城市轨道交通线路折返能力的分析方法

摘要

一种城市轨道交通线路折返能力的分析方法，采用简化线路布置图和简化的列车运行时间－距离示意图来分析列车相互之间的限制条件：通过对每个限制条件设置裕量，不仅可以得到折返间隔，而且可以得到每个限制条件所具有的裕量；通过对站停时间和折返区域停留时间列出限制条件，不仅可以得到它们的取值范围，而且可以得到当前分析所采用的站停时间和折返区域停留时间所具有的时间裕量。列车在各关键点运行的时间ti/Ti的计算采用在折返线路展开图上生成线路合成限速曲线、通过计算机仿真计算生成V－S，T－S曲线的方法进行提取。该分析方法简单直观，不仅提高分析的全面性和准确性，而且通过计算机仿真大大降低分析者的工作量。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种城市轨道交通线路折返能力的分析方法，更具体地说是借助计算机仿真计算及采用简化布置图来完成分析计算的，属于分析方法技术领域。

背景技术：

线路折返能力的衡量标准是折返间隔。折返间隔是指第一列车开始进行折返作业到第二列车开始进行折返作业间的最小允许间隔。

理论研究和现场实际运营经验表明，城市轨道交通的线路通过能力大都受终端站或长短交路站折返能力(即折返间隔)的限制，折返能力往往是城市轨道交通线路通过能力的瓶颈。因此折返能力分析是整条线路通过能力的关键所在。而折返能力分析需要考虑的因素众多，它涉及到线路状况、线路设计、列车模型、所采用闭塞制式、列车控车模式、信号系统工作流程、以及运营要求等各方面因素。因此对线路折返能力分析的科学性、全面性以及准确性也提出了更高的要求。

然而，由于目前我国城市轨道交通在能力分析方面的研究还不够深入，现实情况是前期线路的设计往往限制了能力的提高，对能力造成了难以弥补的损失。通过对公开发表的相关期刊文献的检索和查阅(如①线路折返能力的计算，凌松涛，电气化铁道，2000.4；②终点站两种折返方式的利弊分析及折返能力计算，蔺增良，地铁与轻轨，2002.4；③站后折返模式的分析与比较，邓红元，铁路通信信号设计，2002.4；④浅谈北京地铁十号线万柳站折返能力，张万强，铁路通信信号工程技术，2005.4)，可以看到现有的折返能力分析方法存在有如下问题：

1)采用的计算分析方法繁复、不科学，使得交叉折返和长短交路等复杂的折返方式难以得到全面而正确的分析；

2)对所有闭塞制式的折返能力分析都按照固定闭塞制式的要求进行分析，没有考虑固定闭塞、准移动闭塞和移动闭塞之间的区别；

3)忽略了车站过走防护距离对折返能力的影响；

4)没有考虑不同列车车载设备的控车模式对能力的影响；

5)对列车运行数据的计算没有针对线路特定的列车建立精确的列车模型：

仅采用简化的加、减速度进行计算，分析过程中没有考虑线路加算坡度对列车运行的影响，或虽然考虑了列车的牵引、制动特性却忽略了列车的紧急制动建立时间、牵引切断时间、车载设备反应时间、常用制动响应及建立时间、车门开关时间等重要的列车模型参数；

发明内容：

本发明的目的在于：针对目前城市轨道交通的线路折返能力分析方法不全面、不规范、不够科学和准确，同时手工计算分析造成设计者浪费大量工作量的现状，本发明提出了一种借助计算机仿真计算及采用简化布置图来分析城市轨道交通线路折返能力的方法。该分析方法采用简化线路布置图和简化的列车运行时间-距离示意图的方法使列车相互之间限制条件的分析变得简单直观；通过对每个限制条件设置裕量，不仅可以得到折返间隔，而且可以得到每个限制条件所具有的裕量；通过对站停时间和折返区域停留时间列出限制条件，不仅可以得到它们的取值范围，而且可以得到当前分析所采用的站停时间和折返区域停留时间所具有的时间裕量。

该方法可用来分析城市轨道交通线路各种可能的折返方式，同时借助计算机仿真计算不仅提高计算所依据的列车运行数据的可信程度，而且大大降低设计者的工作量，为设计者优化线路设计提供了智能化研究平台。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提出的一种城市轨道交通线路折返能力的分析方法的软件结构包括至少下列信息处理模块：线路数据、列车模型、信号系统限制条件、折返能力分析模块、及分析结果打印输出模块；线路数据、列车模型、信号系统限制条件三个数据准备模块数据准备完毕后，输入折返能力分析模块，通过计算机仿真计算，最后将分析结果打印输出。其中折返能力分析模块中，在折返线路展开图中计算线路合成限速曲线、从而实现对列车的仿真运行主要用于计算分析模块中各关键点之间的列车运行时间ti/Ti，而关键点的位置涉及到列车安全间距的计算。

该分析方法包含以下步骤：

步骤1：输入折返分析的三大数据准备模块：线路数据、列车模型、信号系统限制条件，自动检查判断准备模块数据的合理性和完备性；

步骤2：根据线路数据库判断并列出可进行折返作业的所有车站及相应可能的折返方式；

步骤3：选择需要进行折返能力分析的车站及折返方式；

步骤4：根据所选择的车站和折返方式，根据数据准备模块输入的车站线路数据、列车模型以及信号系统限制条件，分析模块通过分析计算，输出该车站折返能力分析结果。

在能力分析过程中，分析模块是方法的核心，它采用简化的布置图(包括线路简化布置和列车运行的简化时间-距离示意图)对列车折返时在各关键点相互制约的条件进行分析，在计算中使用的列车运行时间数据ti/Ti是通过计算机仿真计算得到的。

分析模块进行折返能力分析的具体方法如下：

1、铺画线路图，并用箭头标注该车站的折返方式；

2、计算该折返方式能力分析的关键点，并用不同的字母和颜色在线路图中标示；

关键点的确定与不同的折返方式、线路状况、列车模型、所采用闭塞制式、列车控车模式、信号系统工作流程以及运营要求有密切的关系。这些关键点原则上包括：上下行车站的停车点、前行列车离开车站进入折返区域的关键点、对应于前行列车关键点的后车干扰点、道岔防护点、列车完成折返驶离车站的关键点、折返区域的停车点等等。

1)上下行车站的停车点：由运营要求规定或根据列车车长和站台长度确定；

2)前行列车离开车站进入折返区域的关键点，与折返方式和车站站型有关：

站前折返  该点为进入折返前的道岔防护点；

站后折返

①当车站过走防护距离足够时：该点为道岔前方的防护点；

②当车站过走防护距离不够时：该点为道岔后方的防护点；

3)对应于前行列车关键点的后车干扰点，与闭塞制式、折返方式和车站站型有关：

①当车站站型为站后折返、车站过走防护距离足够时，该干扰点与列车未折返前的车站停车点重合；

②否则

a)在移动闭塞制式中，S＝X_s

b)在准移动闭塞制式中，S＝X_s+X_i

c)在固定闭塞制式中，S由闭塞要求前车与后车所需的最小分区数确定

其中，S的含义——

站前折返  S为后车车头与干扰点的距离

站后折返，车站过走防护距离不够时S为后车车头与进入车站前的站界的距离

X_s——后车车头与前车车尾之间所需的安全间距，安全间距是指在保证列车不减速的前提下，后车与前车所能达到的最小安全距离，该值与列车超速防护系统ATP采用的模式曲线制动模型有关

X_i——该干扰点所在的闭塞分区的长度

4)折返道岔防护点：包括正向防护点和反向防护点；

5)列车完成折返驶离车站的关键点：与闭塞制式和运营要求有关；

6)折返区域的停车点：由运营规定或根据列车车尾进入折返区域后开始减速停车所需的距离计算确定；

3、对应各关键点画出相应颜色的直线，把各关键点按照列车折返的时序从上到下依次排列，同时对处于同一折返时序上的关键点、可合并为一条直线，做出简化线路布置图；

4、在简化线路布置图中，作出列车运行的简化时间-距离运行示意图；

5、根据不同的折返方式，分析并标出每列车在出清各关键点时，在相应的信号系统工作时间限制条件后，对后车及有冲突进路的列车(长短交路折返中存在)所在关键点位置的要求，从而列出各列车之间在时间条件上的制约关系；

同时，可以标注同一列车在车站站停时间以及在折返区域所需的最小信号系统工作时间的限制；

对每个信号系统工作时间的限制条件都分别赋予时间裕量m_i；

利用列车运行的简化时间-距离示意图分析折返能力时，分析所需的列车数由完成一个折返分析周期所需的最少列车数决定，该值与折返方式有关；

6、对单线折返的列车在各关键点之间的运行时间用ti进行标注，对交叉折返及长短交路折返的列车在各关键点之间的运行时间分别用ti和Ti进行标注(因为同一条关键点所对应的直线可能同时代表两个属于同一折返时序上的关键点，这时列车所经过的进路不同，运行时间也必然不同)；

7、根据折返间隔的定义，对照分析图，逐一列出列车之间的折返间隔I_i与各关键点之间的运行时间ti/Ti、折返前/折返后车站站停时间Dwell/DW(站前折返只有Dwell)、折返区域停留时间TB(站前折返没有)以及信号系统限制条件Signal之间的关系方程组；

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