司亞旺

摘 要：我國基本建成的高速鐵路網(wǎng)對經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國民的便捷出行做出了巨大貢獻(xiàn)，已成為我國一張新的“國家名片”。在高鐵發(fā)展期內(nèi)，普通列車也經(jīng)過了六次較大規(guī)模的提速，真正實(shí)現(xiàn)了貨運(yùn)“多拉快跑”和客運(yùn)服務(wù)優(yōu)質(zhì)化的目標(biāo)。但是在整個(gè)鐵路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)高速列車和中速列車共線混跑的運(yùn)輸組織模式，極大的影響了高速鐵路的通過能力。因此，文章結(jié)合元胞自動(dòng)機(jī)原理建立了鐵路區(qū)段內(nèi)不同運(yùn)行速度在移動(dòng)閉塞條件下列車追蹤運(yùn)行的模型，分析了發(fā)車間隔、混行比例和站間距離對通過能力的影響，并提出了加強(qiáng)通過能力的具體措施。

關(guān)鍵詞：混行運(yùn)輸；通過能力；元胞自動(dòng)機(jī)

1 高速鐵路運(yùn)輸組織模式概況及論文主要內(nèi)容

我國高速鐵路朝著規(guī)模龐大、規(guī)劃科學(xué)、高效安全的方向建設(shè)發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)以“四縱四橫”為基本框架向“五縱五橫十聯(lián)”發(fā)展的目標(biāo)。但是在全國高速鐵路網(wǎng)形成的初期，鐵路依然面臨著運(yùn)能與運(yùn)量之間的突出矛盾，跨線列車混跑的現(xiàn)象依然不可避免，隨之就產(chǎn)生了新的運(yùn)輸組織模式：高速列車與中速列車共線混行的運(yùn)輸組織模式。

這種運(yùn)輸組織模式的直觀表現(xiàn)是：高速鐵路的本線列車運(yùn)行速度一般為300-350km/h，而同時(shí)在高速鐵路上跨線開行的中速列車只能達(dá)到200-250km/h的運(yùn)行速度。這種運(yùn)輸模式不僅為旅客提供多樣化的客運(yùn)服務(wù)，滿足不同出行需求的旅客選擇適合的客運(yùn)產(chǎn)品[1]，而且在我國已有的車輛技術(shù)和線路狀況能夠?qū)崿F(xiàn)這種運(yùn)輸模式的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)客流運(yùn)輸?shù)闹边_(dá)性，減少旅客換乘的問題，合理利用高速列車在開行量不大時(shí)的線路。

這種混合開行模式雖然能夠高效利用高鐵線路，但也會(huì)降低高鐵線路的設(shè)計(jì)通過能力?；诖?，為了合理、高效的實(shí)現(xiàn)不同時(shí)速的列車共線混行，就要深入研究混行運(yùn)輸對高速鐵路通過能力的影響程度，提出混行列車數(shù)的比例，為編制合理的列車開行方案提供理論依據(jù)。

2 影響高速鐵路通過能力的因素和計(jì)算方法

在通常情況下，線路設(shè)備狀態(tài)和高速列車的組織開行方式是影響高速鐵路通過能力的兩個(gè)主要因素。其中，影響前者的主要因素有線路對否平順、停站次數(shù)多少、牽引機(jī)車功率大小和閉塞方式等，而影響后者的主要因素是混行列車比例、開行列車間的相對速度差、列車間必須保持的運(yùn)行安全距離和列車運(yùn)行圖鋪畫方式等。

高速鐵路要實(shí)現(xiàn)混行，就會(huì)出現(xiàn)非平行運(yùn)行圖的現(xiàn)象。考慮到上述多方面的影響因素，按照普通鐵路線路通過能力的計(jì)算方法，采取扣除系數(shù)法是比較合理有效的一種計(jì)算方法。此時(shí)高速鐵路扣除系數(shù)法就指當(dāng)需要運(yùn)行一列普通列車時(shí)，原有的高速列車通過對數(shù)必須進(jìn)行相應(yīng)的扣除來保證普通列車的運(yùn)行安全。

很顯然，當(dāng)高速鐵路運(yùn)行普通列車時(shí)，兩者之間的速度差必然會(huì)導(dǎo)致原有的高速鐵路運(yùn)行對數(shù)的扣除，同時(shí)還受到列車間不同的停站方式和停站時(shí)間的影響，導(dǎo)致原有的平行運(yùn)行圖也就相應(yīng)的變?yōu)榉瞧叫羞\(yùn)行圖，扣除系數(shù)也會(huì)隨之變化。

“高中混行”模式下，通過能力計(jì)算公式為[2]：N高中=N高+N中=（N全-N中？著中）+ N中，其中N高中為“高中混行”模式下，高速鐵路的通過能力，對或列；？著中為中速列車的平均扣除系數(shù)。

3 移動(dòng)閉塞條件下的元胞自動(dòng)機(jī)模型

文章為了減少對原有高速鐵路運(yùn)行對數(shù)的過大扣除，以及普速列車對高速鐵路線路的影響，將只考慮200-250km/h的中速列車對停站較少的高速列車的影響。同時(shí)不考慮不同線路區(qū)間內(nèi)的施工天窗和線路具體特性的影響，以及列車在經(jīng)過車站和道岔時(shí)的速度與區(qū)間運(yùn)行速度一致。

在學(xué)習(xí)理解NaSch模型的基礎(chǔ)上建立移動(dòng)閉塞條件下列車追蹤運(yùn)行的元胞自動(dòng)機(jī)模型。將所要研究的高速鐵路區(qū)間劃分為間隔距離形同的L個(gè)節(jié)點(diǎn)，模擬列車區(qū)間占有和空閑的兩種狀態(tài)，即在某一時(shí)間點(diǎn)，兩節(jié)點(diǎn)間的線路被高速列車或者中速列車所占有，或出現(xiàn)閑置狀態(tài)。同時(shí)為了簡化列車運(yùn)行速度計(jì)算，就將其進(jìn)行取整運(yùn)算。特別的，因?yàn)榛煨羞\(yùn)輸模式并不是一種運(yùn)行組織常態(tài)，因此模擬的時(shí)間區(qū)段也將是費(fèi)連續(xù)型的，且在這段時(shí)間內(nèi)列車速度是隨時(shí)變化發(fā)展的。

在運(yùn)行區(qū)段內(nèi)，先將列車數(shù)置為0。在系統(tǒng)開始運(yùn)行后給予列車混行比例p，隨之就會(huì)產(chǎn)生一列速度為i的第j類列車，且此列車的出現(xiàn)時(shí)間和區(qū)間時(shí)隨機(jī)不確定的，文章中假設(shè)滿足二項(xiàng)分布。

當(dāng)出發(fā)列車滿足車站到發(fā)時(shí)間間隔和運(yùn)行安全要求時(shí)，列車從始發(fā)站出發(fā)后的運(yùn)行位置就將隨時(shí)變化，緊接著就需要考慮下一列列車的出發(fā)時(shí)間；相對的，當(dāng)列車不滿足出站要求時(shí)，此列車的位置將不產(chǎn)生變化，而需要考慮前一列列車和后一列列車的位置變化，直到此列車滿足出發(fā)條件為止。