CN110704996B - 一种移动闭塞制式下货运车站接发车能力的分析方法 - Google Patents

Abstract

一种移动闭塞制式下货运站接发车能力的分析方法，包括基于线路基础设施建立双点拓扑模型，对列车动力学及移动闭塞控车模型进行建模，同时基于能力相关的信号系统时间参数建立数据库；寻找瓶颈串行进路节点SRN所在的进路组合,即形成最大追踪间隔的最不利接/发车进路组合；计算最不利接/发车进路组合的设计间隔,基于设计间隔计算值进行判断：计算基于运行图的平均接/发车设计间隔，该方法可提高移动闭塞制式下大型货运站接发车能力分析的科学性和准确性，而且大大降低分析的难度、复杂度以及计算的工作量。

Description

一种移动闭塞制式下货运车站接发车能力的分析方法

技术领域

本发明涉及轨道交通控制技术领域，具体涉及一种大型货运车站接发车能力的分析方法，尤其涉及一种移动闭塞制式下货运车站接发车能力的分析方法。

背景技术

移动闭塞制式是指不需要将区间分成固定的若干闭塞分区，而是在两列车间自动地调整运行间隔，使之经常保持一定的距离。从而大大地提高区段的通过能力。移动闭塞的基本技术特征是具有车地间双向安全数据通信，充分利用先进的通信传输手段，实时地或定时地进行列车与地面间的双向通信联络，使得后续列车可以及时了解前方列车运行实际间隔距离，后续列车通过计算即可给出最佳制动曲线，既提高了区间通行能力，又减少了频繁减速制动操作，改善了旅客乘车舒适度，由于车地间通信信息量的加大，地面可以实时地向车载信号设备传递列车运行前方线路障碍物和限速情况，指导列车按线路限制条件运行，提高了列车运行安全性。

线路通过能力(包括接发车能力)是指该铁路线，在采用一定类型的机车车辆和行车组织方法的条件下，根据其现有的固定设备(包括区间、车站、机务段、给水设备、供电设备等)，在单位时间内最多能通过的列车对数或列车数。计算线路通过能力的一般公式为：

n_max＝3600/h

n_max----线路在每小时内能够通过的最大列车数(列)

h----列车间隔Headway(秒)

列车间隔是列车按规定的速度曲线无障碍安全运行的最小时间间隔。列车间隔是决定线路通过能力的唯一因素。

本申请的车站接/发车能力为设计能力，衡量标准为接/发车设计间隔(以下简称间隔)，即不考虑运营裕量的最小运行间隔。

接/发车间隔有两个层面的含义：

(1)瓶颈环节的设计间隔，即各种车型在最不利接/发车进路组合下的设计间隔的最大值H_max，意味着此处为车站的瓶颈值，一旦瓶颈值满足设计间隔，则该车站设计间隔将得到满足。

(2)平均最小接/发车间隔，即在一定的运行图接/发车方案下获得的平均最小运行间隔，计算方程如下：

t_h＝∑(t_h,ij·f_ij)

t_h为平均最小间隔；t_h,ij列车j跟随列车i的间隔；f_ij为运行图方案中列车j跟随列车i的相对出现频率。

如果车站各种车型组合在所有可能的运行图接/发车方案下的平均最小接/发车间隔都满足设计间隔，我们认为该条线路接/发车能力满足设计间隔。

货运车站作业多样、临时性强、站停时间无法固定也无法预测，因而能力焦点主要是分析瓶颈车站接/发车能力。目前我国货运车站通常采用的接发车能力分析方法主要是基于牵引计算软件的公式计算法，而面对货运车站接/发车能力分析的复杂性，主要存在如下问题：

(1)重载货运车站接/发车股道数量多且同一接/发车股道的进路不止一条，大型站接发车进路经常多达20余条，且线路上运行的车型种类多，如直接计算各种车型在各种可能的进路组合下的设计间隔，计算工作量将极其繁重；

(2)大型货运车站接/发车股道进路的排列随机性较强，不能指定股道进入顺序，故运行图方案不能固定股道进入顺序，只有各种可能的车型组合下各种可能的运行图方案下平均最小接发车间隔都满足设计间隔，才能保证设计间隔满足。公式计算法无法实现所有运行图接/发车方案下的能力分析；

(3)没有考虑列车超速防护系统控车模型以及信号系统工作流程对能力的影响，导致计算结果不够科学和准确。

发明内容

本发明的目的在于克服现有方法的不足，针对目前货运站接发车能力计算方法不够科学和准确的现状，提供一种简便的移动闭塞制式下货运车站接发车能力的分析方法，不仅可提高移动闭塞制式下大型货运站接发车能力分析的科学性和准确性，而且大大降低分析的难度、复杂度以及计算的工作量。

本发明提供了一种移动闭塞制式下货运站接发车能力的分析方法，该方法包括如下步骤：

A.基于线路基础设施建立双点拓扑模型，对列车动力学及移动闭塞控车模型进行建模，同时基于能力相关的信号系统时间参数建立数据库；

B.寻找瓶颈串行进路节点SRN所在的进路组合,即形成最大追踪间隔的最不利接/发车进路组合；

C.计算最不利接/发车进路组合的设计间隔,基于设计间隔计算值进行判断：

如果该值小于等于线路期望的设计间隔，则任何一种运行图方案都满足设计间隔，无须进行下一步计算；

如果大于线路期望的设计间隔，则进一步分析基于运行图的平均设计间隔；

D.计算基于运行图的平均接/发车设计间隔。

其中，步骤B具体包括：

B1.基于双点线路拓扑模型，建立车站线路拓扑图；

B2.采用广度优先遍历方式，搜索记录所有可能的进路；

B3.利用进路长度及线路静态限速，得到所有接/发车进路上的时间，取最大值对应的进路作为瓶颈串行进路节点SRN，瓶颈串行进路节点SRN中倒数第二个节点所在的道岔所形成的进路组合即为最不利进路组合。

其中，步骤C具体包括：

C1.建立接/发车闭塞时间窗模型；

C2.计算最不利接/发车进路组合的接/发车间隔；

首先，基于步骤A的建模结果，计算各种车型在瓶颈串行进路节点SRN的单车仿真曲线，即不受阻状态列车运行曲线，得到闭塞时间窗内各时间值，作为闭塞时间计算的输入；

其次，根据闭塞时间窗接/发车间隔计算公式，分别计算各种车型在最不利进路组合下接/发车间隔；

最后，取最大值即为车站接/发车能力的瓶颈值。

其中，步骤D具体包括：

D1.确定最不利车型：根据步骤C2所计算出的接/发车间隔的最大值所对应的车型即为最不利车型

D2.计算最不利车型在所有可能的两两进路组合的接/发车间隔；

D3.确定运行图所涉及的进路集合R；

D4.按照每种可能的运行图方案确保每条接/发车股道均被利用且仅进行一次接/发车作业的原则，建立算法得到进路集合R内所有可能的运行图方案并计算每种方案下平均接发车间隔；

D5.输出最大平均接/发车间隔值；

其中，若进路集合R内最大平均接发车间隔[H_J*]_max小于等于设计间隔，则在对应进路集合内，任何一种运行图方案均满足设计间隔；否则，需要对瓶颈串行进路节点 SRN进行分析，提出针对性改进能力的措施，继续重复该分析方法进行计算。

其中，步骤B1具体包括：

基于双点线路拓扑集合，节点类型为进站信号机，道岔元素和/或出站信号机；线路各节点记为V_i，模型，建立车站线路拓扑图模型：G＝(V，E，t)，其中：

-V：节点其中V_i＝O，V₁，V₂，…，V_i，D_(n)，分析起点为O，D_(n)代表第n条接/ 发车股道的分析终点，n∈[1，N]，N代表车站接/发车股道编号；

-E：连接节点的链路集合，线路各链路e(V_i，V_j)∈E,

V_j∈V；

-t：e(V_i，V_j)为链路上根据线路静态参数计算得到的运行时间集合,t(e)≥0,

基于以上定义，线路静态参数如下：

-分析的起点O：接车能力为进站信号机，发车能力为咽喉区最后一组道岔的防护信号机；

-分析的终点D_(n)：第n条接/发车股道的出站信号机；

-线路各节点V_i公里标K_(Vi)；

-线路两节点间线路限速值V_(Vi，Vj)；

-车长L；

-所有进路的集合R(r_nm)，r_nm表示第n股道第m进路；

-所有进路的时间集合T(t_nm)，t_nm表示第n股道第m进路的时间，其中t_nm的计算公式如下：

其中进路r_nm最后一个节点D_(n)与倒数第二个节点形成的链路长度取一个车长L。

其中，步骤B2具体包括：

基于双点线路拓扑模型，从分析的起点O开始，采用广度优先遍历方式，遍历搜索各节点，若当前节点类型为道岔元素且下一节点的寻径方向有两个，即下一节点可为道岔定位防护点和反位防护点，则依次遍历道岔定位防护点和反位防护点；若当前节点类型为出站信号机，即搜索到一个终点，则将到达该终点的进路r加至进路集合R，进而根据线路静态参数计算进路r的时间t_r并将其添加至时间集合T，否则，继续搜索；如此循环，直至所有节点都被遍历过。

本发明的移动闭塞制式下货运车站接发车能力的分析方法，可以实现：

1.针对货运车站接/发车股道及进路数量众多且运行的车型多，如直接计算每种车型在各种可能的进路组合下的设计间隔，计算工作量将极其繁重的问题，本方法基于线路双点拓扑模型利用广度优先算法、使用线路静态参数迅速搜索进路、寻找瓶颈串行进路节点(SRN)，该节点所在的进路组合为形成最大追踪间隔的最不利进路组合，该方法大大减少仿真、计算的工作量；

2.通过对瓶颈SRN建立闭塞时间窗模型，对各种车型最不利接/发车进路组合的设计间隔进行计算；如得到的瓶颈SRN最大设计间隔小于等于设计间隔，说明该车站的接发车能力满足设计要求，无须进行下一步计算；如不满足设计间隔，则可根据上述结果确定最不利车型，进一步计算最不利车型下基于运行图的平均接发车间隔，极大程度减小基于运行图平均接/发车间隔计算的工作量。

3.考虑了移动闭塞制式下列车ATP控车模型以及信号系统限制条件对能力造成的影响，使输出的结果更加接近实际。

附图说明

图1是本发明所述移动闭塞制式下货运站接发车能力分析方法的流程图；

图2是本发明实施例1中移动闭塞制式下货运站接发车能力的分析方法步骤1.1对车站线路数据建立双点线路拓扑模型示意图；

图3是本发明实施例1中移动闭塞制式下货运站接发车能力的分析方法步骤1.2列车信号系统控车模型；

图4是本发明实施例1中移动闭塞制式下货运站接发车能力的分析方法步骤3.1建立的接车/发车闭塞时间窗模型；

图5是本发明实施例1中移动闭塞制式下肃宁北站接车作业最不利发车进路组合即IIG和IIIG的进路组合示意图；

具体实施方式

下面详细说明本发明的具体实施，有必要在此指出的是，以下实施只是用于本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种移动闭塞制式下货运车站接发车能力的分析方法，接下来具体进行说明：

1.对线路基础设施、列车模型及信号系统建模

1.1对车站线路数据建立双点线路拓扑模型：

线路数据主要包括车站咽喉区线路、道岔、车站区域、坡度、曲率、线路限速点 (包括线路、道岔、车站、坡度及曲率限速)等。

1.2对列车动力学模型及信号系统控车模型建模：

根据欧洲铁路运输管理系统/欧洲列车控制系统(ERTMS/ETCS)列车模型及我国牵引计算软件规程等相关标准建立列车动力学模型；根据基于通信的CBTC列车超速防护系统ATP(Automatic Train Protection)模型以及ATO(Automatic Train Operation列车自动驾驶系统)驾驶策略建立列车控车及自动驾驶模型。

1.3信号系统限制条件：

包括车门开关时间、司机反应时间、车载和地面信号系统反应时间、联锁设备反应时间、道岔动作时间等与能力相关的信号系统工作参数。

2.寻找瓶颈SRN最不利接/发车进路组合

从排队论角度，车站进路节点可以看作复杂的串行服务系统。为了分析车站的接发车能力，车站作为一个复杂的网络必须要分成若干单通道组成部分、即串行进路节点SRN(serial route nodes)，在该节点内所有列车的运行都是排他的。

本发明利用每条进路长度及限速等静态信息建立算法直接定位瓶颈SRN，则可以迅速定位车站瓶颈SRN,继而计算最不利接发车进路组合下能力瓶颈值H_max，大大提升分析的效率。

2.1线路静态参数定义

基于双点线路拓扑模型，建立车站线路拓扑图模型：

G＝(V，E，t)

-V：节点集合，节点类型为进站信号机，道岔元素(岔尖、岔心、定位防护点、反位防护点)，出站信号机，线路各节点V_i，V_i＝O，V₁，V₂…，V_i，D_(n)，分析起点为O，D_(n)代表第n条接/发车股道的分析终点,n∈[1,N]，N代表车站接/发车股道编号；

-E：连接节点的链路集合，线路各链路e(V_i，V_j)∈E,

V_j∈V；

-t：e(V_i，V_j)链路上根据线路静态参数计算得到的运行时间集合,t(e)≥0，

基于以上定义，线路静态参数如下：

-分析的起点O：接车能力为进站信号机，发车能力为咽喉区最后一组道岔的防护

信号机；

-分析的终点D_(n)：第n条接/发车股道的出站信号机；

-线路各节点V_i公里标K_(Vi)；

-线路两节点间线路限速值V_(Vi,Vj)；

-车长L

-所有进路的集合R(r_nm)，r_nm表示第n股道第m进路；

-所有进路的时间集合T(r_nm)，t_nm表示第n股道第m进路的时间，其中t_nm的计算公式如下：

其中进路r_nm最后一个节点D_(n)与倒数第二个节点形成的链路长度取一个车长L。

2.2确定瓶颈SRN

基于双点线路拓扑模型，从分析的起点O开始，采用广度优先遍历方式，遍历搜索各节点，若当前节点类型为道岔元素且下一节点的寻径方向有两个，即下一节点可为道岔定位防护点和反位防护点，则依次遍历道岔定位防护点和反位防护点；若当前节点类型为出站信号机，即搜索到一个终点，则将到达该终点的进路r加至进路集合 R，进而根据线路静态参数计算进路r的时间t_r并将其添加至时间集合T，否则，继续搜索。如此循环，直至所有节点都被遍历过。

Recordingr为进路记录函数；BFS为广度优先遍历函数

寻找瓶颈SRN算法，利用以上算法，可得到所有接/发车进路上的时间，进而计算集合T中的最大值t_max，该值对应的进路即为瓶颈SRN。瓶颈SRN中倒数第二个节点所在的道岔所形成的进路组合即为最不利进路组合。

3.计算最不利接/发车进路组合的设计间隔

3.1建立接/发车闭塞时间窗模型

闭塞时间是列车占用闭塞分区的总时间，从建立当前列车在该分区的进路开始，当前列车完全出清该闭塞分区，解锁进路为止。根据最不利接发车进路组合，建立移动闭塞制式下车站接/发车瓶颈SRN的闭塞时间窗模型。如图4所示。

3.2计算接/发车最不利接发车进路组合的设计间隔

基于1.1-1.3的建模及单车仿真得到闭塞时间窗内各时间值，作为闭塞时间计算的输入。根据闭塞时间窗，可分别计算各种车型在最不利进路组合下接/发车间隔，取最大值即为该车站接发车能力的瓶颈，最大值所对应的车型即为最不利车型。

H_d(1,2)＝T6₁+T7₁+t5+t1+t2+t3+t4+T3₂

H_d(2,3)＝T6₂+T7₂+t5+t1+t2+t3+t4+T3₃

H_d＝max[H_d(1,2)，H_d(2,3)]

H_a(1,2)＝T6₁+T7₁+t5+t1+t2+t3+t4+T4₂+T5₂

H_a(2,3)＝T6₂+T7₂+t5+t1+t2+t3+t4+T4₃+T5₃

H_a＝max[H_d(1,2)，H_d(2,3)]

其中，H_d表示发车间隔，H_a表示接车间隔。

该瓶颈值如小于等于线路期望的设计间隔，则任何一种运行图方案都将满足设计间隔；如果大于，则需要进一步分析基于运行图的平均设计间隔。

4.计算基于运行图的平均接/发车设计间隔

4.1前提条件：

(1)确定最不利车型：根据3.2所计算的各种车型在最不利进路组合下接/发车间隔，取最大值即为该车站接发车能力的瓶颈，最大值所对应的车型即为最不利车型。如果最不利车型下基于运行图的平均接/发车平均间隔满足设计间隔，则意味着所有车型下基于运行图的平均接/发车能力都可满足。

(2)每种可能的运行图方案确保每条接/发车股道均被利用且仅进行一次接/发车作业。

4.2算法描述：

(1)相关定义:

①瓶颈车站共K条接/发车股道

②所有可能的进路形成进路集合R(r_i1,r_i2,...r_j1,r_j2...r_k1, r_k2...)

r_i1代表第i股道第1条进路,以此类推；

③

代表第i股道第1条进路与第j股道第1条进路组合,以此类推；

④进路组合r_i1,j1形成的接/发车间隔H(r_i1,j1)

为i股道第1条进路与j股道第1条进路组合形成的接发车间隔，以此类推。

⑤K条股道按照前提条件所形成的进路组合的可能的接发车方案J^*(r_i1,r_j1,r_s1...)

表示含义：第一列车先由第i股道第一条进路发车/接车进i股道停车，然后第二列车由第j股道第一条进路发车/接车进第j股道，依次，第三列车由第S股道第一条进路发车/接车进第S股道...

⑥接发车方案J^*(r_i1,r_j1,r_s1...)

所对应的平均接发车间隔 H_J*＝[H(r_i1,j1)+H(r_j1,s1)+...]/K。

(2)计算最不利车型下所有可能的两两进路组合的接发车间隔。

利用步骤3描述的方法逐一计算最不利车型在瓶颈车站所有可能的进路组合下的接发车间隔。

(3)确定运行图所涉及的进路集合R

例如可以定义：

①进路集合R_A：定义为所有接发车股道的所有接发车进路集合。

②进路集合R_B：定义为根据3.2计算的进入各接发车股道时间最短的进路集合R_B。

(4)得到进路集合R内所有可能的运行图方案[J*]：

算法描述如下：

MyRecursive(Used_i)为使用递归方式对进入各条到发线的进路进行排列组合的函数。

(5)计算进路集合R_A和R_B下各种运行图方案，并输出平均接发车间隔最大的方案及最大接/发车间隔[H_J*]_max。

若进路集合R_A或R_B下最大平均接发车间隔[H_J*]_max小于等于设计间隔，则在对应进路集合内，任何一种运行图方案均满足设计间隔；否则，需要对瓶颈环节进行分析，提出针对性改进能力的措施，继续重复该算法进行计算。

实施例1

图1是本发明所述移动闭塞制式下货运站接发车能力分析方法的流程图。如图1所示，本发明所述方法主要包括以下步骤：

1.对线路基础设施、列车模型及信号系统建模

1.1对车站线路数据建立双点线路拓扑模型

铁路系统中常使用“网络”描述轨道地形，双点网络图由Montigel提出，特点是点需要成对出现(双点)，即要成功的离开一个点只能往它并排点的方向运行，借助这种方式可以获得列车在道岔区段的合理运行路径。为了正确地描述道岔结构，基于点和线的网络拓扑模型根据道岔的物理结构，将一段完整的道岔线路描述为四个双点及其连接线组成，即道岔的岔尖、岔心、定位防护点和反位防护点，直线方向开通为常在位，侧向开通为非常在位。如图2所示，从D点开始寻径至其相邻点D'，D'的连接点为C点，同理要离开C点，只能寻径到其相邻点C'而非O'点。

1.2对列车动力学模型及信号系统控车模型建模

信号系统ATP控车模型如图3所示。

设想一列列车在一个道岔前必须停车以保护PP危险点，一旦检测出超速，会产生下述三个现象：

1)第一阶段(t₀)，列车继续加速。紧急制动前系统有车载反应和牵引切断的时间延迟。

2)第二阶段(t₁)，牵引切断，列车在紧急制动建立等效时间内继续滑行，只有坡度加速度。

3)第三阶段，实施紧急制动，减速度为B_e。

为了保证列车在最不利情况下在PP点停车，计算出一条紧急制动触发线设停在PG点。该曲线可以用下列等式表示：

加速阶段：

V_t0＝(V₀+V_tol)+(a_t0-a_gmin)×t₀

滑行阶段：

V_t1＝V_t0-a_gmin×t₁

紧急制动阶段：

测距容限：

Δx_tol＝Δx_{tol_static}+(0.03×Δx_balise)

则PP点与紧急制动触发点之间的距离X为：

X＝Δx_t0+Δx_t1+Δx₂+Δx_tol

B_e——紧急制动时列车减速度的最小值,m/s²。在最不利条件下，车辆供应商保证这个数值

a_o——列车牵引阶段加速度的标称值

V₀——紧急制动触发速度

V_tol——容限速度，取值与V₀有关

△x_{tol_static}——最小测距误差

△x_balise——到最后一个应答器的距离

ATO存在时，伺服系统的参考速度由安全曲线加上一段距离D_va变化而来。该值与速度成比例，且取决于测量位移的方法。还应留考虑ATO的动态超调。PP点与常用制动触发点之间的距离XD为：

B_s——常用制动减速度的标称值，可由全车在平坦轨道上测得

K——ATO的动态超调系数

1.3信号系统限制条件：

包括车门开关时间、司机反应时间、车载和地面信号系统反应时间、联锁设备反应时间、道岔动作时间等。

2.寻找瓶颈SRN、确定最不利接/发车进路组合

基于双点线路拓扑模型，从分析的起点O开始，采用广度优先遍历方式，遍历搜索各节点，若当前节点类型为道岔元素且下一节点的寻径方向有两个，即下一节点可为道岔定位防护点和反位防护点，则依次遍历道岔定位防护点和反位防护点；若当前节点类型为出站信号机，即搜索到一个终点，则将到达该终点的进路r加至进路集合R，进而根据线路静态参数计算进路r的时间t_r并将其添加至时间集合T，否则，继续搜索。如此循环，直至所有节点都被遍历过。

利用以上算法，可得到所有接/发车进路上的时间，进而计算集合T中的最大值t_max，该值对应的进路即为瓶颈SRN。瓶颈SRN中倒数第二个节点所在的道岔形成的进路组合即为最不利进路组合。

3.计算最不利接发车进路组合的设计间隔

3.1建立接/发车闭塞时间窗模型

如图4所示，发车闭塞时间窗模型各时间参数含义如下：

-闭塞分区：对发车过程来说,闭塞分区起点为瓶颈SRN最不利进路组合股道所在的发车点出站信号机，终点为咽喉区最后一组道岔岔尖的防护点；对接车过程来说，闭塞分区起点为进站信号机,终点为瓶颈SRN最不利进路组合的道岔区段防护点；

-列车缓解时间T1_*：第*列车司机收到指示进行缓解列车的反应时间T1_*；

-充风时间T2_*：第*列车充风时间T2_*，在移动闭塞制式下，后车可以在前车出清过程中同步进行；

-排列进路时间t1：T联锁排列进路时间(包含道岔动作时间)；

-IL发送给ZC时间t2：联锁向ZC发送进路状态时间；

-ZC-发送给车载的时间t3：ZC计算移动授权发送给后车时间；

-车载设备时间t4：后车车载设备处理时间；

-出发准备时间T3_*：第*列车发车准备时间T3：包括司机反应时间、提手柄开始动车到车轮启动速度大于0的时间；

-司机反应时间T4_*：第*列车司机反应时间T4_*，ATO驾驶时无此反应时间；

-接近时间T_*5：第*列车的接近时间，即车头从该分区入口的接近点以无障碍运行速度行驶到该分区的入口点的时间；接近点为以该闭塞分区的入口点为危险点，根据列车ATP模型计算该列车车头所在的降速点；

-列车运行时间T6_*：第*列车车头在闭塞分区的物理占用时间；

-出清时间T7_*：第*列车车尾出清闭塞分区出口点的时间；

-进路释放时间t₅:联锁采集轨道电路出清状态并解锁进路的时间。

3.2计算接/发车最不利接发车进路组合的设计间隔

接/发车最不利接发车进路组合的设计间隔如满足设计间隔，则任何一种运行图方案都将满足设计间隔；否则，需要进一步分析基于运行图的平均设计间隔。

4.计算基于运行图的平均接/发车设计间隔

(1)计算所有可能的两两进路组合的接发车间隔

利用步骤3描述的方法逐一计算最不利车型在所有可能的进路组合下的接发车间隔。

(2)确定运行图所涉及的进路集合R

(3)得到进路集合R内所有可能的运行图方案[J*]：

(4)计算进路集合R下各种运行图方案，并输出平均接发车间隔最大的方案及最大接/发车间隔[H_J*]_max。

若进路集合R下最大平均接发车间隔[HJ*]max<设计间隔，则在对应进路集合下，任何一种运行图方案均满足设计间隔；否则，需要对瓶颈环节进行分析，提出针对性改进能力的措施，重复该方法进行计算。

以朔黄铁路肃宁北车站接车能力为例，采用本发明的方法分析肃宁北站接车能力在移动闭塞制式下能否实现8分钟设计间隔。

朔黄铁路所开行列车编组多数为万吨列车。目前主要运行的万吨车型主要有以下6 种车型：

根据步骤2的算法计算得到肃宁北站接车作业时，最不利发车进路组合是IIG和IIIG的进路组合，如图5所示。

根据步骤3，对六种车型进行仿真，建立闭塞时间窗模型，计算得到各种车型在瓶颈车站最不利接发车进路组合下的接发车设计间隔，如下表：

由上表可知，移动闭塞制式下肃宁北站最不利进路组合下的接车设计间隔各种车型均大于8分钟。

这时，需要进一步分析肃宁北站基于运行图的平均接车间隔。

根据表1中所计算的各种车型在最不利进路组合下接/发车间隔，最大值621.3秒所对应的车型即为最不利车型，为C64车型。

(1)根据步骤3.2公式计算C64车型在肃宁北站所有可能的进路组合的接车间隔；

(2)根据步骤4算法，可定义两种进路集合：

①进路集合R_A：定义为所有接发车股道的所有接发车进路集合。

②进路集合R_B：定义为根据3.2计算的进入各接发车股道时间最短的进路集合。

输出进路集合R_A和进路集合R_B所有可能的接车方案中平均接车间隔最大值。如下表所示：

利用上述方法计算，可以得出：朔黄铁路移动闭塞制式下，瓶颈环节最不利进路组合下的设计间隔及基于运行图的平均接车间隔最大值均不能满足8分钟。故需要提出可行的改进措施来进一步分析8分钟的可行性。

从肃宁北最不利进路组合可以看到接车间隔不满足8分钟的原因如下：

(1)最不利接车进路组合都要经过一组9号道岔，限速为30km/h，速度过低；

(2)设道岔限速为ATP限速，使得实际走行速度低于24km/h，进一步降低走行效率。

鉴于以上分析提出可行的改进措施如下：

改进措施A：更换最不利进路中的9号道岔为12号道岔。

改进措施B：在更换进路中的9号道岔为12号道岔的同时，提高道岔和站台的ATP限速至50km/h，列车走行速度仍在45km/h以下，可保证行车安全。

重复步骤3算法，计算得到肃宁北最不利进路组合下的设计间隔为:

可以看到，最不利进路组合下的瓶颈值如采用改进措施B可满足8分钟设计间隔，这意味着所有的基于运行图的间隔都将满足8分钟。

但考虑到现场更换道岔难度非常大，继续探讨如果不更换道岔下满足8分钟能力的改进方法。

拟采用改进措施C：提高道岔和站台的ATP限速至50km/h，列车走行速度仍在45km/h以下，可保证行车安全。

重复步骤4算法，得到所有可能的进路组合的接车间隔。

计算进路集合RA和RB下各种运行图方案得到的最大平均接车间隔结果如下：

由此可以看到，采用改进措施C后，RB进路集合下基于运行图的平均接车间隔满足8分钟。

通过上述方法分析，采用改进措施B或C均可以满足8分钟设计间隔。

尽管为了说明的目的，已描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域的技术人员将理解，不脱离所附权利要求中公开的发明的范围和精神的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改、添加和替换等的改变，而所有这些改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围，并且本发明要求保护的产品各个部门和方法中的各个步骤，可以以任意组合的形式组合在一起。因此，对本发明中所公开的实施方式的描述并非为了限制本发明的范围，而是用于描述本发明。相应地，本发明的范围不受以上实施方式的限制，而是由权利要求或其等同物进行限定。

Claims (3)

1.一种移动闭塞制式下货运站接发车能力的分析方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

A.基于线路基础设施建立双点拓扑模型，对列车动力学及移动闭塞控车模型进行建模，同时基于能力相关的信号系统时间参数建立数据库；

B.寻找瓶颈串行进路节点SRN所在的进路组合,即形成最大追踪间隔的最不利接/发车进路组合；

C.计算最不利接/发车进路组合的设计间隔,基于设计间隔计算值进行判断：

如果该值小于等于线路期望的设计间隔，则任何一种运行图方案都满足设计间隔，无须进行下一步计算；

如果大于线路期望的设计间隔，则进一步分析基于运行图的平均设计间隔；

D.计算基于运行图的平均接/发车设计间隔；

步骤B具体包括：

B1.基于双点线路拓扑模型，建立车站线路拓扑图；

B2.采用广度优先遍历方式，搜索记录所有可能的进路；

B3.利用进路长度及线路静态限速，得到所有接/发车进路上的时间，取最大值对应的进路作为瓶颈串行进路节点SRN，瓶颈串行进路节点SRN中倒数第二个节点所在的道岔所形成的进路组合即为最不利进路组合；

步骤C具体包括：

C1.建立接/发车闭塞时间窗模型；

C2.计算最不利接/发车进路组合的接/发车间隔；

首先，基于步骤A的建模结果，计算各种车型在瓶颈串行进路节点SRN的单车仿真曲线，即不受阻状态列车运行曲线，得到闭塞时间窗内各时间值，作为闭塞时间计算的输入；

其次，根据闭塞时间窗接/发车间隔计算公式，分别计算各种车型在最不利进路组合下接/发车间隔；

最后，取最大值即为车站接/发车能力的瓶颈值；

步骤D具体包括：

D1.确定最不利车型：根据步骤C2所计算出的接/发车间隔的最大值所对应的车型即为最不利车型；

D2.计算最不利车型在所有可能的两两进路组合的接/发车间隔；

D3.确定运行图所涉及的进路集合R；

D4.按照每种可能的运行图方案确保每条接/发车股道均被利用且仅进行一次接/发车作业的原则，建立算法得到进路集合R内所有可能的运行图方案并计算每种方案下平均接发车间隔；

D5.输出最大平均接/发车间隔值；

其中，若进路集合R内最大平均接发车间隔[H_J*]_max小于等于设计间隔，则在对应进路集合内，任何一种运行图方案均满足设计间隔；否则，需要对瓶颈串行进路节点SRN进行分析，提出针对性改进能力的措施，继续重复该分析方法进行计算。

2.如权利要求1所述的分析方法，其特征在于，步骤B1具体包括：

基于双点线路拓扑集合，节点类型为进站信号机，道岔元素和/或出站信号机；线路各节点记为V_i，建立车站线路拓扑图模型：G＝(V，E，t)，其中：

-V：节点，其中V_i＝O，V₁，V₂，…，V_i，D_(n)，分析起点为O，D_(n)代表第n条接/发车股道的分析终点，n∈[1，N]，N代表车站接/发车股道编号；

-E：连接节点的链路集合，线路各链路

-t[e(V_i，V_j)]：为链路上根据线路静态参数计算得到的运行时间集合,

线路静态参数如下：

-分析的起点O：接车能力为进站信号机，发车能力为咽喉区最后一组道岔的防护信号机；

-分析的终点D_(n)：第n条接/发车股道的出站信号机；

-线路各节点V_i公里标K_(Vi)；

-线路两节点间线路限速值V_(Vi，Vj)；

-车长L；

-所有进路的集合R(r_nm)，r_nm表示第n股道第m进路；

-所有进路的时间集合T(t_nm)，t_nm表示第n股道第m进路的时间，其中t_nm的计算公式如下：

其中进路r_nm最后一个节点D_(n)与倒数第二个节点形成的链路长度取一个车长L。

3.如权利要求1或2所述的分析方法，其特征在于，步骤B2具体包括：

基于双点线路拓扑模型，从分析的起点O开始，采用广度优先遍历方式，遍历搜索各节点，若当前节点类型为道岔元素且下一节点的寻径方向有两个，即下一节点可为道岔定位防护点和反位防护点，则依次遍历道岔定位防护点和反位防护点；若当前节点类型为出站信号机，即搜索到一个终点，则将到达该终点的进路r加至进路集合R，进而根据线路静态参数计算进路r的时间t_r并将其添加至时间集合T，否则，继续搜索；如此循环，直至所有节点都被遍历过。

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