铁路到发线运用研究

铁路到发线运用研究

陈宝运

中国铁道科学研究院研究生部北京100081

摘要：高速铁路、城际铁路由于列车控制系统的智能化，其到发线有效长计算有别于常规客货共线铁路，其到发线在分析列控模式运行机理基础上进行研究后确定，部分大型高速铁路客运站同时办理普速列车和高速列车的作业，车站列车种类多、作业过程复杂，对站场的设备要求多样化，确定合理的到发线运用方案对有效运用站场设备，提高运输效率至关重要。根据不同种类旅客列车在站的技术作业特点，以有利于行车技术作业和合理运用车场设备为目标建立到发线运用优化模型。

关键词：高速铁路车站；到发线；运用

目前，对车站到发线运用的相关研究主要包括数学模型构建与仿真系统软件开发两大类，仿真法多应用于整个车站通过能力的研究，数学模型法多应用于到发线的运用研究。高速铁路到发线作为车站完成技术作业的重要设备，其作业效率和运输组织直接影响着整个路网的输送能力.将进行综合运用研究对优化车站作业组织、提高作业效率具有重要意义。

一、概述

1、车站作业特点分析。车场内同时办理普速列车和高速列车的作业，二者共同占用咽喉区，但到发线应尽量分类使用，可以通过渡线连接。能力紧张时，考虑安排动车组在普速列车到发线作业，反之不行。动车组高速列车一般采用立折的作业方式，在站停留时间短，对设备要求较高；而普速列车种类多，作业过程复杂，作业时间长。因此，密集接发列车时，应尽量组织平行进路，减少列车作业交叉。站台与客运设施一一对应，站场能力与客运设备能力相互影响，应协调组织列车技术作业与旅客客运作业，缓解检票、楼扶梯等系统旅客大量聚集、流线交叉等问题。普速列车编组大，一般附挂行李车，应快速组织办理行包装卸、中转等作业，减少对接发车作业的影响。此外，大部分普速列车需要出入客车整备所，列车转线、取送车底等作业频繁，对咽喉区的能力占用较大，注重咽喉区的交叉疏解。

2、到发线运用。到发线运用是指在一定时间内，根据列车种类及作业性质，考虑各种时间标准的限制并协调咽喉进路，为图定旅客列车分配合适的作业股道、停靠站台并规定其相应的占用时间。到发线运用方案反映了车站站场能力对运行图的适应情况及股道等设备的负荷水平。安排到发线运用时受到一定的约束，如1列列车只能占用1条到发线；相邻2列车占用同一到发线的时间间隔应满足最小间隔时间的要求，减少交叉干扰，紧凑使用到发线等。

二、模型的建立与求解

编制到发线运用计划的目的是合理安排到发线作业，以保证不间断接发列车，避免列车等线，确保列车正点出发；合理分配咽喉区的作业，减少交叉干扰。因此，到发线运用优化目标应从有利于行车技术作业和均衡使用设备2个方面分别建模。

1.变量及参数定义。用I表示车站所有列车的集合，根据列车时刻表将列车进行排序，集合中存放的为列车序号，记作I={1，2，…，i，…，k，…，m}，列车总数为m；并划分出始发列车的集合，记为Is。车站的n条到发线用集合J表示，记为J={1，2，…，j，…，t，…，n}。站台集合用P表示，每个站台P={1，2，…，p，…，s}，s为站台总数；若某条到发线j靠近站台p，将其表示为j∈p。某列车是否占用某条到发线用0-1决策变量表示，如xij表示列车j是否占用到发线i的变量，其取值规定为：

2、优化模型

（1）有利于行车技术作业模型。该模型的目的是在遵循到发线运用原则的基础上，使车站能不间断地接发列车，确保列车正点出发。因此，确定模型的目标是使所有列车对到发线的占用消耗最小，以保证不同等级、不同种类列车分类占用到发线并且达到高等级列车优先接入的目的，建模如下：

（2）均衡使用站场设备模型。为减少出现部分到发线密集接发列车而部分线路空费时间大的情况，各条到发线应均衡运用。不同种类列车占用到发线的时间不同，从各到发线被占用时间的角度衡量均衡程度更合理，但是考虑2个目标的综合协调，应将各到发线被占用时间转化为占用的列车数量，即根据不同种类列车占用到发线的时间标准的差异对各种列车分别赋予一个占用系数。确定该模型的目标是使各到发线占用系数与到发线平均占用系数之差的绝对值总和最小，以保证各条到发线运用均衡，建模如下。

3、到发线运用优化综合模型。为寻求最佳协调解，通过线性加权目标进行统一处理。

4、算法思路设计。为方便求解，首先采用定性分析判断xij的取值以简化约束条件，然后再定量计算。模型具体求解思路设计如下：①根据列车运行图、车站到发线固定使用方案等生成初始数据，列车集合中按时刻表顺序对列车进行排序，并表示出始发列车的集合；到发线集合中划分普速线与高速线；②定性判断约束条件，并运用分枝定界法进行定量计算，得到到发线分类使用方案；③若得不到满足所有条件的可行解，调整部分约束条件，按上述方法重新求解；④检查是否全部列车都被分配到发线，若没有，则将遗漏的列车信息加入到原始数据中，然后重新按照步骤②求解。

例如某大型高速铁路客运站的1个车场内，同时可以接发普速列车和高速铁路列车，二者共用车场咽喉区，作业组织复杂。由于车站接发大量的普速列车，车站到发场能力利用率高，设备运用频繁，设备占用及列车作业存在交叉。因此，为保证正点接发各种列车，减少列车作业干扰，合理利用设备能力，应制订合理的到发线使用方案，提高到发线的运用效率。因此，通过采用模型和算法优化到发线运用计划。车站站场内共5个站台9条到发线，其中1股道靠近1站台，而且其到发线有效长最长；其余2条相邻到发线对应1个站台，而且8、9道和高速场及其他环线连接。该站共接发63对列车，具体情况如下：立折动车组9对/d，始发、终到动车组2对/d；始发终到特快列车共6对/d，站折列车2对/d；始发终到快速列车共25对/d，站折快速列车17对/d；始发终到普速列车1对/d，站折列车1对/d。由于1对立即折返列车占用1次到发线，因而确定占用到发线的列车总数为97列。

基于分析设置列车占用到发线的决策变量，以有利于行车技术作业和到发线均衡运用为目标建立模型，2个目标的权重分别为0.6和0.4。统计分析现行普速列车和动车组列车占用到发线时间、出发间隔时间等情况，确定同一条到发线列车安全间隔时间为10min，同一个站台两侧到发线的干扰时间为25min，相邻2个站台的最小发车时间间隔为15min。根据列车的实际到达、出发时刻将所有列车进行排序并编号，得到列车集合；在密集接发列车或列车到发时刻冲突时，优先接入高等级列车。因此，确定高速动车组列车、特快列车、快速列车及普速列车的优先级分别为1，2，3，4。根据车站衔接方向、到发线设置情况，确定到发线固定使用方案，其中普速列车主要在1道至7道接发，而动车组列车占用8道和9道。

结语：

不同种类列车的作业需求各不相同，高速铁路车站接发普速列车会受到一定的约束，对到发线的运用影响也较大。而合理的到发线运用方案能够提高组织效率、改善行车技术作业水平，因而对其进行优化很重要。

参考文献：

[1]朱晓宁，张天伟.铁路客运站到发线运用优化研究[J].中国铁道科学，2016，25（5）.

[2]李海鹰，苗建瑞.客运专线客运站到发线运用优化研究[J].铁路计算机应用，2017，17（2）：8-10.

[3]何林，吕红霞.高速铁路车站到发线运用优化研究[J].铁道运输与经济，2017，34（8）.