（交通运输规划与管理专业论文）高速客运专线列车速度匹配问题研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 为适应全面建设小康社会的目标要求，铁路网要扩大规模，快速扩充运输能力， 迅速提高装备水平。根据中长期铁路网规划( 2 0 0 8 ) 年调整) ，到2 0 2 0 年前我国将 建成客运专线1 6 万公里以上，新线约4 1 万公里，形成以客运专线为骨干，以新建快 速铁路和既有提速线路为辅的快速客运网。 时速3 5 0 k m h 的高速客运专线作为其中的重要组成部分，与之衔接的主要为2 0 0 - - 2 5 0 k m h 的快速铁路，在相当长时间内存在较大跨线列车的上线运行需求，其运输组织 模式推荐为不同速度列车共线运行的模式。因此研究时速3 5 0 k m h 高速客运专线的不 同速度列车匹配问题具有重要意义。本文首先研究了跨线客流的组织和跨线列车的合 理开行，在此基础上研究不同列车匹配方案的影响因素及决策模型，并结合长昆线进 行实例分析。具体内容如下： ( 1 ) 通过分析我国高速客运专线的客流特点，建立旅客广义费用模型确定跨线客 流的合理输送方式，并研究跨线列车合理的组织及下线运行距离。 ( 2 ) 讨论了不同速度列车匹配方案的影响因素，着重分析了影响运输组织的主要 因素：通过能力、旅行速度、车站布局和运行调整等，并建立了相应的计算分析方法。 ( 3 ) 探讨了不同匹配方案的粗集决策模型，并结合长沙一昆明客运专线进行实例 分析。 关键词：客运专线：跨线客流组织；列车速度匹配；决策模型 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t i no r d e rt oa d a p tt ot h ec o m p r e h e n s i v ec o n s t r u c t i o nw e l l o f fs o c i e t yg o a lr e q u e s t ，t h e n e t w o r kw i l le x p a n ds c a l e ，r a p i d l yi m p r o v et r a n s p o r tc a p a c i t ya n di n c r e a s ee q u i p m e n t l e v e l a c c o r d i n gt ot h el o n g - t e r mr a i ln e t w o r kp l a n n i n g ( 2 0 0 8 ) ，c h i n aw i l lb eb u i l tb y2 0 2 0 p a s s e n g e rd e d i c a t e dl i n e ( p d l ) 16 ，0 0 0k ma b o v e ，t h en e w l i n ea r o u n d41 ，0 0 0k i l o m e t e r s ， f o r mf o rt h eb a c k b o n et op d l ，c o n s t r u c t i o no fr a i l w a ya n df a s ts p e e do fa u x i l i a r yc i r c u i ta s f a s tp a s s e n g e rn e t s 3 5 0 k m hh i g hs p e e dp a s s e n g e rt r a n s p o r ta so n eo ft h ei m p o r t a n tc o m p o n e n t ，w i t ht h e c o h e s i o ni s2 0 0 - - 2 5 0 k m hf a s tr a i l w a ym a i n l y ，i nav e r yl o n gt i m em e m o r yi nt h el a r g e r c r o s s l i n et r a i n st or u no n l i n ed e m a n d ，t h et r a n s p o r to r g a n i z a t i o nm o d e lr e c o m m e n d e df o r h i g h - ，m e d i u m - s p e e dt r a i n sw e r er t m n i n go n - l i n em o d e t h i sp a p e rs t u d i e st h eo r g a n i z a t i o n o fi n t e r - l i n ep a s s e n g e rf l o wa n dc r o s s - l i n e sh a v ear e a s o n a b l eo p e n i n gl i n e ，o nt h i sb a s i st o s t u d yt h ei m p a c to fp r o g r a m s & d i f f e r e n tt r a i nm a t c h i n gf a c t o r sa n dd e c i s i o n - m a k i n gm o d e l ，c o m b i n e d w i t hc h a n g s h a - k u n m i n gp d lc a s ea n a l y s i s d e t a i l sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) b ya n a l y z i n gh i g h s p e e dp a s s e n g e rl i n ei nc h i n a sp a s s e n g e rf l o wc h a r a c t e r i s t i c s ， g e n e r a l i z e dc o s tm o d e lt o e s t a b l i s hp a s s e n g e rp a s s e n g e rf l o wt od e t e r m i n ear e a s o n a b l e c r o s s l i n ed e l i v e r ym e t h o d sa n dt os t u d yt h ec r o s s l i n et r a i nt or u n ar e a s o n a b l ed i s t a n c e f r o mt h eo r g a n i z a t i o na n do f f i i n e ( 2 ) d i s c u s st h e i n f l u e n c i n gf a c t o r s o fd i f f e r e n t s p e e d t r a i n m a t c h i n gs c h e m e ， d i s c u s s e dt h et r a i na td i f f e r e n ts p e e d sm a t c h i n gf a c t o r sa f f e c t i n gt h ep r o g r a m ，f o c u s i n go n a n a l y s i so ft h em a i nf a c t o r sa f f e c t i n gt r a n s p o r to r g a n i z a t i o n ：t h r o u g hc a p a c i t y , t r a v e ls p e e d ， s t a t i o nl a y o u ta n do p e r a t i o no fa d j u s t m e n t ，a n de s t a b l i s ht h ec o r r e s p o n d i n gm e t h o do f c a l c u l a t i o na n da n a l y s i s ( 3 ) e s t a b l i s h e dar o u g hs e td e c i s i o n m a k i n gm o d e lt ot h ed i f f e r e n ts p e e dt r a i n m a t c h i n gs c h e m e c o m b i n e d 、析t hc h a n g s h a k u n m i n gp d l ac a s es t u d y k e y w o r d s ：p a s s e n g e rd e d i c a t e dl i n e ( p d l ) ；o v e r - l i n et r a n s p o r t a t i o n ；s p e e dt r a i n m a t c h i n gs c h e m e ；d e c i s i o n - m a k i n gm o d e 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 吲不保耐使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“v ”) 学位论文作者签名：徐啬瘩指导老师签名： 日期： l f 夺6 ； 衫卅 西南交通大学硕士学位论文主要工作( 贡献) 声明 本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下： 本论文提出了高速客运专线在“不同速度列车共线运行”模式下的列车速度匹配问 题研究方法。根据我国高速客运专线的客流特点，建立广义费用模型确定跨线客流的 合理输送方式，并研究跨线列车合理的组织及下线运行距离。分析不同速度列车匹配 方案的影响因素，及其计算分析方法，并建立列车匹配问题的粗集多属性决策模型。 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰 写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在文中作了明确说明。 本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。 学位论文作者签名：黼岳 日期：加d 6 , 3 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 论文研究背景和意义 第1 章绪论 1 1 1 研究背景 1 9 9 4 年，我国第一条准高速铁路广州至深圳准高速铁路建成并投入运营，其旅客 列车速度为1 6 0 k m h ，不仅在技术上实现了质的飞跃，更主要的是通过科研与实验、引 进和开发，为建设我国高速铁路作好了前期准备，成为我国铁路高速化的起点。 2 0 0 3 年，我国第一条客运专线秦皇岛至沈阳客运专线已建成并投入运营，通过秦 沈线的建设和运营实践，可以探索出适合中国国情的高速客运专线的技术标准、施工 方法、运营管理及维护等一系列经验。 为适应全面建设小康社会的目标要求，铁路网要扩大规模，完善结构，提高质量， 快速扩充运输能力，迅速提高装备水平。根据中长期铁路网规划( 2 0 0 8 年调整) ，到 2 0 2 0 年规划“四纵四横”等客运专线以及经济发达和人口稠密地区城际客运系统，建设 客运专线1 6 万公里以上。完善路网布局和西部开发性新线，以扩大西部路网规模为主， 形成西部铁路网骨架，完善中东部铁路网结构，提高对地区经济发展的适应能力，规 划建设新线约4 1 万公里。 快速客运网，连接所有省会及5 0 万人口以上的大城市，覆盖全国9 0 以上人口， 大大缩短城市时空距离，北京、上海、郑州、广州、西安、成都等中心城市，与邻近 省会城市将形成一至两小时交通圈、与周边城市形成半小时至一小交通圈。 目前已有时速为3 5 0 k m h 的武广、郑西、京津城际，以及时速为2 0 0 - - 2 5 0 k m h 石 太、合武、合宁等客运专线投入运营，有京沪、石武、武广、甫台温、京哈等十余条 客运专线投入到建设中，其中部分线路己经完成了基础设施的建设，这意味着以客运 专线为骨干，以既有提速线路和新建快速铁路为辅的快速客运网即将形成。 1 1 2 研究意义 我国的客运专线，根据不同速度的技术标准，可分为【j 】： ( 1 ) 时速为3 5 0 k m h 的高速客运专线，如己投入运营的武广、郑西客运专线及京 津城际铁路，还有规划中的京沪客运专线等。 ( 2 ) 时速为2 0 0 k m h - - - 2 5 0 k m h 的客运专线，其中包含近期采用客货混跑模式， 如沪杭城际铁路、广深港客运专线、石太客运专线、武合客运专线等。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 时速为3 5 0 k m h 的高速客运专线作为铁路通道的主要干线，承担着大量的跨线客 流输送任务，其修建不仅应满足铁路通道线路扩能的需要，还要为进一步改善铁路运 输服务质量，提高铁路参与运输市场竞争的能力。 据相关文献分析，适应我国国情的高速客运专线运输组织模式可归结为二类：“全 高速一换乘”模式和“全高速一下线运行”模式l 钏。 “全高速一换乘”模式：高速线上只运行高速列车，无跨线列车运行，直通客流大， 跨线旅客采用换乘的方式。这种模式适用于自成体系的客运专线。“全高速一下线运行” 模式：高速线上既运行本线高速列车又运行跨线列车，跨线列车在高速线上按高速列 车运行，下高速先后按普通线路允许的速度运行，这种模式适用于与普通线路相衔接 的客运专线，因此也适应于我国复杂路网中的高速客运专线。 在“全高速一下线运行”模式下，就会形成多种速度列车共线运行的情况，如此就 需要考虑不同等级列车之间的合理匹配问题，以减少对通过能力损失、列车旅行速度、 车站布局以及如何组织跨线客流等诸多因素的影响，创造良好的行车条件及经济效益。 因此，针对我国时速为3 5 0 k m h 的高速客运专线，很有必要研究其合理的列车速度匹配 问题，本文着重从高速铁路的通过能力、运输成本和运输组织等角度加以分析。 1 2 国内、外高速铁路的研究现状 1 2 1 国外高速铁路相关问题研究 文献 3 7 1 提出了一种能够模拟中长距离铁路不同服务水平时刻表、运行时间、价格 对旅客选择列车类型、车次、服务等级影响的模型，在多级l o g i t 模型基础上建立的该 模型特别考虑到了理想的到达出发时间和相关列车的早晚点惩罚。文献 3 8 】研究了评价 荷兰铁路运营设备的能力预算模型，提出并验证了一种评价铁路运营设备改造投资效 果的模型，特别是预算出铁路设备改造后理论能力。文献【3 9 】提出了一种基于最小运行 费用受铁路设备、能力约束的旅客列车开行方案的数学模型，优化了旅客列车开行方 案的列车运行区段、种类、路径、开行频率和列车长度。文献【4 0 提出了一种通过在旅 行时间和能耗之间优化折中的手段来标识模糊控制模型的方法，以降低高速铁路运营 的成本。 1 2 2 国内客运专线相关问题研究综述 1 有关运输组织模式的研究 文献【9 】介绍了法、德、日等围在高速铁路上组织歹0 车运行的情况及开行多种速度 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 的列车的经验。分析了京沪高速铁路的客流特点及中、近期高速车组的供应能力，认 为一段时期内采取“高、中速混跑的运输组织模式是我国高速铁路发展过程中不可逾越 的过渡阶段。 文献 1 0 1 为克服“全高速”的缺点提出了“快速换乘”的组织办法。该文献提出的模式 虽有明显的优势，但关键在如何做到“快速换乘”，中高速列车的衔接上缺乏足够可行 的、可靠的办法予以保证，操作上仍有一定困难。 文献 1 1 】用定性分析与定量计算相结合的方法，对武汉一广州客运专线的运输组织 模式及其可行性、跨线列车的开行方案进行了研究，确定了武广客运专线采用本线列 车和跨线列车共线运行、跨线列车采用动车组和普通机车牵引相结合的多种速度组合 的运输组织模式。 2 有关跨线客流组织的研究 文献【7 】提出了武广客运专线在研究年度内宜采用本线列车和跨线列车共线运行、 本线列车全部采用a 类动车组、跨线列车由a 类动车组和b 类动车组相结合的多种速 度组合的运输组织模式。并且随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，以及铁路 线路等技术设备条件的改善，在有条件时，逐步加大a 类动车组的数量和运行范围， 减少跨线列车中b 类动车组的比例，最终实现高速铁路的全高速动车组运行。 文献 1 4 1 建立了京沪高速铁路中速列车上下高速线合理范围的计算模型，确定了跨 线客流选择换乘高速列车的比例和跨线的中速客流量，设计了相应的中速列车开行方 案。 文献 1 5 】分别从客运专线与既有线客车开行方案统一编制方法、天窗条件下列车的 行车组织理论、跨线运输列车运行图衔接和客运专线跨线运输列车运行图衔接方案评 价四个方面对客运专线运输组织衔接的相关问题进行研究。 3 有关客运专线通过能力的研究 文献 1 分析了高速客运专线采用多种旅客列车共线运行的组织模式下客运专线通 过能力的情况。分析了不同停站方案和站间距对扣除系数的影响，对高、中、普速列 车共线运行下的扣除系数进行了分析。为了进一步分析以上因素对扣除系数的影响， 引入了概率论的方法进行研究，针对传统通过能力计算方法的不适应性，以平均最小 列车间隔法计算客运专线通过能力。 文献1 2 6 1 建立了高速铁路高、中速列车共线运行模式下的中速列车对高速列车的扣 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 除系数的越行组模型，找出了影响高速铁路通过能力的主要因素，得到其函数关系， 运用该模型进行了实例分析并对共线模式下高速铁路列车运行组织进行了探讨。 文献 4 1 】对高速列车和中速列车的扣除系数进行研究，给出了扣除系数和通过能力 的计算公式。并相应计算了京沪和沪宁高速铁路各客流区段在近远期、不同越行次数、 不同中速车比例、不同停车高速列车比例、不同停站时间方案下的扣除系数及通过能 力。 4 其他相关问题的研究 文献【3 3 】通过计算机模拟对于不同行车量、不同旅客列车方案、不同站间距的情况 下的越行情况进行了模拟计算和分析，得出了列车运行对各站股道数的需求量。 文献 3 4 1 探讨了多列车共线运行时各列车之间的相互影响，对列车间距控制和列车 避让问题进行了研究，通过运用能够进行列车群模拟的仿真系统，提出影响列车避让 位置和列车总运行时分的因素有待避策略、停站位置以及发车密度等。 文献 3 5 】在客运专线采用多种速度列车共线运行模式的情况下，必然将对普通跨线 列车的旅行速度产生一定的影响。运用概率分析的方法，对不同越行方式产生的条件、 产生概率和次数进行了分析。通过建立相应的数学模型，得出了它们之间的定量关系。 最后，运用研究成果对武广客运专线上的普通跨线列车旅行速度的影响进行了计算和验 证。 1 3 论文研究的必要性、定位和主要内容 1 3 1 论文研究的必要性分析 本文着眼于成网条件下的时速3 5 0 k m h 高速客运专线，在采用“不同速度的列车共 线匹配运行”的运输组织模式时，着重从运输组织的角度分析研究不同速度列车匹配的 问题。 1 我国路网技术条件分析 截止2 0 0 9 年年底，我国铁路营业里程达到8 6 万公里，跃居世界第二。根据我国 中长期铁路网规划( 2 0 0 8 调整) ，2 0 2 0 年将建设客运专线1 6 万公里以上，包括“四 纵四横”等客运专线以及经济发达和人口稠密地区城际客运系统。客运专线在全路的分 布情况如图1 1 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 图1 - 1 中长期铁路网规划图 结合既有路网的条件，根据中长期铁路路网规划，我国未来铁路客运通道将形成 以时速3 5 0 k m h 客运专线为主干，以2 0 0 2 5 0 k m h 快速铁路和既有普通线路为辅助的 快速客运通道。 目前，我国城市格局中市区人口超过2 5 万的城市有2 7 6 个。未来客运专线将通达 其中1 3 4 个城市，覆盖率达4 8 麟，未来快速客运网将通达其中2 1 5 个城市，覆盖率 达7 79 ，见表1 一l 。 表i - 1 客运专线服务城市统计概况 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 我国幅员辽阔、人口众多、资源分布不均，中长途客流将是客运专线客流结构中 的重要组成。由于客运专线网络覆盖率有限，通达吸引范围难以完全满足客运市场需 求，跨线客流仍将占较大的路网需求比例。我们有必要考虑采用跨线中速列车下线运 行延伸其营运里程，或是采取客运专线与既有线间的衔接换乘。 因此，高速客运专线有必要考虑采用多种速度列车共线运行模式，组织跨线中速 列车下线运行延伸其营运里程。但在线路技术标准差异、经济性以及列车检修需要等 因素影响下，跨线列车合理运行距离有其限制范围，对于运营中将会出现的客运专线 不同通道间以及客运专线与既有普速线路间的跨线客流，除了安排一定比例的跨线直 通列车拓展客运专线网络通达范围，在跨线列车不能通达时还应该组织好旅客换乘。 2 我国采用“不同速度列车共线运行”模式的原因 “不同速度列车共线运行”的运输组织模式是指客运专线上本线列车和跨线列车 共线运行，除本线列车全部采用动车组外，跨线列车也采用动车组，但动车组的等级 不同，其最高运行速度存在差异。 我国目前采用“不同速度的高速列车共线运行”的运输组织模式有以下原因和理 由。 ( 1 ) 为了扩大西部路网规模，形成西部铁路网骨架，完善中东部铁路网结构，提 高对地区经济发展的适应能力，规划建设新线约4 1 万公里，从而为高速列车下线运行 创造了条件。 ( 2 ) 此模式具备了“全高速一下线运行”模式的优点，同时较好地解决了既有线能 力严重不足的问题。 ( 3 ) 近几年来，我国机车车辆工业发展速度较快。国产3 5 0 k m h 的动车组已投入 运营，这些都将大幅度降低动车组的成本，为我国跨线列车采用高速动车组创造了有 利条件。 ( 4 ) 此种客运专线运输组织模式，与我国客运专线或者拟建中的客运专线在路网 中担负的任务和所处的位置，以及该线客流情况相适应，同时满足铁路通道线路扩能， 改善铁路运输服务质量，提高铁路参与运输市场竞争的需要。 所以我国客运专线在成网条件下，可以采用本线列车和跨线列车共线运行的运输 组织模式，本线高速列车和跨线列车全部采用动车组。由于所采用的动车组等级的差 异从而形成了多种速度组合的运输组织模式f 4 5 】。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 1 3 2 论文的主要研究内容 本文着眼于成网条件下的时速3 5 0 k m h 高速客运专线，在采用“不同速度的列车共 线匹配运行”的运输组织模式时，着眼于运输组织的角度，研究不同速度列车的匹配问 题。 在借鉴国内外相关文献研究的基础上，结合我国高速客运专线的特点，深入分析 跨线客流的输送方式以及跨线列车的合理开行。并论证分析不同列车速度匹配方案对 通过能力、旅行速度、车站布局、运行调整等各方面的影响，为选择最优的列车速度 匹配方案以及合理的运输组织模式提供一定的技术分析和理论指导。论文的主要研究 内容如下： ( 1 ) 高速客运专线的跨线客流组织分析。分析跨线客流的输送方式以及跨线列车 的合理开行方案。 ( 2 ) 高速客运专线列车速度匹配问题的影响因素分析。分析对不同列车速度匹配 方案产生的影响，研究不同列车速度匹配方案对通过能力、旅行速度、车站布局、运 行调整等因素的影响分析。 ( 3 ) 基于等价关系的粗集多属性决策与决策模型。建立评价不同匹配方案的数学 模型。 ( 4 ) 结合规划中的长沙一昆明客运专线，进行实例分析研究。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 第2 章高速客运专线的跨线客流组织分析 2 1 高速客运专线的跨线客流输送方式选择 2 1 1 跨线客流主要输送方式 1 国外高速客运专线跨线客流输送方式 日本新干线铁路，多为自成体系的高速客运线。其运输组织模式采取高速客运的 方式进行旅客运输，可以称为“全高速一换乘”模式，高速线上只运行高速列车，无跨 线列车运行，直通客流大，跨线客流采用换乘的方式。日本的高速铁路尽管旅客换乘 条件很好，但仍致力于创造更多的直达条件，为了能使新干线高速列车服务范围扩展 到更多的周边城市，取得更好的经济效益和社会效益，部分公司采取了将新干线列车 直通运行到既有线的措施。如：东日本旅客铁道公司建立了山形、秋田“小型新干线”， 拓宽了东北新干线的运营范围，减少了旅客换乘，节约了大量的旅行时间。 从整体上讲法国高速铁路可以归结为“全高速一下线运行”的运输方式，高速线仅 运行高速列车，但高速列车不仅在高速线上运行而且还可以在与高速线相衔接的线路 上运行，其目的是为了减少旅客换乘次数，扩大客流吸引范围。因此，跨线客流主要 采取“高速列车下高速线”方式输送。 德国跨线客流输送方式主要是采取“换乘”模式，德国高速铁路为了方便旅客换 乘，采取了在路网枢纽站组织两列车同时到达同一个站台的方式。为了减少旅客换乘， 在i c 系列列车系统还采用交换运行线的做法，为旅客提供了无换乘的条件。德国在高 速铁路的客流组织上，尽管旅客换乘条件很好，但仍致力于创造更多的直达条件，德 国也采取了大量的i c e 列车和i c 系列列车下高速线的办法。 台湾高速铁路线路自台北至高雄左营，全长3 4 5 公里，其运输组织模式采取高速 客运的方式进行运输，高速线上只运行高速列车，无跨线车运行，跨线客流采用换乘 的方式，归结为“全高速一换乘”模式i l 5 1 。 2 跨线客流主要输送方式 跨线客流主要输送方案大体可归结为三种：换乘方案、下高速线方案、上高速线 方案。 ( 1 ) 换乘方案。高速客运专线上只开行高等级旅客列车，跨线客流在衔接站换乘 高等级旅客列车( 简称换乘方案) 。采用换乘方式输送跨线客流，在衔接站要有相应的 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 换乘设备，增加二倍于原通过列车数的列车始发、终到设施如果换乘不在同一站，还 将加重市内交通负担。 高速线上运行的都是高速列车，速度单一或速差较小，区间能力利用较充分，行 车组织较简单，动车组运行规律性强，速度损失小，便于管理，利用率高。但团体换 乘客流组织相对复杂。 ( 2 ) 下高速线方案。高等级旅客列车除在高速客运专线上运行外，还下到相邻线 上运行，跨线客流不需换乘，由高等级旅客列车运送( 简称下高速线方案) 。采用高速 列车下高速线方式输送跨线客流，需要具备以下条件：一是要有大量的高速车底投入 运用；二是相关线路必须电气化三是高速车底折返站要有相应的整备及维修设备。 下高速线方式与换乘方式一样，高速线上运行的都是高速列车，速度单一或速差 较小，区间能力利用较充分，行车组织较简单同时还可减少旅客换乘之苦，与换乘方 式相比，可更多地吸引客流。 ( 3 ) 上高速线方案。高等级旅客列车只在高速客运专线上运行，相邻线路上的中 速列车上高速客运专线运行，跨线客流也不需要换乘，由中速列车运送( 简称上高速 线方案) 。 上高速线运行的列车如果采用机车牵引方式，则对相关既有线无特殊要求，但该 列车必须由适宜在高速线上运行的专用机车车辆组成如果采用动车组方式，相关既有 线必须电气化，上高速线的列车必须既适应高速线的技术条件，又适应相关既有线的 技术条件【1 2 】。 这种方式可减少旅客换乘，与换乘方式相比可更多地吸引客流。但高速线上近期 将运行速度为2 0 0 - - - 2 5 0 k m h 的列车，高速列车与这种列车速差较大、区间通过能力受 至0 限锘0 。 2 1 2 广义费用模型 目前，针对旅客输送方式选择的模型有很多，运用最为广泛的是广义费用模型【3 1 。广 义费用计算结果意味着出行者选择交通方式是在完全知道各项费用的实际权重，按照 效用最大化选择运输方式。本论文建造了一个损失效益模型，以目标值最小为最优。 图2 1 为广义费用模型考虑因素，各种运输方式的广义费用主要由3 部分组成：出行 经济费用、出行时间费用和出行安全费用。由于高速客运专线运行的都是新型动车组， 其安全系数等级都近相同，所以对于出行安全费用这一方面未考虑。 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 为了叙述方便，我们将速度在3 0 0 k m h 及以上的高速列车称为a 类高速列车，简 称a 类列车；将速度为2 0 0 k m h 和2 5 0 k m h 的高速列车称为b 类高速列车，简称b 类 列车。 客运方式选择主要影响因素 j r 一一_ 一一一 _ - o 一一1r 出行舒适性 il 出行费用出行时间出行便捷性出行安全性 ii i j l 一1 r 出行费用出行时间 图2 1广义费用模型考虑因素 计算公式：乃，广义= c 票价+ z 时间价值+ ，囊乘 ( 2 1 ) 其中，c 票价= l 宰m ，z 时间价值= 丁宰0 9 ，& 乘= f 术0 9 。 式中，晔义为旅客广义运行费用( 元) ，c 票价为旅客客票支出( 元) ，z 时间价值为旅 行时间价值成本( 元) ，f 换乘旅客换乘时间成本( 元) 。l 为旅行距离( 1 锄) ，m 为旅客 每公里票价( 元k m ) ，t 为旅行时间( h ) ，c o 单位旅客单位时间价值( 元h ) ，t 为换乘 带来的额外旅行时间( h ) 。 2 1 3 我国高速客运专线的跨线客流输送方式选择 一般来说，随着高速铁路的修建，它们将与既有线共同构成运输能力强大的铁路 运输通道，其客流可以分为长途客流、中途客流和短途客流。由于目前高速铁路未能 形成网络，更为实际的一种分类方法是按旅客换不换乘来分类，由图2 2 表示。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第11 页 铁 路 运 输 通 道 客 流 总 e 里 本线流 跨线流 高速流 中速流 既有线流 上高速线 上既有线流 自愿换乘流 必然换乘流 中速流 图2 2 铁路运输通道客流种类示意图 换乘是指旅客在高速列车与普速列车，或者高速列车的a 类列车与b 类列车之间 做出选择，确定转换与否；不考虑旅客同类别列车之间的转换。这样，旅客的换乘方 式可以归纳为两种：换乘到速度较高的列车；换乘到速度较低的列车。对于换乘 到低等级的列车，一般是从高速线下既有线，主要是受高速线路网的限制旅客必须换 乘，否则不能到达目的地。这样的客流一般是本可以乘坐普速列车到达目的地，为了 追求高速度、更好的旅途服务等其他因素，开始选择了a 类列车，此类客流其实也可 以归为换乘上a 类列车的客流。 旅客在选择是否换乘a 类列车时：一方面会考虑到换乘后可以在高速线上提高旅 行速度，缩短旅行时间；但另一方面也要考虑因换乘而花费的中转时间和带来的不便， 以及不同的旅行费用等。 所以旅客的抉择与换乘所能节约的时间，以及旅客愿意为节省时间而支付的经济代 价有关。而这两方面与旅客经济水平、旅客的时间价值等因素有关，并取决于旅客在 高速线上的旅行距离和旅行时间。 用旅客在高速线上所付出的时间和费用构造一个效用函数，由于该效用函数为损失 型效用，以函数值最低的方案为佳【2 1 。 换乘方案： u 换乘= ( l 类+ 瓦类) + c 爿类 “去嘎加出 q 3 厂工厂1 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 直通方案： 【，直通= 瓦类+ c 虏廷 ：去国- - i i - - - + = 一力，x 一 类 煨 当u 换乘u 直通时换乘方案才会优于直通方案，即： ( 2 4 ) 三么耋垡鳖竺( 2 - 5 ) c o ( 类一y 簇) 一( l 类一，簇) 类y 簇 式中，l 表示旅客在高速线上的旅行距离( k m ) ； c a 类表示乘坐的a 类列车 票价，c b 类表示乘坐的b 类车票价；v a 类表示a 类列车在高速线的旅行速度( k m h ) ； v b 类表示b 类列车在高速线的旅行速度( k m h ) , t 换乘表示因换乘而耽误的时间( h ) ； f 吞、f 嗾表示a 类、b 类列车票价( 元人k i n ) ：国表示旅客单位时间价值( 元1 1 ) 。 从上面的公式可以得出，换乘与直通方案优势变化的临晃高速线运距三不仅与a 类、b 类列车的速度和中转停留时间有关，而且还与旅客的时间价值和高中速列车的 票价有关。 要使式( 2 5 ) 有意义，必须使得下式成立。 c o ( 吃类一) 一( 类一疋类) 类 0 ( 2 6 ) 取( o 为2 0 元1 1 、2 5 元l l 、3 0 元l l 、4 0 元l l ，计算并作图，可得临界换乘距离三与 换乘时间换乘的关系如图2 - 3 所示。 l ( k m ) 6 0 = 2 ( u = 2 5 ，一 ，一 一一( ) = 3 0 ：三彭三兰三二声= p = 4 0 51 01 52 02 53 03 54 0t 换乘( m i n ) 图2 3 换乘的临界距离与换乘时间的关系图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 通过上图可以看出，当值一定时，换乘的临界距离三随着，的增加而增大，在同 一换乘时间下，旅客的时间价值越高，换乘的临界距离三就越短。也即是说，f 按索越短， 越短，越能吸引旅客乘坐高速列车，同时，对于时间价值越高的旅客而言，选择换 乘高速列车越有利。对于铁路运营部门而言，要尽量的缩短旅客换乘时间，提高发车 频率，才能吸引更多的高速客流，提高速铁路的运输效益。 2 2 跨线列车下线合理运行距离的相关分析 本文除了对旅客列车广义费用进行了计算，还从旅客旅行时间、运费支出、跨线 动车组欠速运行距离、欠速运行速度公里以及列车运行成本五个方面考虑，分析跨线 列车下线的合理运行距离。 2 2 1 客运专线列车下线、跨线列车上线条件分析 在“全高速一下线运行”模式下，高速线上既运行本线高速列车又运行跨线列车， 跨线列车在高速线上按高速列车运行，下高速先后按普通线路允许的速度运行，当中 的一个关键问题是如何界定a 类下线、b 类车上线【堋。 高速客运专线与既有线、时速2 0 0 2 5 0 k m h 的快速技术标准和技术装备都有很大 差异，无论是高等级旅客列车下客运专线，还是中速列车上客运专线运行，跨线运行 的列车、跨线列车通达的客运专线和相衔接的线路都必须具备相应的技术条件，这就 决定了跨线列车有一定的合理运行范围。否则，将达不到预期的效果。 ( 1 ) 跨线列车，尤其是下客运专线的高等级旅客列车，或运行距离过长，或运行 时间太长，将大大提高跨线列车的运营成本，而削弱市场竞争能力。 ( 2 ) 跨线列车的始发、终到站，尤其是在既有线上的始发、终到站必须相对集中。 否则，其专用的整备、维修点将大量增加，经济上不一定有利。 因此，跨线列车( 包括下客运专线的高等级旅客列车) 不能随意开行，在设计其 开行方案时，应进行综合经济比较，以确定其合理的运行范围。 1 高等级列车( a 类) 下线条件 ( 1 ) 高等级列车下线距离条件 高等级旅客列车下线，一旦在既有线运行距离较长，将会引起较大浪费。设某列 车下线运行距离三跨在客运专线上运行距离高则设口2i 乞i 1 一口2 乙j 笺i 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 按照法国经验口0 2 。另一方面，高速动车组有定检和定修里程规定，必须使动车组 返回客运专线动车运用配属部门进行检修。 ( 2 ) 高等级列车下线速度条件 高等级列车下线运行，如既有线限速低，则高等级列车只能在既有线上以较低速 度运行，十分不合理。因此规定客运专线目标值在3 0 0 k m h 以上时，既有线限速不能 低于2 0 0 k m h 。 2 较低等级列车( b 类) 上线条件 ( 1 ) 动车组运用状态的条件 若动车组在线路条件较差的既有线上运行较长距离后再上客运专线运行，长距离 不良运行会导致动车组不能保持良好运用状态，从而造成行车事故。因此动车组在客 专与全程运行距离比例过低的列车不宜上客运专线运行。 ( 2 ) 跨线运行下旅行时间条件 由于与a 类车相比存在速差，在客运专线较大行车量条件下b 类车必将被a 类车 越行，越行次数若超过一定限度，其在客运专线旅行时间反而会比在既有线上长，这 样b 类车上客运专线就得不偿失。 ( 3 ) 天窗的影响 若旅客列车其始发终到点限定在5 ：0 0 - - 一2 4 ：0 0 ，从该时间段发车时，某些列车到达 衔接车站后刚好进入客运专线天窗时间范围，则该类旅客列车不能上客运专线运行。 2 2 2 旅客旅行时间及运费支出 1 总旅行时间 旅客的总旅行时间包括乘车时间旅行和换乘时间7 挽乘，其计算公式如下： f ：+ ：争+ 争坞乘( 2 - 7 ) 扛行+ 喙乘：露+ 痞“躲 式中：三高、三跨分别为高速路段、跨线列车运行距离( 单位：k m ) ；表示列车 在高速线上的旅行速度( 单位：k , - d h ) ，表示列车跨线运行时的旅行速度( 单位： l ( 1 1 1 1 1 ) 。换乘时间换乘主要取决于衔接点中不同类型线路车站与车站之间的距离以及各 类型列车车站间的服务频率等。换乘条件良好的衔接点旅客换乘时间就少【4 7 1 。 2 运费支出 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 旅客获取运输服务的前提是支付相应的运费，各种出行选择所需运费的多少是旅 客重点考虑的因素。票价支出q 可用下式计算： q = 9 高高4 - g 跨三跨 ( 2 8 ) 式中：q 高表示高速线上列车的运价率( 单位：元人k i n ) ：q 高表示跨线运行时列 车的运价率( 单位：元人k m ) 。 3 旅客出行的总消耗 通过旅客的时间价值o c - ，把时间消耗和票价结合起来，形成旅客选择的判断标准 总消耗w 。计算公式如下： w = q + 占x f( 2 - 9 ) 2 2 3 列车欠速运行距离及其条件下的列车公里 当动车组的构造速度与线路技术速度不等时，动车组在做欠速运行。当动车组速 度小于线路设计速度，我们规定欠速行驶的距离的计算值为正；相反，当动车组的构 造速度高于线路技术速度时，我们规定此时的欠速运行距离计算值为负。 欠速运行下的列车公里( a v 母三) ：式中y = j 一峰i ，在计算此指标时， a v 的 取值是取的绝对值。这是因为我们在欠速运行距离指标中，根据线路技术速度与列车 构造速度的关系，已规定了l 取值的正负，所以在算欠速运行下的列车公里数值时， 它的正负可以根据l 来确定。若l 为正，是动车组速度小于线路设计速度下的欠速运 行的列车公里；若l 为负，是动车组速度高于线路设计速度下的欠速运行的列车公里。 2 2 4 列车运行成本 我国铁路作为国民经济发展的基础性产业，担负着运输主动脉的作用，是我国综 合运输体系中的骨干网。一方面铁路运输部门具有很高的社会服务性质，而另一方面 它也是一个独立的运营单位，对运营成本的控制管理是保证铁路正常运营的前提。列 车运行成本是运营成本的一部分，所以对此项目指标的计算是有必要性的。 运营单位可以通过各类列车成本比较，结合旅客等社会效益，选择合适经济的动 车组投入运营，达到运营成本和旅客的服务质量综合最优的目标。其计算公式如下： = c 口幸三 ( 2 - 1 0 ) 式中，岛为列车的运行成本；e 为单位列车每公里费用；l 为运行线路里程3 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 2 3 小结 高速客运专线在采用多种速度列车共线运行模式时，针对跨线客流，如何组织好 跨线直通列车下线运行及旅客换乘是一个关键问题。本章建立了广义费用模型，比选 跨线方案和换乘方案，确立跨线客流输送方式的分析方法：并从旅客旅行时间、运费 支出、跨线动车组欠速运行距离、欠速运行速度公里以及列车运行成本五个方面考虑， 分析跨线列车下线的合理运行距离。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 第3 章高速客运专线列车速度匹配方案的影响研究 3 1 概述 3 1 1 列车速度合理匹配的原则 ( 1 ) 要适应相关线路( 既有线和客运专线) 的技术条件，充分考虑客运专线相关 线路的速度目标与列车的速度等级之间的相互协调。 ( 2 ) 从系统角度出发，充分发挥线路的技术优势和客运专线的运输能力，尽量 提高列车旅行速度，方便旅客旅行，使客运专线吸引最大客流，有利于增强铁路市场 竞争能力。 ( 3 ) 创造良好的行车组织条件，尽量降低跨线列车晚点对本线列车的影响，保证 列车运行安全；便于运输组织、行车组织调度工作。 ( 4 ) 从“效益一费用”上全面考核和衡量客运专线速度匹配效果，保证获得较好的 经济效益、社会效益和预期的运输效果。 3 1 2 列车速度匹配方案的影响因素 针对时速3 5 0 k m h 的高速客运专线，在相同的设站方案与开行方案下，我们给出下 列3 种可行的列车速度匹配方案：3 5 0 k m h 与3 0 0 k m h 、3 5 0 k m h 与2 5 0 k m h 、3 5 0 k m h 与2 0 0 k m h 。 不同速度等级列车匹配方案的影响因素总结归纳为下面3 类： ( 1 ) 市场因素：客流需求分布、沿线地区和城市经济特征、旅客广义费用( 旅客 客票支出、旅行时间价值成本、旅客换乘时间成本) 、旅客出行时间、不同速度等级 匹配下的出行时间差值。 ( 2 ) 投资成本与收益：车站建设投资、铁路内部收益、运营成本。 ( 3 ) 固定设备条件与运行组织：本线线路技术条件、相邻路网技术条件、旅行速 度、通过能力、车站布局、最小曲线半径、车站股道配置、日常列车运行调整难易。 本文旨在分析不同列车匹配方案下对运输组织产生的影响，其中最为重要的三个 影响因素为：通过能力、旅行速度及车站布局，分别在本章的2 、3 、4 节通过建立相 应的数学模型进行深入的分析研究。对其它次要影响因素的分析只在此略做诉述。 3 2 不同方案对通过能力的影响 通过能力计算方法很多对于采用不同速度列车共线运行运输组织模式的高速铁路， 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 通过能力计算是一个比较复杂的问题，很难找到一个十分精确而又简便的计算方法。 主要分为以下两种： ( 1 )