南京南站到發(fā)線運用方案對京滬高速鐵路列車追蹤間隔時間的影響分析

周芳如，彭其淵，潘槿儀

南京南站到發(fā)線運用方案對京滬高速鐵路列車追蹤間隔時間的影響分析

周芳如，彭其淵，潘槿儀

（1. 西南交通大學，交通運輸與物流學院，成都 611756；2. 綜合交通運輸智能化國家地方聯(lián)合工程實驗室，成都 611756）

本文基于車站進路一次解鎖及分段解鎖的不同情況，重點研究了南京南站到發(fā)線運用方案對京滬高速鐵路列車出發(fā)及到達追蹤間隔時間的影響。在分析到發(fā)線運用方案對列車追蹤間隔時間影響機理的基礎(chǔ)上，對南京南站所有到發(fā)線運用方案下的列車追蹤間隔時間進行檢算。檢算結(jié)果表明：到發(fā)線運用方案主要影響進路分段解鎖下的南京南站列車到達追蹤間隔時間，通過合理安排進路分段解鎖情況下的到發(fā)線運用方案可壓縮列車到達追蹤間隔時間達40s。

京滬高速鐵路；南京南站；列車追蹤間隔時間；到發(fā)線運用方案；分段解鎖

0 引 言

京滬高速鐵路自2011年開通至今，累計開行列車達110.8萬列，是我國最繁忙的高速線路之一，其中，徐州東—蚌埠南段日行車量更是高達155/157列，幾乎達到飽和狀態(tài)。目前，京滬高速鐵路區(qū)間最小追蹤間隔時間為4min，沿線各車站最小到達及出發(fā)追蹤間隔時間為4～5min，均未實現(xiàn)3min最小追蹤間隔。為緩解京滬高速鐵路運輸能力緊張狀況，需進一步壓縮列車追蹤間隔時間。南京南站是京滬高速鐵路的關(guān)鍵控制性車站，通過研究南京南站到發(fā)線運用方案對京滬高速鐵路列車追蹤間隔時間的影響，提出合理的到發(fā)線運用方案建議，可壓縮列車出發(fā)及到達追蹤間隔時間，對充分挖掘京滬高速鐵路運輸潛能、提高運輸效率有重要意義。

為優(yōu)化列車追蹤間隔時間，國內(nèi)外專家學者進行了相關(guān)研究。Gill和Goodman通過優(yōu)化信號系統(tǒng)布局壓縮列車追蹤間隔時間，并運用多目標優(yōu)化的方法對各種信號系統(tǒng)進行性能評估[1]；Takagi研究移動閉塞列車控制系統(tǒng)，通過列車群同步控制大大壓縮列車追蹤間隔時間[2]；張岳松等借鑒普速列車間隔時間的計算方法，采用高速鐵路的控車模式，給出高速鐵路列車追蹤間隔時間的定義和計算方法[3]；凌熙等對列車追蹤間隔時間的測試方法進行了規(guī)范，使得該方法能很好地應(yīng)用于實際工作中[4]；韓春明等研究了在給定設(shè)備和線路的條件下，固定設(shè)備對追蹤間隔時間的影響及固定設(shè)備的合理設(shè)置范圍[5]；趙欣苗等計算各類列車追蹤間隔時間，提出了壓縮追蹤間隔時間、提高通過能力的方法[6]；王丹彤利用元胞自動機模型對追蹤間隔時間進行仿真模擬，通過提前減速及整體分布優(yōu)化進站前閉塞分區(qū)來壓縮追蹤間隔時間[7]；楊曉對制動性能、咽喉區(qū)長度、允許過岔速度等影響列車追蹤間隔時間的重要因素進行分析，并利用仿真軟件驗證其正確性[8]；聶英杰等在分析京滬高速鐵路北京南站發(fā)車追蹤間隔影響因素的基礎(chǔ)上，提出提高道岔側(cè)向通過速度、降低開放UUS碼的要求、采用CTCS-3列控系統(tǒng)等壓縮追蹤間隔時間的方案[9]；胡志垚對大型客站發(fā)車追蹤間隔時間的主要制約因素進行研究，提出分段辦理發(fā)車進路的措施以壓縮追蹤間隔時間[10]；鄭云水等基于線路坡度參數(shù)對列車制動距離進行多階段劃分，建立了基于動態(tài)規(guī)劃的多階段決策模型并求解，得到基于列車參數(shù)和線路坡度的追蹤間隔時間最優(yōu)解函數(shù)[11]；朱子軒對列車追蹤間隔時間進行仿真模擬，提出通過列車速度優(yōu)化控制、CTC系統(tǒng)優(yōu)化及技術(shù)改造、股道運用方案優(yōu)化等方法壓縮追蹤間隔時間[12]；彭其淵等利用列車到達進路沖突關(guān)系和進路分段解鎖原理，研究到發(fā)線運用方案對列車到達追蹤間隔時間的影響[13]；伍起榮等對成渝高鐵線路進行劃分并計算每一區(qū)間的追蹤間隔時間，建立動態(tài)規(guī)劃決策模型求得追蹤間隔時間的最優(yōu)解，在最優(yōu)解條件下得到區(qū)間坡度化簡方案和動車組編組方案[14]；鄭藝等在傳統(tǒng)列車追蹤間隔時間模型的基礎(chǔ)上提出了基于車車通信的CBTC系統(tǒng)的列車區(qū)間追蹤間隔模型，仿真結(jié)果表明基于車車通信的CBTC系統(tǒng)能有效縮短列車追蹤間隔時間[15]。

以上研究表明列車出發(fā)及到達追蹤間隔時間是高速鐵路列車追蹤間隔時間的瓶頸[7, 12]，而到發(fā)線運用方案則是影響列車出發(fā)及到達追蹤間隔時間的重要因素[12]。因此，通過優(yōu)化南京南站到發(fā)線運用方案壓縮列車追蹤間隔時間，緩解京滬高速鐵路“過負荷”的研究是必要且可行的。同時，本文重點研究南京南站到發(fā)線運用方案對京滬高速鐵路列車追蹤間隔時間的影響，以改進運輸組織的方式縮短列車追蹤間隔時間，無須改變當前設(shè)施設(shè)備，可更加經(jīng)濟有效地提高京滬高速鐵路通過能力，滿足日益增長的運輸需求。

1 到發(fā)線運用方案對列車出發(fā)及到達追蹤間隔時間的影響分析

1.1 到發(fā)線運用方案對列車出發(fā)追蹤間隔時間的影響分析

列車出發(fā)追蹤間隔時間指從前行列車由車站出發(fā)時開始，到車站向同方向再發(fā)出另一列車時為止的最小間隔時間，計算公式為：

圖1 不同到發(fā)線運用方案對列車出發(fā)追蹤間隔時間的影響

1.2 到發(fā)線運用方案對列車到達追蹤間隔時間的影響分析

列車到達追蹤間隔時間是指從前行列車到達車站時起，到同方向后行列車到達該車站時止的最小間隔時間，其計算公式為：

為壓縮列車追蹤間隔時間，有的車站已采用分段解鎖這種更為高效的進路解鎖方式。分段解鎖與一次解鎖的區(qū)別在于進路解鎖時間的不同：一次解鎖在列車出清一條進路上的所有道岔軌道電路區(qū)段后才能解鎖該條進路；而分段解鎖則是列車每出清進路上的某一段道岔軌道區(qū)段就可以解鎖該道岔軌道區(qū)段。對于到達追蹤運行過程，進路解鎖時間的不同會造成列車到達追蹤間隔時間有所不同，因此下面分別對進路一次解鎖及分段解鎖下的列車到達追蹤間隔時間進行研究。

1.2.1 進路一次解鎖情況

到發(fā)線運用方案的不同導致后行列車在咽喉區(qū)的走行距離不同，從而影響列車到達追蹤間隔時間。不同到發(fā)線運用方案下的列車到達追蹤過程對比如圖2所示，到發(fā)線運用方案2中后行列車在咽喉區(qū)的走行距離更短，其在咽喉區(qū)的走行時間也更短，與方案1相比壓縮了列車到達追蹤間隔時間。一般來說，接車股道離正線較近時列車在咽喉區(qū)的走行距離較短，因此車站可考慮盡量安排后行列車接車股道靠近正線，以縮短列車到達追蹤間隔時間。

圖2 不同到發(fā)線運用方案對列車到達追蹤間隔時間的影響（進路一次解鎖）

1.2.2 進路分段解鎖情況

在進路分段解鎖的條件下，當前行列車出清與后行列車的最后一個關(guān)聯(lián)道岔后，即可為后行列車辦理接車進路，此時前行列車還未完全進入股道，因此與一次解鎖相比，采用分段解鎖可以進一步壓縮列車到達追蹤間隔時間。進路一次解鎖及分段解鎖條件下到達追蹤間隔時間構(gòu)成分別如圖3、圖4所示。

圖3 進路一次解鎖情況下列車到達追蹤間隔時間構(gòu)成

圖4 進路分段解鎖情況下列車到達追蹤間隔時間構(gòu)成

采用進路分段解鎖時不同到發(fā)線運用方案下的列車到達追蹤過程對比如圖5所示。車站通過安排兩到達追蹤列車的接車股道，一方面使得后行列車接車股道接近正線，即減小后行列車在咽喉區(qū)的走行距離；另一方面使得前行列車盡早出清與后行列車的最后一個關(guān)聯(lián)道岔，提前進路解鎖時間，可進一步壓縮列車到達追蹤間隔時間。

圖5 不同到發(fā)線運用方案對列車到達追蹤間隔時間的影響（進路分段解鎖）

2 南京南站到發(fā)線運用方案對京滬高速鐵路列車出發(fā)及到達追蹤間隔時間的影響分析

2.1 南京南站列車追蹤間隔時間通用參數(shù)說明

南京南站京滬場主要接發(fā)京滬線列車，本文以南京南站京滬場下行方向的列車出發(fā)及到達追蹤間隔時間為例，利用牽引計算軟件對其進行檢算，分析到發(fā)線運用方案對京滬高速鐵路列車追蹤間隔時間的影響。

南京南站列車追蹤間隔時間通用參數(shù)取值為：

（1）南京南站京滬場能夠辦理下行發(fā)車進路的股道共8條，編號為1～8；能夠辦理下行接車進路的股道共10條，編號為1～10，其中第Ⅴ、Ⅵ條分別為下行正線和上行正線。

（2）選取16節(jié)編組的CRH380BL型動車組進行實例檢算，列車長度為400m；列車到達車站的初速度取300km/h；列車出發(fā)作業(yè)時間取51s，到達作業(yè)時間取40s。

（3）南京南站京滬場下行發(fā)車進路及接車進路信息分別如表1、2所示。

表1 南京南站京滬場下行發(fā)車進路表

表2 南京南站京滬場下行接車進路表

（4）南京南站京滬場下行咽喉區(qū)平面示意圖如圖6所示。

圖6 南京南站京滬場下行咽喉區(qū)平面示意圖

2.2 南京南站列車出發(fā)追蹤間隔時間檢算及到發(fā)線運用方案影響分析

不考慮正線發(fā)車，在1、2、3、4、7、8股道中任意選取兩個股道，分別作為前后行列車從車站發(fā)車時的所在股道，遍歷所有到發(fā)線運用方案，共有30種。利用牽引計算軟件檢算不同到發(fā)線運用方案下的列車出發(fā)追蹤間隔時間，結(jié)果如表3所示。

表3 南京南站列車出發(fā)追蹤間隔時間檢算結(jié)果

對列車出發(fā)追蹤間隔時間檢算結(jié)果進行分析，可以得出如下結(jié)論：

（1）到發(fā)線運用方案對列車出發(fā)追蹤間隔時間的影響體現(xiàn)在前行列車在咽喉區(qū)的走行距離上，由于南京南站京滬場的結(jié)構(gòu)設(shè)計比較特殊，車場右端咽喉所有發(fā)車進路長度均相等，即不同到發(fā)線運用方案下前行列車在咽喉區(qū)的走行距離相等。因此對南京南站而言，不同到發(fā)線運用方案的下行列車出發(fā)追蹤間隔時間均相等，即到發(fā)線運用方案對南京南站下行列車出發(fā)追蹤間隔時間無明顯影響。

2.3 南京南站列車到達追蹤間隔時間檢算及到發(fā)線運用方案影響分析

2.3.1 進路一次解鎖情況

不考慮正線接車，在1、2、3、4、7、8、9、10股道中任意選取兩個股道，分別作為前后行列車的接車股道，遍歷所有到發(fā)線運用方案，共有56種。利用牽引計算軟件檢算不同到發(fā)線運用方案下的列車到達追蹤間隔時間，結(jié)果如表4所示。

表4 南京南站列車到達追蹤間隔時間檢算結(jié)果（進路一次解鎖）

續(xù)表4

前行列車占用股道后行列車占用股道/m/s前行列車占用股道后行列車占用股道/m/s 79986229310986229 89986229410986229 109986229710986229 110986229810986229 210986229910986229

分析進路一次解鎖下列車到達追蹤間隔時間的檢算結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：

（1）進路一次解鎖條件下，到發(fā)線運用方案對列車到達追蹤間隔時間的影響在于后行列車在咽喉區(qū)的走行距離，由于南京南站京滬場左端咽喉接車進路長度均相等，即不同到發(fā)線運用方案下后行列車在咽喉區(qū)的走行距離均相等。因此，采用進路一次解鎖時，南京南站不同到發(fā)線運用方案下的下行列車到達追蹤間隔時間相等，即進路一次解鎖時到發(fā)線運用方案對南京南站下行列車出發(fā)追蹤間隔時間無明顯影響。

2.3.2 進路分段解鎖情況

進路分段解鎖下的到發(fā)線運用方案與進路一次解鎖一致，共有56種，計算不同到發(fā)線運用方案下的列車到達追蹤間隔時間，結(jié)果如表5所示。

表5 南京南站列車到達追蹤間隔時間檢算結(jié)果（進路分段解鎖）

續(xù)表5

前行列車占用股道后行列車占用股道關(guān)聯(lián)道岔/m/s 23101/103，105/107，117/119396.9195 43101/103，105/107，117/119，113/115，125/127，12936.0219 73101/103，105/107，113/115398.3195 83101/103，105/107，113/115398.5195 93101/103，105/107603.7186 103101/103，105/107604.6186 14101/103，105/107，117/119397.8195 24101/103，105/107，117/119396.9195 34101/103，105/107，117/119，113/115，125/127，12936.2219 74101/103，105/107，113/115398.3195 84101/103，105/107，113/115398.5195 94101/103，105/107603.7186 104101/103，105/107604.6186 17101/103，105/107570.0187 27101/103，105/107569.0187 37101/103，105/107，113/115363.9196 47101/103，105/107，113/115363.7196 87101/103，105/107，109/111，113/115，131/133，13536.2219 97101/103，105/107，109/111481.9191 107101/103，105/107，109/111482.8191 18101/103，105/107570.0187 28101/103，105/107569.0187 38101/103，105/107，113/115363.9196 48101/103，105/107，113/115363.7196 78101/103，105/107，109/111，113/115，131/133，13536.0219 98101/103，105/107，109/111481.9191 108101/103，105/107，109/111482.8191 19101/103，105/107570.0187 29101/103，105/107569.0187 39101/103，105/107567.9187 49101/103，105/107567.7187 79101/103，105/107，109/111533.3189 89101/103，105/107，109/111533.5189 109101/103，105/107，109/111，137，139169.3207 110101/103，105/107570.0187 210101/103，105/107569.0187 310101/103，105/107567.9187 410101/103，105/107567.7187 710101/103，105/107，109/111533.3189

續(xù)表5

前行列車占用股道后行列車占用股道關(guān)聯(lián)道岔/m/s 810101/103，105/107，109/111533.5189 910101/103，105/107，109/111，137，139168.4207

對進路分段解鎖下的列車到達追蹤間隔時間進行分析，可得出以下結(jié)論：

（1）進路分段解鎖時，到發(fā)線運用方案對列車到達追蹤間隔時間的影響體現(xiàn)在后行列車在咽喉區(qū)的走行距離及前行列車出清與后行列車最后一個關(guān)聯(lián)道岔的時間上。由于南京南站京滬場左端咽喉接車進路長度均相等，因此到發(fā)線運用方案對到達追蹤間隔時間的影響僅體現(xiàn)在前行列車出清與后行列車最后一個關(guān)聯(lián)道岔的時間上。圖7給出了前行列車出清最后一個關(guān)聯(lián)道岔前在咽喉區(qū)的走行距離與到達追蹤間隔時間的關(guān)系。由圖7可以看出，前行列車出清與后行列車最后一個關(guān)聯(lián)道岔前走行距離越短，即前行列車越早出清與后行列車的最后一個關(guān)聯(lián)道岔，列車到達追蹤間隔時間越短，反之列車到達追蹤間隔時間越長。不同到發(fā)線運用方案下列車到達追蹤間隔時間檢算結(jié)果如圖8所示，可以看出到發(fā)線運用方案在進路分段解鎖情況下對南京南站列車到達追蹤間隔時間有較大影響，到發(fā)線組合最優(yōu)方案與最劣方案的列車到達追蹤間隔時間相差33s。

圖7 前行列車出清最后一個關(guān)聯(lián)道岔前走行距離與列車到達追蹤間隔時間關(guān)系

圖8 不同到發(fā)線運用方案下的列車到達追蹤間隔時間

（2）對所有檢算結(jié)果進行分析，統(tǒng)計不同關(guān)聯(lián)道岔數(shù)量下的平均到達追蹤間隔時間如圖9所示。由圖9可以看出，一般而言前后行兩列車的關(guān)聯(lián)道岔越少，前行列車越早出清與后行列車的最后一個關(guān)聯(lián)道岔，到達追蹤間隔時間也就越短。因此南京南站在壓縮到達追蹤間隔時間時，應(yīng)使前行列車提早出清與后行列車的最后一個關(guān)聯(lián)道岔，也即應(yīng)盡量減少前后行兩列車的關(guān)聯(lián)道岔數(shù)。

圖9 不同關(guān)聯(lián)道岔下平均列車到達追蹤間隔時間

（3）與進路一次解鎖相比，采用進路分段解鎖的方式能夠有效縮短列車到達追蹤間隔時間。以后行列車占用股道為1、3、7、9為例，不同進路解鎖方式下到達追蹤間隔時間對比如圖10～13所示。由圖10～13可知，采用分段解鎖方式與一次解鎖相比至少能縮短10s的列車到達追蹤間隔時間。若將進路分段解鎖與到發(fā)線運用方案相結(jié)合考慮，則能縮短到達追蹤間隔時間多至40s。因此，車站應(yīng)考慮進路分段解鎖與到發(fā)線運用方案的配合，最大程度壓縮列車到達追蹤間隔時間。

圖10 后車股道為1時不同解鎖方式下的列車到達追蹤間隔時間對比

圖11 后車股道為3時不同解鎖方式下的列車到達追蹤間隔時間對比

圖12 后車股道為7時不同解鎖方式下的列車到達追蹤間隔時間對比

圖13 后車股道為9時不同解鎖方式下的列車到達追蹤間隔時間對比

3 結(jié) 論

列車追蹤間隔時間是限制京滬高速鐵路通過能力提高的關(guān)鍵因素之一，縮短列車追蹤間隔時間可以有效緩解京滬高速鐵路運輸供給與運輸需求之間的矛盾。本文以京滬高速鐵路重要節(jié)點車站南京南站為例，通過理論分析與實例檢算相結(jié)合的方式重點研究南京南站到發(fā)線運用方案對京滬高速鐵路列車追蹤間隔時間的影響，提出合理的到發(fā)線運用方案以壓縮列車追蹤間隔時間，經(jīng)濟合理地提高京滬高速鐵路運輸效率。得出的結(jié)論主要有：

（1）到發(fā)線運用方案對出發(fā)追蹤間隔時間的影響表現(xiàn)在前行列車在咽喉區(qū)的走行距離上。其他條件相同時，前行列車在咽喉區(qū)的走行距離越短，出發(fā)追蹤間隔時間越小，反之出發(fā)追蹤間隔時間越大。通過合理安排到發(fā)線運用方案，縮短前行列車在咽喉區(qū)的走行距離，可壓縮出發(fā)追蹤間隔時間。

（2）進路一次解鎖條件下，到發(fā)線運用方案對到達追蹤間隔時間的影響體現(xiàn)在后行列車在咽喉區(qū)的走行距離上。其他條件相同時，后行列車在咽喉區(qū)的走行距離越短，到達追蹤間隔時間越小，反之到達追蹤間隔時間越大。通過合理安排到發(fā)線運用方案，縮短后行列車在咽喉區(qū)的走行距離，可優(yōu)化進路一次解鎖下的到達追蹤間隔時間。

（3）進路分段解鎖條件下，到發(fā)線運用方案對到達追蹤間隔時間的影響不但在于后行列車在咽喉區(qū)的走行距離，還在于前行列車出清與后行列車最后一個關(guān)聯(lián)道岔的時間。其他條件相同時，后行列車在咽喉區(qū)的走行距離越短，前行列車越早出清與后行列車的最后一個關(guān)聯(lián)道岔，到達追蹤間隔時間越小，反之到達追蹤間隔時間越大。一般而言，前后行兩列車的關(guān)聯(lián)道岔數(shù)越少，前行列車越早出清與后行列車的最后一個關(guān)聯(lián)道岔，通過合理安排到發(fā)線運用方案，縮短后行列車在咽喉區(qū)的走行距離，同時減少前后行列車的關(guān)聯(lián)道岔數(shù)，可壓縮進路分段解鎖下的到達追蹤間隔時間。

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Impact Analysis of Arrival-departure Track Utilization in Nanjing South Railway Station on Train Tracing Interval Time of Beijing-Shanghai High-speed Railway

ZHOU Fang-ru, PENG Qi-yuan, PAN Jin-yi

(1. School of Transportation and Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China; 2. National United Engineering Laboratory of Integrated and Intelligent Transportation, Chengdu 611756, China)

Based on the principle of the one-time route and sectional route releases, this paper studied the impact of arrival-departure track utilization in Nanjing South Railway Station on train departure and arrival interval time of Beijing-Shanghai High-speed Railway. In addition, based on the analysis of the influence mechanism of arrival-departure track utilization on train tracing interval time, we studied the impact of arrival-departure track utilization on train tracing interval time. We calculated the train tracing interval time of all arrival-departure track utilization in this station. Our results show that train arrival interval time is the key limiting factor for shortening the train tracing interval time of Nanjing South Railway Station, and arrival-departure track utilization primarily affects the arrival interval time under sectional route release. Therefore, the arrival interval time of this station can be compressed up to 40 s by reasonably arranging the arrival-departure track utilization under sectional route release.

Beijing-Shanghai high-speed railway; Nanjing South Railway Station; train tracing interval time; arrival-departure track utilization; sectional route release

1672-4747（2021）02-0025-12

U292

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2021.02.003

2020-09-14

國家自然科學基金項目（U1834209）

周芳如（1997—），女，江蘇鹽城人，碩士研究生，研究方向為交通運輸規(guī)劃與管理，E-mail：2098046796@qq.com

彭其淵（1962—），男，重慶涪陵人，博士生導師，教授，研究方向為交通運輸規(guī)劃與管理，E-mail：qiyuan-peng @home.swjtu.edu.cn

周芳如，彭其淵，潘槿儀. 南京南站到發(fā)線運用方案對京滬高速鐵路列車追蹤間隔時間的影響分析[J]. 交通運輸工程與信息學報，2021, 19(2): 25-36.

ZHOU Fang-ru, PENG Qi-yuan, PAN Jin-yi. Impact Analysis of Arrival-departure Track Utilization in Nanjing South Railway Station on Train Tracing Interval Time of Beijing-Shanghai High-speed Railway [J]. Journal of Transportation Engineering and Information, 2021, 19(2): 25-36.

（責任編輯：李愈）