CN108564517A - 一种铁路车站咽喉区列车最小进路冲突的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁路车站咽喉区列车最小进路冲突的计算方法，包括以下步骤：计算列车到达并停靠在到发线的时间和列车开始占用进路的时间；计算冲突度；车站咽喉区列车最小进路冲突的计算。本发明的优点在于：通过考虑进路方向、进路决策、进路冲突及运行计划调整，提出一种铁路车站咽喉区列车最小进路冲突计算方法，通过采用该方法能够为TPR问题提供安全可靠的思路，并且通过利用与该方法相关的安全规则，能够极大程度提升咽喉区通过能力，从而实现整个路网能力提升。
Description
技术领域
本发明涉及车站咽喉区冲突计算技术领域，特别涉及一种铁路车站咽喉区列车最小进路冲突的计算方法。
背景技术
到发线运用及接发车进路综合运用问题，即Train Platforming and Routing(TPR)Problem，是通过合理分配车站到发线及其相关进路，在保证车站接、发列车作业安全的基础上，提升车站作业效率的一类问题。如今，路网上的枢纽站通常衔接一定数量的铁路干线，因此需要对车站到发线及进路进行合理分配，从而满足站内庞大车流的作业要求，并且到发线运用及接发车进路综合运用计划的实时调整有利于将极端天气等对铁路运输所带来的影响降至最低。所以，合理且迅速的解决TPR问题，对于车站乃至整个路网运输效率提升都具有决定性作用。
TPR问题的基础问题是如何构建到发线及进路冲突模型，主要采用如下几类技术进行建模：
冲突图，用节点代表进路或列车，并将其间冲突抽象为节点间的连线；
数学模型，用整数型变量表示潜在的冲突；
间接定义，将进路和到发线抽象为独立的实体。
因为到发线及进路冲突模型的构建质量直接决定TPR问题的求解质量，因为提出一种铁路车站咽喉区列车最小进路冲突的计算方法。
传统铁路车站咽喉区列车进路冲突的计算主要有以下现有技术。
现有技术一：利用间接冲突图构建车站拓扑结构，将列车与进路合并为赋权的节点，并将与其它节点没有冲突的节点被归入“安全集”，从而避免冲突。
现有技术一的缺点在于：
1.如果每个列车有至少三条进路，则该问题是NP-完全的；
2.无法调整时刻表；
3.没有考虑进路方向。
现有技术二：
将列车定义为具有很多颜色的节点，并通过两个不同颜色节点间的连线表示冲突。
现有技术二的缺点在于：
1.没有考虑进路决策；
2.无法调整时刻表；
3.没有考虑进路冲突。
现有技术三：
冲突图，用进站进路、到发线及出站进路的组合表示为图中的一个节点，并用节点间的连线表示冲突。
现有技术三的缺点在于：
1.无法调整时刻表；
2.没有考虑进路方向。
现有技术四：
将时间维度引入冲突分析，在给定设备的情况下，给冲突组的可利用时间上留下足够的容差。
现有技术四的缺点在于：
1.没有考虑进路决策；
2.没有考虑进路方向；
3.没有考虑进路冲突。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种铁路车站咽喉区列车最小进路冲突的计算方法，能有效的解决上述现有技术存在的问题。
为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种铁路车站咽喉区列车最小进路冲突的计算方法，包括以下步骤：
步骤1，符号定义、参数定义和变量定义如表1、表2、表3所示；
表1集合及符号定义
表2参数定义
表3变量定义
步骤2，
计算列车到达并停靠在到发线的时间：
计算列车尾部出站时间：
计算列车开始占用进路的时间：
步骤3，计算冲突度；
冲突度计算由六部分时间进行计算，公式如下：
t追踪间隔＝t进路创建+t司机反应+t列车接近+t进路运行+t进路出清+t进路释放 (4)
其中，t进路创建是进路创建时间，包括信号开放时间、道岔转换时间及进路信息传递时间；t司机反应为司机反应时间；t列车接近为列车接近进路保护信号机的时间；t进路运行为列车头部在进路上的运行时间；t进路出清为进路共用区段出清时间；t进路释放是列车释放所有冲突区间的时间。t进路创建、t司机反应、t列车接近及t进路释放通常被作为常量处理，而t进路出清则取决于每列车的长度及速度。
步骤4，车站咽喉区列车最小进路冲突的计算；
车站咽喉区列车最小进路冲突主要采用如下两种安全规则，每一种安全规则对应一种冲突计算公式：
第一种安全规则是：一次占用一次解锁规则，如果一条进路被列车占用，那么该进路的敌对进路只有在列车通过进路上的所有轨道及道岔且解锁进路时才能被申请占用；冲突度γa,b为
其中ta是列车在进路a上的总运行时间，同理γb,a为
第二种安全规则是：一次占用分段解锁；
动态解锁规则是指列车在进路上运行时，与其进路冲突的后行列车能够申请进路，并且当共用区段被释放时，道岔状态能够及时转换。车站咽喉区最小进路冲突度为
车站咽喉区最小进路冲突计算方法的实现在于保证警冲标区域内只有一列列车，后行车在前行车离开警冲标区域时便开始进入该区域。
进一步地，步骤3中针对冲突度计算，假设：
1.无论列车选择哪条进路，其列车运行速度是恒定的；
2.安全规则，即当列车通过其申请占用进路时，那么组成进路的区段即被释放；所以如果该进路的冲突进路被释放，列车能够立即申请占用进路。
进一步地，关于步骤3中的冲突度具有不对称性；
如果列车k在τa时刻申请进路a，那么τb必须满足下式
其中是t进路创建、t司机反应、t列车接近及t进路释放的和，冲突度按下式计算
其中tta,h是列车在进路a和b共用轨道或道岔区段h上的运行时间；lk和vk分别为列车k的长度及平均运行速度，因此lk/vk代表列车k头部到达冲突进路共用区段至尾部到达共用区段的时间。所以冲突度γa,b表示的是列车k头部到达进路第一个区段时起至列车尾部离开共用区段时止的一段时间；
如果列车k在τ′b时刻申请进路b，则有：
进一步地，关于步骤3中的冲突度具有方向敏感性，即冲突度基于所涉及进路的方向；
以进路a和b为例，冲突度γc,a表示为
与现有技术相比本发明的优点在于：通过考虑进路方向、进路决策、进路冲突及运行计划调整，提出一种铁路车站咽喉区列车最小进路冲突计算方法，通过采用该方法能够为TPR问题提供安全可靠的思路，并且通过利用与该方法相关的安全规则，能够极大程度提升咽喉区通过能力，从而实现整个路网能力提升。
附图说明
图1为本发明实施例列车进路示意图；
图2为本发明实施例到发线及站台示意图；
图3为本发明实施例进路冲突示意图；
图4为本发明实施例；
图5为本发明实施例列车追踪间隔时间示意图；
图6为本发明实施例一次占用分段解锁示意图；
图7为本发明实施例冲突进路的不对称性及方向敏感性；
图8为本发明实施例一次占用一次解锁示意图；
图9为本发明实施例最小进路冲突示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。
一种铁路车站咽喉区列车最小进路冲突的计算方法，包括以下步骤：
步骤1，符号定义如表1、表2、表3所示；
表1集合及符号定义
表2参数定义
表3变量定义
进路定义：
进路由若干个首尾相连的道岔和轨道区段组成，由信号机及联锁控制。
在单线铁路车站中，上下行列车接发列车共享运输资源，如图1所示。甚至在一些双线铁路车站中，也会有这种情况存在。占用相同道岔和轨道的接发车进路按列车运行方向独立定义。每条进路用从起点至终点的有序区段序列来定义，以图1为例，其中进路a被定义为
警冲标定义：
警冲标设立在两线路汇合处，如果列车越过警冲标，将会妨碍列车通过另外一条线路。警冲标的具体位置由轨道上的列车决定，通常警冲标与邻近道岔间有一定的距离。
到发线及站台定义：
站台是设立在到发线旁，供旅客乘降的一块站内区域，对于列车来说，其最终停靠在到发线而不是站台上。如图2所示，一但列车的到发线确定了，则其相对应的站台也就相继确定了。相反，一个站台可能供两条到发线使用。并且，一些列车可能直接通过车站而不在站台处停留，因此，在计算进路冲突时应该考虑到发线而不是站台。
冲突进路定义：
如果进路间共享运输设备，那么重叠区段的这些共用设备不能被两列车同时占用，这两列车各自的进路互为冲突进路。
如图3所示，列车1由u1进站经由进路a进站，停靠到发线I；列车2由到发线3经由进路b，从v1出站，进路a、b共用道岔s4,s6及轨道s5，因此，进路a和进路b构成一对冲突进路，将其共用区段定义为集合
车站作业时间定义：
进站时间，列车头部到达车站区域并即将占用进站区域的时间；
到达时间，列车停靠在到发线上的时间；
出发时间，列车开始离开时到发线并占用出站进路的时间；
出站时间，列车尾部出清出站进路的时间。
车站作业时间之间存在如图4所示的时空关系，进站时间及到达时间之间存在如下关系
出发时间与出站时间之间存在如下关系
列车开始占用进路时间通过式(3)进行定义
步骤2，冲突度计算
如果共用轨道区段的两列车之间没有充足的间隔时间及追踪间隔时间，那么这两列车间存在冲突。在铁路实际生产中，列车追踪间隔取决与两相邻列车间的闭塞距离，如图5所示，可由六部分时间进行计算，公式如下：
t追踪间隔＝t进路创建+t司机反应+t列车接近+t进路运行+t进路出清+t进路释放 (4)
其中，t进路创建是进路创建时间，包括信号开放时间、道岔转换时间及进路信息传递时间；t司机反应为司机反应时间；t列车接近为列车接近进路保护信号机的时间；t进路运行为列车头部在进路上的运行时间；t进路出清为进路共用区段出清时间；t进路释放是列车释放所有冲突区间的时间。t进路创建、t司机反应、t列车接近及t进路释放通常被作为常量处理，而t进路出清则取决于每列车的长度及速度。
为了保证列车最小安全间隔，最简单的方法是用二元的变量表示进路-列车对之间的冲突关系，但是这种方法的问题在于只能通过有或无来定义运输资源的占用权，所以通常根据追踪间隔时间要求封锁一整条进路，从而导致列车车站作业的保守及低效。但事实上，进路间的冲突度差别很大，需要综合考量进路及列车，因此进路上的一些区段随着列车的离开便能够实现释放。
进路a和b间的冲突度γa,b是指由于列车a先于冲突进路b申请被占用，导致列车b无法被占用而等待的一段时间，因此冲突度取决于进路申请占用顺序。
针对冲突度计算，需要作如下两点假设
1.无论列车选择哪条进路，其列车运行速度是恒定的；
2.安全规则，即当列车通过其申请占用进路时，那么组成进路的区段即被释放。所以如果该进路的冲突进路被释放，列车能够立即申请占用进路，如图6所示
关于冲突度，有如下两个重要的特点
1.不对称性，即γa,b≠γb,a。以图7-(a)为例，进路a和进路共用轨道sa,2，道岔sa,1和sa,3。如果列车k在τa时刻申请进路a，那么τb必须满足
其中是t进路创建、t司机反应、t列车接近及t进路释放的和，因此冲突度可以按下式计算
其中tta,h是列车在进路a和b共用轨道或道岔区段h上的运行时间；lk和vk分别为列车k的长度及平均运行速度，因此lk/vk代表列车k头部到达冲突进路共用区段至尾部到达共用区段的时间。所以冲突度γa,b表示的是列车k头部到达进路第一个区段时起至列车尾部离开共用区段时止的一段时间。
反之，如果列车k在τ′b时刻申请进路b，则有
因为，tta,h和ttb,h′可能不同，故γa,b≠γb,a。
2.方向敏感性，即冲突度基于所涉及进路的方向。
即便是由相同轨道及道岔区段组成的接发车进路，也会与其它进路间构成完全不一样的冲突模式。以图7-(b)中的进路a和b为例，冲突度γc,a可以表示为
步骤3，车站咽喉区列车最小进路冲突的计算方法
公式(6)、(8)及(9)中的冲突度都是基于假设2中的安全规则，显然，如果采用不同的安全规则，那么冲突度显然是不同的。目前，实际生产中主要采用如下两种安全规则：
1.一次占用一次解锁规则，如果一条进路被列车占用，那么该进路的敌对进路只有在列车通过进路上的所有轨道及道岔且解锁进路时才能被申请占用。以图8为例，在安全规则1下，进路b只有在进路a完全解锁后方能被申请占用，因此冲突度γa,b为
其中ta是列车在进路a上的总运行时间，同理γb,a为
2.一次占用分段解锁，即假设2中提到的安全规则。
基于上述两类安全规则，提出一种新的安全规则，即动态解锁规则，在保障车站安全性的同时，能够实现车站咽喉区进路冲突最小。
动态解锁规则是指列车在进路上运行时，与其进路冲突的后行列车能够申请进路，并且当共用区段被释放时，道岔状态能够及时转换。也就是说，只要后行列车的轨迹不会使它比其安全制动距离更接近冲突进路，当共用区段尚且被占用时，其冲突进路仍能被申请占用。值得注意的是，因为列车在其联锁区域内通常较短并且处于ATC制动曲线的连续监控下，因此制动距离通常较短。
如图9-(a)所示，列车k'在列车k尾部释放道岔后到达区段sa,3(sb,2)，相比较于图8，节省了tt3(列车在轨道3上的运行时间)。因此，车站咽喉区最小进路冲突度为
车站咽喉区最小进路冲突计算方法的实现在于保证警冲标区域内只有一列列车(图9-(b)中警冲标1)，后行车在前行车离开警冲标区域时便开始进入该区域。值得注意的是，目前车站咽喉区最小进路冲突计算方法及相关安全规则尚未在任何车站中得到应用，但是在编组站驼峰系统中使用了相似的规则。随着列控系统即通信技术的成熟，通过采用车站咽喉区最小进路冲突计算方法，能够为TPR问题提供安全可靠的思路。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种铁路车站咽喉区列车最小进路冲突的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，符号定义、参数定义和变量定义如表1、表2、表3所示；
表1集合及符号定义
表2参数定义
表3变量定义
步骤2，
计算列车到达并停靠在到发线的时间：
计算列车尾部出站时间：
计算列车开始占用进路的时间：
步骤3，计算冲突度；
冲突度计算由六部分时间进行计算，公式如下：
t追踪间隔＝t进路创建+t司机反应+t列车接近+t进路运行+t进路出清+t进路释放 (4)
其中，t进路创建是进路创建时间，包括信号开放时间、道岔转换时间及进路信息传递时间；t司机反应为司机反应时间；t列车接近为列车接近进路保护信号机的时间；t进路运行为列车头部在进路上的运行时间；t进路出清为进路共用区段出清时间；t进路释放是列车释放所有冲突区间的时间；t进路创建、t司机反应、t列车接近及t进路释放通常被作为常量处理，而t进路出清则取决于每列车的长度及速度；
步骤4，车站咽喉区列车最小进路冲突的计算；
车站咽喉区列车最小进路冲突主要采用如下两种安全规则，每一种安全规则对应一种冲突计算公式：
第一种安全规则是：一次占用一次解锁规则，如果一条进路被列车占用，那么该进路的敌对进路只有在列车通过进路上的所有轨道及道岔且解锁进路时才能被申请占用；冲突度γa，b为
其中ta是列车在进路a上的总运行时间，同理γb，a为
第二种安全规则是：一次占用分段解锁；
动态解锁规则是指列车在进路上运行时，与其进路冲突的后行列车能够申请进路，并且当共用区段被释放时，道岔状态能够及时转换；车站咽喉区最小进路冲突度为
车站咽喉区最小进路冲突计算方法的实现在于保证警冲标区域内只有一列列车，后行车在前行车离开警冲标区域时便开始进入该区域。
2.根据权利要求1所述的一种铁路车站咽喉区列车最小进路冲突的计算方法，其特征在于：步骤3中针对冲突度计算，假设：
1.无论列车选择哪条进路，其列车运行速度是恒定的；
2.安全规则，即当列车通过其申请占用进路时，那么组成进路的区段即被释放；所以如果该进路的冲突进路被释放，列车能够立即申请占用进路。
3.根据权利要求2所述的一种铁路车站咽喉区列车最小进路冲突的计算方法，其特征在于：关于步骤3中的冲突度具有不对称性；
如果列车k在τa时刻申请进路a，那么τb必须满足下式
其中是t进路创建、t司机反应、t列车接近及t进路释放的和，冲突度按下式计算
其中tta，h是列车在进路a和b共用轨道或道岔区段h上的运行时间；lk和vk分别为列车k的长度及平均运行速度，因此lk/vk代表列车k头部到达冲突进路共用区段至尾部到达共用区段的时间；所以冲突度γa,b表示的是列车k头部到达进路第一个区段时起至列车尾部离开共用区段时止的一段时间；
如果列车k在τ＇b时刻申请进路b，则有：
4.根据权利要求3所述的一种铁路车站咽喉区列车最小进路冲突的计算方法，其特征在于：关于步骤3中的冲突度具有方向敏感性，即冲突度基于所涉及进路的方向；
以进路a和b为例，冲突度γc，a表示为
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