徐瑞华-2006-城市轨道交通列车运行延误及其传播特点的仿真研究

第28卷第2期铁 道 学 报Vol.28　No.2 2006年4月J OU RNAL OF T H E CHINA RA IL WA Y SOCIET Y April2006文章编号:100128360(2006)022*******城市轨道交通列车运行延误及其传播特点的仿真研究徐瑞华1,　江志彬1,　邵伟中2,　朱效洁2(1.同济大学交通运输工程学院,上海　200331;2.上海地铁运营有限公司,上海　200031)摘　要:城市轨道交通系统具有列车运行间隔小、站间距离短、车站线路布置比较简单等特点,一旦列车发生运行延误,其传播的速度快、影响范围大。

本文在分析城市轨道交通列车运行延误发生的随机性特征的基础上,指出城市轨道交通列车运行延误具有直接性、快速性和双向性的特点以及基于这些特点的列车运行延误传播的两种表现形式,然后运用系统仿真的理论与方法,建立了基于列车运行图的城市轨道交通列车运行延误的仿真模型,通过设计合理的列车运行延误统计指标和仿真分析方案,以某城市轨道交通线路为背景进行仿真分析。

通过仿真分析发现,列车运行延误及其传播主要与能力利用率、缓冲时间、备车数量以及辅助线数量等因素有关,并且这些参数之间应该保持一定的合理匹配关系。

关键词:城市轨道交通;运行延误;系统仿真;能力利用率;缓冲时间;备车中图分类号:U292.4 文献标识码:ASimulation Study on T rain Delay and PropagationCharacteristics of U rban Mass T ransit SystemsXU Rui2hua1,　J IAN G Zhi2bin1,　SHAO Wei2zhong2,　ZHU Xiao2jie2(1.School of Traffic and Transportation Engineering,Tongji University,Shanghai200331,China;2.Shanghai Metro Operation Co.,Ltd.,Shanghai200031,China)Abstract:The Urban Mass Transit(UM T)system has t he characteristics such as little intervals,short dis2 tances between stations and simple station t rack layout s.In case any t rain delays,fast and large2range p ropaga2 tion will occur and affect t he schedules of ot her t rains in time and space.On t he basis of analysis of t he random nat ures of t rain delays in t he UM T system,t his paper discusses t he direct,rapid and double2direction charac2 teristics and two p henomena of t rain delay propagation.Then t his paper establishes t he train delay simulation model of UM T based on t he t rain diagram by t he system simulation t heory and met hod.Simulation analysis is made wit h t he background of t he UM T system of a city by t he reasonably designed statistic indexes and simula2 tion schemes of t rain delays.It is found t hat t rain delay and delay propagatio n are related to t he capacity utiliza2 tion,buffer time and number of spare vehicles and auxiliary lines and t hese parameters should be kept matched amo ng one anot her.K ey w ords:Urban Mass Transit;t rain delay;system simulation;ability availability;buffer time;spare vehicle 轨道交通的运输组织方案会受到车站、线路、信号设备与旅客需求等多方面因素的影响,列车的日常运行会因旅客乘降、设备故障以及突发事件等原因产生延误。

列车运行初始延误的发生具有随机性,加之还有传播性,将形成列车运行的连带延误。

城市轨道交通系统具有列车运行间隔时间小、站间距离短、车站线收稿日期:2005207205;修回日期:2005209228基金项目:国家自然科学基金资助项目(50478105)作者简介:徐瑞华(1963—),男,江苏苏州人,教授,博士。

E2m ail:rhxu@ 路布置比较简单等特点,一旦发生列车运行延误,其传播的影响范围大、造成的能力损失严重。

因此,研究城市轨道交通列车运行延误的产生及其传播影响对确定合理的运营组织方案、提高能力适应性以及运营可靠性显得十分重要。

对于列车运行的延误,在我国铁路运输领域,有很多学者进行了研究,并形成了较多的研究成果[1～4]。

在城市轨道交通列车运行延误的研究方面,文献[5,6]研究了当列车发生晚点时如何从技术上实现运行调整,但并没有对运行延误的影响进行分析。

由于列车运行延误的发生具有随机性,其传播又受到列车运行图规定时刻的控制,总体上看,运行延误的发生及其传播具有“随机有控”或“有控随机”的特点,因此定量分析和研究难度大。

本文利用系统仿真方法进行了城市轨道交通系统列车运行延误及其传播影响的定量研究。

1　城市轨道交通列车运行延误及其传播特点轨道交通系统列车运行延误是在执行列车运行图过程中受到各种因素影响,造成列车进入区间(车站)或在区间(车站)运行过程中偏离(滞后)计划运行轨迹的综合表现形式。

运行延误的传播是指在前行列车发生初始延误的条件下,引起后行列车或其自身的后效延误现象。

这种现象的发生是由于列车运行图中运行线间或线群间缓冲时间不足或调整措施不当而引起。

城市轨道交通系统列车运行延误及其传播除了具有轨道交通系统列车运行延误及其传播的基本特性以外[2],还具有如下3个特殊性:(1)延误传播的直接性。

城市轨道交通系统车站线路设置相对简单,列车运行过程中几乎不具备列车越行条件,一旦列车运行图确定后,实际运营组织中列车运行顺序不会轻易改变,因此列车运行延误将直接在列车间相互传播。

(2)延误传播的快速性。

城市轨道交通系统站间距离短、列车运行间隔小,因此列车运行延误的传播速度快,影响范围广。

(3)延误传播的双向性。

城市轨道交通系统车底折返在日常运营组织中占有十分重要的地位,车底的套跑运用使得列车运行延误的传播具有双向性。

城市轨道交通列车运行延误及其传播的上述特殊性具体表现形式有以下3点:①在没有备车的条件下,当某一列车发生运行延误后,列车运行延误的影响主要取决于列车运行图中的缓冲时间。

运营组织中应合理地利用缓冲时间,使运行延误的列车“快跑”,尽快运行至正点。

列车运行延误的传播和恢复过程如图1所示。

②在有备车的条件下,如果列车延误时间很长,严重影响了后行列车,那么在设有备车的车站,可以采用调用备车以减少延误的影响。

以图2为例,由于30201次列车在a站发生延误,到B站仍然没有恢复至正点,30202次列车由于车底折返时间限制,不能按时发车,如果在B站设有备车,则可以将备车在30202次列车计划的发点前调出,将30201次列车调入存车线。

如果30201次列车没有发生故障,则还可以作为后面调整用的备车,这样就可以保证30202次列车正点运行,从而对后行列车的影响降至最小。

同样,一条线路上具有存入备车条件的车站都可同时存入备车,这样系统发生延误后调整的灵活性会大为增强。

显然,备车的安排还将取决于车站辅助线路数量。

③在发生较大列车故障的条件下,为恢复正常的列车运行秩序,常常会采用一些特殊的方法,如停运部分列车、跨站停车等。

这些方法不作为本文研究的重点。

综上所述,应重点研究城市轨道交通系统中运行图的缓冲时间、备车数量、辅助线数量对列车运行延误及其传播的影响。

2　城市轨道交通列车运行延误的计算机仿真模型2.1　城市轨道交通列车运行延误计算机仿真的统计指标城市轨道交通系统列车运行初始延误产生的主要原因有旅客乘降、车辆故障、信号设备故障、突发事件等几方面,可以通过数理统计的方法,用一定的概率分8　铁 道 学 报第28卷布对延误发生地点、发生时刻、延误时间和延误类型等进行描述[7]。

为分析列车运行延误造成的影响,定义延误列车数量和延误时间两类指标,如表1所示。

表1　与延误相关的指标指标名称描述计算方法总延误列车数量各车站偏离计划时刻表的列车数量总和N p=6X iX i=1　列车发生延误0　否则总延误时间列车在各车站发生延误时间的总和T d=6X i・T diT di为第i列车总延误时间。

延误恢复时间在发生一次初始延误的条件下,系统从发生初始延误时起至恢复正常运行时止所花费的时间T R=t2-t1t2为延误影响结束时间;t1为延误影响开始时间。

延误影响人数受到延误影响的旅客人数的总和M d=6X i・M i・N・ρiM i为第i列车编组辆数;N为列车定员;ρi为第i列车的满载率延误影响人・小时受延误影响旅客延误影响时间的总和T p=6X i・M i・N・ρi・T di总终到延误列车数在终到站偏离计划时刻表的列车数量总和N da=6X aiX ai=1　列车发生终到延误0　否则总终到延误时间列车在终到站的总延误时间T da=6X ai・T daiT dai为第i列车终到延误时间。

2.2　仿真流程及仿真方案设计根据城市轨道交通系统列车运行延误及其传播特点的分析,可以建立基于列车运行图的列车运行延误计算机仿真分析模型,并设计了在不同缓冲时间、不同能力利用率以及有无备车等条件下,不同的初始延误影响规律的仿真分析方案。

系统仿真流程如图3所示。