城際鐵路開(kāi)行計(jì)劃自動(dòng)編制初步研究

王 韜

（1.北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070；2.北京市高速鐵路軌道交通運(yùn)行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100073）

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城際鐵路開(kāi)行計(jì)劃自動(dòng)編制初步研究

王 韜1，2

（1.北京全路通信信號(hào)研究設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 100070；2.北京市高速鐵路軌道交通運(yùn)行控制系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，北京 100073）

城際鐵路列車(chē)開(kāi)行計(jì)劃是旅客運(yùn)輸組織的核心，直接決定城際鐵路的經(jīng)營(yíng)策略與服務(wù)質(zhì)量。為研究開(kāi)行計(jì)劃的自動(dòng)編制方法，以制定列車(chē)開(kāi)行計(jì)劃為研究目標(biāo)，通過(guò)分析客流需求、列車(chē)開(kāi)行方案、列車(chē)開(kāi)行計(jì)劃及其間關(guān)系，使用預(yù)留法確定由客流自動(dòng)編制列車(chē)開(kāi)行計(jì)劃的方法與流程，為進(jìn)一步研究提供基礎(chǔ)。

O-D（Original-Destination）客流量；開(kāi)行方案；開(kāi)行計(jì)劃

在一定客流量分布情況下，合理地確定列車(chē)開(kāi)行方案與開(kāi)行計(jì)劃，是銜接旅客運(yùn)輸與列車(chē)調(diào)度組織的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接決定城際鐵路的經(jīng)營(yíng)策略與服務(wù)質(zhì)量。目前國(guó)內(nèi)外單獨(dú)對(duì)開(kāi)行計(jì)劃編制系統(tǒng)的研究頗多［2］，但以客流為主線，開(kāi)行方案、開(kāi)行計(jì)劃為兩個(gè)階段的自動(dòng)編制系統(tǒng)研究并不多見(jiàn)。開(kāi)行方案與開(kāi)行計(jì)劃是緊密聯(lián)系的兩個(gè)內(nèi)容，開(kāi)行方案是開(kāi)行計(jì)劃的來(lái)源，開(kāi)行計(jì)劃是開(kāi)行方案的具體體現(xiàn)。為實(shí)現(xiàn)按流開(kāi)車(chē)，滿(mǎn)足旅客需求，必須以起訖點(diǎn)（Original-Destination，簡(jiǎn)稱(chēng)O-D）客流為依據(jù)，分階段制定開(kāi)行方案與開(kāi)行計(jì)劃。

1　列車(chē)開(kāi)行方案的計(jì)算

旅客列車(chē)開(kāi)行方案，是指確定旅客列車(chē)運(yùn)行區(qū)段、列車(chē)種類(lèi)及開(kāi)行對(duì)數(shù)的計(jì)劃［3］。對(duì)城際客運(yùn)專(zhuān)線而言，路網(wǎng)規(guī)模小（運(yùn)營(yíng)初期可不考慮經(jīng)由線路），客流密度大，運(yùn)行區(qū)段基本固定，其開(kāi)行方案主要是確定列車(chē)種類(lèi)、站停方式與開(kāi)行對(duì)數(shù)。

1.1列車(chē)開(kāi)行方案的影響因素

O-D客流量：是影響列車(chē)開(kāi)行方案的重要因素，各區(qū)段客運(yùn)密度大小是決定開(kāi)行方案的基礎(chǔ)。直達(dá)客流大，沿線各城市客流多并集中，則“擇站停”列車(chē)多；近距離客流大，則“站站停”列車(chē)多。

動(dòng)車(chē)編組及定員：動(dòng)車(chē)編組是指動(dòng)車(chē)組所包含的車(chē)廂類(lèi)型與數(shù)量；列車(chē)定員指列車(chē)編組中乘坐旅客的車(chē)廂標(biāo)記定員之和，即一列動(dòng)車(chē)組的席位數(shù)。它直接影響列車(chē)開(kāi)行對(duì)數(shù)。在同等客流情況下，動(dòng)車(chē)定員數(shù)大，則開(kāi)行數(shù)量小；動(dòng)車(chē)定員數(shù)小，則開(kāi)行數(shù)量大。

動(dòng)車(chē)組數(shù)量：動(dòng)車(chē)組是開(kāi)行方案實(shí)施時(shí)的具體承擔(dān)者，是開(kāi)行方案中列車(chē)的一個(gè)限制條件。開(kāi)行方案所需動(dòng)車(chē)組不應(yīng)大于動(dòng)車(chē)組數(shù)量。

線路通過(guò)能力：直接制約開(kāi)行方案的最大列車(chē)開(kāi)行對(duì)數(shù)。當(dāng)通過(guò)能力不足時(shí)，需要采取減少列車(chē)開(kāi)行數(shù)量進(jìn)行調(diào)整。

1.2列車(chē)開(kāi)行方案計(jì)算

綜合以上分析，對(duì)城際列車(chē)開(kāi)行方案而言，需要計(jì)算的內(nèi)容包括列車(chē)種類(lèi)、站停方式與開(kāi)行數(shù)量。

列車(chē)種類(lèi)：本文將城際客運(yùn)專(zhuān)線的列車(chē)種類(lèi)主要分為直達(dá)列車(chē)、擇站停列車(chē)、站站停列車(chē)3種類(lèi)型。直達(dá)列車(chē)是指只在始發(fā)站與終到站營(yíng)業(yè)的列車(chē)；擇站停列車(chē)是指在客流量集中的幾個(gè)車(chē)站營(yíng)業(yè)的列車(chē)；站站停列車(chē)是指在列車(chē)運(yùn)行范圍內(nèi)，每個(gè)車(chē)站都營(yíng)業(yè)的列車(chē)。

站停方式：指列車(chē)的營(yíng)業(yè)站組合。通常與列車(chē)種類(lèi)結(jié)合在一起，共同表示一個(gè)列車(chē)的開(kāi)行信息。

開(kāi)行數(shù)量：指某一時(shí)間范圍內(nèi)需要開(kāi)行的列車(chē)數(shù)量。此時(shí)間范圍通常根據(jù)客流時(shí)間段范圍劃分。

為滿(mǎn)足旅客出行需求，提高旅行速度與舒適度，同時(shí)符合“按流開(kāi)車(chē)”的原則，應(yīng)優(yōu)先開(kāi)行直達(dá)車(chē)與擇站停列車(chē)，并嚴(yán)格按照O-D客流量進(jìn)行開(kāi)行方案的計(jì)算。為突出主要計(jì)算內(nèi)容，本文假設(shè)動(dòng)車(chē)組及定員只有一種，動(dòng)車(chē)組數(shù)量足夠，且任意車(chē)站均具備折返條件，對(duì)開(kāi)行方案的計(jì)算進(jìn)行分析。

1）計(jì)算直達(dá)列車(chē)。在原始O-D客流中查找客流起止距離大于DZ（系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)），且客流量大于Ce的記錄，則可為此條客流開(kāi)行直達(dá)列車(chē)，營(yíng)業(yè)站為此客流量的出發(fā)站與到達(dá)站。直達(dá)列車(chē)開(kāi)行數(shù)量為：

式中，NZ：直達(dá)列車(chē)開(kāi)行數(shù)量；

OZ：旅客數(shù)量，來(lái)源于O-D客流量信息；

Ce：動(dòng)車(chē)組定員數(shù)，來(lái)源于動(dòng)車(chē)組信息；

φ：超載系數(shù)，來(lái)源于系統(tǒng)設(shè)置。

2）計(jì)算擇站停列車(chē)。在原始O-D客流中減去直達(dá)列車(chē)承載客流得到剩余客流，在剩余客流中查找起止距離大于DK（系統(tǒng)設(shè)置參數(shù)），客流量大于Ce的記錄，且到達(dá)站與出發(fā)站滿(mǎn)足前后接續(xù)關(guān)系的N條客流記錄，則可為此N條客流開(kāi)行擇站停列車(chē)，營(yíng)業(yè)站為此N條客流的出發(fā)站與到達(dá)站。擇站停列車(chē)開(kāi)行數(shù)量為：

式中，Nk：擇站停列車(chē)開(kāi)行數(shù)量；

Okmin：N條客流記錄中的最小值，來(lái)源O-D客流量信息；

Ce：動(dòng)車(chē)組定員數(shù)，來(lái)源于動(dòng)車(chē)組信息；

φ：超載系數(shù)，來(lái)源于系統(tǒng)設(shè)置；

3）計(jì)算站站停列車(chē)。將減去直達(dá)列車(chē)與擇站停列車(chē)承載客流后的剩余客流，轉(zhuǎn)換為各區(qū)段的客流密度（即各相鄰站之間的客流量）。為保證旅客留剩數(shù)量最低，應(yīng)以最大客流密度為依據(jù)來(lái)計(jì)算站站停列車(chē)開(kāi)行數(shù)量：

式中，NS：站站停列車(chē)開(kāi)行數(shù)量；

Osmax：區(qū)段客流密度的最大值，由O-D客流量計(jì)算求得；

Ce：動(dòng)車(chē)組定員數(shù)，來(lái)源于動(dòng)車(chē)組信息；

φ：超載系數(shù)，來(lái)源于系統(tǒng)設(shè)置。

4）計(jì)算所有列車(chē)。將各類(lèi)列車(chē)所需開(kāi)行數(shù)量相加，即可得全部O-D客流的所需開(kāi)行數(shù)量：

式中，N：總列車(chē)開(kāi)行數(shù)量。

2　列車(chē)開(kāi)行時(shí)刻表的制定

經(jīng)計(jì)算得到指定時(shí)間段內(nèi)的各類(lèi)列車(chē)數(shù)量后，則可以根據(jù)線路通過(guò)能力等相關(guān)參數(shù)值進(jìn)行列車(chē)開(kāi)行時(shí)刻表的計(jì)算。列車(chē)時(shí)刻表中的區(qū)間運(yùn)行時(shí)分與站停時(shí)分，可以根據(jù)線路配置獲取，因此列車(chē)開(kāi)行時(shí)刻表制定所需研究主要問(wèn)題為列車(chē)發(fā)車(chē)時(shí)刻的確定。

指定時(shí)間段內(nèi)的最大允許列車(chē)開(kāi)行數(shù)量可由下式計(jì)算：

式中，Nmax：最大允許列車(chē)開(kāi)行數(shù)量；

t：指定時(shí)間段內(nèi)的時(shí)間長(zhǎng)度；

i追：線路最小追蹤間隔。

根據(jù)N與Nmax的關(guān)系，列車(chē)開(kāi)行時(shí)間的確定方法分為兩種情況。

2.1N≥Nmax

此時(shí)所需的列車(chē)開(kāi)行數(shù)量等于或超出了線路通過(guò)能力，無(wú)法滿(mǎn)足需求，則開(kāi)行數(shù)量按Nmax確定，列車(chē)發(fā)車(chē)時(shí)刻為：

式中，Tn：給定時(shí)間段內(nèi)第n躺車(chē)的發(fā)車(chē)時(shí)刻；

Tst：指定時(shí)間段的開(kāi)始時(shí)刻；

i追：線路最小追蹤間隔；

n：指定時(shí)間段內(nèi)的列車(chē)發(fā)車(chē)次序。

2.2 N≤Nmax

此時(shí)所需列車(chē)數(shù)量小于線路通過(guò)能力，需要對(duì)列車(chē)的發(fā)車(chē)時(shí)刻進(jìn)行計(jì)算。列車(chē)發(fā)車(chē)時(shí)刻的確定，主要有以下兩種方法。

1）等間隔法。列車(chē)發(fā)車(chē)時(shí)刻在時(shí)間段內(nèi)等間隔分布，計(jì)算簡(jiǎn)便，但后期加開(kāi)臨客計(jì)劃時(shí)，運(yùn)行圖調(diào)整工作量較大。

2）預(yù)留法。先按照最大開(kāi)行數(shù)量Nmax，求得各Nmax個(gè)列車(chē)的發(fā)車(chē)時(shí)刻，再?gòu)腘max個(gè)時(shí)刻點(diǎn)中盡可能等間距地選取出N個(gè)時(shí)刻點(diǎn)作為發(fā)車(chē)時(shí)刻。此方法計(jì)算稍復(fù)雜，但能保證列車(chē)之間的時(shí)間間隔可以插入新列車(chē)且不影響原有列車(chē)，后期加開(kāi)臨客計(jì)劃時(shí)工作量小。

考慮計(jì)劃的整體性及基本計(jì)劃與開(kāi)行計(jì)劃的平衡，選擇預(yù)留法計(jì)算列車(chē)發(fā)車(chē)時(shí)刻。

3　列車(chē)交路計(jì)算

設(shè)有列車(chē)L1與L2，當(dāng)滿(mǎn)足以下關(guān)系時(shí)，可以認(rèn)為兩者具備組成同一交路的條件［5］。

1）L1的終到站與L2始發(fā)站相同。

2）L1的終到站與L2始發(fā)站具備列車(chē)折返條件。

3）L1的終到時(shí)刻與L2的發(fā)車(chē)時(shí)刻間隔，大于列車(chē)整備時(shí)間。

根據(jù)以上條件，在所有時(shí)段的計(jì)劃開(kāi)行列車(chē)中，逐步篩選出符合要求的列車(chē)，并組成一個(gè)列車(chē)交路。若有剩余列車(chē)未能與其他列車(chē)組成交路，則單獨(dú)組成交路。

4　結(jié)論

以O(shè)-D客流為依據(jù)，自動(dòng)計(jì)算開(kāi)行方案與開(kāi)行計(jì)劃，主要包括以下步驟。

1） 根據(jù)O-D客流量計(jì)算直達(dá)列車(chē)開(kāi)行方案。

2） 根據(jù)O-D客流量計(jì)算擇站停列車(chē)開(kāi)行方案。

3） 根據(jù)O-D客流量計(jì)算站站停列車(chē)開(kāi)行方案。

4） 根據(jù)直達(dá)、擇站停、站站停開(kāi)行方案匯總得到總體列車(chē)開(kāi)行方案。

5） 結(jié)合線路條件與總體列車(chē)開(kāi)行方案，計(jì)算列車(chē)開(kāi)行時(shí)刻表。

6） 根據(jù)線路條件與列車(chē)開(kāi)行時(shí)刻表，計(jì)算列車(chē)交路。

7） 匯總列車(chē)開(kāi)行時(shí)刻表及列車(chē)交路，得到基本列車(chē)開(kāi)行計(jì)劃。

［1］趙剛.城際客運(yùn)專(zhuān)線運(yùn)輸組織相關(guān)問(wèn)題研究［D］.成都：西南交通大學(xué)，2007.

［2］汪波，楊浩，牛豐，等.周期運(yùn)行圖編制模型與算法研究［J］. 鐵道學(xué)報(bào)，2007，29（5）：1-6.

［3］葉懷珍.旅客運(yùn)輸組織［M］.成都：西南交大出版社，2000.

［4］張杰，陳釘均，陳韜.節(jié)假日臨時(shí)旅客列車(chē)開(kāi)行方案相關(guān)問(wèn)題研究［J］.鐵道運(yùn)輸與經(jīng)濟(jì)，2010，32（1）：43-45.

［5］葉利華.機(jī)車(chē)交路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.成都：西南交通大學(xué)，2005.

The operation plan is the core of passenger transport organization， it directly determines the business strategy and the quality of services. In order to study the method of automatically drawing up the operation plan， this paper introduces the automatic production and process method based on analyzing passenger demands， operation schemes， operation plan and their relationship， which can provide a basis for further research on the similar task.

original-destination passenger fl ow； operation scheme； operation plan

10.3969/j.issn.1673-4440.2016.02.018

2015-07-01）