CN107609734A

CN107609734A - 一种高速铁路规格化列车运行图的周期确定方法

Info

Publication number: CN107609734A
Application number: CN201710654522.7A
Authority: CN
Inventors: 倪少权; 吕红霞; 陈钉均; 吕苗苗; 张�杰; 潘金山; 郭秀云; 陈韬; 李雪婷; 邹葱聪; 廖常宇; 谢春; 王兵; 杨渝华
Original assignee: Southwest Jiaotong University
Current assignee: Southwest Jiaotong University
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2018-01-19
Anticipated expiration: 2037-08-03
Also published as: CN107609734B

Abstract

本发明公开了一种高速铁路规格化列车运行图的周期确定方法，包括以下步骤：将高速铁路车站划分为若干等级的节点；根据最低等级车站停车率，确定各等级节点的停站率和停站次数；确定规格化列车运行图一个周期内列车的种类和数量；计算高速列车运行图周期T长度；本发明能够充分满足高速铁路沿线客流需求及旅行时间，并且能够满足不同高速铁路线路编织规格化列车运行图的需求。

Description

一种高速铁路规格化列车运行图的周期确定方法

技术领域

本发明涉及一种高速铁路规格化列车运行图的周期确定方法。

背景技术

列车运行图规定了各种列车占用区间的次序，列车在每个车站的到达、出发或通过时刻，列车在各区间的运行时间，列车在车站的停站时间标准，以及机车(动车组)交路等；它把整个路网的运输生产活动联系成为一个统一的整体，列车运行图是铁路运输工作的综合计划、铁路行车组织的基础，是协调铁路各部门、单位按一定程序进行生产活动的工具；高速铁路规格化列车运行图，是指在基本运行图各个时间段(T)，列车运行线铺画都具有相似的模式；与传统非规格化列车运行图相比，规格化列车运行图中每个时间段T(周期)内，各种类列车的开行数量、运行顺序和速度相同；同类列车在同一车站都有相同的到发(或通过)和停站时间，从而形成一个相对固定的基本运行图模式；规格化列车运行图的周期(T)长度，是高速铁路列车规格化列车运行图与传统的非规格化列车运行图相对比的一个关键要素。

现有高速铁路规格化列车运行图确定周期的技术方案主要有：(1)根据客流规律、列车开行经验等粗略确定运行图周期；(2)通过试铺高峰期列车运行线，推导运行图周期；现有技术方案本质上固化不同高速铁路规格化运行图周期，未与高速铁路列车运行特点紧密结合，未能以不同高速铁路线路特点、沿线客流情况为基础设计规格化运行图；目前对规格化列车运行图周期的确定方法主要还处于依靠经验和简单推导，固化运行图周期，确定周期长度的理论支点较为薄弱，未与实际高速铁路线路结合，未考虑周期客运产品这一关键因素，无法更多地从自身的角度出发进行产品设计优化。

发明内容

本发明提供一种能够满足不同高速铁路线路编制规格化列车运行图需求的高速铁路规格化列车运行图的周期确定方法。

本发明采用的技术方案是：一种高速铁路规格化列车运行图的周期确定方法，包括以下步骤：

将高速铁路车站划分为若干等级的节点；

根据最低等级车站停车率，确定各等级节点的停站率和停站次数；

确定规格化列车运行图一个周期内列车的种类和数量；

计算高速列车运行图周期T长度。

进一步的，高速列车运行图周期长度，计算方法如下：

式中：T_min为列车运行线至少需要占用时间，T₊为规格化列车运行图内控制k站的停站扣除时间；

T_min＝τ*(M-1)

式中：M为规划化列车运行图列车数量，τ为始发站最少发车间隔时间；

T₊＝Δt*k

式中：Δt为高速列车在区段内停站一次，引起的旅行时间增加；

Δt＝t₁+t₂+t₃

式中：t₁为高速列车停车附加时间，t₂为高速列车停站时间，t₃为高速列车起动附加时间。

进一步的，所述高速铁路列车各级节点的停站率和停站次数计算方法如下：

高速铁路车站集S＝(1，2，......,n)，车站i∈S，划分为a种等级的车站，即S＝{S(1),S(2),......,S(a)}；列车集L＝(1，2，......,m)，列车j∈L，可开行b种类别的旅客列车，即L＝(L(1),L(2),......,L(b))；

x_ij表示列车j在车站i是否有停车作业：

车站i的停站次数列车j的停站次数

则总停站次数为：

车站i的停站率λⁱ为：

各等级车站的停站率为λ^s，s＝1,2,......,a；

根据最低等级车站停站率λ^a，停站次数SN_a，计算其他各等级车站的停站率λ^s和停站次数SN_s；

规格化列车运行图中总停站次数N为：

进一步的，所述高速铁路车站等级，根据层次分析法计算构建的车站重要度评价体系进行。

进一步的，所述规格化列车运行图一个周期内列车的种类和数量确定方法如下：

在规格化列车运行图中，按q站停列车来划分列车种类；

q＝(1,2,......,Q)为不连续正整数，Q为列车最多停站数，共可开行b种类别的旅客列车；

q站停的第l种类列车的单次列车停站次数LN_l＝q，l＝1,2,......,b，q＝1,2,......,Q，列车的总停站次数为：

规格化列车运行图中，列车L＝(L(D),L(WD))，

L(D)为有确切比例种类，且数量为X的列车，L(WD)为待确定种类列车的数量为Y；

总停站次数N为：

N＝N(L(D))+N(L(WD))

通过上述可以得到Y的值；

所有列车数量为：

M＝X+Y。

本发明的有益效果是：

(1)本发明以车站停站率、不同种类列车停站次数为基础，设计的周期列车产品能够充分满足高速铁路沿线客流需求及旅行时间；

(2)本发明规格化列车运行图周期的计算方法具有普适性，可用于不同高速铁路编制规格化列车运行图的需求。

附图说明

图1为高速列车在区段内停站一次引起的旅行时间增加示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

一种高速铁路规格化列车运行图的周期确定方法，包括以下步骤：

将高速铁路车站划分为若干等级的节点；

确定规格化列车运行图一个周期内列车的种类和数量；

计算高速列车运行图周期T长度。

车站停站率的确定有2种方法，一是根据既有列车开行方案确定的停站次数为基础，最低等级车站停站率是该车站停站次数与最高等级车站停站次数比值，其他车站停站率是该车站停站次数与最高等级车站停站次数比值；另一方法根据客流调查的结果，根据各车站的客流量大小，确定各等级车站停站率。

本发明将高速铁路车站划分为若干等级的节点，在保证最低等级车站的停站需求基础上确定各等级节点的停站率和停站次数；涉及规格化列车运行图一个周期内列车产品(包括列车种类和数量)；推算该单元内列车所占用的时间，结合铁路营业时间及周期宜小时的整倍数等要求；基于此，确定高速铁路列车运行图周期长度T。

x_ij表示列车j在车站i是否有停车作业：

车站i的停站次数列车j的停站次数

则总停站次数为：

车站i的停站率λⁱ为：

上式中车站i属于不同车站等级a。

下面分别说明上述各步骤的具体计算过程：

(1)高速铁路车站等级划分

车站重要度是划分高速铁路车站等级的重要依据，可构建车站重要度评价体系，根据层次分析法计算，将车站集S＝(1，2，......,n)划分为a个等级，则S＝(S(1),S(2),......,S(a))，车站i∈S；层次分析法是将与决策总是有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法。

车站重要度的评价指标体系综合考虑车站所涉及到的地方经济、网络衔接与运输组织几个、方面，划分为四层：目标层、指标层、次指标层和方案层；目标层为车站重要度，指标层包括客运需求、客运能力、路网属性和社会属性指标；次指标层包括铁路旅客发送量、始发列车数量、城市人口数量；客运设施规模、铁路生产力布局(动车段所布局及数量)；线路衔接情况、空间可达性；城市属性、人均可支配收入、经济发展潜力等；方案层则为高速铁路上的各个车站。

层次结构反映的是各因素之间的关系，各指标在评价体系中的重要程度则需要靠权重来反映；层次分析法是通过对各级指标进行两两对比，按9分位比率对各指标进行相对优劣的排序(即使用数字1-9来表示，1表示同等重要，3表示稍微重要，5表示较强重要，7表示强烈重要，9表示极端重要，2、4、6、8则是两相邻判断的中间值)，依次构造出各级评价指标的判断矩阵；该判断矩阵是一种正互反矩阵，需要满足：(1)a_ij>0；(2) (3)a_ii＝1(i＝1,2,…,n)；然后根据以下式子计算矩阵特征向量ω和最大特征根λ_max：

特征向量：

特征向量归一化：

最大特征根：

最后检验判断矩阵的一致性；

采用下式方法进行判断：

式中：RI为随机一致性标准，通过表1取值：

表1平均随机一致性指标RI标准值表

若CR＜0.1，则认为该判断矩阵的一致性可以接受，即通过检验；否则需要调整矩阵的元素，重新进行计算。

下面通过具体的实施例进行说明：

一级判断矩阵：

通过计算得到：

ω＝(0.549 0.245 0.153 0.053)；λ_max＝4.104；CI＝0.035；CR＝0.039。

二级判断矩阵：

经计算得到：

ω₁＝(0.582 0.309 0.109)，ω₂＝(0.613 0.387)，ω₃＝(0.613 0.387)，ω₄＝(0.637 0.258 0.105)；

λ_max1＝3.004，λ_max2＝2.027，λ_max3＝2.027，λ_max4＝3.038；

CI₁＝0.002，CI₂＝0.027，CI₃＝0.027，CI₄＝0.019；

CR₁＝0.003，CR₂＝0.027，CR₃＝0.027，CR₄＝0.033。

对于上述所有CR，均有CR＜0.1，故通过一致性检验，判断矩阵是可靠的，由此计算出的各指标的权重如下表所示：

表2高速铁路车站重要度评价指标及权重

从上表可以看出，在车站重要度评价体系中，客运需求指标对车站重要度的影响程度最大，所占权重比例高达54.9％，客运能力指标次之，此外还有路网属性指标和社会属性指标等。

一般的，高等级车站多位于省会级大城市，其基础设施完备，一般可以作为高速列车开行的始发终到站；中等级车站多位于沿线大中城市，可通过交替停站方式，满足高频率的列车到发；低等级车站多位于中小城市，其客流需求较前两者要少，可选择站站停和交错停站合理搭配开行。

(2)车站的停站率确定

通过上述分级方法，将车站集S＝(1，2，......,n)划分为a个等级，即S＝{S(1),S(2),......,S(a)}，S(a)为最低等级车站集，车站i∈S。

将各等级车站的停站率记为λ^s，s＝1,2,......,a，由于高铁采用规格化运行图的运输模式，全天的运行图是由单规格化列车运行图构成，因此在一规格化列车运行图中，必须保证每个车站的停站次数满足客流基本停站需求；因此以最低等级车站停站率λ^a，停站次数SN_a为基准，推算其他各等级车站的停站率λ^s和停站次数SN_s；例如京沪项目中是以既有运行图各车站的停站次数为基础，将定远设为2站，南京南为42站，因此定远停站率是2/42＝5％，南京南是100％，进而反推其他站；定义从低到高等级的停站率是递增的，那么s等级车站停站率是(a-s+1)乘以最低等级的停站率。

因此一规格化列车运行图内的总停站次数为N：

根据可以推算得出SN_s。

(3)周期列车产品设计

设计满足旅客出行需求的列车种类和数量，同时列车满足车站停站率λ^β。

A、在一规格化列车运行图内，按q站停列车来划分列车种类，q＝(1,2,......,Q)为不连续正整数，Q为列车最多停战数，且共可开行b种类别的旅客列车；那么，q站停的第l种类别列车的单次列车停站次数LN_l＝q，l＝1,2,......,b，q＝1,2,......,Q；列车的总停站次数为：

根据可以推算得出LN_l。

B、在一规格化列车运行图内，列车L＝(L(D),L(WD))，其中一种L(D)是根据旅客出行需求和旅行时间等影响因素而确定的有确切比例和数量为X的某几种类型列车，另一种L(WD)是待确定数量Y的其余类型列车；

由于总停站次数满足：

N＝N(L(D))+N(L(WD))

由上式可求得其余种类列车的数量Y；

因此，一规格化列车运行图内的所有列车数量为：

M＝X+Y。

(4)周期长度的确定

一规格化列车运行图内的M条列车运行线所占用的时间，即为需要求得的周期长度T。

A、周期长度T需为1h的整倍数，有利于辅画规格化列车运行图的方便性，以及旅客对列车时刻表的记忆性；

T∈N^*；

B、列车运行线至少需要占用时间为T_min：

T_min＝τ*(M-1)

式中：M为规划化列车运行图列车数量，以始发站列车运行线占用时间来说，M条线意味着有M-1个间隔，τ为始发站最少发车间隔时间；

C、不同列车之间因停站次数及停站时间不同，会产生相互间的能力扣除，列车在区段内停站一次，将引起旅行时间增加，并影响紧随其后的后一列车，增加两列车之间的发车间隔；

高速列车在区段停站一次，对通行能力的影响由图1所示；

高速列车在区段内停站一次，将引起旅行时间增加值Δt，计算方法如下：

Δt＝t₁+t₂+t₃

其中：t₁表示高速列车停车附加时间；t₂表示高速列车停站时间；t₃表示高速列车起动附加时间。

D、由于不同的列车排列方式占用运行图时间不同，产生的多余停站消耗时间不同；根据调整列车运行线排列方案，可以控制其占用时间，在一规格化列车运行图控制k站的停站扣除时间，即：

T₊＝Δt*k。

E、由此计算出高速铁路规格化列车运行图的周期长度T为：

本发明中提到相关名称如下所示：

列车运行线：在列车运行图上表示列车运行时间及该时间内所经过或到达车站的一条斜线；

客流：大量旅客向着同一方向流动而形成客流；

客流路径：客流由始发站被运送至终到站所经过的线路；

列车开行模式：我国铁路线路主要分为普速铁路线路、200-250km/h速度等级高速铁路线路、250-300km/h速度等级高速铁路线路，运行列车主要分为普速列车、200-250km/h速度等级高速列车、250-300km/h速度等级高速列车，列车与线路的运行组合决定着不同的列车开行模式；从组织列车开行的角度而言，列车开行模式可分为直达模式以及换乘模式；

层次分析法：层次分析法是将与决策总是有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法。

本发明考虑周期产品设计确定周期长度，按照列车停站次数划分列车种类，并根据旅客出行需求和旅行时间等因素确定列车种类；结合周期长度的整数特性，列车运行图辅画中的能力扣除确定规格化列车运行图周期长度；能够充分满足高速铁路沿线客流需求及旅行时间，并且能够满足不同高速铁路线路编织规格化列车运行图的需求。

Claims

1.一种高速铁路规格化列车运行图的周期确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

将高速铁路车站划分为若干等级的节点；

确定规格化列车运行图一个周期内列车的种类和数量；

计算高速列车运行图周期T长度。

2.根据权利要求1所述的一种高速铁路规格化列车运行图的周期确定方法，其特征在于，所述高速列车运行图周期长度，计算方法如下：

T_min＝τ*(M-1)

T₊＝Δt*k

Δt＝t₁+t₂+t₃

3.根据权利要求1所述的一种高速铁路规格化列车运行图的周期确定方法，其特征在于，所述高速铁路列车各级节点的停站率和停站次数计算方法如下：

x_ij表示列车j在车站i是否有停车作业：

车站i的停站次数列车j的停站次数

则总停站次数为：

<mrow> <mi>N</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <msub> <mi>SN</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msub> <mi>LN</mi> <mi>j</mi> </msub> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>j</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>m</mi> </munderover> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>j</mi> </mrow> </msub> </mrow>

车站i的停站率λⁱ为：

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各等级车站的停站率为λ^s，s＝1,2,......,a；

规格化列车运行图中总停站次数N为：

<mrow> <mi>N</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>s</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>a</mi> </munderover> <msub> <mi>SN</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>,</mo> <mi>s</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mo>...</mo> <mo>...</mo> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>.</mo> </mrow>

4.根据权利要求1所述的一种高速铁路规格化列车运行图的周期确定方法，其特征在于，所述高速铁路车站等级，根据层次分析法计算构建的车站重要度评价体系进行。

5.根据权利要求3所述的一种高速铁路规格化列车运行图的周期确定方法，其特征在于，所述规格化列车运行图一个周期内列车的种类和数量确定方法如下：

在规格化列车运行图中，按q站停列车来划分列车种类；

<mrow> <mi>N</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>l</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>b</mi> </munderover> <msub> <mi>LN</mi> <mi>l</mi> </msub> <mo>;</mo> </mrow>

规格化列车运行图中，列车L＝(L(D),L(WD))，

总停站次数N为：

<mrow> <mi>N</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>s</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>a</mi> </munderover> <msub> <mi>SN</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&Sigma;</mo> <mrow> <mi>l</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>b</mi> </munderover> <msub> <mi>LN</mi> <mi>l</mi> </msub> </mrow>

N＝N(L(D))+N(L(WD))

通过上述可以得到Y的值；

所有列车数量为：

M＝X+Y。