普通列车运行对高速铁路通过能力影响的研究

司亚旺

摘 要：我国基本建成的高速铁路网对经济的发展和国民的便捷出行做出了巨大贡献，已成为我国一张新的“国家名片”。在高铁发展期内，普通列车也经过了六次较大规模的提速，真正实现了货运“多拉快跑”和客运服务优质化的目标。但是在整个铁路运输网络中，经常会出现高速列车和中速列车共线混跑的运输组织模式，极大的影响了高速铁路的通过能力。因此，文章结合元胞自动机原理建立了铁路区段内不同运行速度在移动闭塞条件下列车追踪运行的模型，分析了发车间隔、混行比例和站间距离对通过能力的影响，并提出了加强通过能力的具体措施。

关键词：混行运输；通过能力；元胞自动机

1 高速铁路运输组织模式概况及论文主要内容

我国高速铁路朝着规模庞大、规划科学、高效安全的方向建设发展，逐步实现以“四纵四横”为基本框架向“五纵五横十联”发展的目标。但是在全国高速铁路网形成的初期，铁路依然面临着运能与运量之间的突出矛盾，跨线列车混跑的现象依然不可避免，随之就产生了新的运输组织模式：高速列车与中速列车共线混行的运输组织模式。

这种运输组织模式的直观表现是：高速铁路的本线列车运行速度一般为300-350km/h，而同时在高速铁路上跨线开行的中速列车只能达到200-250km/h的运行速度。这种运输模式不仅为旅客提供多样化的客运服务，满足不同出行需求的旅客选择适合的客运产品[1]，而且在我国已有的车辆技术和线路状况能够实现这种运输模式的情况下，能够实现客流运输的直达性，减少旅客换乘的问题，合理利用高速列车在开行量不大时的线路。

这种混合开行模式虽然能够高效利用高铁线路，但也会降低高铁线路的设计通过能力。基于此，为了合理、高效的实现不同时速的列车共线混行，就要深入研究混行运输对高速铁路通过能力的影响程度，提出混行列车数的比例，为编制合理的列车开行方案提供理论依据。

2 影响高速铁路通过能力的因素和计算方法

在通常情况下，线路设备状态和高速列车的组织开行方式是影响高速铁路通过能力的两个主要因素。其中，影响前者的主要因素有线路对否平顺、停站次数多少、牵引机车功率大小和闭塞方式等，而影响后者的主要因素是混行列车比例、开行列车间的相对速度差、列车间必须保持的运行安全距离和列车运行图铺画方式等。

高速铁路要实现混行，就会出现非平行运行图的现象。考虑到上述多方面的影响因素，按照普通铁路线路通过能力的计算方法，采取扣除系数法是比较合理有效的一种计算方法。此时高速铁路扣除系数法就指当需要运行一列普通列车时，原有的高速列车通过对数必须进行相应的扣除来保证普通列车的运行安全。

很显然，当高速铁路运行普通列车时，两者之间的速度差必然会导致原有的高速铁路运行对数的扣除，同时还受到列车间不同的停站方式和停站时间的影响，导致原有的平行运行图也就相应的变为非平行运行图，扣除系数也会随之变化。

“高中混行”模式下，通过能力计算公式为[2]：N高中=N高+N中=（N全-N中？着中）+ N中，其中N高中为“高中混行”模式下，高速铁路的通过能力，对或列；？着中为中速列车的平均扣除系数。

3 移动闭塞条件下的元胞自动机模型

文章为了减少对原有高速铁路运行对数的过大扣除，以及普速列车对高速铁路线路的影响，将只考虑200-250km/h的中速列车对停站较少的高速列车的影响。同时不考虑不同线路区间内的施工天窗和线路具体特性的影响，以及列车在经过车站和道岔时的速度与区间运行速度一致。

在学习理解NaSch模型的基础上建立移动闭塞条件下列车追踪运行的元胞自动机模型。将所要研究的高速铁路区间划分为间隔距离形同的L个节点，模拟列车区间占有和空闲的两种状态，即在某一时间点，两节点间的线路被高速列车或者中速列车所占有，或出现闲置状态。同时为了简化列车运行速度计算，就将其进行取整运算。特别的，因为混行运输模式并不是一种运行组织常态，因此模拟的时间区段也将是费连续型的，且在这段时间内列车速度是随时变化发展的。

在运行区段内，先将列车数置为0。在系统开始运行后给予列车混行比例p，随之就会产生一列速度为i的第j类列车，且此列车的出现时间和区间时随机不确定的，文章中假设满足二项分布。

当出发列车满足车站到发时间间隔和运行安全要求时，列车从始发站出发后的运行位置就将随时变化，紧接着就需要考虑下一列列车的出发时间；相对的，当列车不满足出站要求时，此列车的位置将不产生变化，而需要考虑前一列列车和后一列列车的位置变化，直到此列车满足出发条件为止。