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原文传递高速铁路通过能力计算及可靠性评估方法研究

论文题名：	高速铁路通过能力计算及可靠性评估方法研究
关键词：	高速铁路;通过能力;可靠性评估;开行方案;运行图
摘要：	在通过能力计算及评估方面，相对于既有线，我国高速铁路有以下几个不同点。其一，不同于既有铁路列车运行控制方式，我国高速铁路采用CTCS-2或CTCS-3级列控系统，该列控系统满足运营速度350km/h及以上、最小追踪间隔3min的要求。其二，不同于既有铁路列车在一昼夜内均可以有列车运行，高速铁路垂直型维修天窗模式导致夜间无法组织高速列车运行。其三，既有铁路旅客列车在一昼夜内的开行时间较为均衡，而高速铁路旅客出行具有较明显的时段选择性，因此需要不同时段设计不同列车开行方案，在既满足旅客出行需求的同时，不造成能力的浪费。其四，既有铁路列车的开行主要是解决旅客出行难的问题，尽量要满足更多旅客的出行需求。而高速铁路旅客对出行的服务需求更为明显，尤其对出行的快速性和准时性的需求。因此，高速铁路通过能力计算及评估方法不仅要尽量最大化能力的量值，也要满足一定旅客出行质的需求。　　综上分析，可知既有铁路能力的计算及评估方法已不能完全适用于高速铁路。因此，本文主要借鉴既有铁路能力计算方法的有益思想，结合高速铁路自身特点，研究更适用于高速铁路能力计算及评估的方法。本文主要研究内容包括: 　　(1)高速铁路通过能力主要影响因素分析　　分析了影响高速铁路能力的主要影响因素，具体包括列车运行间隔时间、列车起停附加时间、列车开行方案和维修天窗等。提出各个因素对高速铁路通过能力影响程度的量化方法。重点研究了基于CTCS-3级列控系统的高速铁路列车到达间隔时间的计算方法及影响参数，并量化各影响参数对到达间隔时间的影响。得出可以通过将车站咽喉区进行重新划分，降低车站咽喉对到达间隔时间的影响，从而可以更精细化地计算了高速铁路通过能力。　　(2)高速铁路车站通过能力计算方法　　提出了基于车站分区阶梯模型的车站通过能力计算方法。结合车站道岔分组、信号系统和轨道电路和站场拓扑结构，重新划分车站分区，该方法可以通过缩短列车到达间隔时间而精细化计算通过能力。通过分析不同速度等级、不同作业类型列车的最优顺序，并考虑一定旅客服务水平指标，分别研究基于随机列车分配的最大能力和基于给定列车开行结构的最大能力。通过京沪高铁济南西站的实例分析可得，时速300km和时速250km的列车到达间隔时间最小可分别减少为3.1min和2.7min，两种通过能力计算方法的计算结果均可以达到17列/小时，平均到达间隔时间为3.7min。证明该方法在符合运输组织实际情况和旅客服务要求的情况下，可以使车站单位时间内可作业列车数量最大化。　　(3)高速铁路客运区段通过能力计算方法　　结合传统区段能力计算方法中的扣除系数法、图解法、运行图压缩和加密法及仿真模拟技术，研究高速铁路客运区段通过能力计算方法。研究了同一速度等级、不同停站方式列车通过能力计算方法和不同速度等级列车混合运行的通过能力计算方法。建立了基于列车开行方案的所有列车扣除平图列车数最少为目标的高速铁路客运区段通过能力计算模型，并研究了相应的求解算法。研究了在既有本线列车时刻表的条件下，考虑全线列车运行的客运区段通过能力计算方法。通过对京沪高铁北京南-济南西客运区段的通过能力计算及分析，可得一个小时内客运区段同一速度等级列车、不同停站方式的通过能力为14列川、时，在此基础上，不改变同一速度等级列车开行方案的前提下，增加1列较低速度等级列车后，客运区段通过能力将为9列/小时。因此可得，不同速度等级列车共线运行对能力影响很大。　　(4)基于列车运行延误优化调整的能力可靠性评估　　通过对高速铁路能力可靠性的分析及定义，结合原实际列车运行图与经过列车运行延误优化调整后的运行图之间的关系，分别针对两张运行图对原图实际能力、剩余能力及由延误导致的损失能力等能力值的分析和计算，建立运输能力可靠性评估指标并研究其量化方法，并对高速铁路运输能力可靠性进行计算及评估。针对因高速铁路列车延误而需要进行列车运行调整的问题，并建立了基于序优化方法的列车运行调整方案优化模型，通过仿真计算得到总延误时间最少的列车运行调整方案，作为能力可靠性评估的基础方案。以北京南-济南西客运区段不同能力利用方案为案例，分别计算并分析其能力可靠性。可得在实际能力相同的条件下，能力利用率越大，剩余能力越小，可靠性越差。当能力利用率将近80％时，就会使部分列车无法运行，导致需要对运行线进行删除。而当能力利用率达到100％时，延误必然会造成运行线的删除。　　综上所述，高速列车运行速度高、运行密度大，通过对不同速度等级列车在不同车站作业的间隔时间的进一步细化，实际可通过的列车数可大幅度提高。针对高速铁路垂直维修天窗前后形成的三角区对能力的影响和高速铁路旅客出行的时段性，本文以小时为单位计算能力，计算不同时段不同需求条件下，满足一定旅客服务水平指标的车站和客运区段通过能力。此外，本文提出的能力可靠性评估方法将能力可靠性和运行图的优化调整进行合理融合，可以在更有效利用资源的情况下，对能力可靠性进行评估，从而降低对额外能力损失的误评估。因此可得，本文所研究的高速铁路运输能力计算及评估方法更符合实际情况，且能更有效地为实际运输组织和客运产品提供理论支持。
作者：	李晓娟
专业：	交通运输规划与管理
导师：	韩宝明
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文