CN111994133B - 一种高速铁路列车到达追踪间隔时间压缩方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速铁路列车到达追踪间隔时间压缩方法，包括以下步骤：步骤1：区间速度控制下区间追踪间隔时间计算；步骤2：区间速度控制下到达追踪间隔时间计算；步骤3：列车区间速度控制压缩到达追踪间隔时间。本发明的优点是：对高速铁路列车到达追踪间隔时间的压缩效果好，能够有效缓解繁忙干线能力紧张的问题，同时具备适用性强，经济合理的优势，适用于我国区间追踪间隔时间大于到达追踪间隔时间的大多数高速铁路。

Description

一种高速铁路列车到达追踪间隔时间压缩方法

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，特别涉及一种基于区间速度控制的高速铁路列车到达追踪间隔时间压缩方法。

背景技术

随着我国高速铁路网络的不断完善，高铁已经成为国人出行的重要方式，以京沪线为代表的通道型干线高速铁路的通过能力日渐紧张，在部分能力紧张区段已无法满足不断增长的旅客出行需求。高速铁路列车追踪间隔时间是计算线路通过能力的重要参数，通过压缩高速铁路列车追踪间隔时间可以显著提高线路通过能力，从而缓解繁忙干线能力紧张的问题。我国350km/h速度级高速铁路的追踪间隔设计目标为3分钟，但实际运行图一般采用5分钟追踪间隔时间，仅少部分线路可实现4分钟铺图。本发明基于区间分段制动的高速铁路列车速度控制方法，只通过运输组织优化的方式，适当延长较小的区间间隔时间，达到压缩原本较大的到达间隔时间，以实现高速铁路列车区间追踪间隔时间(I_追)和列车到达追踪间隔时间(I_到)的平衡，达到优化高速铁路列车到达追踪间隔时间的目的。

(1)自动闭塞：当列车在区间运行时，必须绝对避免列车相撞或追尾，在列车运行繁忙的区间，为了提高运输效率，将车站与车站之间的距离划分成若干个较短的区间，成为“闭塞分区”，在每个闭塞分区入口处设置一个色灯信号机，通过轨道电路将列车运行和信号机的色灯显示联系起来，以保证追踪运行的前后两列车之间至少隔开一个闭塞分区，这种方式称为“自动闭塞”。

(2)列车追踪间隔时间：在自动闭塞区段，一个站间区间内同方向可有两列或两列以上列车，以闭塞分区间隔运行，称为追踪运行。列车追踪间隔时间，是指追踪运行的两列车间的最小间隔时间，是列车区间追踪间隔时间(I_追)、列车出发追踪间隔时间(I_发)、列车到达追踪间隔时间(I_到)和列车通过追踪间隔时间(I_通)中的最大值，列车追踪间隔时间是制约线路通过能力的关键，通过压缩列车追踪间隔时间，可以显著提高线路通过能力，从而缓解繁忙干线能力紧张的问题。

(3)Anylogic：是一款应用广泛的，对离散、系统动力学、多智能体和混合系统建模和仿真的工具。它的应用领域包括：物流、供应链、制造生产业、轨道交通仿真、行人疏散等。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种高速铁路列车到达追踪间隔时间压缩方法，解决了现有技术中存在的缺陷。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种高速铁路列车到达追踪间隔时间压缩方法，包括以下步骤：

步骤1：区间速度控制下区间追踪间隔时间计算；

为研究区间速度控制对区间追踪间隔的影响及相应的计算方法，在接近车站的一定范围内设置速度控制区段，其速度控制值设置为V_控，即列车不能超过该速度控制值；速度控制下的列车区间追踪运行过程分为以下三个阶段：

(1)第一阶段：前车按速度-距离曲线由速度V_运制动至速度控制的闭塞分区起点速度V_控，该阶段中，前车按计算得到的速度-距离曲线降速运行，而后车以V_运的速度正常运行，故前后车追踪距离将缩短ΔL₁：

式中：

为后车在第一阶段内以V_运运行的距离，单位m；

为前车从V_运减速到V_控运行的距离，单位m；V_运为列车区间无限速运行速度，单位m/s；t₁为第一阶段的时间，单位s；

(2)第二阶段：前车从速度控制分区入口运行至出清打靶点所在闭塞分区终点，打靶点为速度-距离曲线制动至0的位置；在该过程中，前车以V_控运行，而后车继续以V_运运行，故前后行列车的追踪距离继续缩小，缩小的距离为ΔL₂：

式中：

为后车在第二阶段内以V_运运行的距离，单位m；

为前车在第二阶段内以V_控运行的距离；V_控为区间运行控制速度，单位m/s；t₂为第二阶段的时间，单位s；

当前车车尾出清打靶点所在闭塞分区终点，即第二阶段结束时，前后车的距离将达到区间追踪的最小值，此时的距离为

(3)第三阶段：前车车尾出清打靶点所在闭塞分区终点后的运行过程，该阶段必然满足列车追踪间隔的要求，故不作具体分析；

在最小追踪距离

的基础上预留追踪距离余量ΔL：

ΔL＝ΔL₁+ΔL₂ (3)

故区间速度控制条件下，列车区间追踪间隔时间

的计算公式如下：

式中：

分别为无速度控制下的列车区间追踪间隔距离，单位m和区间追踪间隔时间，单位s；

和无速度控制的列车区间追踪间隔时间相比，区间速度控制条件下列车区间追踪间隔时间增大了Δt：

Δt＝ΔL/V_运 (5)

步骤2：区间速度控制下到达追踪间隔时间计算；

无区间速度控制时，为保证列车不会因接车进路未及时办理完成而提前制动，且在进站信号开放前，在任何情况下列车的位置必须在打靶曲线的外侧；故进站信号最晚开放时间为列车开始制动能满足列车能在进站信号机外停车的时间，此时列车最小到达追踪间隔距离为

若进站前采取区间速度控制，其运行曲线为速度控制和咽喉限速共同作用的结果；在此场景下，列车将提前制动将速度控制于V_控，根据ATP控车逻辑，列车在进站信号开放前，其打靶点不能越过进站信号机前方保留安全防护距离L_防的位置；此时，区间速度控制下的列车到达追踪间隔距离

由L_附加、L_匀、

L_防、L_咽喉、L_列组成，区间速度控制下的列车到达追踪间隔时间

则包括CTC办理后车接车进路的时间

及列车从速度控制下的制动起点减速进站并出清咽喉的时间，具体公式如下：

式中：L_匀为列车以控制速度匀速运行的距离，单位m；

为列车从控制速度制动至咽喉区限速的距离，单位m；L_防为信号机外安全防护距离，单位m；L_咽喉为车站咽喉区长度，单位m；L_列为列车长度，单位m；v_到达为列车到达过程中的平均速度，单位m；

为列车到达作业附加时间；

与无速度控制的列车到达追踪运行过程相比，进站前采取合理的速度控制，在列车进站信号开放前采用提前制动的方式继续向前运行，故缩短了进站信号开放后列车的制动距离；区间速度控制下列车到达追踪距离从

压缩至

进站信号开放后列车的制动速度从V_运减小为V_控，故缩短了列车在进站信号开放后所需的制动时间，从而达到缩短I_到的效果；

步骤3：列车区间速度控制压缩到达追踪间隔时间；

在列车区间追踪间隔时间I_追小于列车到达追踪间隔时间I_到的前提下，通过合理选择速度控制区段和速度控制值，在列车接近车站的过程中采取分段提前制动的速度控制，缩短列车在进站信号开放后的制动距离L_制，从而压缩列车到达追踪间隔时间I_到。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

在现有条件下，在不对线路、车站进行改造的前提下，通过运输组织的方式在区间追踪间隔时间有冗余的高铁线路上，通过在接近车站的指定闭塞分区实施速度控制的方法压缩列车到达追踪间隔时间。本发明对高速铁路列车到达追踪间隔时间的压缩效果好，能够有效缓解繁忙干线能力紧张的问题，同时具备适用性强，经济合理的优势，适用于我国区间追踪间隔时间大于到达追踪间隔时间的大多数高速铁路。

附图说明

图1为本发明实施例区间速度控制下列车区间追踪距离变化示意图；

图2为本发明实施例速度控制下的列车到达追踪运行示意图；

图3为上海虹桥站型图；

图4为本发明实施例一接近闭塞分区速度控制仿真结果；

图5为本发明实施例二接近闭塞分区速度控制仿真结果；

图6为本发明实施例三接近闭塞分区速度控制仿真结果。

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，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。

一种高速铁路列车到达追踪间隔时间压缩方法，包括以下步骤：

步骤1：区间速度控制下区间追踪间隔时间计算

为研究区间速度控制对区间追踪间隔的影响及相应的计算方法，在接近车站的一定范围内设置速度控制区段，速度控制值为V_控。速度控制下的列车区间追踪运行过程可分为以下三个阶段：

(1)第一阶段：前车G101次列车按速度-距离曲线由速度V_运制动至速度控制的闭塞分区起点速度V_控，如图1(a)所示。该阶段中，前车G101次列车按图中速度 -距离曲线降速运行，而后车G103次列车以V_运正常运行，故前后车追踪距离将缩短ΔL₁：

式中：

为后车在第一阶段内以V_运运行的距离(m)；

为前车从V_运减速到V_控运行的距离(m)；V_运为列车区间无限速运行速度(m/s)；t₁为第一阶段的时间(s)。

(2)第二阶段：前车从速度控制分区入口运行至出清打靶点所在闭塞分区终点，打靶点为速度-距离曲线制动至0的位置，如图1(b)所示。在该过程中，前车 G101次列车以V_控运行，而后车G103次列车继续以V_运运行，故前后行列车的追踪距离继续缩小，缩小的距离为ΔL₂：

式中：

为后车在第二阶段内以V_运运行的距离(m)；

为前车在第二阶段内以 V_控运行的距离；V_控为区间运行控制速度(m/s)；t₂为第二阶段的时间(s)。

当前车车尾出清打靶点所在闭塞分区终点，即第二阶段结束时，前后车的距离将达到区间追踪的最小值，此时的距离为

(3)第三阶段：前车车尾出清打靶点所在闭塞分区终点后的运行过程，该阶段必然满足列车追踪间隔的要求，故不作具体分析。

综合三个阶段的分析，第一、二阶段两列车缩小的距离将会对列车追踪造成影响，为避免后车因前车制动而被迫减速，需在最小追踪距离

的基础上预留追踪距离余量ΔL：

ΔL＝ΔL₁+ΔL₂ (3)

故区间速度控制条件下，列车区间追踪间隔时间

的计算公式如下：

式中：

分别为无速度控制下的列车区间追踪间隔距离(m)和区间追踪间隔时间(s)。

和无速度控制的列车区间追踪间隔时间相比，区间速度控制条件下列车区间追踪间隔时间增大了Δt：

Δt＝ΔL/V_运 (5)

步骤2：区间速度控制下到达追踪间隔时间计算

无区间速度控制时，为保证列车不会因接车进路未及时办理完成而提前制动，且在进站信号开放前，在任何情况下列车的位置必须在图5打靶曲线的外侧。故进站信号最晚需在列车运行到位置A(如图2所示)时开放，此时列车最小到达追踪间隔距离为

(如图2所示)。

若进站前采取区间速度控制，其运行曲线为速度控制和咽喉限速共同作用的结果。在此场景下，列车在图2中位置P处提前制动将速度控制于V_控。根据ATP 控车逻辑，列车在进站信号开放前，其打靶点不能越过点C，即列车最远可运行至图2中位置B处。此时，区间速度控制下的列车到达追踪间隔距离

由L_附加、L_匀、

L_防、L_咽喉、L_列组成，如图2所示。区间速度控制下的列车到达追踪间隔时间

则包括CTC办理后车接车进路的时间

及列车从图2中速度控制下的制动起点减速进站并出清咽喉的时间，具体公式如下：

式中：L_匀为列车以控制速度匀速运行的距离(m)；

为列车从控制速度制动至咽喉区限速的距离(m)；L_防为信号机外安全防护距离(m)；L_咽喉为车站咽喉区长度(m)；L_列为列车长度(m)；v_到达为列车到达过程中的平均速度(m/s)；

为列车到达作业附加时间。

与无速度控制的列车到达追踪运行过程相比，进站前采取合理的速度控制，在列车进站信号开放前采用提前制动的方式继续向前运行，故缩短了进站信号开放后列车的制动距离。从图2中可知区间速度控制下列车到达追踪距离从

压缩至

进站信号开放后列车的制动速度从V_运减小为V_控，故缩短了列车在进站信号开放后所需的制动时间，从而达到缩短I_到的效果。

步骤3：列车区间速度控制压缩到达追踪间隔时间

大型车站的列车到达追踪间隔时间I_到一般为列车追踪间隔的瓶颈，造成I_到过大的重要原因之一是列车运行速度高导致的列车在进站前的制动距离长，如果能够缩短进站前的制动距离，则有可能缩短列车到达追踪间隔时间I_到。

基于区间速度控制的到达追踪间隔时间压缩方法是：在列车区间追踪间隔时间I_追小于列车到达追踪间隔时间I_到的前提下，通过合理选择速度控制区段和速度控制值，在列车接近车站的过程中采取分段提前制动的速度控制，缩短列车在进站信号开放后的制动距离L_制，从而压缩列车到达追踪间隔时间I_到。

本发明研究的速度控制方案为两段制动的区间速度控制，即列车第一段制动将减速到速度控制值V_控，并以V_控匀速运行一段距离后，采取第二段制动减速到咽喉限速V_咽喉。

值得注意的是，列车的第一段制动将增大列车的区间追踪间隔距离，导致I_追增大，但由于列车的第二段制动即列车到达追踪的L_制与一次制动相比减小，从而降低到达追踪间隔时间I_到。其效果也可理解为将列车I_到的部分时间转移到具有冗余的I_追，从而达到了压缩列车追踪间隔时间的目的。

实施案例

(一)基本参数

(1)选取CRH380BL型动车组为仿真主体进行追踪运行，采用16节编组方式，L_列＝400m。

(2)仿真对象为上海虹桥高速场，起点为京沪高铁下行方向距上海虹桥站 20km处，终点为上海虹桥站高速场，列车运行方向为下行。

(3)上海虹桥站高速场共10台19线，其站型图如图3所示，能够办理下行接车进路的到发线共十四条，其编号为1-14，其中第Ⅸ、Ⅹ分别为下、上行正线。

(4)仿真实验到发线使用方案为前车接1到发线，后车接2到发线，为方便实验分析，假设列车进路办理采用一次解锁模式，前行列车出清咽喉区后，CTC 设备开始为后车办理接车进路，

(二)区间速度控制方案及仿真结果

使用AnyLogic仿真软件对上海虹桥站实际站场图和CRH380BL的牵引制动性能进行了仿真建模。分别以上海虹桥站下行方向的一、二、三接近闭塞分区的起点为速度控制区段起点，进行了三组仿真实验。在每组实验中，通过调整速度控制值的大小，研究列车追踪运行的I_追、I_到及与无速度控制相比的区间运行增加时间t_增与速度控制值的关系。

(1)一接近闭塞分区速度控制仿真实验

上海虹桥高速场下行方向一接近闭塞分区里程为K1313+034至1314+853，将该里程范围设置为速度控制区段，并调整速度控制值的大小，测出给定条件下列车追踪运行的I_追、I_到及区间运行增加时间t_增，得到其结果如图4所示。

根据一接近速度控制的仿真结果，在列车到达追踪间隔时间方面，当 V_控≥265km/h时，对列车运行没有影响，列车I_到未发生变化，同时t_增＝0s；当265km/h＞V_控＞256km/h时，t_增增大，I_到不变；当V_控≤256km/h时，列车的I_到先骤减，并随V_控的减小而减小，t_增随V_控的减小而增大。一接近闭塞分区的

为265km/h，

为256km/h。

在列车区间追踪间隔I_追方面，当速度控制值在

的任一阶梯内，I_追随 V_控的减小而增大，越过临界值后I_追将发生骤减。结合仿真结果发现，以一接近范围为速度控制区段，存在两个速度控制临界值，分别是228km/h与172km/h，其I_追分别骤减了37秒和11s。

综合I_到和I_追的仿真结果，当V_控＞150km/h时，I_到>I_追；当V_控＝150km/h时，I_到和I_追达到平衡，列车最小追踪间隔为156s，t_增＝45s；当V_控＜150km/h时，I_追>I_到，列车区间追踪间隔成为新的瓶颈。

(2)二接近闭塞分区速度控制

上海虹桥高速场下行方向二接近闭塞分区里程为1314+853至K1316+571，与一接近速度控制相同，得到二接近闭塞分区速度控制的仿真结果如图5所示。

根据二接近速度控制的仿真结果，其

和

分别为210km/h、205km/h，列车I_到和区间运行增加时间t_增的变化规律与一接近速度控制实验相同。对于列车追踪运行的I_追，存在一个速度控制临界值163km/h，越过临界值时，I_追骤减了38s。

综合I_到和I_追的仿真结果，当V_控＞190km/h或162km/h＞V_控＞145km/h时，I_到大于I_追，I_到为列车追踪间隔的瓶颈；反之，I_追为列车追踪间隔的瓶颈。当V_控＝145km/h时， I_到和I_追达到平衡，列车最小追踪间隔为153s，t_增为24s。

(3)三接近闭塞分区速度控制

上海虹桥高速场下行方向三接近闭塞分区里程为1316+571至K1317+762，通过调整速度控制值，得到三接近闭塞分区速度控制的仿真结果如图6所示。

三接近闭塞分区速度控制的

为135km/h，其最小追踪间隔为173s，t_增为6s。当

时，I_到>I_追，列车最小追踪间隔时间为I_到；当

时，I_到<I_追，列车最小追踪间隔时间为I_追。

(三)结果分析

分析上述三组的仿真结果，可以发现:

(1)当V_控≤v_vaild时，I_到随V_控的减小而减小，速度控制区段起点越接近车站，其对应的v_vaild越小，I_到也越小，但能够压缩I_到的有效速度控制值范围较小。

(2)随着V_控的降低，当越过临界值时，列车追踪的I_追存在骤减的情况，速度控制区段起点离车站的闭塞分区越多，其临界值存在的个数越多，当V_控在两临界值之间时，I_追随V_控的降低而增大。

(3)当V_控＜v_max时，区间速度控制对列车运行有影响，随着V_控的降低，区间运行增加时间t_增将增大，在相同的速度控制值下，速度控制区段起点越接近车站，t_增越小。

(4)较优的区间速度控制策略为制定合理的速度控制值，使I_追和I_到达到平衡的前提下，并尽量缩短速度控制区段的长度，减小列车区间运行增加时间t_增。

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 (1)

1.一种高速铁路列车到达追踪间隔时间压缩方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：区间速度控制下区间追踪间隔时间计算；

为研究区间速度控制对区间追踪间隔的影响及相应的计算方法，在接近车站的一定范围内设置速度控制区段，其速度控制值设置为V_控，即列车不能超过该速度控制值；速度控制下的列车区间追踪运行过程分为以下三个阶段：

(1)第一阶段：前车按速度-距离曲线由速度V_运制动至速度控制的闭塞分区起点速度V_控，该阶段中，前车按计算得到的速度-距离曲线降速运行，而后车以V_运的速度正常运行，故前后车追踪距离将缩短ΔL₁：

式中：

为后车在第一阶段内以V_运运行的距离，单位m；

为前车从V_运减速到V_控运行的距离，单位m；V_运为列车区间无限速运行速度，单位m/s；t₁为第一阶段的时间，单位s；

(2)第二阶段：前车从速度控制分区入口运行至出清打靶点所在闭塞分区终点，打靶点为速度-距离曲线制动至0的位置；在该过程中，前车以V_控运行，而后车继续以V_运运行，故前后行列车的追踪距离继续缩小，缩小的距离为ΔL₂：

式中：

为后车在第二阶段内以V_运运行的距离，单位m；

为前车在第二阶段内以V_控运行的距离；V_控为区间运行控制速度，单位m/s；t₂为第二阶段的时间，单位s；

当前车车尾出清打靶点所在闭塞分区终点，即第二阶段结束时，前后车的距离将达到区间追踪的最小值，此时的距离为

(3)第三阶段：前车车尾出清打靶点所在闭塞分区终点后的运行过程，该阶段必然满足列车追踪间隔的要求，故不作具体分析；

在最小追踪距离

的基础上预留追踪距离余量ΔL：

ΔL＝ΔL₁+ΔL₂ (3)

故区间速度控制条件下，列车区间追踪间隔时间

的计算公式如下：

式中：

分别为无速度控制下的列车区间追踪间隔距离，单位m和区间追踪间隔时间，单位s；

和无速度控制的列车区间追踪间隔时间相比，区间速度控制条件下列车区间追踪间隔时间增大了Δt：

Δt＝ΔL/V_运 (5)

步骤2：区间速度控制下到达追踪间隔时间计算；

无区间速度控制时，为保证列车不会因接车进路未及时办理完成而提前制动，且在进站信号开放前，在任何情况下列车的位置必须在打靶曲线的外侧；故进站信号最晚开放时间为列车开始制动能满足列车能在进站信号机外停车的时间，此时列车最小到达追踪间隔距离为

若进站前采取区间速度控制，其运行曲线为速度控制和咽喉限速共同作用的结果；在此场景下，列车将提前制动将速度控制于V_控，根据ATP控车逻辑，列车在进站信号开放前，其打靶点不能越过进站信号机前方保留安全防护距离L_防的位置；此时，区间速度控制下的列车到达追踪间隔距离

由L_附加、L_匀、

L_防、L_咽喉、L_列组成，区间速度控制下的列车到达追踪间隔时间

则包括CTC办理后车接车进路的时间

及列车从速度控制下的制动起点减速进站并出清咽喉的时间，具体公式如下：

式中：L_匀为列车以控制速度匀速运行的距离，单位m；

为列车从控制速度制动至咽喉区限速的距离，单位m；L_防为信号机外安全防护距离，单位m；L_咽喉为车站咽喉区长度，单位m；L_列为列车长度，单位m；v_到达为列车到达过程中的平均速度，单位m；

为列车到达作业附加时间；

与无速度控制的列车到达追踪运行过程相比，进站前采取合理的速度控制，在列车进站信号开放前采用提前制动的方式继续向前运行，故缩短了进站信号开放后列车的制动距离；区间速度控制下列车到达追踪距离从

压缩至

进站信号开放后列车的制动速度从V_运减小为V_控，故缩短了列车在进站信号开放后所需的制动时间，从而达到缩短I_到的效果；

步骤3：列车区间速度控制压缩到达追踪间隔时间；

在列车区间追踪间隔时间I_追小于列车到达追踪间隔时间I_到的前提下，通过合理选择速度控制区段和速度控制值，在列车接近车站的过程中采取分段提前制动的速度控制，缩短列车在进站信号开放后的制动距离L_制，从而压缩列车到达追踪间隔时间I_到。

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