连带晚点的判断准则。

1 高速列车连带晚点产生机理

1.1 高速列车运行过程分析

高速列车按照计划列车运行图进行从始发站到终到站的运输生产活动，本文将高速列车的运行过程抽象为对运输资源不断占用和释放，即按照列车运行图，在规定的时间段使用相应的运输资源。高速铁路运输资源是指进行高速铁路运输生产活动所需要的各种知识、信息、技术、设备、人员和资金等所有要素[14]。列车运行与高速铁路运输资源之间的关系可用图1描述。

图1 高速列车运行与运输资源占用示意

因此，高速列车运行对运输资源的占用特征分析如下：

1.2 连带晚点产生机理分析

在铺化列车运行图时，冗余时间被设置以吸收干扰[15]。而晚点的发生具有必然性和随机性，并且会沿着运行图的纵向和横向传播，干扰后行列车以及自身在后续区间的运行，由此产生连带晚点。

本文将从高速列车占用运输资源的角度分析连带晚点产生的机理，如下：

图2 资源占用冲突示意

图3 列车请求资源延迟

1.3 高速列车连带晚点分类

根据连带晚点发生的位置和时间可以将连带晚点分为以下六大类：

（1）车站间隔连带晚点。前行列车到达或从车站出发晚点，后行列车若按计划时刻到达或出发，两列车之间到站或出站不满足安全的技术作业标准。因此，后行列车需延迟到站或出站时刻，从而发生车站间隔连带晚点，与前行列车保持安全间隔。车站间隔连带晚点包括到达间隔时间连带晚点和出发间隔时间连带晚点。

图4 区间连带晚点示意图

（3）列车进路连带晚点。列车进路连带晚点发生在列车到达或通过车站时，车站没有合适的到发线满足列车的作业需求情形。从车站设备的角度看列车进路包括过咽喉区径路和到发线两部分，而列车到达是固定的一条到发线，多条过咽喉区径路可用[16]。故本文中所提列车进路连带晚点实指到发线连带晚点。

图5 天窗连带晚点示意

（5）动车组接续连带晚点。在前后高速列车动车组套跑的情况下，动车组的实际终到时刻和该动车组再次承担运输任务的出发时刻接续时间不足会导致始发高速列车的连带晚点。例如，终到折返的高速列车计划到站时刻为14 ：15，该动车组再次承担运输任务的始发高速列车的计划出站时刻为14：35，但终到折返高速列车晚点到站15min，而高速列车在车站完成客运整备、保洁等必要车站作业至少10min，则始发高速列车因动车组接续时间不足发生连带晚点。

（6）跨线列车跨线连带晚点。跨线列车跨线连带晚点发生在跨线列车不在规定的时段内跨线，致使本线列车减速运行或站外等候的情形。

2 高速列车连带晚点判定方法

列车运行约束不仅包括到发线数量、车站作业时间、天窗维修时间等物理约束，也包括列车追踪间隔时间、动车组接续时间等经验约束。高速列车在运行过程中必须满足列车运行约束，这也将作为连带晚点的判断依据。无论连带晚点发生在区间、维修天窗或是列车进路，其最终都可以表现为车站间隔连带晚点，故下文将分析车站间隔连带晚点、动车组接续连带晚点和跨线列车跨线连带晚点的判定方法。

图6 判定车站间隔连带晚点

3 实例统计分析

本文收集了厦深高铁惠州南站2015年4月至2016年10月共68 055列列车运行数据，包括计划和实际到站时刻、计划和实际出站时刻和所占用的股道。通过简单计算，可判定列车是否发生到达或出发晚点，但判断列车是否发生连带晚点需根据式（4）所提的判定准则，故得到1374列因不满足到站间隔所致的连带晚点列车，总晚点时长为5 829 min（不考虑列车越行）。

另外，本节分时段统计了惠州南站到站列车数量、连带晚点列车数量和连带晚点总时长，并绘制为图7，图7（a）主坐标轴代表发生连带晚点的列车数量（/列）以及连带晚点总时长（/min），次坐标轴表示到达晚点的列车数量（/min），三者的变化趋势大致一致，图7（b）以连带晚点时长和晚点发生时段分别作为横纵坐标，以晚点列车数作为柱状线绘制三维柱状图。将列车每小时到站数量的倒数认为是列车的到站间隔（min/列），故可得以下结论：（1）8:00~10:00为惠州南站的高峰时段，在此时段列车发生连带晚点的情况最严重；（2）绝大多数列车发生连带晚点的时长为1~5min；（3）列车的到站间隔与列车发生连带晚点负相关，即列车的到站间隔越大，列车发生连带晚点的概率越小。以上结论可帮助列车调度员掌握惠州南站连带晚点分布的宏观规律，列车调度员在高峰时段应更认真谨慎。除此之外，通过解析连带晚点产生机理，可预测连带晚点时长，帮助调度员制定相应的调度调整决策，避免列车晚点，提高车站工作效率。

图7 惠州南站连带晚点统计

4 结 论

本文通过对连带晚点的研究，得出以下结论：

（1）从高速列车占用运输资源的角度分析连带晚点产生的机理：由于运输资源的独占性特征，前行列车晚点后，发生列车间资源占用冲突，随即使后续列车产生连带晚点；由于高速列车使用资源具有唯一连续性特征，列车晚点后，使其在后续的运行过程中发生连带晚点。

（2）根据连带晚点发生的位置和时间，将连带晚点细分为车站间隔连带晚点、区间连带晚点、天窗连带晚点、列车进路连带晚点、动车组接续连带晚点和跨线列车跨线连带晚点六大类，并提出车站间隔连带晚点、动车组接续连带晚点和跨线列车跨线连带晚点的判定准则。

（3）通过统计厦深高铁惠州南站的到站间隔连带晚点，发现连带晚点宏观分布规律：高峰时段列车发生连带晚点的情况最严重，同时大部分列车的连带晚点时长为1~5min。

高速列车连带晚点问题的研究是高速铁路运输组织优化的核心，可实时地为运行调整提供决策依据，具有现实意义。通过对高速列车连带晚点机理的分析，不仅可以从列车运行实绩中挖掘连带晚点的宏观分布规律，而且可以对连带晚点进行预测，以此作为度量高速列车晚点影响大小的标准，从晚点动态发展的角度实现对晚点程度的度量。

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Development Mechanism and Judgment of Knock-on Delay of High-speed Railway Trains

XU Chuan-ling1, 2, WEN Chao1, 2, 3, HU Rui1, 2, FENG Yong-tai1, 2

(1. National United Engineering Laboratory of Integrated and Intelligent Transportation, Chengdu 611756, China; 2. National Engineering Laboratory of Integrated Transportation Big Data Application Technology, Chengdu 611756, China; 3. Railway Research Center, University of Waterloo, Waterloo, N2L 3G1, Canada)

Knock-on delays can cause delay propagation, which affects the quality of railway transportation services. It is necessary to improve the quality of train dispatching and command by investigating the characteristics of knock-on delay. Based on the perspective of the relationship between high-speed trains and transportation resources, the development mechanism of knock-on delay of high-speed trains was analyzed in this study. The knock-on delay was divided into knock-on delay of station intervals, knock-on delay in sections, knock-on delay in maintenance curfews, knock-on delay of the train route, knock-on delay of electric multiple-unit connecting time, and knock-on delay of crossline trains. The judgment criteria for the types of knock-on delays mentioned above were proposed. Finally, based on the judgment criteria, the knock-on delay of the station interval at Huizhou South Station of the Xiamen–Shenzhen high-speed railway was calculated and analyzed, and the relevant analysis results influenced the dispatching adjustmentdecision.

high-speed train; knock-on delay; transportation resources; development mechanism; judgment criteria

1672-4747（2020）04-0031-07

U292.4+1

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2020.04.004

2020-03-11

四川省科技厅应用基础研究项目（2018JY0567）；国家自然科学基金资助（71871188）

徐传玲（1995—），女，重庆合川人，硕士在读，研究方向：铁路运输组织优化、交通大数据应用，E-mial: chuanlingxu@ 126.com

徐传玲，文超，胡瑞，等. 高速铁路列车连带晚点产生机理及其判定[J]. 交通运输工程与信息学报，2020, 18(4): 31-37

（责任编辑：刘娉婷）