基于虚拟编组技术的单线重载铁路通过能力计算方法研究

针对我国现阶段单线重载铁路能力紧张问题,提出应用虚拟编组技术从运输组织层面提升运输能力。对虚拟编组技术基本概念进行介绍,细致分析了虚拟编组技术下列车追踪运行的全过程,将其分为4种状态,并分别给出各状态下追踪间隔计算方法。通过分析虚拟编组技术应用下单线重载线路列车在站作业及会让方式,给出区间运行图周期计算通式,构建虚拟编组下单线重载铁路最小运行图周期计算模型,并将其改写为混合整数线性规划模型。模型结构简单,且规模随区间数多项式有界,可直接采用商业优化软件求解。选取1条实际运营线路进行案例分析,计算结果显示,虚拟编组技术下其通过能力可提升55%,表明计算模型有效可靠,且虚拟编组技术的应用对单线重载铁路能力提升显著。

地铁大坡度道岔车辆通过性能影响因素仿真分析

[目的]在地铁实际建设中,经常会由于规划建设、节约用地或地形、地物限制等原因,需要将道岔铺设在大坡道地段上。在实际使用过程中发现,大坡度道岔结构存在列车运行的平稳性及舒适性较差等问题,故必须研究大坡度地铁道岔车辆通过性能的影响因素。[方法]基于多体动力学理论,采用仿真分析软件,以铺设在30‰坡度上的9号道岔为研究对象,建立了车辆-道岔多体耦合动力学模型,通过对不同行车速度及不同摩擦因数下单体车辆通过大坡度道岔的动力学性能指标(包括轮轨相互作用、安全性指标、平稳性指标等)进行对比,分析了不同因素对大坡度地铁道岔车辆通过性能的影响。[结果及结论]通过仿真研究发现:行车速度对轮轨相互作用、平稳性指标和安全性指标的影响与车辆过岔时的坡度方向无关,车辆上下坡过岔时,行车速度对各项动力学指标的影响趋势一致,但下坡时行车速度对其影响较大;车辆上下坡过岔时,摩擦因数对轮轨动态相互作用及车体横向加速度影响较大,随着摩擦因数增加,轮轨相互作用力降低,车体垂向加速度无明显变化,横向加速度有较大幅度增加,且下坡时影响较大。为此,应在下坡时采取一定的加强和防护措施。

列车大小交路通信协同运行自适应控制方法

针对列车运输能力与客流时空分布不匹配的问题,提出列车灵活编组方案和短编组小间隔自适应控制方法。首先,根据新型列控系统的特点,设计列车自适应闭环控制框架,构建列车最小追踪间隔模型,提出大小交路列车在小交路通信协同运行的编组方案。其次,根据列车编组方案短编组小间隔控制需求,基于深度确定性策略梯度(Deep Deterministic Policy Gradient,DDPG)算法设计列车自适应控制模型,模型中通过设置奖励函数实现列车多目标控制,通过设计神经网络输出列车最优控制策略。然后,利用Matlab/Simulink仿真平台,以上海地铁2号线2A-2A列车通信协同运行为例,设置其追踪间隔为10 s,搭建加入随机阻力扰动的列车自适应控制模型并进行训练。研究结果表明:列车停车误差为0.1 m,准时误差为0.2 s,协同速度差小于2 km/h,区间最小追踪间隔为180.6 m,满足列车精准停车、速度协同和间隔安全性要求。针对DDPG算法估值过高而导致列车运行速度波动的问题,将神经网络中的Critic网络进行改进,改进后训练仿真表明:列车停车误差为0.03 m,准时误差为0.1 s,协同速度差小于2 km/h,区间最小追踪间隔为181.1 m,列车停车精度和间隔安全性均有提高,且速度波动相对平稳。最后,为验证该控制方法的实时性和安全性,假设前车在意外情况下减速停车,经仿真验证:后车停车误差为1.3 s,停车间隔为220.8 m,满足实时性和安全性的要求。研究成果可为城市轨道交通提供一种灵活匹配客流量的行车编组方案,为新型列控系统列车短编组小间隔运行提供一种安全高效的自适应控制方法。

考虑不同折返方式的城际铁路车站通过能力利用研究

城际铁路具有公交化运营特征,在始发终到站接发的列车以折返列车为主。为控制车站占地规模,且充分利用城际铁路车站通过能力,亟需研究不同折返方式下的城际铁路车站通过能力利用情况。将列车在站办理的各项作业抽象为“走行”和“停留”2类,将一组连续的“走行—停留—走行”过程抽象为一个“作业序列”,采用“作业序列”这一概念对列车站前折返或站后折返作业过程进行描述。基于车站通过能力计算的图解法原理,构建城际铁路车站通过能力利用分析模型,对车站作业计划进行压缩,模型求得的最优解表示当前数量列车作业占用车站设备时间最小的方案,将求得的最小占用时间与实际运营时间作比较计算车站通过能力利用率。考虑不同折返列车组合和不同车站间隔时间,设计实验识别车站能力瓶颈所在位置。案例分析结果表明,按照现行车站间隔时间标准,当折返列车只采用站前折返方式时,站前折返列车上升至占全部接发列车数量的48.5%时,车站能力瓶颈将由道岔组转移至到发线;当折返列车同时采用站前折返和站后折返方式时,保持折返列车数量不变,站后折返列车上升至占折返列车总数的50%时,车站能力瓶颈将由到发线转移至站后折返线。上述研究结果可为具备折返条件的车站在站场布局、折返设备布置及折返方式选择等方面提供参考依据。

客运需求局部缩减条件下列车开行方案调整研究

因疫情或其他特定事件导致局部客运需求缩减时,铁路各OD之间客流规模均发生相应变化。如何保证铁路运输生产连续性来调整列车开行方案是铁路运营企业面临的难题。归纳了应对不同客运需求缩减场景的列车开行方案调整策略,包括列车停运、列车编组调整、列车运行区段调整、列车停站办理客运作业调整及关联售票调整。以此为基础,构建列车开行方案调整模型,对列车停运、列车停站不办理客运作业和列车编组调整综合决策,其中列车停运考虑整交路以实现决策在实际中的适用性。通过算例证明了模型的有效性,在实际线路案例中的结果显示,通过优化列车开行方案运力配置,调整后结果在供需匹配的基础上可以控制运营成本,减少需求缩减带来的损失。

市域快轨快慢车模式越行节省时间研究

不同于地铁制式,市域快轨是轨道交通建设为满足通勤化、大运量、快速度需求发展到一定阶段产生的新型式,其快慢车运营模式势在必行。为此,在既有研究的基础上,综合考虑运营模式、越行速度、越行站站型、道岔型号等因素,对市域快轨快慢车运营模式下的越行节省时间计算方法展开研究,形成计算方法。以国内某市域快轨为基础建立仿真模型,通过OpenTrack仿真技术验证理论计算结果,得到如下结论:当越行速度介于60~120km/h之间时,追踪模式下快车跳站运营,每跳一站相比慢车停站的节省时间(含慢车停站时间)介于37~55s;越行模式下快车越行运营,每越行一站相比慢车停站的节省时间(含慢车停站时间)介于69~87s。与仿真结果相比,理论计算平均误差不超过3%。研究成果可为市域快轨快慢车运营时间效益分析提供参考。

铁路疆煤外运运输通过能力提升对策

在我国深入实施碳达峰、碳中和的大背景下,随着煤炭行业供给侧结构性改革的纵深推进,全国煤炭生产基地向新疆集中,疆煤产能得到进一步释放,在满足当地市场需求的前提下,将持续大幅度提高疆煤外运量,填补国内市场的煤炭缺口。综合分析当前铁路疆煤外运运输通过能力现状及存在问题,针对主要站点及部分区段运输通过能力不足、机车机班运用相对紧张、施工作业组织待优化等多重因素影响,结合疆煤外运主要流量、流向,从系统提升点-线-网运输通过能力、补充机车机班及优化机车运用、提高货物列车编组质量、优化施工组织、提升调度精细化指挥水平5个方面提出改进建议,以进一步提升铁路疆煤外运运输通过能力,为满足疆煤外运需求提供运力支撑。

面向运力精准投放的城轨列车多编组开行方案优化研究

文章首先从客流时空分布、OD交换特征、车站网络重要性等方面确定大小交路的折返站;并以改进后的交路方案为输入,建立最小化企业运营成本及乘客出行成本目标函数与发车频率、列车满载率等约束条件,构建多编组开行方案优化的上层模型;建立列车运力与客流量的方差和最小目标函数、列车最小追踪间隔和编组数量约束条件,构建运力精准投放的下层模型;根据模型特性,采用嵌套遗传算法进行求解。最后,以南京地铁2号线为例,验证模型优化得到的多编组开行方案在客流分布不均衡情况下的实际运用效果。

广州地铁车站进站客流超高峰系数实证分析

[目的]超高峰客流量是设计城市轨道交通车站内各部位通过能力所需的重要参数,由高峰小时客流量乘以超高峰系数得到。而超高峰系数目前还没有合理的确定方法,在实际设计中通常基于《地铁设计规范》给出的建议值并结合设计者的经验进行取值,需研究其分布规律和取值方法。[方法]基于广州地铁现状客流数据,按照全日进站量和所在区位对车站进行分类,基于此,分析了不同类型车站进站客流超高峰系数分布范围的差异,探讨了进站客流超高峰系数的分布规律和确定思路。[结果及结论]周边以岗位用地为主的车站,其晚高峰进站客流超高峰系数宜在《地铁设计规范》中建议值的低限附近取值;周边以居住用地为主的车站,其早高峰进站客流超高峰系数,可根据车站早高峰进站客流的出行距离分布集中程度来取值,如果出行距离分布集中程度高,则宜在《地铁设计规范》中建议值的高限附近取值。

基于TOPSIS熵权法的高速铁路动车组运用水平评价方法研究

高速铁路网规模日益扩大,动车组保有量和旅客出行需求进一步增加,对动车组运用水平提出更高的要求。以合理优化动车组交路,提高动车组效能发挥程度为目标,针对高速铁路动车组运用水平评价问题,利用层次分析法,构建了包含动车组运用效率、动车组运用均衡度、动车组运用合理性3个一级指标和9个二级指标的高速铁路动车组运用水平评价指标体系,并将各指标的定性描述转化为数学表达,根据TOPSIS理论和熵权法设计动车组运用水平综合评价方法。以2022年3季度途经某高速铁路线路的所有动车组交路为例对评价方法进行验证,结果表明:提出的TOPSIS熵权法可以有效解决动车组运用水平评价问题,为动车组交路方案比选提供科学依据,对提高运力资源组织效率和铁路运营效益具有重要意义。

基于道岔分组的高速铁路车站咽喉通过能力计算

随着我国高速铁路成网运营,点、线能力不匹配的问题日益凸显,尤其是多条线路汇集的咽喉区成为限制车站通过能力的主要瓶颈。同时,列车密集到发,车流高度集中,高峰时段列车进出站频繁,进路交叉干扰加剧,这些特征均对车站咽喉带来很大压力。因此,结合国内外学者已有研究,从咽喉通过能力计算着手,阐述咽喉通过能力动、静态影响因素,以进路为研究对象、车站拓扑图为依托,结合牵引计算,提出了基于道岔分组的咽喉通过能力图解思想及步骤。最后,以西安北郑西场为实例,将既有列车到发顺序作为输入流,经图解模型,得到最优进路分配方案视作输出流,并对结果进行定量分析。分析表明:相比于利用率法,图解法计算结果更准确,同时又能反映接发车进路所占用道岔组及时长。

基于熵权的模糊综合铁路项目经济后评价优化

铁路项目后评价内容对于铁路勘察设计单位前期研究质量反馈具有重要意义,针对我国大多数勘察设计单位注重项目前期评价,而对铁路开通运营后的后期评价考虑不足的现状,通过抽象铁路建设项目中存在的主要影响因素,构建项目后评价指标三层级体系;通过专家访问,获取项目开通运营后项目负责人对运营现状的评价量化三级指标值,根据三级评价指标值,结合熵权法,运用多层级模糊综合评价法,分析铁路项目研究对象的后评价问题;基于所提方法,以已开通运营的和若铁路作为实例,结合前期研究成果及运营现状,验证基于熵权的模糊综合评价法用于铁路项目经济后评价的可行性与合理性,评价结果对勘察设计单位及运营部门今后的工作具有一定的借鉴作用。

基于最小间隔法的单线铁路车站分布优化

单线铁路车站分布优化是单线铁路工程设计中的重要内容,在研究线路站点数量较多情况下,存在人工调整效率低、调整结果无统一评价标准等问题。基于此,研究通过考虑平均列车间隔时间,以保证一定铁路运输质量标准为前提,将沿线衔接客货运站点必须开站和区间能力必须满足运输需求作为紧性约束条件,单线铁路沿线站点分布作为决策变量,构建了以单线铁路线路开站数量最小和通过能力最大为目标函数的非线性整数多目标模型。针对模型特点,设计基于Pareto概念的NSGA-Ⅱ求解算法。算例分析结果表明:研究所构建的模型科学合理,设计的算法有效;算例运行结果仅需8 s,可显著提高工程设计人员的工作效率;运用最小间隔法计算通过能力,对铁路运行图铺画亦具有一定的参考价值。

东北铁路运输能力适应性分析和补强措施研究

东北地区是我国重要的工业和农业基地,对国家维护国防安全、粮食安全、生态安全、能源安全、产业安全的战略地位十分重要,关乎国家发展大局。通过深入分析,阐释东北地区铁路出入关通道能力、主要装车站装卸车能力,从区间通过能力限制、主要站点运输能力不足、机车机班周转效率不高、集中修施工组织影响、部分集疏港铁路能力不足等方面,找准制约东北地区铁路运输供给质量的瓶颈,从提高列车编组质量、铁路站场扩能改造、加强机车机班周转、统筹施工与运输组织、提升集疏港通道能力等方面,提出进一步提升东北地区铁路运输能力的一系列对策,为服务和支撑东北全面振兴提供运力保障。

考虑非合作博弈的货运列车编组调度决策分析

针对货运列车编组调度效率影响铁路运输能力瓶颈问题,通过抽象双向三级六场编组站货运列车编组调度过程,构建货运列车编组调度单目标整数规划模型,并尝试性地将博弈理论引入编组站编组调度决策过程中。所构建的模型以列车编组始发列车需满足的满长、满轴、时限要求为约束条件,以编组车辆在编组站平均中时最小化为目标函数,并运用非合作博弈理论,分析博弈决策场景下的调度决策问题。结合所构建的单目标整数规划模型,使求解结果更合理化。结合哈密东双向三级六场编组站规划改扩建,通过简化编组调度场景,以到达解体列车为例,分析所提方法的可行性,该方法对铁路工程设计中编组站改扩建、铁路运输能力计算、列车运行图铺画具有一定参考借鉴意义。

利用OpenTrack软件进行UIC406铁路通过能力计算研究

不同国家地区对铁路通过能力计算的理念和方法存在差异性,在海外轨道交通项目中,业主及咨询商经常要求运营商以UIC406计算铁路通过能力的方法评估铁路能力。不同于其他借鉴或使用UIC406概念的铁路通过能力演变计算方法,利用OpenTrack软件的相关功能可以实现并呈现UIC406提供的铁路通过能力计算过程,并对不同情形下的铁路通过能力进行评估,计算和评估过程简便且高效,评估结果在国际轨道交通运营领域认可度较高,为海外轨道交通运营项目的顺利开展提供支持。

北黑铁路(龙镇至黑河段)升级改造动车组开行方案研究

北黑铁路(龙镇至黑河段)升级改造后,后方通道存在牵引种类不一致的情况,在电气化铁路、非电气化铁路间跨线运行时,因标准不一致无法提供高质量的客运服务。结合北黑铁路(龙镇至黑河段)现状及存在问题,根据功能定位进行升级改造,分析动车组列车开行必要性。分析了采用电力动车组、内燃动车组及混合动力动车组等各开行方案的优缺点,推荐采用混合动力动车组开行方案,随着动车组技术更新,可以有效满足不同的市场需求,提高铁路客运服务质量。

铁路通过能力计算方法综述研究

在我国铁路不断发展的今天,关于铁路的通过能力计算变得至关重要,目前,关于铁路的通过能力计算方法主要包括:扣除系数法、平均列车最小间隔时间法、直接计算法、图解法、仿真模拟法等。对于铁路运输能力的加强,主要是通过提高列车重量、增加行车密度两个大的方面来加强铁路通过能力。本文根据在知网搜索关键字“铁路通过能力”,找到了多篇有关铁路通过能力计算的论文,论文主要来自《铁道运输与经济》《铁道学报》《中国铁道科学》等期刊。主要讲述关于铁路通过能力和铁路通过能力在具体线路的应用,本文从高速铁路的通过能力和普速铁路的通过能力两个方面来概括这些论文。并将研究具体铁路线路的通过能力的文章单列出来进行逐个分析。

城轨GOA4级全自动运行系统运营风险闭环控制方法研究

GOA4级全自动运行(FAO)技术在我国城市轨道交通的快速发展中得到了广泛应用,由于取消了司机的现场把控,如何通过有效的技术和管理手段保障全自动运行系统在异常情况下的运营安全是一个非常重要的问题。结合全自动运行系统的特点,并借鉴欧洲铁路标准中系统安全的实践理论,提出基于运营场景进行风险识别、风险评估、安全需求分析,以及从技术和管理角度进行风险闭环控制的方法,对提升城市轨道交通全自动运行安全预警和动态管控能力,实现降本增效具有一定的指导意义。

高速铁路车站道岔选型对咽喉长度及追踪间隔的影响

针对高速铁路车站采用大号码道岔造成的咽喉长度过长、列车走行距离远等问题,在明确车站咽喉长度和列车间隔时间计算方法的基础上,依托某尽端式高铁车站进行仿真计算,先设计不同道岔选型优化方案,再探究道岔选型、列车进站前速度和第一离去闭塞分区(简称“一离去”)长度对车站咽喉长度及列车间隔时间的影响。结果表明:若车站全部或部分采用12号道岔,与全部采用18号道岔相比,尽管列车追踪间隔时间会小幅增加,但车站咽喉长度可分别缩短30.66%和13.40%;在站外线路受到一定地形条件制约的情况下,若全部采用12号道岔时列车区间限行速度为260 km·h^(-1)、部分采用12号道岔时限行速度为280 km·h^(-1),则可同时压缩车站咽喉长度与到达追踪间隔;若全部采用12号道岔时限制一离去的无岔区长度不超过1000 m,部分采用12号道岔时限制长度不超过1400 m,则可同时压缩车站咽喉长度与出发追踪间隔。