凌 熙,楊文韜
(中國鐵道科學(xué)研究院運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)研究所,北京 100081)
高速鐵路追蹤列車間隔時(shí)間測試方法標(biāo)準(zhǔn)化研究
凌 熙,楊文韜
(中國鐵道科學(xué)研究院運(yùn)輸及經(jīng)濟(jì)研究所,北京 100081)
針對高速鐵路追蹤列車間隔時(shí)間測試沒有標(biāo)準(zhǔn)化方法的現(xiàn)狀,明確測試?yán)碚摶A(chǔ),規(guī)范測試方法。運(yùn)用到達(dá)車站間隔時(shí)間的分析計(jì)算方法探討高速鐵路追蹤列車間隔時(shí)間測試?yán)碚摚岢龈咚勹F路列車速度與密度合理匹配關(guān)系是追蹤列車間隔時(shí)間測試的理論基礎(chǔ),計(jì)算結(jié)果符合我國高速鐵路實(shí)際情況。指出司機(jī)操縱差異、咽喉長度、線路條件等是影響追蹤列車間隔時(shí)間測試出現(xiàn)偏差的重要因素,從測試組織過程、測試結(jié)果以及結(jié)果的動態(tài)分析角度規(guī)范追蹤列車間隔時(shí)間測試方法,方法可操作性較強(qiáng),能夠體現(xiàn)線路實(shí)際列車追蹤運(yùn)行能力,已應(yīng)用于10余條高速鐵路的運(yùn)行試驗(yàn)工作。
高速鐵路;追蹤;方法;標(biāo)準(zhǔn)化
高速列車追蹤測試的目的是驗(yàn)證高速鐵路的追蹤列車間隔時(shí)間是否滿足設(shè)計(jì)要求。高速鐵路設(shè)計(jì)中提出的該指標(biāo)主要是信號設(shè)計(jì)、行車密度的運(yùn)營目標(biāo)要求?!陡咚勹F路工程動態(tài)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》(TB 10761—2013)在運(yùn)行試驗(yàn)檢測方法的要求中指出列車運(yùn)行圖參數(shù)測試要利用高速鐵路運(yùn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[1],該規(guī)范僅就測試技術(shù)手段進(jìn)行了規(guī)范?,F(xiàn)有的關(guān)于追蹤列車間隔時(shí)間的文獻(xiàn)多以研究分析合理的檢算方法為主要內(nèi)容,參考文獻(xiàn)[2-8]從追蹤列車間隔時(shí)間的動態(tài)特性、檢算方法以及仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了較為深入的分析論證。從2008年開始的追蹤列車間隔時(shí)間測試,技術(shù)手段不斷改進(jìn)完善,對測試方法的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化要求卻依然空白,這與我國高速鐵路建設(shè)的高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求不相適應(yīng)。提升高速鐵路聯(lián)調(diào)聯(lián)試及運(yùn)行試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)化水平,不僅有利于提升高速鐵路運(yùn)行試驗(yàn)技術(shù)水平,也將有利于高速鐵路建設(shè)“走出去”戰(zhàn)略的順利實(shí)施,基于此,應(yīng)進(jìn)一步推進(jìn)采用標(biāo)準(zhǔn)化方法。追蹤列車間隔時(shí)間測試是運(yùn)行試驗(yàn)的重點(diǎn)內(nèi)容,該項(xiàng)測試基于高速列車速度與密度合理匹配理論,其核心是追蹤列車間隔時(shí)間的分析計(jì)算,計(jì)算結(jié)果有助于分析測試結(jié)果的合理性和準(zhǔn)確性。
對于準(zhǔn)移動自動閉塞,追蹤列車間隔時(shí)間是衡量列車密度的主要指標(biāo)之一。追蹤列車間隔時(shí)間主要由車站的發(fā)車間隔時(shí)間I發(fā)、區(qū)間追蹤列車間隔時(shí)間I區(qū)(一般以I通代替)、列車通過車站的間隔時(shí)間I通及到達(dá)車站的間隔時(shí)間I到組成,在計(jì)算一個(gè)區(qū)段追蹤列車間隔時(shí)間時(shí),取4種間隔時(shí)間的最大值。根據(jù)多條高速鐵路的設(shè)計(jì)、測試以及運(yùn)營經(jīng)驗(yàn),到達(dá)車站的間隔時(shí)間I到往往是限制因素。
(1)到達(dá)車站的間隔時(shí)間計(jì)算方法
到達(dá)車站的間隔時(shí)間I到,是指自前一列車到達(dá)車站停車時(shí)起,至同方向后一列車到達(dá)車站停車時(shí)止的最小間隔時(shí)間。
到達(dá)追蹤行車條件:前行列車駛出車站咽喉區(qū)后,聯(lián)鎖能夠分段解鎖并為后行列車辦理好進(jìn)路,進(jìn)站信號機(jī)能夠正常開放,則后行列車即可正常進(jìn)站,此過程為快車追慢車的過程。
后車行車過程:后行列車首先從區(qū)間限速到達(dá)減速點(diǎn),然后減速到咽喉入口處,速度達(dá)到咽喉限速。再以咽喉限制速度行駛一段,開始從咽喉限速減速至站臺限速,最后從股道絕緣節(jié)處出清(實(shí)際測試取為列車停穩(wěn)時(shí)刻)見圖1。到達(dá)車站的間隔時(shí)間計(jì)算公式[9]為
其中l(wèi)列——列車長度,m,這里取單組為200 m;
l防——列車安全防護(hù)距離,m,一般取120 m;
v運(yùn)——前后列車間隔距離內(nèi)列車平均運(yùn)行速度,km/h;
l制——列車由最高速度至停車的制動距離,m;
l岔區(qū)——進(jìn)站信號機(jī)與反向出站信號機(jī)間軌道電路的長度,m;
t司確——司機(jī)確認(rèn)車載設(shè)備信號顯示至操作制動系統(tǒng)的時(shí)間,s,一般取6 s;
t到作——車站辦理列車到達(dá)作業(yè)時(shí)間,s,一般取18 s。
圖1 進(jìn)站追蹤行車過程示意
(2)計(jì)算條件
①列車最高運(yùn)行速度為200~350 km/h。
②列車緊急制動距離按最新修訂的《鐵路技術(shù)管理規(guī)程(高速鐵路部分)》規(guī)定取最大允許值,見表1。
表1 列車緊急制動距離[10]
③列車最大常用制動距離根據(jù)試驗(yàn)和理論計(jì)算結(jié)果取為緊急制動距離的1.15倍,見表2。
表2 列車最大常用制動距離
④平直道線路條件。
(3)計(jì)算結(jié)果(表3)
表3 不同速度等級列車到達(dá)車站的間隔時(shí)間計(jì)算結(jié)果 min
表3是選取不同制動初速和不同岔區(qū)長度的追蹤列車到達(dá)車站間隔時(shí)間計(jì)算結(jié)果,其中對于岔區(qū)長度的劃分,500、300 m為中、小型中間站近似岔區(qū)長度,1 000 m為始發(fā)終到車站近似岔區(qū)長度。由表3可以得出如下結(jié)論。
(1)平均運(yùn)行速度愈高,追蹤列車間隔時(shí)間愈小,可實(shí)現(xiàn)的行車量愈高。在已知設(shè)定條件下,各速度等級的列車,除個(gè)別數(shù)據(jù)外,到達(dá)車站的間隔時(shí)間都可以實(shí)現(xiàn)4 min。
(2)平均運(yùn)行速度與制動初速的比值(列車制動能力、岔區(qū)長度是制約該比值大小的關(guān)鍵因素)是影響追蹤列車間隔時(shí)間的主要因素,該比值從0.7減少到0.4,追蹤列車間隔時(shí)間最大增加了1.6 min,而岔區(qū)長度從300 m增加到1000 m,追蹤列車間隔時(shí)間最大增加了0.5 min。
(3)根據(jù)各條高速鐵路追蹤列車間隔時(shí)間在運(yùn)行試驗(yàn)階段獲取的測試結(jié)果,平均運(yùn)行速度與制動初速的比值在0.5左右,在這個(gè)比值以上,300 km/h以下的列車能夠比較容易地實(shí)現(xiàn)3 min的間隔時(shí)間。
(4)350 km/h速度等級的列車只有在平均運(yùn)行速度與制動初速的比值達(dá)到0.6以上時(shí)才有可能實(shí)現(xiàn)3 min的間隔時(shí)間。對于設(shè)計(jì)速度350 km/h的高速鐵路,在列車制動能力、咽喉限速等因素的限制下,進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)或運(yùn)營過程中需研究采用合理的追蹤列車間隔時(shí)間。
根據(jù)武廣、鄭西、滬寧等多條高速鐵路運(yùn)行試驗(yàn)的測試經(jīng)驗(yàn),影響追蹤測試過程的主要因素如下。
(1)前后追蹤兩列車司機(jī)操縱的差異
列車追蹤運(yùn)行試驗(yàn)通常要求司機(jī)緊貼列控模式控制曲線運(yùn)行,然而由于司機(jī)操縱的差異,實(shí)際操縱過程中難以完美貼線運(yùn)行。
(2)線路條件、列控系統(tǒng)的限制
由于線路存在坡道,兩車難以在同一地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)加減速過程,如列車追蹤運(yùn)行過程中通常會發(fā)生前車減速,兩車距離過近后,列控系統(tǒng)發(fā)揮作用,后車在未到達(dá)前車減速點(diǎn)前就已開始減速,導(dǎo)致時(shí)間差變大。
“我永遠(yuǎn)愛她。一個(gè)長期單身的男人,對婚姻談不上什么真知灼見,好比一個(gè)體操運(yùn)動員,在長期中斷訓(xùn)練之后,技藝生疏,已無膽量重返賽場。我忘不了她。她帶走了我的愛,我連愛的能力都喪失了?!?/p>
(3)咽喉長度的限制
由于追蹤列車出發(fā)過程中,前車出清第一離去以后才可以辦理后車發(fā)車進(jìn)路,車站咽喉過長對于追蹤列車的發(fā)車間隔產(chǎn)生直接影響;咽喉長度同樣對追蹤列車的到達(dá)間隔產(chǎn)生直接影響。
(4)測試計(jì)劃的影響
實(shí)際追蹤測試過程中,如果安排的追蹤運(yùn)行區(qū)段越長,I發(fā)、I通、I到全部實(shí)現(xiàn)測試計(jì)劃要求的可能性越小。
通常留給高速鐵路運(yùn)行試驗(yàn)的時(shí)間約為1個(gè)月左右,但往往由于動態(tài)驗(yàn)收等工作的提前,導(dǎo)致列車的追蹤測試可利用時(shí)間為1~3 d,因此,需在有限時(shí)間內(nèi)獲取盡可能多的有效數(shù)據(jù)??筛鶕?jù)線路類型、長度、車站數(shù)量等條件靈活編排測試計(jì)劃,計(jì)劃應(yīng)覆蓋始發(fā)終到站并盡量覆蓋大型中間站,且應(yīng)有利于列車運(yùn)行至最高速度。通常測試計(jì)劃可按表4條件編排,其中停車整理站一般為區(qū)段內(nèi)具備同時(shí)停放2列動車組條件的大站,按線路長度盡量均勻分布,一般不超過2次。設(shè)置停車整理站的主要目的是避免前后列車長途旅行產(chǎn)生操作上的偏差且需測試大站列車到達(dá)車站的間隔時(shí)間。
表4 測試計(jì)劃的編排條件
圖2為長度約310 km、包含10個(gè)車站且列車最高行車速度為200 km/h的線路開展4 min追蹤測試計(jì)劃示意圖,在C、G站停車整理1 min,停車整理站之間、停車整理站與始發(fā)終到站之間的區(qū)間按列車到發(fā)典型區(qū)段處理。
圖2 追蹤測試計(jì)劃示意
(1)測試條件和結(jié)果的規(guī)范處理
①列車追蹤運(yùn)行測試需在CTC辦理進(jìn)路的條件下進(jìn)行;
②列車追蹤運(yùn)行測試動車組列車按模式控制曲線(ATP限速曲線)±2 km/h正常運(yùn)行。
高速鐵路滿足追蹤間隔設(shè)計(jì)要求的某個(gè)或幾個(gè)典型列車到發(fā)區(qū)段較其他區(qū)段在客流輸送、調(diào)度指揮方面具有更高的靈活性。為確保測試組織可操作、方法合理,可考慮列車追蹤運(yùn)行測試組織不以驗(yàn)證整條高速鐵路嚴(yán)格滿足追蹤間隔設(shè)計(jì)要求為目標(biāo),而就典型列車到發(fā)區(qū)段進(jìn)行驗(yàn)證,并且認(rèn)為一條高速鐵路存在典型列車到發(fā)區(qū)段滿足追蹤間隔設(shè)計(jì)要求,那么該條高速鐵路就具備了符合追蹤間隔設(shè)計(jì)要求的列車追蹤運(yùn)行能力。測試結(jié)果的取值建議按如下要求進(jìn)行規(guī)范處理。
①高速鐵路上行或下行方向典型列車到發(fā)區(qū)段進(jìn)行不同組別的列車追蹤運(yùn)行測試,該測試區(qū)段追蹤列車間隔時(shí)間取I發(fā)、I通、I到的最大值,即I=max(I發(fā),I通,I到),高速鐵路同一運(yùn)行方向的追蹤列車間隔時(shí)間取不同測試區(qū)段I的最小值。
②高速鐵路上下行方向追蹤列車間隔時(shí)間分別確定,并取上下行追蹤列車間隔時(shí)間的較小值,即I線=min(I上,I下),那么該條高速鐵路具備了I線間隔列車追蹤運(yùn)行的能力。
③根據(jù)測試結(jié)果,高速鐵路追蹤列車間隔時(shí)間I線應(yīng)取整到30 s,即測試值秒位不大于30 s按30 s處理,大于30 s按1 min處理。
(2)測試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)化分析方法
由于樣本數(shù)據(jù)量的限制、追蹤過程的偏差等因素的干擾,一般需對測試結(jié)果進(jìn)行動態(tài)分析,以尋求符合線路技術(shù)設(shè)備條件、相對合理并接近真實(shí)值的追蹤列車間隔時(shí)間。
在高速鐵路運(yùn)營過程中,出于列控系統(tǒng)保有合理安全余量且縮短到達(dá)間隔[12]的考慮,列車進(jìn)站停車一般在到達(dá)理論減速點(diǎn)前提前降速,若后行列車追蹤較緊,則受進(jìn)站信號未開放影響而提前降速,如圖3所示柳南客專追蹤測試列車到達(dá)五塘站速度里程圖K177+934里程點(diǎn)。實(shí)際測試中,由于理論追蹤列車間隔時(shí)間用測試方法逐步逼近幾乎無法實(shí)際操作,為了確保測試過程相對高效,通常要求列車做緊追蹤,即按發(fā)車間隔低于設(shè)計(jì)追蹤間隔20 s左右掌握,用以避免發(fā)車和區(qū)間追蹤間隔過小而對到達(dá)間隔產(chǎn)生過多的不利影響。動態(tài)分析法就是在列車緊追蹤條件下,綜合分析后行列車距離進(jìn)站信號機(jī)合理間距處的追蹤列車間隔來推算列車到達(dá)車站的合理間隔時(shí)間。
式中I閉——前、后車在后車減速點(diǎn)處實(shí)際間隔時(shí)間,min;
t冗——后車冗余走行時(shí)間,min;
t減——后車運(yùn)行至減速點(diǎn)的時(shí)刻;
t信——為后車開辦進(jìn)站信號的時(shí)刻;
I減——為后車補(bǔ)償t冗后的前、后車間隔時(shí)間,min;
t后——后車從提前減速點(diǎn)處至停站的運(yùn)行時(shí)間,min;
t前——前車從后車提前減速點(diǎn)處至停站的運(yùn)行時(shí)間,min;
圖3 D8233(前車綠色)和D8243(后車紅色)次列車追蹤到達(dá)五塘站速度里程
追蹤列車間隔時(shí)間測試的標(biāo)準(zhǔn)化方法從典型區(qū)段、車站入手,抓住追蹤運(yùn)行測試的實(shí)際需求和目標(biāo),不就全線是否嚴(yán)格具備3~4 min列車追蹤運(yùn)行能力進(jìn)行驗(yàn)證,可操作性較強(qiáng),更加符合高速鐵路運(yùn)營實(shí)際,體現(xiàn)列車追蹤運(yùn)行能力。建議將“測試條件和結(jié)果的規(guī)范處理”相關(guān)內(nèi)容納入《高速鐵路工程動態(tài)驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》(TB 10761—2013)運(yùn)行試驗(yàn)部分。
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Study on Method Standardization of High-speed Railway Tracking Train Interval Test
LING Xi, YANG Wen-tao
(Transportation & Economics Research Institute, China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China)
In view of the fact that there is no standardized method for high-speed railway tracking train interval test, this paper aims to define test theoretical basis and standardize test method. By analyzing and calculating the interval of trains arriving at the station, this paper holds that reasonable matching relationship of high-speed railway train speed with density is the theoretical basis for tracking train interval test and the manipulating differences in drivers, the throat length and the line conditions are important factors that may result in deviations during the test. The method for tracking test is standardized with respect to test organization, test results and dynamic analysis of results. The standardized method is proved applicable in reflecting practical train tracking ability of the line, and has been applied to more than 10 of the high-speed railways.
High-speed railway; Tracking; Method; Standardization
2014-12-19;
2015-01-28
凌 熙(1981—),男,助理研究員,2007年畢業(yè)于北京交通大學(xué),工學(xué)碩士,E-mail:x68000@126.com。
1004-2954(2015)10-0023-04
U238; U292.4+1
A
10.13238/j.issn.1004-2954.2015.10.006