普通列車運行對高速鐵路通過能力影響的研究

司亞旺

摘 要：我國基本建成的高速鐵路網(wǎng)對經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國民的便捷出行做出了巨大貢獻(xiàn)，已成為我國一張新的“國家名片”。在高鐵發(fā)展期內(nèi)，普通列車也經(jīng)過了六次較大規(guī)模的提速，真正實現(xiàn)了貨運“多拉快跑”和客運服務(wù)優(yōu)質(zhì)化的目標(biāo)。但是在整個鐵路運輸網(wǎng)絡(luò)中，經(jīng)常會出現(xiàn)高速列車和中速列車共線混跑的運輸組織模式，極大的影響了高速鐵路的通過能力。因此，文章結(jié)合元胞自動機原理建立了鐵路區(qū)段內(nèi)不同運行速度在移動閉塞條件下列車追蹤運行的模型，分析了發(fā)車間隔、混行比例和站間距離對通過能力的影響，并提出了加強通過能力的具體措施。

關(guān)鍵詞：混行運輸；通過能力；元胞自動機

1 高速鐵路運輸組織模式概況及論文主要內(nèi)容

我國高速鐵路朝著規(guī)模龐大、規(guī)劃科學(xué)、高效安全的方向建設(shè)發(fā)展，逐步實現(xiàn)以“四縱四橫”為基本框架向“五縱五橫十聯(lián)”發(fā)展的目標(biāo)。但是在全國高速鐵路網(wǎng)形成的初期，鐵路依然面臨著運能與運量之間的突出矛盾，跨線列車混跑的現(xiàn)象依然不可避免，隨之就產(chǎn)生了新的運輸組織模式：高速列車與中速列車共線混行的運輸組織模式。

這種運輸組織模式的直觀表現(xiàn)是：高速鐵路的本線列車運行速度一般為300-350km/h，而同時在高速鐵路上跨線開行的中速列車只能達(dá)到200-250km/h的運行速度。這種運輸模式不僅為旅客提供多樣化的客運服務(wù)，滿足不同出行需求的旅客選擇適合的客運產(chǎn)品[1]，而且在我國已有的車輛技術(shù)和線路狀況能夠?qū)崿F(xiàn)這種運輸模式的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)客流運輸?shù)闹边_(dá)性，減少旅客換乘的問題，合理利用高速列車在開行量不大時的線路。

這種混合開行模式雖然能夠高效利用高鐵線路，但也會降低高鐵線路的設(shè)計通過能力?；诖?，為了合理、高效的實現(xiàn)不同時速的列車共線混行，就要深入研究混行運輸對高速鐵路通過能力的影響程度，提出混行列車數(shù)的比例，為編制合理的列車開行方案提供理論依據(jù)。

2 影響高速鐵路通過能力的因素和計算方法

在通常情況下，線路設(shè)備狀態(tài)和高速列車的組織開行方式是影響高速鐵路通過能力的兩個主要因素。其中，影響前者的主要因素有線路對否平順、停站次數(shù)多少、牽引機車功率大小和閉塞方式等，而影響后者的主要因素是混行列車比例、開行列車間的相對速度差、列車間必須保持的運行安全距離和列車運行圖鋪畫方式等。

高速鐵路要實現(xiàn)混行，就會出現(xiàn)非平行運行圖的現(xiàn)象?？紤]到上述多方面的影響因素，按照普通鐵路線路通過能力的計算方法，采取扣除系數(shù)法是比較合理有效的一種計算方法。此時高速鐵路扣除系數(shù)法就指當(dāng)需要運行一列普通列車時，原有的高速列車通過對數(shù)必須進(jìn)行相應(yīng)的扣除來保證普通列車的運行安全。

很顯然，當(dāng)高速鐵路運行普通列車時，兩者之間的速度差必然會導(dǎo)致原有的高速鐵路運行對數(shù)的扣除，同時還受到列車間不同的停站方式和停站時間的影響，導(dǎo)致原有的平行運行圖也就相應(yīng)的變?yōu)榉瞧叫羞\行圖，扣除系數(shù)也會隨之變化。

“高中混行”模式下，通過能力計算公式為[2]：N高中=N高+N中=（N全-N中？著中）+ N中，其中N高中為“高中混行”模式下，高速鐵路的通過能力，對或列；？著中為中速列車的平均扣除系數(shù)。

3 移動閉塞條件下的元胞自動機模型

文章為了減少對原有高速鐵路運行對數(shù)的過大扣除，以及普速列車對高速鐵路線路的影響，將只考慮200-250km/h的中速列車對停站較少的高速列車的影響。同時不考慮不同線路區(qū)間內(nèi)的施工天窗和線路具體特性的影響，以及列車在經(jīng)過車站和道岔時的速度與區(qū)間運行速度一致。

在學(xué)習(xí)理解NaSch模型的基礎(chǔ)上建立移動閉塞條件下列車追蹤運行的元胞自動機模型。將所要研究的高速鐵路區(qū)間劃分為間隔距離形同的L個節(jié)點，模擬列車區(qū)間占有和空閑的兩種狀態(tài)，即在某一時間點，兩節(jié)點間的線路被高速列車或者中速列車所占有，或出現(xiàn)閑置狀態(tài)。同時為了簡化列車運行速度計算，就將其進(jìn)行取整運算。特別的，因為混行運輸模式并不是一種運行組織常態(tài)，因此模擬的時間區(qū)段也將是費連續(xù)型的，且在這段時間內(nèi)列車速度是隨時變化發(fā)展的。

在運行區(qū)段內(nèi)，先將列車數(shù)置為0。在系統(tǒng)開始運行后給予列車混行比例p，隨之就會產(chǎn)生一列速度為i的第j類列車，且此列車的出現(xiàn)時間和區(qū)間時隨機不確定的，文章中假設(shè)滿足二項分布。

當(dāng)出發(fā)列車滿足車站到發(fā)時間間隔和運行安全要求時，列車從始發(fā)站出發(fā)后的運行位置就將隨時變化，緊接著就需要考慮下一列列車的出發(fā)時間；相對的，當(dāng)列車不滿足出站要求時，此列車的位置將不產(chǎn)生變化，而需要考慮前一列列車和后一列列車的位置變化，直到此列車滿足出發(fā)條件為止。