高鐵車站通過能力綜合分析計算法參數取值研究

譚 雪, 閆海峰, 辜雪菲, 梁家健

高鐵車站通過能力綜合分析計算法參數取值研究

譚 雪1, 閆海峰1, 辜雪菲1, 梁家健2

（1. 西南交通大學, 交通運輸與物流學院, 成都 611756； 2. 中國鐵道科學研究院集團有限公司, 鐵道科學技術研究發展中心, 北京 100000）

, 結合CTC系統的接發車原理和自動采點原理, 總結出綜合分析法的不適應性。其次, 深入研究綜合分析法中列車占用到發線時間、列車占用咽喉區時間、一晝夜停止作業時間等關鍵參數的取值問題, 將參數取值細致化、標準化, 使綜合分析法的計算結果更符合現場實際運用的需要。最后, 運用綜合分析法計算了樞紐車站長沙南站的通過能力。為了使研究內容更具有實際參考意義, 計算過程中涉及的數據均來源于現場實際使用的數據形式—— LKJ數據表、列車運行圖、CTC監控錄像等, 并給出了具體的計算步驟, 可以為以后的優化研究提供參考。

高速鐵路; 車站通過能力; 綜合分析法; 參數取值

0 引 言

目前，高速鐵路車站通過能力中的到發線通過能力采用直接計算法計算，而咽喉區通過能力則采用利用率法，這兩種方法均屬于綜合分析法的范疇[1]。

綜合分析法計算思路實際上就是根據現階段的運用情況，來推斷在運用達到飽和狀態下的通過能力。該方法應用十分廣泛，由于其簡便實用，在實踐中取得了良好的效果。但由于其計算思想是沿用普速鐵路車站能力計算方法，而近年來隨著我國高速鐵路的快速發展，在研究過程中發現綜合分析法存在著一定的不適應性。主要體現在參數取值與現場實際不符合、取值標準模糊及計算結果動態性弱等方面[2-6]。

基于以上分析，本文結合高速鐵路車站的特點及綜合分析法的本質，對綜合分析法的參數取值問題進行研究并改進計算方法，以使其適應高速鐵路車站的特點。

1 綜合分析法概述

高速鐵路設計規范條文說明[1]中給出綜合分析法計算公式如下。

1.1 到發線通過能力

1.2 咽喉區通過能力

2 CTC系統辦理進路原理

綜合分析法是沿用普速鐵路車站通過能力計算方法而來的，但普速鐵路搭載CTC系統的線路較少，而高速鐵路均采用CTC系統進行集中調度控制，因此，有必要基于CTC系統的接發車原理對綜合分析法的適應性進行分析。

2.1 CTC系統工作原理分析

圖1 CTC系統自動觸發進路排列邏輯

（1）時機條件

時機條件是指CTC系統自動排列進路的時機。辦理接車或通過進路，需滿足時間觸發條件或地點觸發條件，具體條件見表1。而辦理發車進路，只需滿足時間觸發條件：在圖定出發時刻的前3 min開始自動嘗試辦理進路。

表1 CTC系統接車/通過進路時機條件

Tab.1 Reception of trains by CTC system

（2）行車條件

CTC系統按照圖定的行車次序辦理進路，只有計劃中的前行列車成功辦理進路，才會為后續列車排列進路。且對于到開列車和終到列車，必須待列車在股道上停穩后，才會為其辦理發車進路和入段進路。

（3）信號條件

判斷與進路相關的區段是否開放，道岔是否在進路開向位置，是否存在分路不良且未確認其空閑的區段。若CTC系統判斷與進路相關的區段已出清，則需再間隔6s才能將此區段認定為空閑。辦理發車進路還需保證車站一離去空閑。

2.2 CTC系統自動采點原理

CTC系統會根據列車在股道特定位置的時間節點，自動采集列車的出發、到達及通過時刻，并生成實績運行圖。

（1）出發時刻

（2）到達時刻

（3）通過時刻

3 綜合分析法適應性分析

基于以上分析，可以看出綜合分析法的計算思路未能很好地與CTC系統的運作原理相吻合，其不適應性主要體現在以下幾個方面：

4 綜合分析法的部分參數取值研究

基于以上分析，本文將通過改良綜合分析法中與CTC系統接發車原理不匹配的參數取值，以使其適應高速鐵路車站的特點。根據在站作業流程的不同，將列車分為終到入庫（后文簡稱終到列車）、庫出始發（后文簡稱始發列車）、到開、折返及通過列車，分別研究各類列車占用到發線時間。

4.1 列車占用到發線時間

（1）終到列車占用到發線時間

終到列車占用到發線時間流程見圖2。

（2）始發列車占用到發線時間

始發列車占用到發線時間流程見圖3。

（3）到開列車占用到發線時間

到開列車占用到發線時間流程見圖4。

圖3 始發列車占用到發線時間示意圖

圖4 到開列車占用到發線時間示意圖

（4）折返列車占用到發線時間

折返列車占用到發線時間流程見圖5。

（5）通過列車占用到發線時間

式中：表示從列車車頭駛過進站信號機到列車尾駛過出站信號機的時間。

4.2 列車占用咽喉區時間

在高鐵車站，接發車進路一般是一次閉鎖、分段解鎖，因此計算高鐵車站咽喉區能力時，應根據車站絕緣節的位置，將咽喉區劃為多段軌道電路，求出各軌道電路的利用率，視最高者為整個咽喉區的利用率。分析高鐵車站的CTC系統車站站場監控錄像發現，列車在各軌道電路上的走行時間是易讀取的，因此本文將通過走行時間來描述列車占用咽喉區時間。

列車占用咽喉區軌道電路時間見圖6。

圖6 列車占用咽喉區軌道電路時間示意圖

該軌道電路全天被占用時間為：

4.3 車站一晝夜內停止接發客車的時間

圖7 車站一晝夜內停止接發客車的時間

5 實例分析

5.1 長沙南站概況

長沙南站連接滬昆高速鐵路與武廣高速鐵路，設有滬昆場、京廣場兩車場，共13個旅客站臺、28條到發線、4條正線。正線兩側不設站臺，共銜接四個方向：東為醴陵東站方向，西為湘潭北站方向，北為汩羅東方向，南為株洲西方向。長沙南站站場示意見圖8。本文基于2017年7月1日京廣線列車運行圖計算長沙南站能力。

5.2 長沙南站能力計算

5.2.1 到發線能力計算

（1）基本參數取值

由長沙南站CTC監控資料可得長沙南站到發線能力計算各項參數取值，見表2。

表2 到發線能力計算參數取值表

（2）京廣場到發線能力

將表2中的參數代入公式（6）~（10），可得京廣場每列車占用到發線的時間，平均后得到各類列車平均占用到發線時間，結果見表3。

表3 京廣場各類列車到發線平均占用時間的計算過程

Tab.3 Calculation process of the average time which the receiving-departure track occupied by each kinds of trains in Jingguang receiving-departure yard

（3）滬昆場到發線能力

同理可得滬昆場各類列車的到發線平均占用時間，見表4。

表4 滬昆場各類列車到發線平均占用時間的計算過程

Tab.4 Calculation process of average time occupied by each type of train on receiving-departure track of Hukun yard

綜上，長沙南站全站到發線通過能力為1 004列，其中到開列車639列，折返列車119列，始發列車123列，終到列車123列。

5.2.2 咽喉能力計算

咽喉區能力計算以京廣場為例，滬昆場同理。

（1）京廣場軌道電路分節

根據長沙南站CTC監控錄像，對長沙南站京廣場咽喉區進行軌道電路分節[12]，并對軌道電路進行編號。分節結果見圖8。

圖8 京廣場咽喉分節情況

（2）京廣場各軌道電路占用時間

根據列車在長沙南站的CTC系統車站站場的監控錄像，可讀出列車在每一軌道電路的平均走行時間，結果如表5所示[13-15]。根據公式（11）、（12）可得各軌道電路被長沙南站每列車占用的時間。

表5 京廣場各軌道電路平均走行時間

Tab.5 Average occupation time of each track circuit in the Jingguang receiving-departure yard

續表5

軌道電路走行時間/s軌道電路走行時間/s （15）33（32）25 （16）30（33）25 （17）30（34）29 （18）27（35）29 （19）32（36）32 （20）40（37）35 （21）40（38）47 （22）27（39）44 （23）33（40）31 （24）31（41）27 （25）41（42）26 （26）29（43）21 （27）28（44）24 （28）36（45）24 （29）22（46）27 （30）29（47）35 （31）30（48）27

（3）京廣場全天咽喉區能力

表6 京廣場全天軌道電路利用率

Tab.6 Daily utilization rate of track circuit in the Jingguang receiving-departure yard

長沙南站京廣場南咽喉全天利用率最高的軌道電路為29，即56#、36#道岔；北咽喉利用率最高的軌道電路為11，即3#道岔。

將29、11軌道電路的利用率分別作為長沙南站京廣場全天南、北咽喉區的利用率。代入公式（5），可得京廣場北咽喉全天通過能力429列，京廣場南咽喉全天通過能力419列，

（4）京廣場高峰時段能力

長沙南站南咽喉高峰時段利用率最高的軌道電路為29，即56#、36#道岔。北咽喉高峰時段利用率最高的軌道電路為11，即3#道岔。

代入公式（5）可得京廣場北咽喉高峰時段通過能力89，京廣場南咽喉高峰時段通過能力87列。

表7 京廣場高峰時段軌道電路利用率

Tab.7 Peak utilization rate of track circuit in the Jingguang receiving-departure yard

（5）長沙南站咽喉能力

同理可得滬昆場咽喉區全天能力、高峰時段（14:00~17:00）能力，與京廣場對應類別能力相加即可得全站能力，計算結果見表8。

表8 長沙南站咽喉區能力

Tab.8 Capacity of Changsha south station throat

5.3 長沙南站能力

綜上，長沙南站京廣場到發線能力606列，其中到開列車475列，折返列車41列，始發列車45列，終到列車45列；滬昆場到發線能力398列，其中到開列車639列，折返列車119列，始發列車123列，終到列車123列；長沙南站全站到發線能力1 004列，其中到開列車639列，折返列車119列，始發列車123列，終到列車123列。

長沙南站全天咽喉能力673列，京廣場北咽喉能力429列，京廣場南咽喉能力419列，滬昆場北咽喉能力260列，滬昆場南咽喉能力238列。

長沙南站高峰時段為14:00~17:00，高峰時段咽喉區能力128列，京廣場北咽喉能力89列，京廣場南咽喉能力87列，滬昆場北咽喉能力41列，滬昆場南咽喉能力39列。

即，長沙南站全天通過能力657列，高峰時段通過能力128列。

6 結 論

本文研究了綜合分析法中的列車占用到發線時間、列車占用咽喉區時間、一晝夜停止作業時間等關鍵參數的取值問題，將參數取值細致化、標準化，并運用綜合分析法計算了樞紐車站長沙南站的通過能力。計算的數據均來源于現場實際使用的數據形式——LKJ數據表、列車運行圖、CTC監控錄像等，而改良后的參數取值方式與現場實際使用的數據形式更加貼切，能夠很容易地從現場使用的資料中讀出所需關鍵參數的取值。計算能力時分南北咽喉、分到發場、分高峰及全天時段分別計算，結果與長沙南站實際的運輸能力和繁忙情況較接近，也表明本文對參數取值的改良是有效的。希望研究結果可以為運用綜合分析法計算高速鐵路車站能力的相關問題提供一些參考。

[1] 鐵道第三勘察設計院集團有限公司. TB 10621—條文說明), 高速鐵路設計規范(條文說明)[S]. 北京: 國家鐵路局, 2014.

[2] 方華. 高速、城際鐵路車站分布及通過能力研究[J]. 鐵道標準設計, 2018, 62(9): 54-59.

[3] 劉杰, 殷勇, 甘志良. 高速鐵路車站咽喉區與到發線綜合運用優化[J]. 交通運輸系統工程與信息, 2018, 18(1): 193-199.

[4] 陳韜. 高速鐵路車站通過能力計算理論與方法研究[D]. 成都: 西南交通大學, 2016.

[5] 張文婷. 高速鐵路客運站通過能力利用問題研究[D]. 成都: 西南交通大學, 2016.

[6] 李曉娟. 高速鐵路通過能力計算及可靠性評估方法研究[D]. 北京: 北京交通大學, 2016.

[7] 張晶. 高速鐵路CTC系統仿真技術的研究[J]. 鐵路通信信號工程技術, 2019, 16(2): 14-17.

[8] 潘振濤. 復雜站型CTC系統自動排路優化技術方案[J]. 鐵道通信信號, 2018, 54(12): 32-35.

[9] 陳韜, 呂紅霞, 陳釘均, 等. 車站作業方案對高鐵車站通過能力影響分析[J]. 交通運輸系統工程與信息, 2016, 16(2): 104-112.

[10] 王韓冬, 馬駟, 孫建康. 高速鐵路客運站能力計算與分析[J]. 鐵道運輸與經濟, 2015, 37(11): 55-59.

[11] 魯工圓, 閆海峰, 校磊, 等. 高速鐵路車站作業建模及仿真系統研究[J]. 鐵路運輸與經濟, 2013, 35(5): 37-42.

[12] 夏超. 高速鐵路車站通過能力查定及軟件開發研究[D]. 成都: 西南交通大學, 2015.

[13] 鐘俊. 高速鐵路客運站通過能力計算方法[D]. 成都: 西南交通大學, 2012.

[14] 張嘉敏. 高速鐵路能力計算與評估之理論與方法研究[D]. 北京: 北京交通大學, 2012.

[15] 費安萍, 陳俊杰, 王東梁. 廣州南站到發線通過能力查定研究[J]. 鐵道運輸與經濟, 2019, 41(6): 25-31.

Research on Comprehensive Analysis and Calculation Method of High-speed Railway Station Carrying Capacity

TAN Xue1，YAN Hai-feng1，GU Xue-fei1，LIANG Jia-jian2

（1. School of Transportation and Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 611756, China;2. Railway Science and Technology Research Development Center, China Academy of Railway Sciences Corporation Limited, Beijing 10000, China）

This study focuses on the problems of a comprehensive analysis method in the calculation of carrying capacity of high-speed railway stations. First, combining the centralized traffic control (CTC) system and the automatic reading time principle, the study summarizes the incompatibility of the comprehensive analysis method. Second, the study investigates the value of key parameters in the comprehensive analysis method, such as the time occupied by trains on the arrival and departure track as well as in the station throat, and the stop operation time of a single day and night, thus providing detailed and standard parameter values, which makes the result of the comprehensive analysis more suited for actual needs of the station. Finally, the comprehensive analysis method is used to calculate the passing capacity of Changsha south station. The data involved in the calculation process are derived from actual data formats used in the field, such as the LKJ data table, train diagram, and CTC monitoring video, which ensure that the research finding shave practical significance. The specific calculation steps are described to provide a reference for future research.

high speed railway; station carrying capacity; comprehensive analysis and calculation method; parameter value

1672-4747（2020）02-0083-10

U292.51

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2020.02.010

2019-06-13

中國鐵路總公司科技研究開發計劃課題（P2018X001）

譚雪（1996—），女，漢族，四川達州人，西南交通大學碩士研究生，研究方向交通運輸工程，E-mail：675791821@qq.com

譚雪, 閆海峰, 辜雪菲, 等. 高鐵車站通過能力綜合分析計算法參數取值研究[J]. 交通運輸工程與信息學報, 2020, 18（2）：83-92.

（責任編輯：李愈）