朱詠秋

（西南交通大學(xué) 交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，四川 成都 610031）

利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)高速鐵路客運(yùn)站通過(guò)能力仿真時(shí)，接發(fā)車(chē)進(jìn)路的排列是其核心研究?jī)?nèi)容。高速鐵路客運(yùn)站的每一到發(fā)線都至少與1條接車(chē)進(jìn)路和1條發(fā)車(chē)進(jìn)路相連，因此不能孤立地考慮接發(fā)車(chē)進(jìn)路在計(jì)算機(jī)中的排列，而應(yīng)將其與到發(fā)線運(yùn)用方案作為一個(gè)整體對(duì)象進(jìn)行研究。有學(xué)者在已經(jīng)確定到發(fā)線運(yùn)用方案的前提下，對(duì)進(jìn)路的排列優(yōu)化進(jìn)行研究[1-3]，其研究對(duì)象均為既有客運(yùn)站進(jìn)路，而高速鐵路客運(yùn)站與既有客運(yùn)站有著不同的特點(diǎn)，在接發(fā)列車(chē)類(lèi)型及作業(yè)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)等方面都存在一定差異。因此，針對(duì)高速鐵路客運(yùn)站的特點(diǎn)，提出與到發(fā)線運(yùn)用方案及接發(fā)車(chē)進(jìn)路排列相適應(yīng)的確定方法和仿真方法，具體包括數(shù)據(jù)庫(kù)信息的錄入與更新、確定到發(fā)線運(yùn)用方案、實(shí)現(xiàn)分段解鎖進(jìn)路的方法和計(jì)算最大數(shù)量進(jìn)路等。

1 數(shù)據(jù)庫(kù)信息的錄入與更新

到發(fā)線、接發(fā)車(chē)進(jìn)路、道岔組是3個(gè)相互關(guān)聯(lián)的車(chē)站固有實(shí)體。在計(jì)算機(jī)仿真前，應(yīng)將這3個(gè)實(shí)體的固有屬性信息錄入數(shù)據(jù)庫(kù)，以便仿真時(shí)讀取信息，同時(shí)可以根據(jù)實(shí)時(shí)仿真情況對(duì)其變動(dòng)屬性信息及時(shí)更新。所謂固有屬性，是指一旦賦值便不再更改的屬性，是在仿真前已經(jīng)確定，不會(huì)隨著仿真過(guò)程的推進(jìn)而發(fā)生變化；所謂變動(dòng)屬性，是指會(huì)隨時(shí)發(fā)生變化的屬性，需要根據(jù)實(shí)時(shí)仿真情況進(jìn)行更改。3個(gè)實(shí)體各自具備的固有屬性與變動(dòng)屬性如下。

（1）到發(fā)線包含的屬性。①固有屬性：編號(hào)、占用該到發(fā)線的列車(chē)類(lèi)型(由到發(fā)線運(yùn)用方案決定)、接車(chē)間隔；②變動(dòng)屬性：占用狀態(tài)、開(kāi)始占用時(shí)間、結(jié)束占用時(shí)間。

（2）接發(fā)車(chē)進(jìn)路包含的屬性。①固有屬性：編號(hào)、性質(zhì)、連接的到發(fā)線；②變動(dòng)屬性：占用的道岔組、占用狀態(tài)、占用該進(jìn)路的列車(chē)類(lèi)型、開(kāi)始占用時(shí)間、結(jié)束占用時(shí)間。其中，接發(fā)車(chē)進(jìn)路的性質(zhì)是指該進(jìn)路為接車(chē)進(jìn)路或發(fā)車(chē)進(jìn)路。若為接車(chē)進(jìn)路，確認(rèn)從動(dòng)車(chē)段還是從區(qū)間接車(chē)；若為發(fā)車(chē)進(jìn)路，確認(rèn)向動(dòng)車(chē)段發(fā)車(chē)還是向區(qū)間發(fā)車(chē)。此外，由于采用的進(jìn)路為分段解鎖方式，將“接發(fā)車(chē)進(jìn)路占用的道岔組”這一性質(zhì)劃分為變動(dòng)屬性。

（3）道岔組包含的屬性。①固有屬性：編號(hào)；②變動(dòng)屬性：占用狀態(tài)、開(kāi)始占用時(shí)間、結(jié)束占用時(shí)間。

2 確定到發(fā)線運(yùn)用方案

確定到發(fā)線運(yùn)用方案時(shí)應(yīng)先明確高速鐵路客運(yùn)站能夠接發(fā)列車(chē)的類(lèi)型。高速鐵路客運(yùn)站所接發(fā)的列車(chē)大致可以分為始發(fā)列車(chē)、終到列車(chē)、通過(guò)列車(chē)、折返列車(chē)四大類(lèi)[4]。其中，通過(guò)列車(chē)分為不停站通過(guò)列車(chē)和停站通過(guò)列車(chē)2類(lèi)；折返列車(chē)分為站前折返列車(chē)和站后折返列車(chē)2類(lèi)。對(duì)于某一高速鐵路客運(yùn)站，其接發(fā)的列車(chē)可能會(huì)涉及所有類(lèi)型，也可能只涉及一部分類(lèi)型。同時(shí)，車(chē)站接發(fā)的每一類(lèi)型列車(chē)的數(shù)量也會(huì)有所不同，即在一定時(shí)間段內(nèi)，車(chē)站接發(fā)的各類(lèi)型列車(chē)占到達(dá)本站列車(chē)總數(shù)的比例會(huì)有差異。此外，不同類(lèi)型列車(chē)占用到發(fā)線的作業(yè)(如旅客乘降作業(yè)等)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)不同。因此，可以根據(jù)各類(lèi)型列車(chē)分別占用到發(fā)線作業(yè)的總時(shí)間為各類(lèi)型列車(chē)分配到發(fā)線數(shù)量。某類(lèi)型列車(chē)占用到發(fā)線的時(shí)間越多，為其分配的到發(fā)線數(shù)量則越多。

式中：Ti為列車(chē)占用到發(fā)線作業(yè)的總時(shí)間；M 為一定時(shí)間段內(nèi)到達(dá)的列車(chē)總數(shù)；pi為 i 類(lèi)型列車(chē)數(shù)量占到達(dá)本站列車(chē)總數(shù)的比例；ti為 i 類(lèi)型列車(chē)占用到發(fā)線的作業(yè)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)；li為各類(lèi)型列車(chē)分配的發(fā)線數(shù)量；N 為高速鐵路客運(yùn)站的到發(fā)線總數(shù)；round()表示對(duì)括號(hào)內(nèi)的數(shù)進(jìn)行四舍五入；k 表示列車(chē)類(lèi)型總數(shù)。

由于不停站通過(guò)列車(chē)直接經(jīng)正線通過(guò)，不占用到發(fā)線，故在確定到發(fā)線運(yùn)用方案時(shí)可以不予考慮。值得注意的是，這里所提到的列車(chē)占用到發(fā)線時(shí)間為列車(chē)占用到發(fā)線的最短時(shí)間，僅包含作業(yè)時(shí)間，不包含作業(yè)完成后未及時(shí)安排下一進(jìn)路在到發(fā)線上的等待時(shí)間。

在對(duì)到發(fā)線數(shù)量進(jìn)行分配后，還應(yīng)確定各到發(fā)線應(yīng)分別分配給哪一種或哪幾種類(lèi)型列車(chē)使用。將不進(jìn)行出(入)段作業(yè)的停站通過(guò)列車(chē)和站前折返列車(chē)歸為 A 類(lèi)，將需要進(jìn)行出(入)段作業(yè)的終到列車(chē)、始發(fā)列車(chē)和站后折返列車(chē)歸為 B 類(lèi)。擬將對(duì)動(dòng)車(chē)出入段作業(yè)影響較小的到發(fā)線優(yōu)先分配給 A 類(lèi)列車(chē)，如圖1中的7、8號(hào)到發(fā)線；而將與動(dòng)車(chē)段有便捷聯(lián)系的到發(fā)線優(yōu)先分配給 B 類(lèi)列車(chē)，如圖1中的1，2，…，6號(hào)線。

圖1 某高速鐵路客運(yùn)站部分站型圖

綜上所述，由于每種類(lèi)型列車(chē)在到發(fā)線上的作業(yè)時(shí)間是標(biāo)準(zhǔn)值，一般不會(huì)輕易改變，因此高速鐵路客運(yùn)站到發(fā)線運(yùn)用方案的確定，實(shí)質(zhì)上取決于到達(dá)本站的各類(lèi)型列車(chē)的比例。當(dāng)各類(lèi)型列車(chē)比例變化時(shí)到發(fā)線運(yùn)用方案將隨之發(fā)生改變。因此，可以通過(guò)調(diào)整車(chē)站列車(chē)類(lèi)型比例進(jìn)行不同方案的試驗(yàn)，找出最適應(yīng)某一高速鐵路客運(yùn)站接發(fā)列車(chē)類(lèi)型比例的方案，以實(shí)現(xiàn)該站通過(guò)能力的最大化。

3 實(shí)現(xiàn)分段解鎖進(jìn)路的方法

采用分段解鎖進(jìn)路的方式能夠在一定程度上提高車(chē)站的通過(guò)能力。因此，在計(jì)算機(jī)仿真過(guò)程中，應(yīng)對(duì)進(jìn)路所包含的道岔組信息進(jìn)行實(shí)時(shí)更新。當(dāng)進(jìn)路占用狀態(tài)為“0”(空閑)時(shí)，其道岔組信息應(yīng)包含該進(jìn)路可以占用的所有道岔組編號(hào)，并按占用順序依次排列；而當(dāng)進(jìn)路占用狀態(tài)為“1”(被占用)時(shí)，其包含的道岔組信息應(yīng)是正在被占用的道岔組編號(hào)，而對(duì)于曾被該進(jìn)路占用但已經(jīng)解鎖的道岔組編號(hào)應(yīng)及時(shí)從道岔組信息中刪除；待該進(jìn)路中所有道岔組都被解鎖，即該進(jìn)路從“1”轉(zhuǎn)變?yōu)椤?”時(shí)，再將該進(jìn)路的所有道岔組編號(hào)重新完整地按其先后占用順序依次錄入其道岔組信息中。

為了使進(jìn)路能夠?qū)崿F(xiàn)分段解鎖，在進(jìn)行道岔分組時(shí)，首先按照常用的道岔分組原則對(duì)道岔進(jìn)行分組[5]，得到一個(gè)初始分組方案，再在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步拆分，獲取最終的道岔分組方案。道岔組拆分原則為：當(dāng)建立某條進(jìn)路時(shí)，其敵對(duì)進(jìn)路會(huì)因與其共同占用某一道岔組而不能建立，當(dāng)這一道岔組包含2個(gè)及以上道岔時(shí)，若其中某一個(gè)或幾個(gè)道岔解鎖(小于該道岔組包含的道岔總數(shù))時(shí)所建立進(jìn)路的敵對(duì)進(jìn)路此時(shí)能夠建立，則將該道岔組進(jìn)行拆分，已解鎖道岔歸為一組，未解鎖道岔歸為另一組。舉例說(shuō)明，如圖2和圖3所示，圖2中的01號(hào)道岔在圖3中被拆分為01號(hào)與02號(hào)2個(gè)道岔組。當(dāng)一列由Ⅸ 線到達(dá)的終到列車(chē)接入1號(hào)到發(fā)線，在圖2中需01號(hào)道岔解鎖，由4號(hào)到發(fā)線經(jīng) Ⅹ 線向上行方向的發(fā)車(chē)進(jìn)路才能建立；但是在圖3中，當(dāng)列車(chē)進(jìn)入02號(hào)道岔組，只需拆分后的01號(hào)道岔組解鎖，由4號(hào)到發(fā)線經(jīng) X 線向上行方向的發(fā)車(chē)進(jìn)路便可以建立。

圖2 基于常用道岔分組原則的道岔分組示意圖(初始方案)

圖3 拆分后的道岔分組示意圖(最終方案)

4 計(jì)算最大數(shù)量進(jìn)路的方法

4.1 接車(chē)進(jìn)路排列方法

步驟1：判斷列車(chē)類(lèi)型。

步驟2：根據(jù)到發(fā)線運(yùn)用方案搜索能夠接入該類(lèi)型列車(chē)(滿足接車(chē)間隔時(shí)間)的空閑到發(fā)線，若不存在，列車(chē)發(fā)生等待；反之，進(jìn)入步驟3。

步驟3：搜索出所有與步驟2中滿足條件的到發(fā)線相聯(lián)系的可用空閑接車(chē)進(jìn)路，若不存在，列車(chē)發(fā)生等待；反之，進(jìn)入步驟4。

步驟4：計(jì)算每一可用空閑進(jìn)路后續(xù)作業(yè)可能建立的進(jìn)路數(shù)量，選擇“最大數(shù)量進(jìn)路”為最終建立的接車(chē)進(jìn)路，將該進(jìn)路、所通往的到發(fā)線及占用道岔組的使用狀態(tài)均改為“1”(被占用)。

步驟5：接車(chē)進(jìn)路搜索結(jié)束。

4.2 發(fā)車(chē)進(jìn)路排列方法

步驟1：判斷列車(chē)類(lèi)型。

步驟2：根據(jù)追蹤間隔時(shí)間(或動(dòng)車(chē)入段間隔時(shí)間)判斷該列車(chē)能否向區(qū)間(或動(dòng)車(chē)大)發(fā)車(chē)；若能發(fā)車(chē)，則進(jìn)入步驟3；反之，列車(chē)發(fā)生等待。

步驟3：搜索出所有滿足條件適應(yīng)該列車(chē)類(lèi)型的可用空閑發(fā)車(chē)進(jìn)路(如為終到列車(chē)則表示向動(dòng)車(chē)段發(fā)車(chē)，如為始發(fā)列車(chē)則表示向區(qū)間發(fā)車(chē))，若存在，則進(jìn)入步驟4；反之，列車(chē)發(fā)生等待。

步驟4：計(jì)算每一可用空閑進(jìn)路后續(xù)作業(yè)可能建立的進(jìn)路數(shù)量，選擇“最大數(shù)量進(jìn)路”作為最終建立的發(fā)車(chē)進(jìn)路，將該進(jìn)路及占用道岔組的使用狀態(tài)改為“1”(被占用)，將列車(chē)進(jìn)入該發(fā)車(chē)進(jìn)路后騰空的到發(fā)線使用狀態(tài)更新為“0”空閑。

步驟5：發(fā)車(chē)進(jìn)路搜索結(jié)束。

其中，空閑進(jìn)路是指沒(méi)有被列車(chē)占用的進(jìn)路；可用空閑進(jìn)路是指該空閑進(jìn)路所包含的道岔組不在非空閑的進(jìn)路中；而“最大數(shù)量進(jìn)路”則是在搜索到的可用空閑進(jìn)路不只一條時(shí)最終所選進(jìn)路的標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 計(jì)算最大數(shù)量進(jìn)路的方法

當(dāng)所搜索到的可用空閑進(jìn)路僅為1條時(shí)，其為最終選擇；當(dāng)不只1條時(shí)，對(duì)每一可用空閑進(jìn)路計(jì)算其后續(xù)作業(yè)可能建立的進(jìn)路數(shù)量，數(shù)量最大者所對(duì)應(yīng)的可用空閑進(jìn)路為最終選擇進(jìn)路，即“最大數(shù)量進(jìn)路”。判斷某空閑進(jìn)路 Ra是否為某可用空閑進(jìn)路 Rb的后續(xù)作業(yè)可能建立進(jìn)路的方法為：Rb所包含的道岔組及當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)車(chē)站正在被占用的道岔組中是否含有建立 Ra所需要的道岔組，若不含有，說(shuō)明 Ra是 Rb后續(xù)作業(yè)可能建立的進(jìn)路；反之，則不是。以圖3為例，假設(shè)有2條從 Ⅸ 接入7號(hào)線的待選接車(chē)進(jìn)路 R1和 R2，其中 R1所經(jīng)道岔組為08、05、06、07； R2所經(jīng)道岔組為08、09、07。

（1）接車(chē)進(jìn)路 R1后續(xù)作業(yè)能建立的進(jìn)路(此處不考慮 Ⅹ 線)如下。

①1、2、3號(hào)到發(fā)線經(jīng)02、01號(hào)道岔組可以分別向動(dòng)車(chē)段發(fā)車(chē)(3條進(jìn)路)。

②動(dòng)車(chē)段到達(dá)列車(chē)經(jīng)01、02號(hào)道岔組可以分別接入1、2、3號(hào)到發(fā)線(3條進(jìn)路)。

③4、5、6號(hào)到發(fā)線經(jīng)04、03、01號(hào)道岔組可以分別向動(dòng)車(chē)段發(fā)車(chē)(3條進(jìn)路)。

④動(dòng)車(chē)段到達(dá)列車(chē)經(jīng)01、03、04號(hào)道岔組可以分別接入4、5、6號(hào)到發(fā)線(3條進(jìn)路)。

綜上所述，接車(chē)進(jìn)路 R1后續(xù)作業(yè)能建立的進(jìn)路數(shù)量為12條。

（2）接車(chē)進(jìn)路 R2后續(xù)作業(yè)能建立的進(jìn)路(此處不考慮 Ⅹ 線)如下。

①1、2、3號(hào)到發(fā)線經(jīng)02、01、05號(hào)道岔組可以分別向動(dòng)車(chē)段發(fā)車(chē)(3條進(jìn)路)。

②動(dòng)車(chē)段到達(dá)列車(chē)經(jīng)05、01、02號(hào)道岔組可以分別接入1、2、3號(hào)到發(fā)線(3條進(jìn)路)。

③4、5、6號(hào)到發(fā)線經(jīng)04、03、06、05號(hào)道岔組可以分別向動(dòng)車(chē)段發(fā)車(chē)(3條進(jìn)路)。

④4、5、6號(hào)到發(fā)線經(jīng)04、03、01、05號(hào)道岔組可以分別向動(dòng)車(chē)段發(fā)車(chē)(3條進(jìn)路)。

⑤動(dòng)車(chē)段到達(dá)列車(chē)經(jīng)05、06、03、04號(hào)道岔組可以分別接入4、5、6號(hào)到發(fā)線(3條進(jìn)路)。

⑥動(dòng)車(chē)段到達(dá)列車(chē)經(jīng)05、01、03、04號(hào)道岔組可以分別接入4、5、6號(hào)到發(fā)線(3條進(jìn)路)。

⑦接車(chē)進(jìn)路 R2后續(xù)作業(yè)能建立的進(jìn)路還包含所有 R1后續(xù)作業(yè)能建立的進(jìn)路(12條進(jìn)路)。

綜上所述，接車(chē)進(jìn)路 R2后續(xù)作業(yè)能建立的進(jìn)路數(shù)量為30條。

因此，最大數(shù)量進(jìn)路為 R2，從 Ⅸ 接入7號(hào)線的接車(chē)進(jìn)路應(yīng)選擇 R2。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于到站列車(chē)類(lèi)型比例的高速鐵路客運(yùn)站到發(fā)線運(yùn)用方案及接發(fā)車(chē)進(jìn)路排列的仿真方法，對(duì)實(shí)現(xiàn)分段解鎖進(jìn)路的方法進(jìn)行了研究，提出實(shí)現(xiàn)分段解鎖的道岔分組原則；為提高車(chē)站通過(guò)能力，提出用“最大數(shù)量進(jìn)路”作為接發(fā)車(chē)進(jìn)路的選擇標(biāo)準(zhǔn)?；谏鲜鲅芯砍晒O(shè)計(jì)出高速鐵路客運(yùn)站通過(guò)能力仿真系統(tǒng)，通過(guò)模擬高速鐵路客運(yùn)站接發(fā)列車(chē)過(guò)程，給出不同的到站列車(chē)類(lèi)型比例方案下車(chē)站通過(guò)能力的仿真結(jié)果，可以為實(shí)際車(chē)站工作提供一定的參考。由于實(shí)際問(wèn)題的復(fù)雜性，將車(chē)站與區(qū)間進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)考慮的研究還有待進(jìn)一步完善。

：

[1]龍建成，高自友，馬建軍，等. 鐵路車(chē)站進(jìn)路選擇優(yōu)化模型及求解算法的研究[J]. 鐵道學(xué)報(bào)，2007，29(5)：6-13.

[2]史 峰，謝楚農(nóng)，于桂芳. 鐵路車(chē)站咽喉區(qū)進(jìn)路排列優(yōu)化方法[J]. 鐵道學(xué)報(bào)，2004，26(4)：5-9.

[3]劉 瀾，王 南，杜 文. 車(chē)站咽喉通過(guò)能力網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型及算法研究[J]. 鐵道學(xué)報(bào)，2002，24(6)：1-5.

[4]高世蕊. 高速鐵路車(chē)站通過(guò)能力計(jì)算方法的研究[J]. 鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2005，27(10)：92-94.

[5]馬桂珍. 鐵路站場(chǎng)及樞紐[M].2版. 成都：西南交通大學(xué)出版社，2003.