鐵路運輸組織研究內容

鐵路行車組織的主要內容包括:車站工作組織、貨物列車編組計劃、列車運行圖及區間通過能力、鐵路運輸生產技術計劃及運輸方案、鐵路運輸調度工作等

一、概述

一般而言，在不同的供需狀況與運輸環境下形成的鐵路行車組織具有各自的特徵。從高速鐵路系統與既有線的銜接與分工關係上看，以德國、日本、法國等國家為代表，分別存在着客貨混行、高速完全獨立、高速列車下既有線、中速列車上下高速線等不同方式。我國已投人運營的高速鐵路目前主要採取相對獨立運行的方式，而城際高速鐵路則逐步採用中速列車上下高速線的方式。從高速鐵路列車類型與運行速度構成上看，包括單一類型、多類型共線等不同方式，主要取決於高速鐵路跨線組織方案。從客流的運送方式上看，國內既有鐵路旅客運輸主要採取直達優先、中轉換乘為輔的形式；國外鐵路在產品設計和行車組織等方面特別強調方便客流換乘，因而中轉換乘的比重很大。從調度指揮模式上看，目前國外高速鐵路調度指揮模式基本劃分為3種類型，第一類以日本為代表，通過構建各專業綜合調度系統以適應高速鐵路的特點和需求；第二類為德國模式，其調度系統是以地區為中心建立調度控制中心；第三類以法國和西班牙為代表，以線路為目標建立控制中心，基本沿襲既有鐵路的傳統模式。我國高速鐵路網目前規劃建設了北京、上海、武漢、廣州調度所。

二、鐵路行車組織控制結構分析

高速鐵路列車運行在逐步網絡化的同時伴有高密度、高速度、高可靠性等特徵，使得行車組織在區域、通道、節點不同範圍，以及計劃、調度指揮、控制等不同環節具有高度的關聯性。只有實現各環節的高度協調配合與綜合自動化運行才能達到保障安全、提高效率和服務質量的目標，並充分發揮全路網效益與效率。因此，需要對高速鐵路行車組織系統的控制結構進行合理設計。在行車組織過程中，列車運行圖是組織列車運行的基本依據。日常運輸工作由於實際運輸需求的波動和各種擾動情況的存在，需要在基本運行計劃基礎上進行修改與調整，作為指揮行車的依據。因此，鐵路行車組織工作是在運行計劃和調度有機配合的基礎上得以順利進行的。從系統角度看，鐵路行車組織過程是一個大系統的控制過程。基於大系統控制理論分析行車組織系統的控制結構可見，系統控制結構基本採用了多層遞階控制方案，在該控制方案下，按控制任務或功能把大系統劃分為多個層次，較高層次的任務或功能較為複雜而概括，較低層次的任務較為簡單具體。較高層次需要處理的是不經常發生的或緩慢變化的擾動，較低層次需要處理的是經常性的或變化快的擾動。不同層次間既有分工合作的關係，又有上層領導下層的關係，即有從高層向低層的指令信息傳遞，又有從低層向高層的信息傳遞和反饋。

2.1控制結構的影響因素分析

不同國家或地區的鐵路運輸系統由於外部輸人擾動的內容與變化頻率有所不同，該控制結構在具體實現中將根據情況進行職能層次的劃分，而運行過程中各層次在結構中發揮作用的重要程度、觀測信息的內容與反饋方式也有差別，從而形成不同的行車組織模式下的控制結構。

2.1.1客流狀況

客流狀況對控制結構的影響主要體現客流波動上。當客流波動在長期可預測或可掌握的範圍內，對其擾動的處理一般可由決策計劃層考慮，從而體現在基本運行計劃中，如我國的分號運行圖和國外運行圖中的節日、季節運行線等。反之，若客流波動的信息僅能在短時期內可預測或掌握時，由運量波動引起列車開行計劃的變化則需要在實施計劃中才能更準確的給出。我國高速鐵路在逐步成網過程中，客流分配狀況會隨着路網中高速鐵路的逐步開通運營而發生變化，因此，更強調在實施計劃中進一步確定或修改相關列車運行線以適應客運需求的變化。

2.2.2運輸能力利用率

在運輸能力利用率較高的情況下，設備負荷水平大，擾動的發生頻率較高、擾動作用範圍大，需處理較多的較快擾動與快擾動。此時，鐵路行車組織控制結構中靠底部的兩層的任務較繁重，對其功能與作用的要求更高；反之，充裕的運輸能力有利於制定可靠性較高的基本運行計劃和實施計劃，在計劃執行過程中擾動產生後需要的運行調整相對較少。因此，在行車組織控制結構中應更注重較高兩層的功能與作用的發揮。

2.2.3資源配比狀況的影響

多種不同類型、不同區域的資源共同提供列車運行所需的整體運輸能力，各類、各區域資源的不同配比狀況，如固定設備與移動設備的配比、既有線與高速鐵路運輸資源配比等，也將影響行車組織基本特徵。我國既有線鐵路固定設備能力相對移動設備能力更緊張，因而在基本計劃、實施計劃和運行調整計劃的制定過程中均以運行圖的編制和調整為核心，其他計劃的編制和調整圍繞運行圖展開。而高速鐵路由於移動設備生產週期和造價的原因，在相當長的一段時期將呈現出固定設備通過能力較移動設備輸送能力更富餘的情況，因此，動車計劃編制的重要性增強了。同時，在運行調整過程中，移動設備運用因素對列車晚點傳播的作用大大高於既有線。另外，高速鐵路開通初期基本是獨立運行且速度單一，由外部產生的擾動相對較小，運行調整較簡單；而在逐步成網過程中，中速旅客列車上下高速線不僅為高速鐵路帶來了額外的擾動，而且在多種速度共線的條件下為了應付擾動將面臨更多的困難，行車組織中運行調整的作用隨之加大。

2.2.4技術裝備水平的影響

一般而言，較高的技術裝備水平可以實現較高的控制精度，對運行計劃執行的可靠性更高，較低的設備故障率可以使運行過程中的擾動更小。因此，在整體控制結構中可以更關注對基本計劃和實施計劃的制定與優化相對既有線，新建高速鐵路技術裝備水平顯著提高，為運行計劃的精確、可靠執行提供了可能，同時也提高了下層執行反饋信息的實時性，為進一步實現一體化行車組織創造了條件。

2.3我國高速鐵路行車組織研究

在新線建設、既有線改造與提速的同時，我國鐵路近年來進行了卓有成效的行車組織方式改革，取得了大量創新性成果。同時，國外高速鐵路的發展也為國內高速鐵路提供了可借鑑的經驗。例如，由於高速鐵路的高速度、高安全性特徵，更強調計劃的可靠執行、計劃與調度間指令下達執行與結果反饋的實時性；高速鐵路對運力資源配置及運用的協調性要求更高，強調計劃編制與調度指揮的綜合性以實現整體優化；高速鐵路列車運行控制精度更高，要求行車組織計劃編制更精細化；高速鐵路普遍採用調度集中模式，需要更緊密的協作。因此，在吸收國內行車組織改革成果的同時，還需要結合高速鐵路的特點對其運輸組織方式進行研究。另外，我國高速鐵路快速成網，各類運力資源的配比關係在一段時期之內逐步變化，要求行車組織優化的目標與約束體現運力資源匹配的動態性，從而呈現多方式銜接的特點。

三、運輸組織相關研究現狀

1國外研究現狀

1.1鐵路運輸組織相關研究

Mizutani[1]從政策與財務角度，研究了鐵路公司劃分與重組問題。Pittman[2]研究了貨運鐵路劃分中的風險規避問題。Vuchic[3]提出了依據車站節點重要度低確定停站數量的思路，並從列車服務頻率和列車開行數量兩方面進行了綜合分析。Goosses[4]分別以運營成本最小化、旅客總旅行時間最小化為優化目標，對旅客列車開行方案進行研究。Michaelis[5]將列車開行方案、車底週轉和列車運行圖協同優化研究，採用啟發式算法予以求解。Liebchen[6]將PESP理論應用於開行方案、乘務安排與週期運行圖綜合優化中。Sieber[7]提出了ODPESP模型，通過客流OD路徑來確定週期性列車運行圖，同時構建頻率熟悉和頻率多重性約束圖，分析了ODPESP模型求解的結果。

1.2旅客換乘組織相關研究

Bertolini[8]在20世紀80年代就開始對城市軌道交通換乘樞紐佈局、換乘方式與時間、換乘銜接距離等方面進行了深入的研究。對旅客換乘行為特性的研究則最早可以追溯到上世紀50 年代，n[9]研究給出了行人的平均走行速度和人流密度的關係曲線，將“服務水平”引入行人走行行為的研究中。Joseph[10]研究結論表明行人速度在0.9m/s-1.5m/s之間波動。Marin[11]對顧客排隊系統進行研究時指出應兼顧考慮顧客和服務人員的特性，服務人員服務率的變化會引起排隊長度指標的顯著變化。在對換乘設施配置與佈局的研究中，van der Aalst[12]利用賦時有色Petri網絡對鐵路樞紐車站內設施設備的配置情況進行了研究。Aiello[13]利用遺傳算法求解建築設施佈局多目標優化的問題，給出了建設設施平面空間的劃分方法。Manataki[14]利用系統動力學理論開發了機場樞紐設施評價系統，對鐵路樞紐設施的研究提供參考。對於換乘流線的研究，日本、美國、歐洲等國通常採用仿真的方法，將流線設計研究融合到綜合交通樞紐設施佈局、能力規劃和仿真模型中，流線設計通常採用典型的“通過式”模式，流線設計以旅客快速通過和便捷換乘為發展方向[15~21]。

2國內研究現狀

2.1運輸組織模式相關研究

劉先鵬[22]等結合我國路網規劃、高鐵路網實際情況、客流情況、線路技術條件等，針對我國高鐵跨線客流的輸送問題，探討直達模式和換乘模式的優劣和使用條件，提出了成網條件下開行模式應遵守客流規律，在長距離開行模式設計時，直達列車和節點換乘模式相互結合、協同運用是較為合理的組織模式，在客流量達到一定支撐條件時，應以直達為主，換乘為輔，當長距離直達客流不足時，以組織節點換乘為主。李元凱[23]認為隨着客流需求的不斷增長和複雜化，在京滬高鐵上只開行直達列車已經不能適應運營的需求，引入換乘模式不僅能夠有效應對客流需求的變化，同時有利於優化運營管理，提高經濟效益。趙鵬[24]針對京滬高鐵跨線客流的輸送模式提出全中速列車輸送、高速下線加換乘、高速下線加中速上線3種模式，從動車組運用、旅行事件節省和旅客需求適應程度等方面對3種模式進行比較，最終得出高速下線加換乘是最佳模式。

2.2路網劃分研究

王姣娥[25]在分析我國高速鐵路發展過程、模式的基礎上，剖析了高鐵空間格局特徵與區域人口和經濟的耦合關係，藉助ArcGIS方法探討了高鐵網絡的空間效應，其結果顯示我國高速鐵路的空間擴展過程表現出獨特的“核心-核心”至“核心-網絡”模式，與城市羣的空間分佈具有較好的耦合性。郭豪[26]、趙映慧[27]通過建立主要城市間高鐵運行O-D頻次矩陣，運用社會網絡分析法（SNA）對系統對象間的關係進行量化，將我高鐵網絡中主要城市和城市羣的路網結構進行劃分和研究。

2.3換乘組織相關研究

目前，國內學者對於城市綜合交通樞紐內旅客換乘組織的理論研究成果較為豐富，王晶[28]以系統論、可持續交通理論和綠色交通理念為指導，構建基於“綠色換乘”的大型高鐵樞紐交通接駁規劃理論；王建聰[29]對城市客運樞紐內各種交通方式換乘銜接組織的優化、換乘效率與服務水平、換乘網絡交通分配和方式選擇等關鍵問題進行了研究；周偉[30]對城市交通換乘銜接的內涵、分類和換乘影響因素進行了較為深入的研究和分析。針對換乘組織中的具體問題，周侃[31]針對高鐵客運樞紐站乘客換乘行為特性及設施配置進行了詳細的研究。

四、參考文獻

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