旅客列车开行方案

2024-08-20

旅客列车开行方案（通用6篇）

旅客列车开行方案篇1

由于我国高速铁路客运专线存在路网结构不够完善,运输能力不足等问题,因而社会各界对高速铁路客运专线提出了新期望。因此,国家发改委为了适应发展,在2004年制订了《中长期铁路网布局》,明确提出客运专线的修建和运营新要求。2008年,国家发改委对原规划提出了进一步修改与调整方案,要求建立省会城市及大中城市间的快速客运通道。经过2004年的规划和2008年的调整,我国客运专线将逐步突破路网结构不完善、运输能力不足等问题,进而为社会提供高质量、高效率的运输效力。作为衡量客运专线服务质量优劣的旅客列车开行方案在其中起着重要作用。实施与路网结构、特点相适应的开行方案已成为提高高铁运输在客运市场地位的关键。

1 客运专线客运量的预测与分析

客运量是决定客运专线技术标准和设备标准的基本依据,也是制定运营方式和行车方案的重要因素。

客流量大小主要受国家经济发展水平和交通环境的制约,所以对客流量的影响主要应从以下几个方面进行分析:

1)国家的经济发展程度;

2)交通环境;

3)运输方式的特征:安全性,经济性,舒适性,便捷性;

4)旅客的出行特性:按旅客的出行目的分类(见表1),按旅客的旅行距离、选择运输产品分类(见表2)。

1.1 客运专线客流分析

为了对旅客时间价值实行量化处理,为开行方案的研究提供方便。把旅客的收入、时间价值、列车旅行费用、舒适度、旅行速度等因素进行综合,将客运专线客流分为高消费客流、中等消费客流、低消费客流(见表3)。

1.2 客运专线开行方案的基本要素确定

为建立客运专线开行方案模型,必须对外界相关因素和条件进行假设,然后进行相关模型的建立和计算,主要包括以下几个基本要素:系统封闭性假设;相对性假设;能力限制假设;确定性假设。

2 客运专线开行方案基本要素的确定

2.1 列车开行区段的确定

在确定客运专线列车运行区段时首先要满足始发站与终点站间有充足的客流,以保证开行列车有足够的经济效益,客运专线的开通主要是带走大站间的主要客流,为了缩小旅客的出行时间,要开行一定数量的直达列车和停站次数较少的列车。在客运专线上为提高列车服务频率,普通采用小编组、高密度的运输模式,列车载客量下限相对于既有线可相应降低。

若有fab≥Ks,则a,b站间可确定为一个列车运行区段,其中fab为a,b站间的客流量,Ks为区段上运行的列车载客量下限。

为确保动车组的日常检修工作,确定列车运行区段时还应考虑起讫点至少一端要有动车检修所以及客车整备所。

2.2 列车开行对数的确定

确定列车开行对数是编制旅客列车开行方案的重点,为提高运输资源的利用效率、降低运输过程中的成本消耗、提高运输过程中生产效率、为旅客提供较高运输服务质量、增强铁路的市场竞争能力,必须确定适合的列车开行数量。本文采用中国铁道科学院高速铁路总体组给出的客运专线旅客列车开行对数的计算方法来计算开行对数。

1)一站直达列车开行对数的计算式为

式中:fab为a,b站间的客流量;A定为列车定员;τ为到站直达列车的开行比例。

客流修正公式为

2)大站停车列车开行对数的计算式为

式中:Uab为列车运行区段上各区间客流密度的最大值。

3)选择性停站的列车开行对数计算:确定选择性停靠站列车开行对数首先要确定列车停站方式,列车停站方式确定后按确定大站停车的列车开行对数方法,计算不同列车停站方式下的列车开行对数。

4)站站停列车的开行对数计算式为

式中:Uab为列车运行区段上各区间客流密度最大值。

2.3 列车开行种类的确定

由于客运专线开行列车的运行速度相差不大,结合区段旅客需求的基本特性、旅客出行距离大小等要素,按停站方式及是否跨线将旅客列车分为以下几个类别。

1)一站直达高速列车(P1):对于客流量较大的始发站和终到站之间,开行一站直达列车,要求其沿途车站不停车,以满足两点间直达的客流运输需求。其开行条件是两站间有充足的客流,如图1所示(●列车停站,○列车通过)。

2)大站停车的高速列车(P2):只在沿途部分大站停靠,依据客流的运输需求,开通部分在沿途大站停靠的列车,从而提高沿途大站的综合服务频率,提高运输效率,其开行条件是大站间有充足的客流,如图2所示(●列车停站,○列车通过)。

3)选择性停站的高速列车(P3):除在沿途大站停车外,还在沿途选择性地在合适的中小车站停车,开行沿途中小车站选择性停车的列车,从而最大限度满足中小站旅客的出行需要,铁路运输市场的竞争优势,其开行条件是满足列车的最小载客量,如图3所示(●列车停站,○列车通过)。

4)站站停高速列车(P4):为了最大限度地满足沿途相邻车站间出行人群的出行需要,P4类列车要求沿途遇到车站均会停车,由于其主要服务于中小站的旅客出行,其开行数量要尽可能地少,从而提高列车的通过能力,其开行条件是要达到保本上座率,如图4所示(●列车停站,○列车通过)。

2.4 列车停站方案的确定

列车中途停站是为了旅客乘降车的需要。为了提高车站的服务频率并有利于旅客乘降,列车停站的次数就要减少。高速列车由于停站次数过多会降低运行速度,增加旅客的旅行时间。既要为车站的旅客提供方便的乘降条件,又不能明显影响列车的时速,这是列车停站方案的核心。

3案例

兰新客运专线即兰新二线,位于我国西部,贯穿甘肃省、青海省和新疆维吾尔自治区三省区,项目线路东起甘肃省兰州市,西至新疆维吾尔自治区首府乌鲁木齐,连接西宁、张掖、酒泉、哈密、吐鲁番等地。线路共设有车站31个,新建站27个、既有站4个(西宁、玉门镇、哈密、乌鲁木齐)。兰新客运专线线路的正线全长1 776km,如图5所示。

3.1 兰新客运专线OD间的客流量

在确定兰新客运专线的客流量时,首先要对沿线地区的经济发展状况和旅客出行特点进行探讨,预测出兰新运输通道内的客运总量。根据通道中总的客流量和兰新客运专线的客流分担情况,确定兰新客运专线上各OD间的客流总量。

兰新客运专线各OD间的客流量转化为日均客流量,如表4所示。

3.2 开行方案模型中相关参数的取值

列车的定员(A定)不仅与列车的编组数量有关,而且还与运输设备和客流量有关,根据运输距离的长短可以让高速列车采用长编组和短编组,短编组、高密度可以减少旅客在站的停留时间,使旅客结余时间,提高服务频率,但在一些运力紧张的区段上,长编组能更加有效地提高运力。在兰新客运专线上,将兰新客运专线的列车定员为610人,在相关文献资料中,多数作者提出客运专线的席位利用率(Ks)取值一般保持在70%。

人/日

建议兰新客运专开行四类列车:一站直达高速列车(P1),大站停车高速列车(P2),选择停站高速列车(P3),站站停高速列车(P4)。如表5所示。

客流波动系数(R)是一个比值,随着线路实际情况与沿线出行人群的经济水平而有所不同。兰新客运专线的客流波动系数取值为1.2。

客座利用率(K)通常是依据统计产生,并且会去除其中超员部分。K一般取值为0.7~0.8 ,如果取值高于0.8 ,将会出现某些线路、时间、车次超员的不良现象,从而降低旅客运输的服务质量。因此,在对K的取值进行界定时,要合理统计分析并修订。在本文的研究中,取兰新客运专线的席位利用率为0.8 。

3.3 兰新客运专线开行方案

根据上述确定兰新客运专线列车开行方案的思路与步骤,得到兰新客运专线开行方案如表6及图6所示。

图6中1,2,3,…,20依次代表兰州站、民和站、乐都站…最后为乌鲁木齐站。

旅客列车开行方案需要考虑铁路旅客的运输运营效益,并充分考虑和满足旅客出行需求,因而需要将运输企业的运营效益和旅客出行效益作为旅客列车开行方案的优化目标,以“按流开车”为原则,依据客流的不同情况来开行相应的列车。本文中的列车客流是根据铁路利益而制定的,与客流的实际分布状况有差异,采用交通分配的方法描述旅客对列车的选择更符合实际情况。因此,研究旅客对列车方案的选择和客流在列车网络上的分布,是评价列车开行方案运营效果的关键,也是研究旅客列车开行方案优化的基础。

4 结束语

本文在查阅了大量文献资料后,对客运专线开行方案的相关问题进行了探讨,对开行方案的主要影响因素进行分析,为客运专线的运营提供理论支持。在详尽分析旅客乘车行为的基础上,将旅客乘车选择的影响因素划分为主观因素、客观因素和随机因素,根据铁路客流分布和客流层次特点,考虑到不同消费层次客流的差异,给出了铁路旅客客流分配模型,形成铁路客流分配的系统理论。旅客运输系统中包含两方面的决策:一方面来自于旅客运输企业,另一方面来自于旅客。旅客的换乘方案会受到行车组织、客运组织等众多因素的影响,客流分配具有浓厚的组织特征,这是铁路客流分配和道路等一般交通流的最大差异,对此需深入讨论。对停站方案的设置还需进一步研究,只有具备合理的停站方案,旅客列车开行方案才能真正完成。目前我国旅客运输组织对停站设置尚无系统、成熟的理论,更多是依靠经验进行判断。而客运专线条件下的停站设置需要在理论研究的基础上进行。

摘要：为研究兰新客运专线旅客列车的合理开行方案,以满足旅客出行和铁路运营效益最大化为目标,结合我国客运专线发展的实际情况,阐述并制定开行方案的基本原则、过程以及客运量预测方法。通过客运量预测方法分析我国铁路客流的特点,根据消费的不同水平可将客流划分为高消费群体、中等消费群体和低消费群体三个层次。以预测的客运量为基础,根据兰新客运专线的开行经验,针对兰新客运专线的实际情况,制定兰新客运专线旅客列车的合理开行方案。

关键词：客运专线,客流量预测,开行方案,旅客运输,多类用户平衡

旅客列车开行方案篇2

大包线开行万吨列车方案研究

通过对大包线开行万吨列车的.必要性、万吨列车牵引方式和大包线万吨列车车站分布情况的分析,提出大包线万吨列车开行方案需满足其集运要求,并分别讨论了万吨列车集中集束到发、分散集束到发及交接口组合3个方案,最终大包线万吨列车开行方案推荐采用分散集束到发方案.

作者：张晓东 ZHANG Xiao-dong 作者单位：中铁第一勘察设计院集团有限公司,线路运输处,陕西,西安,710043 刊名：铁道货运英文刊名：RAILWAY FREIGHT TRANSPORT 年，卷(期)： “”(5) 分类号：U292.3+7 关键词：铁路大包线万吨列车列车开行方案

客运专线旅客列车开行方案的研究篇3

我国正式开展高速铁路的研究已经经历了20个年头,铁道科学研究院、北京交通大学、西南交通大学、中南大学等科研院校的专家学者在路网旅客列车开行方案和高速铁路旅客列车开行方案等方面都进行了深入的研究并取得了许多具有较高理论水平和时间意义的研究成果。但是,大多数专家学者只是针对客运专线旅客列车开行方案的个别问题进行了研究,缺乏一定得系统性,到目前为止,还没有得出明确的结论,有待进一步的研究。

1客运专线旅客列车开行方案的效益分析

旅客运输系统包含两个方面的决策,一方面来自旅客运输企业,另一个方面决策来自旅客,相应的开行旅客列车的优化目标也包括两个方面,一方面为尽可能的扩大运输企业的运营效益,另一个方面为充分满足旅客的出行要求。旅客列车开行方案的效益分析如下图1所示:

2 客运专线旅客列车开行方案优化问题分析

2.1 符号表示

对于铁路客运网络(S,E)具有n个车站、m条路段,其中,S={si|i=1,2,…,n|}表示车站集,E={ei|i=1,2,…,m}表示路段集,r(ei)=1,2分别表示路段ei为客运专线或普速线,

N(i)为车站S(i)的始发列车能力,D={d(ei)|i=1,2,…,m}表示路段里程。F={f(su,sv)|su,sv∈s}表示铁路网络中的OD流量,f(su,sv)中τ类客流所占的比例为λ(su,sv,τ)(0<λ(su,sv,τ)<1),τ=1,2分别表示选择高速列车、中速列车的客流。

对于给定的开行方案Ω,R={ri|i=1,2,…,h}表示开行方案中列车开行对数的集合,η(ri)=1,2分别表示列车ri为高速列车或中速列车,S(ri)={sij|j=1,2,…,ζ(i)}表示列车ri的途经站集合,记si1和siζ(i)分别为列车ri的始发、终到站。若列车ri在sij停站,x(ri,sij)=1,否则x(ri,sij)=0,列车ri的总停站数为ξ(i)。令Li(j)为列车ri从第j站至j+1站的路段的集合。假设列车在路网上运行时都选择最短路径,并记si至sj的最短路径为L(si,sj)。Li(1,ζ(i))表示列车ri从始发站到终到站的途径路段集合。

2.2 铁路企业的效益分析

铁路部门的运营收入最大,就是其运营成本最小,为了简化计算,计算其成本最小。铁路旅客列车开行的成本包括:

列车公里总费用为

undefined

d(ek)f公里(ri,ek)]

所有旅客的换乘总费用为

undefined

其中,A换乘(su)为su车站的换乘客流量。

2.3 旅客的出行成本分析

最大化旅客满意度,就是最小化旅客出行成本,方便旅客出行,包括旅客旅行时间少,换乘方便,发车和终到时刻满足旅客的主观愿望等。

旅客的时间价值,记每小时w元,βc(u)、βt(u)分别为不同消费层次的旅客,票价支出、旅行时间费用占旅客总出行成本的权重,u=1,2,3。

旅客的出行成本主要包括旅客的票价支出及旅客的旅行时间消耗,根据不同类型的旅客对费用和时间的重视程度,来衡量旅客出行的总成本。

旅客的票价支出为

undefined

由于不同消费层次的旅客采取的乘车方案可能不同,因此应先计算各乘车方案的单位旅客时间消耗。记su至sv站的旅客采取的乘车方案pk(su,sv)的总时间消耗记为Tk(su,sv),则由旅客的时间消耗的组成为

Tk(su,sv)=Tundefined+Tundefined+Tundefined+T恢复

旅客在列车运行过程中的旅行时间折合总费用为

undefined

列车由于停站的时间消耗折合总费用为

undefined停(re′i,g(e′j))·w

旅客换乘时间折合总费用为

undefined换(g(e′i),sv)·w

旅行疲劳恢复时间折合总费用为

undefined

其中,疲劳恢复时间为

H(pk(i,j))=M/[1+auexp(-but)]

式中,

undefined

铁路运营成本优化目标为

minZ铁路=C列车+C换乘

旅客出行成本优化目标为

minZ旅客=C票价βc(u)+(C运行+C停站+C换乘+C恢复)βt(u)

客流满足能力约束

undefined定 j=1,…,ζ′(i)-1,ri∈R

车站始发列车满足能力约束

undefined

i=1,2,…,n

各区间通过列车能力满足

undefined

列车ri在sij是否停站

x(ri,sij)=0或1

上述目标函数和约束条件构成了旅客列车开行方案的优化模型。

3优化列车开行方案的求解思想

为了简化求解算法,所有的列车载客量均取定值A定,从铁路运输能力利用和控制列车开行成本的角度上,记开行的列车的载客能力下限为Ks(si,sj),si至sj区段开行的列车对数为Nundefined,Nundefined应满足如下不等式:

└a(si,sj)/A定」≤Nundefined≤└」a(si,sj)/A定」+1

其中└a(si,sj)/A定」表示将a(si,sj)/A定向下取整。

根据列车的载客量下限Ks(si,sj),Nundefined还应满足如下不等式:

Nundefined≤└a(si,sj)/ks(si,sj)」

在满足上述不等式组的条件下,为了尽量多地运送直达客流量,令Nundefined等于其可能取值的上限,作为si至sj区段开行列车的对数。根据上述不等式确定的不同区段上列车的开行对数不一定能够满足车站始发列车的能力约束或区段上各区间的通过能力约束,此时需要对进行修正,以确定各区段开行列车对数之和不超过始发站的始发能力及区段包含的各个区间的通过能力限制,修正方法可以按照如下公式进行:

λ(si)=λ(si)-Nundefined

h(ek)=h(ek)-Nundefinedek∈L(si,sj)

Nundefined=min{Nundefined,λ(si),h(si,sj)}

其中h(si,sj)为si至sj区段包含的各区间通过能力的最小值。在确定完了区段间各类列车的开行对数之后,还应当根据列车的运行区段对列车的等级进行修正,为了衡量跨线运行列车的不经济性,引入不同类别路段里程占路段总里程的比例ρ(γ),γ=0,1时,ρ(γ)分别表示客运专线路段里程或普速线路里程分别占总里程的百分比。

每确定完一个运行区段都需要对区段剩余客流进行修正,修正公式如下:

a(si,sj)=max{0,a(si,sj)-NundefinedA定}

对于剩余客流,若总剩余量不足够小,则降低载客量下限,重复长距离客流处理过程,直至总剩余客流量足够小为止。

对于列车停站方案的确定,本文采用粒子群算法进行求解。

PSO算法是通过个体之间的协作来寻找最优解的进化计算技术。假设其搜索空间为n维, 粒子总数为m,第i个粒子在n维空间的位置表示为xi=(xi1,xi2,…xin),飞行速度表示为vi=(vi1,vi2,…vin)。每个粒子都具有一个由被优化的目标函数决定的适应值,并且知道自己到目前为止所发现的最好位置和现在的位置,每个粒子都知道目前为止整个群体所发现的最好位置。每个粒子的位置按下式进行变化:

vundefined=w×vundefined+c1×r1×(Pid-xundefined)+c2×r2×(pgd-xundefined)

xundefined=xundefined+vundefined

式中,vundefined为i第个粒子第k次迭代中飞行速度的第d维分量;xundefined为第i个粒子第k次迭代中位置的第d维分量;pgd为群体最好位置pg的第d维分量;pid为粒子i最好位置pi的第d维分量;r1,r2为[0,1]之间的随机数;c1,c2为权重因子。

PSO的离散二进制粒子群算法(BPSO),可用来解决实际中的组合优化问题,该模型中限制xid只能取0或1。速度不做限制。

If τundefined<1/(1+exp(-vundefined))

then xundefined=1

else xundefined=0

式中,τundefined为[0,1]之间的随机数。

采用离散二进制粒子群算法对客运专线多目标规划模型进行求解,其步骤如下:

①初始化粒子群,包括各参数,粒子的速度、位置和个体极值,全局极值,其中粒子的位置采用二进制编码,每个变量占有一定的长度。

②按照上式更新粒子的速度和位置。

③对粒子的位置进行编码并计算种群中各个粒子的适应度。

④根据适应度更新粒子的个体极值。

⑤根据适应度更新粒子的全局极值。

⑥判断算法的终止条件,如满足则停止,输出相关结果;否则转到步骤②。

4 结论

本文从铁路企业和旅客两个方面对开行方案进行分析,建立了高速列车开行数量及停站方案的多目标0-1规划数学模型,并且设计粒子群算法对模型进行求解,为进一步研究客运列车开行方案及计算机编制客运列车运行图提供了一种有效的方法。

摘要：文中通过分析铁路客运专线的相关收益和费用,在均衡企业利益和旅客需求的基础上,建立了客运专线相关旅客列车开行方案的多目标0-1规划模型,并提出了优化客运专线的相关旅客列车开行方案的求解算法。

旅客列车开行方案篇4

列车运行仿真系统可以快速、准确地计算列车运行过程, 为线路工程设计、运营管理人员提供强有力的辅助分析、设计与决策工具, 具有重要的现实意义。现有的城市轨道列车运行仿真系统主要是针对单列车的牵引计算, 用于分析列车区间运行的时间、状态和能耗等数据, 部分研究涉及了多列车运行过程的模拟, 但对于由多交路、多种发车间隔、多种停站方案所构成的列车开行方案运行过程仿真却很少涉及。然而, 城市轨道交通的开行方案会随城市客流量及客流特征的时段变化而调整, 运营管理人员更注重分析开行方案的效率及其与客流特征的匹配情况, 因此, 简单的仿真单列车或多列车的运行过程已经不能满足实际要求, 需要针对开行方案时段内的列车运行仿真问题展开研究。

国外的列车运行仿真系统已经比较成熟, 如德国的RailPlan[1], 瑞士的OpenTrack[2], 日本的UTRAS[3]等, 这些系统已成功应用到这些国家的铁路运输部门中, 取得了良好的效果。国内方面, 刘剑锋、刘海东等[4,5]研究了城市轨道交通多列车运行模拟的关键问题, 开发了可用于多列车运行模拟、牵引计算、方案评价的模拟系统, 该系统可用于分析不同闭塞方式对列车运行的影响, 计算列车安全间隔和线路通过能力等。

本文介绍了列车开行方案的构成要素, 讨论了单交路计算情况、多交路计算情况、发车时间协调控制、变发车间隔时间的仿真和开行方案间的平滑过渡等问题, 以此为基础, 设计了仿真系统的总体流程, 并通过算例验证了系统的有效性。仿真列车开行方案的运行过程, 可优化城市轨道交通系统的运输组织方案, 对提高运营的安全性、可靠性和合理性具有重要意义。

1 问题分析

列车开行方案包括列车编组方案、列车交路方案、列车停站方案和行车间隔4部分内容。列车编组方案规定了列车的编组辆数和编组形式;列车交路方案规定了列车的运行区段与折返车站;列车停站方案规定了列车是站站停车还是非站站停车, 以及非站站停车的方式;行车间隔规定了按不同编组、交路和停站方案开行列车的行车间隔时间。可用表1来表示列车开行方案的组成。

为满足客流特征在1 d内不断变化的实际情况, 城市轨道交通在1 d内往往采用多个开行方案来满足不同时段的客流特征需要, 因此, 轨道交通的日开行方案实际是由多个按时间顺序先后执行的列车开行方案组合而成, 见图1。

全天列车开行方案运行仿真问题, 就是按时间先后顺序执行不同的开行方案, 并考虑每个开行方案中多种交路、多种行车间隔、多种停站方案情况下的各次列车的完整运行过程。考虑到列车编组方案对列车运行仿真影响不大, 故而在此进行了忽略。

2 多列车追踪运行的计算模型

牵引计算理论是列车运行仿真的基础, 在仿真列车开行方案前, 有必要先建立多列车追踪运行的计算模型。为提高计算精度, 这里采用文献[6]中所述的多质点优化模型来计算列车运行过程中的单位合力ci, 然后根据牛顿定律, 得到如下基本迭代计算公式:

${\begin{cases} a_{i} = 127 \times c_{i} / (1 + γ) \\ S_{i + 1} = S_{i} + v_{i} \times Δ t + a_{i} \times Δ t^{2} / 2 \\ v_{i + 1} = v_{i} + a_{i} \times Δ t \end{cases} (1)$

考虑到乘客乘座的舒适性, 计算过程中设置了最大允许加速度、最大允许减速度和加速度最大允许变化率等3个参数来限制列车的变速过程, 防止列车速度在短时间内剧烈变化。即

${\begin{cases} | a_{i} | \leq {\begin{cases} a_{a d d} (a_{i} \geq 0) \\ a_{m i n u s} (a_{i} \leq 0) \end{cases} \\ | a_{i + 1} - a_{i} | \leq W_{p e r m i t} \end{cases} (2)$

式中:aadd为最大允许加速度;aminus为最大允许减速度, Wpermit加速度最大允许变化率。

另外, 根据移动闭塞下的列车运行控制原理可知, 前后列车之间的间隔必须满足安全距离要求, 即:S $_{i}^{k}$ -S $_{i}^{k - 1}$ ≥Ssafei。式中:Ssafei为在i步长时刻, 前后2列车之间的最小安全距离。

同时, 考虑到行车安全, 若前行列车因故在区间内 (未到达车站处) 停车, 则后行列车不得再向该区间发车, 直到前行列车重新启动时为止, 即:若v $_{i}^{k - 1}$ =0且Sm<S $_{i}^{k - 1}$ <Sm+1, 则S $_{i}^{k}$ ≤Sm。式中:Sm为第m个车站中点位置的桩号。

综合以上讨论, 以最快速控制策略为基础, 本文建立的多列车追踪运行计算模型如下:

目标函数: $\min Τ^{k} = \sum_{i = 1}^{n} Δ t$

约束条件:

${\begin{cases} S_{i}^{k} - S_{i}^{k - 1} \geq S_{i}^{s a f e} \\ v_{i}^{k} \leq v_{限速} (S_{i}^{k}) \\ a_{i + 1}^{k} = 127 \times c_{i}^{k} / (1 + γ) \\ S_{i + 1}^{k} = S_{i}^{k} + v_{i}^{k} \times Δ t^{k} + a_{i + 1}^{k} \times (Δ t^{k})^{2} / 2 \\ v_{i + 1}^{k} = v_{i}^{k} + a_{i + 1}^{k} \times Δ t^{k} \\ | a_{i}^{k} | \leq {\begin{cases} a_{a d d} (a_{i}^{k} \geq 0) \\ a_{m i n u s} (a_{i}^{k} \leq 0) \end{cases} \\ | a_{i}^{k} - a_{i - 1}^{k} | \leq W_{p e r m i t} \\ S_{i}^{k} \leq S_{m} (v_{i}^{k - 1} = 0 且 S_{m} < S_{i}^{k - 1} < S_{m + 1}) \\ v_{1}^{k} = v_{n}^{k} = 0 \\ Δ t^{k} = t_{i + 1}^{k} - t_{i}^{k} \end{cases} (3)$

式中:k为第k列车;Δtk为第k列车的步长时间, s;v $_{i}^{k}$ 为第k列车经过i个步长后的速度值, m/s;v限速 (S $_{i}^{k}$ ) 为第k列车在位移Si时的限速值 (m/s) ;S $_{i}^{k}$ 为第k列车经过i个步长后的位移值, m;c $_{i}^{k}$ 为列车k在i个步长后的单位合力值, kN;γ为转动惯量系数, 一般取0.06;n为列车完成全程运行所需要的步长数。

3 单方案运行情况分析

单方案运行情况如图1所示, 每个列车开行方案由n (n≥1) 个交路组成, 每个交路规定了其运行区间、编组方案、停站方案和行车间隔时间, 因此, 单方案情况下需要仿真线路上按不同交路要求开行的列车运行过程, 并处理好不同交路列车在运行时的相互协调问题。

3.1 单交路情况

单交路情况时, 列车运行除需要满足上述多列车追踪运行的各项约束条件外, 还需考虑列车停站、行车间隔和列车折返3个问题。设交路j中规定行车间隔为hj (hj≥h线路, h线路为线路的追踪列车间隔时间) , 上下行方向车站m的停站时间分别为t $_{站, 上}^{j, m}$ 、t $_{站, 下}^{j, m}$ , 列车折返时间分别为t $_{折, 上}^{j}$ 、t $_{折, 下}^{j}$ , 则单交路情况的约束条件可描述如下:

1) 停站时间约束。若交路j的第k列车停靠在m车站, 则第k列车的停站时间必须大于等于t $_{站, 上}^{j, m}$ (t $_{站, 下}^{j, m}$ ) 后, 才能启动运行。

即当S $_{j, 上}^{k}$ =Sm, 上 (S $_{j, 下}^{k}$ =Sm, 下) , 且Ti-AT $_{j, 上}^{k, m}$ ≥t $_{站, 上}^{j, m}$ (Ti-AT $_{j, 下}^{k, m}$ ≥t $_{站, 下}^{j, m}$ ) 时, 第k列车才能继续前行。

式中:Ti为仿真时间;AT $_{j, 上}^{k, m}$ (AT $_{j, 下}^{k, m}$ ) 为交路j中上行 (下行) 方向第k列车抵达m车站的时间。

2) 行车间隔约束。即交路j的上行 (下行) 方向中第k列车和第k+1列车的发车间隔时间必须大于等于hj。即:

$\begin{matrix} B Τ_{j, 上}^{k + 1} - B Τ_{j ‚ 上}^{k} \geq h_{j} \\ B Τ_{j, 下}^{k + 1} - B Τ_{j, 下}^{k} \geq h_{j} \end{matrix} (4)$

式中:BT $_{j, 上}^{k}$ (BT $_{j, 下}^{k}$ ) 为交路j的上行 (下行) 方向中第k列车的发车时间。

3) 列车折返约束。当上 (下) 行方向的列车到达交路运行区间的终点时, 须经过一个上 (下) 行列车折返时间后, 才能进入下 (上) 行方向的待发车队列。即

式中:S $_{终 ‚ 上}^{j}$ (S $_{终 ‚ 下}^{j}$ ) 为交路j运行区间在上行 (下行) 方向的终点桩号;ET $_{j ‚ 上}^{k}$ (ET $_{j ‚ 下}^{k}$ ) 为交路j中上行 (下行) 方向第k列车抵达终点的时间;N $_{j}^{上}$ (N $_{j}^{下}$ ) 为上行 (下行) 方向备用列车数。

3.2 多交路情况

对于多交路运行情况, 除需要考虑单交路的各种约束外, 还需考虑线路的通过能力和交路间的相互协调问题。设方案由n (n≥1) 个交路组成, 各交路规定的行车间隔为hj (j=1, 2, …, n) , 多个交路将线路全线按运能不同划分成了Sn个区段, 分别为S1, S2, ..., Sn, 覆盖区段Si的交路有mi个, 分别为j1, j2, ..., jmi, 其规定的交路行车间隔时间分别为hj1, hj2, ..., hjmi, 则区段Si的实际行车间隔时间为

$h_{实际}^{i} = \frac{\prod_{j = j_{1}}^{j_{m i}} h_{j}}{\sum_{j = j_{1}}^{j_{m i}} ((\prod_{k = j_{1}}^{j_{m i}} h_{k}) / h_{j})} (6)$

1) 线路的通过能力约束。对于多交路情况, 要求线路上的最小行车间隔时间不得小于线路的追踪列车间隔时间。即:

min{h $_{实际}^{i}$ , i=S1, S2, ..., Sn}≥h线路 (7)

2) 交路间的相互协调约束。多交路运行时, 为确保各交路之间的列车运行互不影响以及车站各次列车在时间上均匀到达, 要求各交路的发车时间应相互协调。

当多个交路的运行区间有重叠时, 需要指定各交路的发车优先次序, 各交路按照该次序依次发出其首趟列车。

1) 对于大交路先发车, 小交路后发车情况, 设大交路首趟列车的发车时间为BT $_{大}^{1}$ , 则小交路的发车时间为

BT $_{小}^{1}$ =BT $_{大}^{1}$ +t运行+h $_{实际}^{i}$ -n×h小 (8)

式中:t运行为大交路列车运行至小交路起点站所需的时间;h $_{实际}^{i}$ 为小交路起点所在区段的实际行车间隔时间;h小为小交路规定的行车间隔时间;n的取值原则为确保BT $_{小}^{1}$ 为非负数的最大整数值。

2) 对于小交路先发车, 大交路后发车情况, 大交路的发车时间为

BT $_{大}^{1}$ =BT $_{小}^{1}$ +h $_{实际}^{i}$ -t运行+n×h大 (9)

式中:h大为大交路规定的行车间隔时间;n的取值原则为确保BT $_{大}^{1}$ 为非负数的最小整数值。

根据上述方法, 按照发车优先顺序可依次推算出各交路的首趟列车发车时间。

4 多方案运行情况分析

如图2所示, 方案由多个列车开行方案组成, 各开行方案按照时间顺序先后执行。此时, 运行仿真的重点是要控制各开行方案的有效时间和不同开行方案间的平滑过渡问题。

4.1 当前列车开行方案的控制

1 d有多个列车开行方案, 根据客流特征, 每个开行方案有其起始执行时间和结束执行时间, 因此, 仿真过程中只需将仿真时间与方案执行的起终时间进行比较, 即可实现多个开行方案的顺序执行。

4.2 不同开行方案间的平滑过渡

为实现不同开行方案交替时的平滑过渡, 在仿真过程中作以下规定:

1) 方案交替时, 对于前一方案已发出且尚未到达终点的列车, 按原方案规定继续前行至终点;

2) 后一方案中最先发车的交路, 其首趟车的发车时间为:

BT $_{后}^{1}$ =BT $_{前}^{末}$ +t运行+h后 (10)

式中:BT1后为后一方案最先发车交路首趟车的发车时间;BT末前为前一方案末班车的发车时间;t运行为前一方案末班车运行至后一方案首趟车交路起点车站所需的时间;h后为后一方案首趟车交路起点所在区段的实际行车间隔时间, 可由式 (6) 算得。

后一方案其他交路首班车的发车时间:

1) 对于大交路先发车, 小交路后发车情况, 为避免小交路列车与前一方案列车冲突, 其发车时间为

BT $_{小}^{1}$ =BT $_{大}^{1}$ +t运行+h $_{实际}^{i}$ (11)

2) 对于小交路先发车, 大交路后发车情况, BT $_{大}^{1}$ 仍可按式 (9) 算得。

5 仿真系统的总体流程设计

根据前文的分析结果, 结合移动闭塞的列车运行控制方式, 本文设计了城市轨道交通列车开行方案运行仿真系统的总体流程见图2。

在每个仿真步长中, 选定当前仿真时间应采用的列车开行方案, 从方案中逐个选定交路, 按发车时间早晚依次判断该交路发出的每趟列车下一步应采用的牵引工况, 计算列车的V, S, T值并保存。如此循环, 直到每个交路的每趟列车都完成了计算后, 仿真步长再推进一步。

考虑到上下行方向的线路基础数据不同, 因此图中每一交路上下行方向的列车运行仿真应分开并行计算。

6 仿真案例

这里采用自行开发的城市轨道交通列车开行方案运行仿真系统进行算例试算。设某线路有10个车站, A—J站, 选用编组相同的列车进行追踪运行, 其牵引重量160 t, 列车长60 m。仿真方案见表2。相关仿真参数如下:各交路均为站站停车, 停站时间均为30 s, 安全距离为200 m, 最大加速度为0.8 m/s2, 最大减速度为0.6 m/s2, 加速度最大允许变化率为0.6 m/s2, 速度波动值为10 km/h, 仿真时间180 min。对该方案进行仿真, 得到如图3 (上行方向) 、图4 (下行方向) 所示的v-s、t-s曲线。

图中, 横坐标距离 (s) 为列车所处的位置, 沿着横坐标依次有各车站的中心点位置;向上方向的纵坐标速度 (v) 为列车的当前速度;向下方向的纵坐标时间 (t) 为仿真时间。上半图为v-s曲线, 表示了列车运行过程中在各位置的速度变化情况。下半图为t-s曲线, 表示了各次列车在不同仿真时间所处的不同位置。

为便于观察, t-s图中各交路的首趟列车运行线用粗线条表示, 其余列车运行线用细线条表示。任一方案中各交路的发车时间协调良好, 不同方案间过渡平顺, 较好的解决了多列车开行方案的运行过程仿真问题。

7 结束语

本文分析了列车开行方案的特点和要素, 讨论了多方案运行仿真中遇到的多种问题及其解决方案, 如:单交路情况、多交路情况、交路间的协调控制、不同方案间的平滑过渡等。在此基础上, 设计了仿真系统的总体流程, 并通过算例验证了系统的有效性。

通过仿真列车开行方案的运行过程, 可了解列车运行的具体情况, 深入分析运营方案的效率及其与客流特征的匹配情况, 为优化运输组织方案, 提高运营管理水平提供强有力的辅助分析工具。为实现这一目标, 还需要在以下两方面展开详细的研究:①客流出行过程和列车运行过程的综合仿真研究;②突发事件情况下的多列车追踪运行仿真研究。为最终实现具有良好实用性的路网列车开行方案仿真分析系统奠定基础。

摘要：分析了列车开行方案的特点和要素, 运用多质点模型设计了多列车追踪运行计算模型, 讨论了多方案运行仿真中遇到的多种问题及其解决方案, 如单交路情况、多交路情况、交路间的协调控制、不同方案间的平滑过渡等。在此基础上, 设计了仿真系统的总体流程, 并通过算例验证了系统的有效性。

关键词：城市轨道交通,列车开行方案,多交路,计算机仿真,牵引计算

参考文献

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旅客列车开行方案篇5

1 模型的建立

1.1 假设条件设置

本文在建立城市轨道交通列车开行方案模型前做如下假设:

1.1.1 车站、线路的分布

对于1条城市轨道交通线路, 有n个车站, 双线, 列车从车辆段出发的方向为上行方向, 反之, 为下行方向。

1.1.2 列车运行特性

轨道列车采用混合交路 (又称为长短交路) , 长短交路列车在线路的部分区段共线运行, 长交路列车到达线路终点站后折返、短交路列车在指定的中间站单向折返。

1.1.3 乘客排队等待现象

在建模时应充分考虑排队等待现象对列车开行方案的影响。为简化模型, 假定无退票乘客, 即所有购票乘客都等待乘车, 没有流失情况。

1.1.4 列车停站方案

只考虑站站停的情况, 不考虑区段停站、跨站停车和快慢车方案。

1.1.5 乘客对车次的选择

只选择能够直达目的站的车次, 不考虑中间换乘情况。

1.2 参数设置与符号说明

参数设置及符号说明如表1所示。

1.3 决策变量分析

本文研究的城市轨道交通列车开行方案决策的主要问题包括:列车编组数量, 列车开行对数, 列车发车时刻, 列车交路方式, 乘客数量统计, 乘客车次选择, 乘客等待时间。相应的变量设置如下:

1) zk为k次列车编组量数, k∈K;

6) ωi为乘客i的等待时间。

1.4 目标函数研究

1.4.1 地铁运营部门成本函数 (上层模型)

地铁运营部门的成本主要由两个因素决定, 即列车运营成本和其他固定成本。

1.4.1. 1 列车运营成本

列车运营成本包括两部分:列车的每列车公里费用CT和列车的每辆车公里费用Cu。CT与每个列车开行时段列车开行对数dt和列车运行区段的里程L (j1, j2) 有关。Cu与每列车的编组长度zk, 每个列车开行时段的列车开行对数dt和列车运行区段的里程L (j1, j2) 有关。考虑到列车的交路方式, 则列车运营成本为

1.4.1. 2 其他固定成本

地铁部门的固定成本包括工作人员工资、设备日常损耗等固定成本, 用Q表示。

1.4.1. 3 地铁运营的总成本函数

1.4.2 乘客满意度函数 (下层模型)

1.4.2. 1 旅行时间

乘客的旅行时间包括候车时间和乘车时间。由于列车运行时间已知而且不考虑换乘, 因此, 本文只考虑乘客的候车时间, 其公式为

1.4.2. 2 舒适度

本文考虑的旅客舒适度是指乘车的舒适度, 用列车开行对数来衡量, 增加开行对数, 可以减少列车的拥挤程度, 提高旅客的舒适度, 并且可以缩短旅客的乘车等待时间, 使旅客更容易、更方便乘车, 因此, 舒适度用dt衡量。

1.4.2. 3 旅客满意度函数

α1, α2分别为列车开行方案的候车时间和列车开行对数对旅客满意度的权重系数, 且α1+α2=1, 由于候车时间对旅客满意度起负作用, 因此, 其权重系数取负值

1.5 约束条件分析

1.5.1 上层规划约束条件

1.5.1. 1 列车追踪间隔及出发时刻

对于城市轨道交通, 必须保证前后2列列车在起点站的发车间隔时间满足安全追踪要求。考虑到开行方案的制定是在一个调度时段内, 则有

1.5.1. 2 列车上乘客数量统计

轨道列车到达车站后, 部分在车乘客将在该站下车, 而在车站等待的乘客则按照一定的规则上车, 当车上人数达到载客能力时, 未上车的乘客将等待下一趟列车, 由此可以得到

考虑到列车定员限制, 乘客人数应不大于最大载客人数。则有

1.5.1. 3 通过能力约束

通过能力可用下式表示

所以, 每个列车开行时段的列车开行对数都不能超过线路所允许的最大通过能力, 即

1.5.2 下层规划约束条件

1.5.2. 1 乘客选择乘坐列车车次

乘客i只能选择乘坐一趟车, 则有

其中

乘客i在j1站候车, 目的站为j2站 (即αi, j1, j2=1) , 当k次车在j1站的出发时刻tj1, k≥乘客i在j1站到达时刻tai, j1, j2 (即Φ (tj1, k-tai, j1, j2) =1) 时, 乘客才有可能乘坐k次车。此外, 考虑到列车长短交路问题, 只要列车为长交路 (即yk=1) , 则不管乘客到站j2是否大于短交路列车途经车站数目, 乘客都可以选择乘坐, 若列车为短交路 (即yk=0) , 当且仅当乘客到站j2不大于短交路列车途经车站数目m时, 乘客可以选择乘坐, 否则乘客不选择乘坐, 等待下一趟车。最后, 若是满足上述约束条件, 但由于乘客数量太多, 不能全部上车, 则须等待下一趟车。

1.5.2. 2 乘客i的候车时间

乘客i在j1站乘上k次车的等待时间应为k次车在j1站的出发时刻减去乘客i到达j1站的时刻

1.5.2. 3 其他约束条件

1.6 综合模型

综合前几节分析, 得到城市轨道交通列车开行方案的综合双层规划模型为

2 实例分析

2.1 线路概况与数据统计

本文以深圳市地铁3号线作为研究对象, 利用这条线路的预测客流数据以及各项技术指标参数, 具体实施各项优化步骤。

2.1.1 基础数据

1) 站间距及区间运行时间, 如表2所示。

2) 停站时间如表3所示。

注:双龙站的停留时间为列车在该站进行折返作业的时间。

2.1.2 其他数据

其他数据如表4所示。

注:L1=2× (2.18+1.09+1.16+1.26+3.92+1.38) =21.98km;L2=2× (2.18+1.09+1.16) =8.86km。

2.2 计算结果分析

将所给数据代入模型, 乘客到达车站的时刻和乘车区间人为给定, 使用LINGO计算得到最优解。

2.2.1 列车相关信息统计 (对应上层规划)

对应上层规划的列车相关信息统计, 如表5所示。

2.2.2 乘客相关信息统计 (对应下层规划)

对应下层规划的乘客相关信息统计, 如表6所示。

综上所述, 所有决策变量都得到求解。使地铁部门和乘客都满意的函数目标值为4428.640元。研究时段共发4列车, 每列编组6辆, 列车发车时刻和发车间隔与客流需求的变化规律基本吻合, 采用非等间隔发车的均衡开行模式。该模式能在一定程度上缓解排队等待和能力虚靡现象, 乘客的平均等待时间为5.72min。

3 结语

旅客列车开行方案篇6

近年来, 铁路运输业已经成为国民经济的基础产业, 在整个运输网络中发挥着至关重要的作用。目前, 铁路运输面临着运输数量和质量的双重压力, 为解决铁路运输能力不足的“瓶颈”问题, 促进我国经济的快速发展, 我国铁路管理部门立足于现有基础扩充运力, 以组织开行牵引质量为8000t以上的列车为主要特征的货物重载运输。

国家“十一五规划纲要”明确提出振兴东北老工业基地, 建设和完善铁路运输大通道成为重中之重。大郑铁路就是我国东北地区的一条南北方向铁路大通道, 特别是蒙东煤炭外运的重要通道。蒙东煤炭的外运经一部分经通霍线、大郑线、沈山线、沟海线、沈大线运往沈阳、辽南地区, 近几年大连地区煤电项目较多, 这对蒙东煤炭的需求量逐年增加;另一部分是通过大郑线、沈山线发往辽西地区或出关, 或下海运往南方电煤紧张省市。将来随着辽西沿海港口的逐步建成和扩大, 港口煤炭吞吐量也会逐渐增大。

随着地区经济的不断发展, 对能源的需求量也在不断增长, 大郑铁路运输能力日趋饱和, 为满足运输需要, 挖掘运输潜能, 沈阳铁路局已经组织通霍线-大郑线已经开行煤炭重载列车。目前开行的煤炭重载列车有两类, 一类为整列式重载列车, 另一类为组合式重载列车。

大郑线是客货混跑的线路, 本线自开行煤炭重载列车以来, 沿线车站均不能接发煤炭大列。5000t以下的列车及空车均要会让重载列车。因此, 部分车站线路要满足重载整列牵引10000t时, 到发线有效长应改为不小于1700m。

2 大郑线现状

2008年完成了新立屯至通辽西的增二线改建工程, 至此南大郑线仅剩大虎山至新立屯段为单线, 本次工程将实现南大郑线全线复线贯通。改造完成后全线运输能力整体提高。为解决煤炭大列与常规列车的会让问题, 本段线路合理设置大虎山站、八道壕站能接发万吨重载列车。大虎山为区段站, 八道壕站为新建中间站。

3 站场改造方案探讨

3.1 中间站改造

(1) 中间站改造原则

中间站的新建和改建的车站数量可根据该计算期牵引区段开行重载列车的数量和旅客列车的对数, 采用计算机模拟运行图的方法予以确定。改建车站数量及其分布以满足该区段计算期运量的需求为原则。在开行重载单元列车运送单一货物品种的重载线路上, 旅客列车及零摘挂列车对数很少时, 对于新建的横列式中间站, 可将中间站站台设在站房对向的到发线外侧, 以减少站场路基宽度, 节省用地和土石方工程量。大郑线新建八道壕站正是这样布置的。

(2) 方案布置

由于既有八道壕站增二线线位在采空区范围内, 不良地质对线路安全存在隐患, 而且改建车站的采空区处理投资非常大。故本次增二线新建八道壕站, 既有车站 (八道壕南站) 作为支线办理货运, 新建站一次性修建成效长1700m车站, 办理接发煤炭大列及常规列车会让业务。新建车站的线路的平、纵断面设计根据既有正线的平、纵断面条件;空、重车流方向及工程条件等因素重新修改。重车方向的重载列车起动经牵引计算能满足列车启动要求。

3.2 区段站改造

(1) 区段站改造原则

由于目前我国很多线路上既有车站的站场配置和到发线有效长不满足重载列车的正常技术作业。如整列式重载列车的到、发、解、编和途中越行及技检作业;组合式重载列车的合并、分解和途中越行及技检作业等。为此开行重载列车的线路上站场要做相应的改造。

区段站的改建应遵循下列一般原则和要求:尽量少改动车站咽喉和驼峰线路;尽量减少施工对运营的干扰。拟定切实可行的施工过渡方案, 以不中断正常的运输工作, 充分利用既有设备, 不变更站型结构, 以减少工程费用。区段站的改建主要是延长站线。充分利用既有设备, 不变更站型结构。

(2) 既有站及存在问题

大虎山站是大郑线的起点站, 也是沈山线上的区段站。大虎山站有到发场2个 (有效长1050m系列) 、编组场1个, 车站一级三场横列式布置, 上下行到发场夹调车场。南北各一个货场。既有大郑线上跨沈山下行线居中引入车站。本次大郑线复线引入大虎山站, 同时引起站场改造。

本站07年完成沈山线电气化改造, 目前存在的主要问题是。

第一, 上行到发场无1700m到发线, 接万吨重载列车需要占用上行第二发车线且压岔停车, 上行组合重载列车到达时, 需要在站外区间分解后再接入上行到发场。

第二, 发往大郑线下行空车没有整列的 (1700m) 到发线, 需要占用下行第二接车线且压岔停车。

第三, 由于大郑线目前是内燃机车牵引, 沈山线主要是电力机车牵引, 大郑线汇入沈山线煤炭重载车流需要在大虎山站减轴作业并且换挂电力机车。本站无内燃机车加油设备, 缺少换挂机车机待线。

(3) 站场改造方案

为解决以上问题, 满足技术改造的一般原则和要求。本次在大郑线增建二线的基础上一并实施站场改造。具体改造方案见下图。

如图, 在上下行到发场延长既有上行14道, 下行9道, 有效长分别达到1764m和1967m。在上行侧咽喉设3条机待线, 满足电力与内燃机车换挂条件。在下行侧咽喉设机务加油点1处, 机待线1条, 满足下行内燃机车补油条件。这样大郑上行线到达的万吨重载列车直接进14道, 解编后由电力机车牵引5000t煤炭列车发往辽南或者关内;内燃机车摘头后返回加油点补油, 待9道集结整列空车后牵引返回霍林河煤炭基地。

结束语

开行重载列车运输是解决目前我国铁路货物运输中运能不足的一种有效方法, 本文通过大郑线中间站、区段站改造方案简要介绍了开行重载列车后站场的改造方案。根据站场既有图形及客货运设备位置, 树立全局观念, 尽量少征地, 充分利用既有设备, 避免大拆大改, 减少既有线路运营干扰, 减少工程投资, 设计出最合理的方案。

参考文献

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