基于列車追蹤仿真的城市軌道交通折返能力的研究

王瑤，郭 進(jìn)

（西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 成都 610031）

城市軌道交通系統(tǒng)一般有站前和站后2種列車折返模式。地鐵的折返能力的計(jì)算方法與鐵路有很大不同，列車在車站的折返能力對地鐵全線列車運(yùn)行能力具有重大影響，是整個(gè)地鐵系統(tǒng)運(yùn)營組織的關(guān)鍵。

隨著地鐵運(yùn)輸系統(tǒng)的不斷發(fā)展和地鐵運(yùn)行信號控制方式水平的提高，對折返能力的計(jì)算也提出了更高的要求。以往采用的圖解法雖然計(jì)算方法簡單，但不能真實(shí)地反映列車在折返站運(yùn)行的全過程以及列車的運(yùn)行速度、停站時(shí)間、限速等，對折返能力的計(jì)算影響較大，其準(zhǔn)確度難以滿足工程設(shè)計(jì)和運(yùn)營管理的需要。

1 站前折返典型站的分析與計(jì)算

站前折返指列車經(jīng)由站前渡線折返。采用站前折返時(shí)，列車在到達(dá)股道停車，上、下完旅客后，直接經(jīng)由車站前方道岔發(fā)出。計(jì)算時(shí)采用的公式為：

1.1 單股道(A站臺)折返

圖1 單股道折返

圖1中的參考點(diǎn)為S1信號機(jī)沒有開放時(shí)列車開始制動(dòng)的位置。A、B點(diǎn)為列車在站臺理想停車位置。

利用圖1中A站臺進(jìn)行單股道站前折返作業(yè)過程各時(shí)段記錄及分析結(jié)果如表1。

表1 列車站前單股道折返方式作業(yè)時(shí)分

其中T0、TATP-a、T2、T3、TATP-m都是由用戶輸入的參數(shù)，T1、T5是由牽引計(jì)算得出（列車側(cè)向過岔時(shí)以道岔側(cè)向限速通過），比原來的手工計(jì)算提高了精度。根據(jù)表1中各項(xiàng)作業(yè)的記錄結(jié)果，可以得出相鄰兩列車之間的最小站前折返間隔為：

1.2 雙股道折返

圖2 雙股道折返

圖2中的參考點(diǎn)為S1信號機(jī)沒有開放時(shí)列車開始制動(dòng)的位置。A、B點(diǎn)為列車在站臺停車的位置。

上下行站臺交替折返的執(zhí)行過程如下：

（1） 初始條件：A站臺或B站臺須各停有一列車，等待其中一站臺接入一列車后另一站臺立即發(fā)車。（2）哪股道發(fā)車后就接車至哪股道。（3）而后另一股道再發(fā)車。（4）此后執(zhí)行A、B兩站臺循環(huán)交替折返。（5）根據(jù)對上述折返過程的關(guān)鍵時(shí)段進(jìn)行記錄，可以分析計(jì)算出列車折返時(shí)間間隔。

H接：初始狀態(tài)為B站臺停有一輛列車，向A站臺接車，然后由B站臺發(fā)車，再向B站臺接車的時(shí)間間隔。利用圖2中向C站臺進(jìn)行接車作業(yè)時(shí)對各時(shí)段的記錄和分析的結(jié)果見表2。

表2 列車站前交替折返作業(yè)時(shí)分（一）

其中T0、TATP-a、T2、T3、TATP-m、T4都是由用戶輸入的參數(shù)，T1、T3是由牽引計(jì)算得出（列車側(cè)向過岔時(shí)以道岔側(cè)向限速通過）。根據(jù)表2中各項(xiàng)作業(yè)的記錄結(jié)果，可以得出相鄰兩列車之間的最小接車間隔為：

H發(fā)：從由A站臺發(fā)車列尾出清S3起，然后接車至A站臺，最后至B站臺發(fā)車列尾出清S3的時(shí)間間隔。

利用圖2中A站臺發(fā)車作業(yè)時(shí)對各時(shí)段記錄和分析的結(jié)果見表3。

表3 列車站前交替折返作業(yè)時(shí)分(二)

其中T0、TATP-a、T2、TATP-m都是由用戶輸入的參數(shù)，T1、T3是由牽引計(jì)算得出（列車側(cè)向過岔時(shí)以道岔側(cè)向限速通過）。根據(jù)表3中各項(xiàng)作業(yè)的記錄結(jié)果，可以得出相鄰兩列車之間的最小發(fā)車間隔為：

由上述分析得出站前交替折返間隔為：

2 站后折返典型站的折返能力分析與計(jì)算

站后折返是列車在站后折返線完成的折返。采用站后折返時(shí)，旅客下車后，列車經(jīng)由車站后方的道岔進(jìn)入折返線然后折回至發(fā)車股道，上完旅客后再發(fā)車。

站后折返間隔是由接車間隔、發(fā)車間隔和折返間隔中的最大值確定。

以成都1號線升仙湖站臺為例，它是典型的站后折返站型之一，如圖3。

成都地鐵1號線升仙湖站站后折返作業(yè)記錄和分析的結(jié)果見表4。計(jì)算時(shí)采用的公式為：

圖3 站后折返站型

表4 升仙湖站列車站后折返作業(yè)時(shí)分

其中T0、TATP-a、T2、TATP-m、T7、T11、T13都是由用戶輸入的參數(shù)，T1、T4、T5、T6、T9、T10、T12是由牽引計(jì)算得出（列車側(cè)向過岔時(shí)以道岔側(cè)向限速通過）。表中的并行時(shí)間參數(shù)，T3是辦理進(jìn)入折返線進(jìn)路的時(shí)間，它與T2同時(shí)進(jìn)行，由于辦理進(jìn)入折返線進(jìn)路的時(shí)間小于等于列車在接車站臺的停站時(shí)間，故T3包含在T2中，與其并行。同理，T8和T14也如此。按表4的各項(xiàng)作業(yè)時(shí)分，可以得出下述結(jié)論：

相鄰兩列車之間的最小接車間隔為：

折返間隔為：

發(fā)車間隔為：

站后折返間隔為：

3 提高折返能力的措施

很多因素影響和制約著折返能力，比如折返站型布置形式及折返方式、咽喉區(qū)長度、列車運(yùn)行速度、列車停站時(shí)間、辦理進(jìn)路時(shí)間、道岔類型、道岔轉(zhuǎn)換及信息傳遞時(shí)間、ATO動(dòng)作時(shí)間、車載設(shè)備反應(yīng)時(shí)間等。而根據(jù)車站折返線的布置，列車折返又有站前折返、站后折返、站前與站后混合折返3種方式；根據(jù)折返站在線路中的位置，列車折返有終點(diǎn)站折返和中間站折返2種情形。不同折返方式時(shí)的折返出發(fā)間隔時(shí)間應(yīng)分別計(jì)算。

針對上述因素，本文給出了以下的措施來提高車站的列車折返能力：

（1）對于站前折返，假設(shè)將列車的停站時(shí)間縮小到等于進(jìn)路的排列時(shí)間時(shí)，可使得道岔區(qū)段的利用率最大。但是在實(shí)際情況中，列車的停站時(shí)間不可能等于進(jìn)路的排列時(shí)間，但是在利用雙股道交替折返的情況下，可以達(dá)到相似效果。因此在允許條件下可以采用雙股道交替折返道岔區(qū)段以提高道岔區(qū)段的利用率，縮小折返間隔時(shí)間。（2）如果要壓縮折返間隔，則應(yīng)減少列車制動(dòng)點(diǎn)至折返點(diǎn)的時(shí)間、辦理進(jìn)路時(shí)間、道岔轉(zhuǎn)換及信息傳遞時(shí)間、ATO動(dòng)作時(shí)間及列車駛出折返站至全部通過計(jì)軸設(shè)備的時(shí)間。對于硬件設(shè)備方面，可采用大號碼道岔，如將9號道岔換為12號。在設(shè)備一定時(shí)，應(yīng)盡量減少制動(dòng)點(diǎn)至折返點(diǎn)的距離。（3）列車在折返過程中很可能存在進(jìn)路干擾或其他列車作業(yè)的問題，從而導(dǎo)致了折返間隔的增大，而且對于這種額外的時(shí)間間隔，站后折返模式要大于站前折返模式，故列車密度較高的線路不宜采用站后折返。（4）一般來說，對于不同的運(yùn)營情況，運(yùn)營商的側(cè)重點(diǎn)是不同的。在高峰期要求折返間隔較小并且容易調(diào)度，在低峰期希望提供的車輛較少。因此站場設(shè)計(jì)應(yīng)將單股道站前折返和站后折返相結(jié)合，提供作業(yè)難度較小、折返間隔較小同時(shí)運(yùn)行時(shí)分較小的線路。

4 結(jié)束語

本文不同于以前手工計(jì)算方式，而是在對以往地鐵各種信號控制方式深人研究和分析的基礎(chǔ)上，提出以城市軌道交通列車追蹤及折返能力仿真系統(tǒng)為平臺，運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)全程、動(dòng)態(tài)模擬列車的折返運(yùn)行，從而找出影響列車追蹤間隔的關(guān)鍵因素，并以表格形式記錄列車通過典型的折返站所需要的折返時(shí)間，進(jìn)而可以計(jì)算出該站的折返能力。

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