（交通运输规划与管理专业论文）全路通道、线路通过能力利用状态评价研究.pdf

北京交通大学专业硕士学位论文中文摘要 中文摘要 摘要：铁路运输是我国国民经济发展的大动脉，在我国的社会主义现代化建设中 承担重要的运输任务，近几年来随着我国经济的迅速发展，铁路运输能力越来越 难于与之适应，运能远远小于运输需求，严重阻碍了国民经济发展的步伐。为保 证铁路运输能适应我国快速的经济建设，有必要对全路通道、线路通过能力利用 情况进行全面的评价，为制定通道既有线改造规划优化方案和运输组织改革优化 方案，扩充路网运输能力提供依据。 本文在结合铁路实际情况，在国内外专家学者的研究基础上，将一个铁路区问 作为只具有一个服务台的服务系统看待，通过列车即是顾客，建立区间占用排队 系统研究区间通过能力利用问题。在保证一定运行质量的前提下，通过对区间占 用限定利用率和区间占用合理利用率的计算，确立区间能力利用状态的阶段模型。 在对我国铁路进行全面调研的基础上，计算出模型中参数的数值，进而得到现 阶段我国铁路在保证运行质量条件下，合理的区间通过能力利用率，建立区段通 过能力利用评价的指标，对全路通道、线路利用状态进行了评价，并据此提出相 关的建议和意见，希望能提高我国的铁路通过能力。 关键词：区间、能力利用、评价 分类号：u 2 9 2 5 北京交通大学硕士学位论文a b s t r a c t a b s t r a c t a b s t r a c t ：r a i l w a yt r a n s p o r t a t i o np l a y st h ek e yr o l ei no u rn a t i o n a le c o n o m i c d e v e l o p m e n ta n du n d e r t a k e si m p o r t a n tm i s s i o n si ns o c i a l i s tm o d e r n i z a t i o n i nt h e s e y e a r s ，t h et r a n s p o r tc a p a c i t yc a n n o tm e e tt h en e e do fi n c r e a s i n gt r a n s p o r td e m a n da n d o u rr a p i de c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，a n di te v e nh i d e rt h ep a c eo fe c o n o m i cd e v e l o p m e n t i no r d e rt oi n s u r et h a tt r a n s p o r tm a ya d a p tt h er a p i de c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，i ti s n e c e s s a r yt om a k eag e n e r a le v a l u a t i o no f t h eu t i l i z a t i o nc a p a c i t yo f w h o l ec h a n n e l sa n d l i n e sa n dp r o v i d eab a s i sf o re s t a b l i s h i n gf a v o r a b l ep l a no ft h ee x i s t i n gc h a n n e l sa n d t r a n s p o r to r g a n i z a t i o nr e f o r m r a i l w a yt r a n s p o r tc a p a c i t ym a i n l yr e f e r st ot h ed i s t r i c t sp a s s i n gc a p a c i t y n e d i s t r i c ti sc o n s i s to fan u m b e ro fs e c t i o n sa n dt h er e s t r i c t s e c t i o n sp a s s i n gc a p a c i t y u s u a l l yd e t e r m i n e st h es e c t i o n s t h e r e f o r e ，b yr e s e a r c h i n go nt h eu t i l i z a t i o no fr a t i o n a l p a s s i n gc a p a c i t yo fs e c t i o n s ，w em a yd i r e c t l ya n de f f e c t i v e l yl e a r nt h eu t i l i z a t i o no ft h e m a j o rc h a n n e l si no u rr a i l w a yn e t w o r k ，a n di th o l d st h ei m p o r t a n tm e a n i n gf o rt h e r a t i o n a lp l a no fr a i l w a yd a i l yp r o d u c t i o n ，c o m b i n a t i o n ，d i s p a t c h i n ga n dt h el o n g t e r m p l a n n i n ga n di m p l e m e n t b yc o n n e c t i n gt h er a i l w a ya c t u a ls i t u a t i o na n dr e s e a r c h i n gt h er e l a t i v el e a r n e r sb o t h d o m e s t i ca n da b r o a d ，w et a k et h es e c t i o n sa sas e r v i c es y s t e mw h i c hh a sas e r v i c ed e s k w et a k ep a s s i n gt r a i n sa sc u s t o m c r s ，a n db ye s t a b l i s h i n gt h es e c t i o n sq u e u i n gs y s t e m ， w es t u d yt h eu t i l i z a t i o no ft h es e c t i o n sp a s s i n gc a p a c i t y c o m b i n et h et i m et h e o r yo f t r a i nr u n n i n gw i t ht h ec o m m u n i c a t i o nt h e o r yo ft r a i nd e l a y e d u n d e rt h ep r e m i s eo f e n s u r i n gt h eq u a l i t ya n db yc a l c u l a t i n gt h eu t i l i z a t i o nr a t eo fs e c t i o n sa n dr e s t r i c t s e c t i o n s w ef i xo nt h es t a g em o d e lo f t h es i t u a t i o no f s e c t i o nc a p a c i t y m a t sm o r e w e m a ye s t a b l i s ht h ei n d e xo ft h ep a s s i n gc a p a c i t yo ft h es e c t i o na n dm a k ea c o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so nt h eu t i l i z a t i o no f w h o l ec h a n n e l sa n dl i n e s a tl a s t ，w ec o u l d p u tf o r w a r dt h er e l a t i v ea d v i c ew h i c hc o u l di m p r o v et h et r a n s p o r tc a p a c i t yo f r a i l w a y s k e y w o r d s ：s e c t i o n 、u t i l i z a t i o n 、e s t i m a t e c l a s s n 0 ：i j 2 9 25 致谢 首先要感谢我的导师马建军教授，此文是在马老师的悉心指导下完成的，从论 文开题到答辩，马老师花费了大量的心血，尤其是在定稿之前，马老师审阅多遍， 论文观点，研究方法到文字修饰等处均不厌其烦的加以修改指正，为我的论文完 成提供了很大的帮助。此外，马老师坦荡的做人风格以及知识渊博、治学严谨、 勇于探索、诲人不倦的学者风范也是我的榜样，对我今后的学习或生活必将产生巨 大的作用。 在论文写作过程中，胡思继教授也给与我很大的帮助，胡老师悉心指导我们 完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和指导，是 我学习的楷模。感谢和我一起完成项e l 的张晨师兄，在项目中，我和他探讨得到 了很多有益的想法，他也对我论文思路的形成给了很大帮助，在此表示衷心的感 谢。 在实验室工作及撰写论文期间，贾传俊、龙建成、龙昭、宋亚萍、夏平等同 学对我论文中的理论研究工作给予了热情帮助，和他们一起学习感到快乐和充实， 还有研究生同学：凌熙、施俊庆、刘鑫、闻轶等，都在我研究生的学习生涯中起 着重要的作用，在此感谢曾经帮助过我的同学和老师们。 感谢远在家乡的父母，感谢我的女朋友，感谢我的妹妹，感谢我的兄弟们， 多年来他们的理解和关心使我能够在学校专心完成我的学业，没有他们的支持， 我也不会完成硕士论文的写作。 最后衷心感谢在百忙之中抽出宝贵时间对本论文进行评审，并提出宝贵意见 的专家和学者们! 1 1 研究背景 1 绪论 铁路运输是我国国民经济发展的大动脉，在我国的社会主义现代化建设中承担 重要的运输任务，近几年来随着我国经济的迅速发展，铁路运输能力越来越难于 与之适应，运能远远小于运输需求，严重阻碍了国民经济发展的步伐，主要干线 的能力利用之饱和，运输密度之大，运输组织之高为全世界之最，加快铁路新线 建设与旧线改造步伐，增强铁路运输的物质基础，已成为我国铁路运输发展不可 逆转的大趋势；另一方面，改革开放以来，我国经济逐步由计划经济转移到市场 经济的轨道上来，运输市场也逐步引进竞争机制，铁路与其它运输方式之间的竞争 日益激烈，铁路运输的市场份额也有所下降，而且随着我国经济和社会的快速发 展以及城市化进程的加快，社会交通需求量急剧增长以及需求结构的变化，对铁 路的路网运输资源，尤其是主要干线通过能力必须要从总体有一个较为准确的判 定和把握，这对于我国铁路保持供需均衡，适时地调控运力，增强铁路运输的市 场竞争力具有重大的指导意义。 在铁路运输过程中，区段是指铁路线路上不致影响及时接车两个车站之间的铁 路地段，从某种意义上说，整条线路也可以看作是一个区段。科学地评价区段通 过能力利用情况，可以直观、高效地认定我国路网各条主要通道、线路通过能力 利用情况，为制定通道既有线改造规划优化方案和运输组织改革优化方案，扩充 路网运输能力提供依据。 区段通常是由多个区问组成，区间是放行铁路客货列车，实现运输位移的铁路 基本运输设备，也是铁路运输能力的基本环节。一般可分别就每一区间研究列车 对区间的占用，从中找出列车运行最困难的区问，并把这一区间作为整个区段的 标准区间，以确定区段通过能力。但是要想对区段列车运行状态作出可靠的评价， 还必须把整个区段作为一个系统来研究。 正是基于以上背景，论文在铁道部级项目全路通道运输能力配置与全路线别 货流结构协调的研究的支持下开展以下研究：通过对通过能力的理论研究，创 建区段通过能力的评价指标体系，对我国全路网通道以及线路通过能力利用情况 进行评价，比较和分析，并据此提出提高路网运输与使用效率的建议，以提高总 体运输能力。 北京交通大学硕士学位论文 1 2 研究现状综述 铁路通过能力利用研究一直是铁路运输能力的的一个重要问题。目前，国外主 要运用运筹学和模拟方法进行列车运行组织和线路通过能力的研究，己经发展到 路网运行图情形。近年来，借助计算机技术，利用系统论、控制论、信息论等现 代化科学理论与方法，考虑各种运输设备数量和时空配置、运营特点以及生产过 程管理等要素，还针对各种变化条件下的可实现性( 比如合理的机车交路等) ，取 得了丰硕的成果。但是由于国内外铁路行车组织的方式不同，国外的方法不能完 全的用于国内。九十年代初，胡思继等专家学者，通过引入国外的思想，应用排 队论方法探索和研究铁路通过能力利用和协调问题，还从经济学的角度探索能力 发展问题，成果显著= 5 ：。郝红旗，杨浩通过全过程模拟列车运行，运用稳态模拟和 终态模拟技术来研究能力损失传递的规律，得出了关于能力损失传递性的新认识， 提出了包括延迟概率、延迟时间、恢复时间、恢复系数等参数组成的衡量能力损 失传递性的定量指标体系o ”。张星臣等人首先提出能力储备的概念，并对储备能 力的基本内涵及特征进行了深刻的分析，认为储备能力是铁路通过能力系列问题 研究的重要组成部分0 3 ：还采用模拟方法研究了铁路运输的能力利用问题，从列车 运行图铺画的角度提出了能力合理分配的方法o 。，部分结论在市场经济条件下仍 具有实用价值，为能力储备问题提供了良好的参照物。随着市场经济的发展，有 学者通过建立系统分析下的经济数学模型，研究在市场经济条件下，繁忙干线合 理的通过能力利用率，合理的能力储备4 3 ：还有从服务水平出发，得出合理的通过 能力利用率9 1 通过对以上研究情况的分析可以看出，我国的铁路运输专家、学 者对铁路路网通过能力问题的研究，取得了一定的成果，但是目前还有以下的不 足： 对铁路通过能力利用的研究较多的着重在定性方面，而较少的重视动态的定量 研究。一方面是定性研究分析的结论因缺少定量研究而难以得到验证，缺乏根据 和说服力；另一方面目前定量研究中较多采用的排队轮等解析方法，在对运输系 统特性的描述和求解中存在较大的局限：为了对一个系统进行充分和合理的研究， 应该考虑采用定性和定量相结合的方法，把理论和实际的数值结合起来，使得研 究结果更具有说服力并对实际工作具有较大的指导作用。 1 3 研究目标和意义 虽然过去对通过能力已经有了大量的研究，但大部分属于理论研究，缺少对 我国铁路路网通过能力实际使用和利用状况的具体调查和研究，因此，有必要对 与铁路通过能力有关的以下问题进行深入研究： 2 绪论 一、对全国铁路区段、通道通过能力使用情况进行全面、系统、准确的评价。 虽然在实际的运输组织工作中切实感觉到了通过能力紧张的压力，但还缺少必要 的量化分析，底数不清，为了更好的落实铁路跨越式发展思路，迫切需要对我国 铁路网特别是主要干线目前的通过能力状况进行准确评价：迫切需要对我国铁路 网特别是主要干线的通过能力利用状况进行准确评价：迫切需要对我国铁路网特 别是主要干线的通过能力提高潜力进行准确评价：迫切需要对我国铁路网特别是 主要干线的通过能力与需求矛盾状况进行准确评价； 二、对全国铁路网车流组织工作改进效益的评价。运能扩充既是量的增加， 也是质的提高。量的增加就是要加大路网建设力度，质的提高则是要改进运输组 织方法，特别是通过改进车流组织方法，来提高铁路网通过能力的利用效率。虽 然我国铁路的运输管理部门为此已经做了大量卓有成效的工作，但是到目前为止 还缺乏有效的评价方法。因此，迫切需要研究一套通过改善车流组织来提高路网 通过能力利用效率的评价方法，以期为改进车流组织工作提供依据； 三、对铁路网特别是主要干线提出缓解能力紧张矛盾的具体措施。在铁路跨 越式发展思路的指导下，铁道部对我国今后的路网建设做了总体的战略规划，为 了深入贯彻和执行这个战略规划，还需要根据我国铁路网特别是主要干线的具体 情况提出包括修建新线、改造既有线以及分流等措施在内的缓解通过能力紧张矛 盾的具体规划，以保证铁路跨越式发展的顺利进行。 可以看出，对以上三方面问题进行深入的调查和研究，对于全面、系统、准 确的掌握和评价我国铁路网目前的实际通过能力及其能力利用状况具有重要作 用，对于今后铁路路网发展规划和改进运输组织工作具有重要的参考价值。 1 4 论文结构 本论文共分六章，各章的主要内容及其在论文中的作用如下： 第一章为绪论，介绍本论文的研究背景、研究目标及意义，对整个论文起引导 作用。 第二章为通过能力理论，主要对通过能力、区段通过能力、区间通过能力、通 过能力中储备能力等概念进行了剖析；介绍了我国目前的区段通过能力计算方法 扣除系数法及其适应性。 第三章介绍基于列车运行质量的区日j 通过能力计算方法，首先介绍影响列车运 行质量的运行图参数的概念、意义和计算方法；之间的相互关系，以及影响列车 运行质量；重点讲到基于列车运行质量的区间通过能力的计算方法，按照控制列 车晚点情况，将区| 日j 通过能力利用率分为两个层次，同时作为区间排队系统，求 得经济上最合理的区间通过能力利用率。 北京交通大学硕士学位论文 第四章中利用前一章的方法研究合理的区间通过能力利用率，在我国现阶段铁 路数据的基础上，计算出在保证列车运行质量的前提下，我国现阶段铁路区间的 合理通过能力利用率，进而从我国的实际情况出发创建通道、能力利用状态的评 价指标。 第五章中利用区段通过能力利用状态评价指标，对我国六大干线通过能力利用 状态进行评价以及研究，并给出相关建议。 第六章为结论与展望，主要是对整个论文的总结以及研究前景的分析。 4 通过能力基础理论 2 通过能力基础理论 2 1 通过能力的概念 2 1 1 区段通过能力 取决于固定设备设置条件的铁路运输能力统称为铁路通过能力。通过能力一 股按照铁路区段或方向决定，它是指该铁路线在一定的机车车辆类型和一定的行 车组织方法的条件下，根据其现有的固定设备，在单位时间( 通常指一昼夜) 内 最多能够通过的列车对数或列车数。通过能力也可用车辆数或货物吨数来表示， 而客运专线还可以用旅客人数来表示。铁路通过能力一般按固定技术设备和客运 量大致相同的铁路区段或地段进行计算，因此目前所说的通过能力通常指区段通 过能力，主要由以下因素决定： ( 1 ) 区间。其通过能力决定于正线数目，区间长度，线路的平纵断面，线路 上部建筑和桥隧建筑物的类型，信号、联锁、闭塞设备的种类等； ( 2 ) 车站。其能力决定于到发线数量，咽喉区的布置，信号、联锁、闭塞设 备的种类，以及驼峰和牵出线的类型、数量与技术装备等： ( 3 ) 机务段设备和整备设备。其通过能力决定于内燃机或电力机车的定期检 修台位。机车整备和转头设备、机务段内的走行线设置等； ( 4 ) 给水设备。其能力主要决定于水源的涌水量，抽水、扬水、配水设备的 生产率等； ( 5 ) 电气化铁道的供电设备。其通过能力主要决定于牵引变电所的容量和配 置，接触网、馈电线的供电能力。 组成某种设备的诸因素中，通过能力最小者决定着该项设备的整体通过能力。 在铁路区段的各种固定设备中，通过能力最薄弱的设备的能力即为该区段的最终 通过能力。 在以上各项技术设备中，限制铁路线通过能力的设备，常常是区间和车站， 因此区段通过能力通常由区间通过能力和车站通过能力的小者决定。 在铁路实际工作中，通常又把通过能力分为三个不同的概念，即设计通过能 力、现有通过能力和需要通过能力。预计新线修建以后或现有铁路技术改造以后， 铁路区段固定设备所能达到的能力，成为设计通过能力：在现有固定设备、现行 的行车组织方法放和现有的运输组织水平的条件下，铁路区段可能达到的能力， 成为现有通过能力：在一定时期内，为了适应国家建设和人民需要，铁路区段所 应具备的能力，成为需要通过能力。 北京交通大学硕：卜学位论文 2 1 2 区间通过能力 铁路区间通过能力，是指铁路区段的每一区间，在一定的行车组织条件下， 一昼夜内最多所能通过的列车数量( 列车或对数) 。在计算时，通常用区段内限制 区间( 即通过能力最小的区间) 的能力作为整个区段的通过能力。 假设a d 区段为双线区段，由a b 、b - c 、c - d 三个区间组成，如图2 一i 所示， 其中a b 区间的通过能力为1 2x 寸天，b c 区间的通过能力为8 对天，c d 区间的 通过能力为1 2 对天，a d 区段的最终通过能力由其区间能力所确定，图中的8 条 运行线反映了8 种不同的运输组织方式。 1 2 对i 定 8 对，天 1 2 对，天 图2 1a d 区段通过能力计算示意图 f i g u r e2 - 1t h ec a l c u l a t i o nm a po f a ds e c t i o n sp a s s i n gc a p a c i t y 通常计算a d 区段的区间通过能力时以限制区间即b c 区间的通过能力8 对 天作为a d 区段的区间通过能力，在a d 区段的区间通过能力为最终通过能力限制 因素中能力最小者时，此能力即为a d 区段的最终通过能力。 2 1 3 储备能力必要性 我国铁路目前采用组织型铁路行车组织，以充分发挥铁路运输设备效能为出发 点，绝大多数铁路运输干线铁路运输储备能力存在不同程度的不足，随着不断的 挖潜扩能改造，大有越来越小的趋势，这不仅降低了铁路自身应具备的调节能力， 削弱铁路在运输市场上竞争的物质基础，也给铁路运输及安全工作带来隐患。因 而，在当前应考虑合理储备铁路运输能力。张星辰在论铁路运输能力储备一 文中将储备能力定义为：铁路运输系统( 或子系统) 的储备能力是在一定时期内给定 运量的基础上，充分考虑运量波动、施工天窗、技术改造和系统发展等诸多因素， 系统( 或子系统) 所持有的完成给定运输任务所必备的最小日常使用能力以外的附 加能力在理论计算上是指某个铁路运输系统( 或子系统) 的计算能力减去日常使用 能力后的预留备用部分。 通过能力基础理论 铁路运输系统通过能力的合理储备问题，是“运输能力计算、利用、加强和发 展系列研究”中的一个重要课题尽管前辈们和现在的同行们在铁路通过能力计 算利用和加强等若干问题和某些领域的真知灼见为储备能力研究打下了良好基 础，但到目前为止，铁路通过能力储备和发展问题仍然没有一套为国内外同行们 所接受的完整的概念和理论如：在科研或生产应用上，储备能力概念还没有 一个比较准确、切题的定义：对于储备能力理论问题的研究，一直是根据经验 给定近似的静态取值范围，尚停留在静态分析的水平上；对其必要性往往认为 只是为了适应运量波动和预留施工间隙的需要：对铁路运输系统的发展过程中 储备能力的变化规律和对系统自身的影响，对铁路通过能力利用中无效能力能够 在系统设备群中传递和为了抑制与吸收这一难以避免的负向影响，而要求运输系 统必须保有一定的动态“通行”能力储备和相应的动态“存放”能力储备，对如 何确定动态储备能力的合理取值范围和它在相关设备群中的合理分布并发挥其调 节和控制功能等诸方面，都缺乏应有的认识和研究。 通过能力储备是铁路运输系统储备能力研究的重要组成部分，是铁路通过能力 利用发展研究的重要方面，如何合理地确定通过能力的利用状态，保障铁路运输 系统稳定、可靠地运行，是一个很有研究价值的课题它不仅有利于增加对日常 运输生产扰动的控制能力，保证运输生产的良性循环、适应发展社会主义市场经 济的需要，而且对于抓住机遇、合理规划铁路技术设备能力的规模和布局，也具有 重要意义 2 2 我国铁路通过能力计算方法 2 2 1 扣除系数法 此法是我国采用的通过能力计算方法。沿袭传统的非平行运行图通过能力计算 法，先根据线路上占优势的列车数确定最大通过能力，然后以该种列车占用能力 为标准，确定其它列车与该标准列车在能力占用上的换算关系，即所谓扣除系数， 从而确定出非平行运行图通过能力的理论计算值。 首先计算平行运行图的通过能力，既在平行运行图上，同一区间内同方向列车 的运行速度相同，而且上下行方向列车在同一车站上都采取相同的交会方式，因 而同方向列车的运行线相互平行。平行运行图区间通过能力计算如下式： ：唑! 二鱼望! ! 墅( 2 - 2 - 1 ) i 裔 式中： 北京交通大学硕士学位论文 t 固固定作业占用时间； t 周平行运行图周期； n 。一个周期内包含的列车列数或是对数； d 有效有效性系数： 在实际计算过程中，可以根据需要确定是否考虑固定作业占用时间、有效度系 数。分析以上计算公式可以看出，区间通过能力的大小与t 周成反比，t 厢越大，通 过能力越小。在整个区段，t 周最大的区间就是通过能力最小的区问，整个区段通 过能力受它的限制。 在非平行运行图上，铺画着不同速度的列车，各种类别的列车存在着速度差， 从而使运行图周期性规律受到一定程度的破坏。但铁路线路上运行的旅客列车和 快运货物列车一般比普通货物列车数要少，运行图的大部分时间仍可象平行运行 图。这样，在计算非平行运行图的区间通过能力时，仍可利用平行运行图所具有 的明显的规律性，先确定平行运行图区间通过能力，然后，在此基础上，根据开 行快速列车对开行货物列车的影响，扣除由于受这种影响丽不能开行的货物列车 数，即可求得非平行运行图的区间通过能力。这种分析法的实质是通过理论分析 和大量实际资料统计来研究开行每种快速列车或摘挂列车给货物列车运行带来的 影响程度，据以事先规定出各种列车的“扣除系数”，扣除系数是指因铺画一列或 一对旅客列车、快运货物列车、摘挂列车，须从平行运行图上扣除的货物列车对 数或列数。从而近似地计算出平行运行图的货物列车区间通过能力。 计算公式如下： n ；= n 一客n 快客一占毫n 客一( k 货一1 ) n 快货一( 挂一1 ) n 摘挂 ( 2 2 - 1 ) 式中： n 裴非平行运行图的货物列车通过能力； n 。在运行图上铺画的旅客列车对数或列数： n 快货在运行图上铺画的快运货物列车的对数或列数： n 摘挂在运行图上铺画的摘挂列车的对数或列数： “快客在运行图上铺画的快运旅客列车的对数或列数： 旅客列车的扣除系数； 通过能力基础理论 货快运货物列车的扣除系数； f 摘挂摘挂列车的扣除系数： 镪客快运旅客列车的扣除系数： 2 2 2 扣除系数法适应性分析 扣除系数法基于充分发挥运输设备效能为出发点的理论，所规定的计算前提过 于理想化，片面的追求铁路运输设备的最大发挥，甚至不惜以浪费其它运输资源， 降低以致牺牲运输质量和运输安全为代价，使得计算结果与实际利用情况脱节， 计算出来的能力没有达到如实评价能力利用状况的作用，而且难以解释和处理复 杂的运输系统能力利用与协调，具体表现在以下几个方面： ( 1 )扣除系数法属于静态确定型的计算方法，它只有在严格按图行车、设 备无故障、工作不问断、列车占用时间均等及运行无延误的条件下才是正确的， 事实上，上述条件很难具备，列车在运行过程中具有很强的随机性。扣除系数法 造成铁路能力在实际运用中利用率过大，铁路日常运营组织和运输调整柔性较差、 难度较大的通过能力。用确定型方法计算的通过能力一般很难实现，必然导致超 负荷运输，列车晚点多，运输秩序混乱，运输质量下降，这种状况已经不适应现 代运输市场的需要。 ( 2 )采用扣除系数法计算铁路区间通过能力时，通常在旅客列车相比货物 列车数量少( 在运行图只占一少部分) 的情况下需要先计算平行运行图的通过能力， 双线自动闭塞区段平行运行图通过能力是利用货物列车之间的追踪间隔时间i 计 算出来的，i 取i ”i ”i 。、i 。场之中的最大数值。但随着旅客列车数量和种类 的增加，旅客列车和货物列车运行速度差值的加大，i 的取值已不够精确。 ( 3 )扣除系数法一般是在各区间能力分布均匀的情况下计算出的一昼夜所 通过的最大列车数或对数，因不同的线路区段，由于客货列车运行线分布不同， 扣除系数不同，即使同一线路区段的不同列车运行图，旅客列车扣除系数也是不 一样的，扣除系数法对不同线路区段的列车运行图采用相同数值的扣除系数，这 是不准确的，也是不合理的。而且快速客车扣除系数与一定的快速客车和普通客 车的开行数量、铺画方案等因素有关，要得到精确值十分困难。 北京交通大学硕士学位论文 3 基于列车运行质量的区间通过能力利用率研究 3 1 影响列车运行质量的运行图参数 3 1 1 最j , z ) l j 车间隔时间 列车按其承担运输任务的不同可分为旅客列车、货物列车和客货混和列车。旅 客列车按其旅行速度的不同，又可分为高速旅客列车、特别旅客列车、快速旅客 列车和普通旅客列车；货物列车按其列车运行特征的不同，也可分为始发直达列 车、技术直达列车、直通列车、区段列车、摘挂列车和小运转列车等。按一定要 求将在该铁路区段内运行的上述“不同种类”列车并行组合而成的列车组称为列 车运行组。 考虑到列车在区段内的运行状况与区间通过能力相关的主要因素是时间因素， 在这里一般可以按列车种类及其列车的区间运行时分或列车的区段旅行时间为特 征，对列车作分类并组合为列车种类组。为进一步简化列车分类，减少列车种类 组，同时可规定： 当“不同种类”列车的平均区间运行时分或平均区段旅行时间之差小于1 0 时， 可将这类“不同种类”列车合并为同一种类列车： 当“某一种类”列车的列车数少于总列车数的5 时，可将这类列车并入列车 区间运行时分或区段旅行时间相近的旅客列车组。 按运行列车组第一列车和第二列车所述列车种类组的不同，又可以将运行列车 组分为若干不同的运行列车组。 因为任一列车种类组的列车局可以作为运行列车的第一列车，又可以作为第二 列车，所以对于组织单向行车的双线区段来说，可能的运行列车组种类数n 应为： i 双= h 2 ( 3 - 1 - 1 ) 式中：n 。列车种类组数。 对于组织双向行车的单向区段来说，任- ，- f j 车种类组的列车，除具有既可作为 运行列车组的第一列车，又可以作为运行列车组的第二列车组和特征外，它还具 有既可作为运行列车组的上行列车，又可作为运行列车组得下行列车的组合特征。 因此单线区段可能的运行列车组种类n 。数应为： ”单= ( 2 n 组) 2 = 4 ”组2 ( 3 - l - 2 ) 基于列车运行质最的区问通过能力利用牢研究 单向行车区间的最小列车间隔时间 在双线区段通常采用单向行车的行车组织方法，在单线区段部分线路有时也采 用单向行车的行车组织方法。最小列车间隔时间就每一种类运行列车组可由不同 情况。对于之具有两种列车种类组的区段，可能的运行列车组种类数为： 玩= 2 2 = 4( 3 - l 一3 ) 在相应区段具体请况下，可根据列车运行要求计算确定。 双向行车区间的最小列车运行间隔 在单线区段，以列车运行列车组两列车运行方向为特征，可将运行列车组分为 运行方向相同运行列车组( 或称连发运行列车组) 和运行方向不相同运行列车组 ( 或称相向运行列车组) 两类。 对于连发运行列车组，最小列车间隔时间虽然与双线区段的概念类似，也是指 运行列车组两列车由区间同一车站出发或通过的最小必要间隔时间，但是在包含 的时间因素上却有不同，因它还与第一列车在区间两端站的运行情况有关。根据 运行列车组第一列车在区间两端站运行情况的不同，区分不同情况的最小列车间 隔时间可按如下公式计算： a 第一列车前通后通时： i = t l + 去( t + ) = f + r l ( 3 - 1 4 ) 式中：t 第- - 歹j j 车区间运行运转时分，分： 矗同方向列车连发间隔时间，分。 b 第一列车前停后通时： l = t l + r p + 去( t + ) = f + f p + f l ( 3 - 1 5 ) 式中：“列车加速附加时分，分。 c 第一列车前通后停时： i = t l + f j + 去( t + ) = f + f j + f l ( 3 1 6 ) 式中：，列车减速附加时分，分。 d 第一列车前停后停时： 1 2 - + f j + f p + 圭( f ：+ r ：) 2 f + p + f j + f l ( 3 1 7 ) 假定连发运行列车组第一列车在运行途中出现四种运行情况的概率是相等的。 北京交通大学硕士学位论文 因而，计算连发运行列车组的最小间隔时间的一般式也可以写成： i = t l + l + ( f p + f j ) 2 ( 3 - 1 8 ) 对于相向运行列车组，最小列车间隔时f 日j 是指运行列车组第一列车由区间一端 出发或通过之时起，至运行列车组第二列车由区间另一端出发或通过时止的时间。 其值与运行列车组第一、第二列车在运行图上铺画的优先级相关。 a 当两列车的优先级相同时 按照运行列车组第一列车在区间两端站运行情况的不同区分不同情况的最小 列车问隔时间如下公式计算： a 第一列车前通后通时： i = t l + h( 3 1 - 9 ) 堍 式中：i 会车i 日j 隔时间，分。 t b 第一列车前停后通时： i _ t l + p + f h( 3 - 1 1 0 ) c 第一列车前通后停时： i = t j + f j + 7 b ( 3 - l 1 1 ) 式中：f b 相对方向列车不同时到达间隔时间，分。 d 第一列车前停后停时： i = t l + f p + f j4 - f b( 3 - 1 1 2 ) 假定有相同等级列车组成的相向运行列车组第一列车在运行图中出现四种情 况的概率从是相等的。计算相向运行列车组的最小列车间隔时间的一般式也可以 写成： i = t l + 昙( 印+ 乃4 - r b + f h ) ( 3 - 1 1 3 ) b 当两列车的优先级不相同，且第一列车优先于第二列车时 这时运行列车组第一列车在区间终端站必取通过的铺画方式，而按其在区间始 端站运行情况的不同，区分不同情况的最小列车间隔时间可按如下公式计算： a 优先列车前通后通时： i = t l + 珀( 3 - l 一1 5 ) 基于列车运行质醴的区间通过能力利用率研究 b 优先列车前停后通时： i ：t i + f p + f h ( 3 - l 1 5 ) 与列车等级相同的情况类似，作为一般式可写为： 1 i = t 1 + t h + 亡p ( 3 一l 一1 6 ) 二 c 当两列车的优先级不相同，且第二列车优先于第一列车时 这时运行列车组第一列车在区间终端站必取停车待会的铺画方式，而按其在区 间终端站运行情况的不同，区分不同情况的最小列车间隔时间可按如下公式计算： a 第一列车前通后停时： i = t l + f j + r b ( 3 - 1 - 1 7 ) b 第一列车前停后停时： i = t l + 0 + f j + f b ( 3 - 1 1 8 ) 因此，作为一般式可写为： i - - t i + 乃+ 吒+ p ( 3 - 1 1 9 ) 最j , 歹l j 车间隔时间分布函数及其假设检验 最小列车间隔时间是指车站为办理必要的接发列车作业、确保行车安全，而 相邻列车间必需保有的间隔时间。一般情况下，最小列车间隔时间的概率分布可 按爱尔朗分布来描述，即： 他吨专j ! 生丝 = 鲁n ! 式中，h 为理论频数；口为时间与j 的比值。参数k 2 用如下公式计算： 后：( 专) 2 式中，s 为最小列车问隔时间的标准偏差，计算公式为： s = a 式中，a 为间隔时间j 分组的组距。 如可取l c o 的全部数值。当后：= 1 时，最小列车间隔时间的概率分布成为负指 数分布，即 北京交通大学硕士学位论文 3 1 2 缓冲时间 h = n e 一。 ( 3 - 1 - 2 0 ) 列车最小间隔时间是保证车站能完成必要的接发车作业和确保列车在区间安 全运行的间隔时间。在具体铺画列车运行图时，由于受列车种类不同，列车在运 行图上的相互位置的安排和区间能力利用率等因素的影响，列车运行图中实际安 排的列车发车间隔时日j 或到发问隔时间往往大于最小列车间隔时间。列车运行图 规定的列车间隔时问与列车最d f 日j 隔时间之差称为列车运行图缓冲时间，简称缓 冲时间。缓冲时间对缓解前行列车晚点对后行列车运行的影响有着重要意义。 单行行车区间缓冲时间的计算 图3 1单向行车区问列车远行情况示意图 f i g u r e3 - lt h em a p o f t r a i no p e r a t i o nl r lo n e w a ys e c t i o n 单向行车区间的基本列车运行如图5 一l 所示。若分别r j ，r 2 ，s 用表示各列 车在b 站的缓冲时| 日j ，则缓冲时间可按如下几种情况分别计算： 1 ) 前后行列车均通过车站的情况 列车l 和列车2 构成一组前后行列车，且均通过b 站，这时列车1 的缓冲时间 n 可按下式计算： _ 2 f 通2 。白l 。k ( 3 - 1 2 1 ) 啧2 ，t 通l 是列车2 和列车1 通过b 站的时问( 时刻) ： ，鸪- 歹0 车追踪间隔时间( 分) 2 ) 前行列车通过车站，而后行列车在后站停车的情况 列车2 和列车3 构成一组前后行列车，前行列车通过b 站，而后行列车在b 站 基于列车运行质茸的区间通过能力利用率研究 停车，这时列车2 的缓冲时f f i jr 、可按下式计算 ，22 t 到3 通2 - ，追 剜3 一列车3 到达b 站时间( 时刻) ( 3 - i 一2 2 ) 3 ) 前行列车在车站被后行列车越行的情况： 列车3 和列车4 构成一组前后行列车，前行列车通过b 站被后行列车越行，从 而交换了前后位置。互换后前行列车4 的缓冲时间_ 可按下式计算： r 4 2 t 船f 远4 一，追 式中：t 发3 - - 列车3 由b 站出发的时问( 时刻) 互换前前行列车3 的缓冲时间r 3 则应为： r 3 2 f 通4 一t 那- k ( 3 - 1 2 3 ) ( 3 一i 一2 4 ) 4 ) 前行列车由车站出发而后行列车通过的情况 列车6 和列车7 构成一组前后行列车，前行列车停车后由b 站出发，而后行列 车在b 站通过，这时列车6 的缓冲时问可按下式计算： r 6 2 近7 一f 发6 一气 ( 3 - i - 2 5 ) 5 ) 前后行列车均由车站出发的情况 列车8 和列车9 构成一组前后行列车，且两列车均为b 站停车作业后出发，这 时列车8 的缓冲时间r 8 可按下式计算： r 8 2 f 发9 - t 发s k f 3 1 2 6 ) 根据列车运行图给定的资料，运用上述原理不难计算出单向行车区间各次列车 的缓冲时间。 双向行车区间缓冲时间的计算 图3 2 双向行乍区问列车运行情况示意图 f i g u r e3 - 2t h em a po f t r a i no p e r a t i o ni nt w o w a ys e c t i o n 北京交通大学硕士学位论文 双向行车区间的基本运行情况如图5 - 2 所示。若仍分别用_ ，r 2 r 8 表示各 次列车在b 站的缓冲时间，则缓冲时间可按如下情况分别计算： 1 ) 两相邻列车在计算站交汇的情况 在这里，计算站是指计算缓冲时间的车站。列车1 和列车2 两相邻列车构成一 组在b 站交会的运行列车组，这时列车i 的缓冲时间 和列车2 的缓冲时间吃分别 为 ，2 2 发l 。通2 。7 会 ( 3 - 1 2 8 ) 砾一列车不同时间到达的时间问隔 珞一列车回车间隔时间( 分) 2 ) 两相邻列车在计算站交汇的情况 列车3 和列车4 以及列车5 个构成一组不在b 站交会的相邻列车组，这时列车 3 的缓冲时间吒和列车4 的缓冲时间，= 1 分别为： 2 通4 - 通3 一 ( 3 - 1 2 9 ) 2 遵5 逼4 一( 3 1 - 3 0 ) 龟一车站间隔时间( 分) 在这种情况下，缓冲时间可确保列车会车地点移至计算站。 3 ) 两相邻列车连发运行通过计算站的情况 列车5 和列车7 构成一组连发运行通过b 站的两相邻列车组，这时列车5 的缓 冲时间 可按下式计算： 吩2 7 m 。礓 ( 3 - 1 3 i ) 4 ) 两相邻列车在计算站有作业停车交会情况 列车6 和列车9 构成一组在备战作业停车交会的列车组，这时列车6 的缓冲时 间厂6 和列车9 的缓冲时间可按下列公式计算： 吃2 到9 。到6 - z r 不 ( 3 1 3 2 ) 吩2 发6 - 到9 7 会( 3 1 3 3 ) 根据列车运行图给定的资料，运用上述原理不难计算出双向行车区问各次列车 的缓冲时间。 缓冲时间分布函数及其假设检验 基于列车运行质量的区间通过能力利用率研究 通过大量的列车运行图缓冲时间分析可以发现，小值缓冲时间出现的频率通 常都大于大值缓冲时间出现的频率。因此，一般认为缓冲时间的概率分布可以用 负指数分布规律来表示，并假定缓冲时间可以用一定限定值开始的理论频数总值 来描述，即： ， h ，= n e ； ( 3 l - 3 4 ) 式中： r 一定数值的缓冲时间( 分) ； f 平均缓冲时间( 分) ； 日运行列车数； ，数值为r 的缓冲时间出现频数。 设肜为出现其值为r 的缓冲时间的概率，因而有： 霉5 专季以 将h ，计算式代入上式可得出r = r 至r = 。范围概率密度彬的分布函数， 3 1 3 列车晚点时间 限办= e 一； 矿：三p r ，； ， f 3 - i - 3 5 ) 列车晚点时间的分布函数和假设检验 列车由任一车站出发，对与其区间而言，可称之列车进入区问，若列车由任一 站出发晚点，即将产生列车进入晚点，亦即当列车由任一车站进入区间的实际时 刻偏于列车运行图的规定时刻，简称列车进入晚点，并定义列车实际进入区间时 间与运行图规定的计划发车时间之差为