收稿日期： ２０１１唱０５唱１６； 修回日期： ２０１１唱０６唱１７ 基金项目： 国家自然科学基金资助项目（７０９７１１４０）
作者简介：王新宇（１９７８唱） ，男，吉林通化人，博士研究生，主要研究方向为交通运输营运管理及优化（ ｃｓｕ＿ｍｉｃｈａｅｌ＠１２６．ｃｏｍ） ；陈治亚（１９５８唱） ，
男，湖南岳阳人，教授，博导，主要研究方向为交通运输技术经济、运输企业系统资源优化等；雷定猷（１９５８唱），男，湖南浏阳人，教授，博导，主要研究
方向为特种货物运输、交通运输营运管理及优化等；张英贵（１９８４唱），男，安徽六安人，博士研究生，主要研究方向为交通运输营运管理及优化．
超 限 货 物 列 车 对 单 线 区 段 通 过 能 力 的 影 响 分 析
倡
王新宇， 陈治亚， 雷定猷， 张英贵
（中南大学 交通运输工程学院， 长沙 ４１００７５）
摘 要： 以单线自动闭塞区段的列车追踪运行过程为研究对象，结合列车在单线区段的运行特征，采用元胞自
动机理论，引入列车当量、停靠和越行元胞等概念；提出多种变换规则，分析超限列车越行前、后的元胞状态，构
建基于 ＣＡ 的单线列车运行仿真模型及单线铁路运能损失评估通用模型；设计了相应的启发式算法求解模型，
通过计算机模拟单线区段列车运行过程，评估铁路运能损失。 仿真结果表明：所提出的模型与算法能有效评估
超限货物列车运行所引起的运能损失，合理分析列车混跑、速度传递效应对单线铁路运能所造成的不利影响。
关键词： 单线铁路； 超限货物列车； 区段通过能力； 运能损失评估； 元胞自动机
中图分类号： Ｕ２９４．６ 文献标志码： Ａ 文章编号： １００１唱３６９５（２０１１）１２唱４５２０唱０５
ｄｏｉ：１０．３９６９ ／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１唱３６９５．２０１１．１２．０３２
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｃａｐａｃｉｔｙ ｌｏｓｓ ｆｏｒ ｏｕｔ唱ｏｆ唱ｇａｕｇｅ ｆｒｅｉｇｈｔ
ｔｒａｉｎｓ ｒｕｎｎｉｎｇ ｏｎ ｓｉｎｇｌｅ唱ｔｒａｃｋ ｒａｉｌｗａｙ
ＷＡＮＧ Ｘｉｎ唱ｙｕ， ＣＨＥＮ Ｚｈｉ唱ｙａ， ＬＥＩ Ｄｉｎｇ唱ｙｏｕ， ＺＨＡＮＧ Ｙｉｎｇ唱ｇｕｉ
（ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｔｒａｆｆｉｃ ＆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００７５， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｍｕｌｔｉ唱ｔｒａｉｎ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｏｎ ｓｉｎｇｌｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｂｌｏｃｋ ｓｅｃｔｉｏｎ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｂｊｅｃｔ，ａｃｃｏｒｄ唱
ｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｔｈａｔ ｆｒｅｉｇｈｔ ｔｒａｉｎｓ ｓｈｏｕｌｄ ｏｂｅｙ ｗｈｉｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｉｎ ｓｉｎｇｌｅ唱ｔｒａｃｋ ｓｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ＣＡ，ｔｈｉｓ
ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔｓ ｏｆ ｔｒａｉｎ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ，ｓｔｏｐ ｃｅｌｌｕｌａｒ ａｎｄ ｏｖｅｒｔａｋｉｎｇ ｃｅｌｌｕｌａｒ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ
ｔｒａｉｎ ｉｎ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｃｔ，ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｍａｎｙ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｒｕｌｅｓ．Ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｃｅｌｌｕｌａｒ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｕｔ唱ｏｆ唱ｇａｕｇｅ ｔｒａｉｎ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ
ａｆｔｅｒ ｏｖｅｒｔａｋｉｎｇ．Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｔｒａｉｎ ｒｕｎｎｉｎｇ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ唱ｔｒａｃｋ ｓｅｃｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＡ，ａｎｄ ｂｕｉｌｔ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｇｅｎｅｒａｌ
ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ唱ｒａｉｌ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｌｏｓｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｏｆ ｏｕｔ唱ｏｆ唱ｇａｕｇｅ ｔｒａｉｎ．Ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｈｅｕｒｉｓｔｉｃ ａｌｇｏ唱
ｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｓｏｌｖｉｎｇ ｍｏｄｅｌ，ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｒｕｎｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｒａｉｎｓ ｏｎ ｓｉｎｇｌｅ唱ｔｒａｃｋ ｓｅｃｔｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｄｅｐｉｃｔｅｄ ｔｈｅ ｌｏｓｓ ｃｈａｒａｃ唱
ｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃａｐａｃｉｔｙ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｒｕｎｎｉｎｇ ｏｆ ｏｕｔ唱ｏｆ唱ｇａｕｇｅ ｔｒａｉｎｓ，ｗｈｉｃｈ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｔｈｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｌｏｓｓ ｏｆ ｒａｉｌｗａｙ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ．Ｓｉｍｕ唱
ｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｍｏｄｅｌｓ ａｎｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｃａｎ ｅｖａｌｕａｔｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｌｏｓｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｒｕｎｎｉｎｇ ｏｆ ｏｕｔ唱ｏｆ唱ｇａｕｇｅ ｆｒｅｉｇｈｔ
ｔｒａｉｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄ ａｌｓｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ａｄｖｅｒｓｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｉｎｇｌｅ唱ｒａｉｌ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｃａｐａｃｉｔｙ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｍｉｘｅｄ ｒｕｎｎｉｎｇ ｏｆ ｔｒａｉｎｓ ｗｉｔｈ
ｖａｒｉｏｕｓ ｓｐｅｅｄｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｅｆｆｅｃｔ ｌｅｇｉｔｉｍａｔｅｌｙ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓｉｎｇｌｅ唱ｔｒａｃｋ ｒａｉｌｗａｙ； ｏｕｔ唱ｏｆ唱ｇａｕｇｅ ｆｒｅｉｇｈｔ ｔｒａｉｎ； ｓｅｃｔｉｏｎ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ； ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｃａｐａｃｉｔｙ ｌｏｓｓ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ；
ｃｅｌｌｕｌａｒ ａｕｔｏｍａｔａ
０ 引言
我国铁路是世界上运输效率最高的铁路，铁路运输密度已
达世界之首，客货混跑是其主要运输模式。 客货混跑致使铁路
运输机动 性 差， 客 货 列 车 的 速 度 差， 降 低 了 线 路 的 运 输 能
力
［１，２］
，尤其是比一般货物列车速度更低的超限货物列车的运
行长期制约了铁路运输能力的提高。 分析超限货物列车的运
行对单线区段通过能力影响，不仅对铁路挖潜增效、提高运能
具有重要的现实指导意义，同时为铺画单线区段列车运行图提
供参考和决策支持。
铁路区段通过能力的影响因素众多，如区段内的区间数、
区间距离，列车在各站的追踪、到达和出发间隔时分，客货列车
在各站的起停附加时分，客货列车运行速度，旅客列车对（列）
数和旅客列车的分布等。 要精确计算铁路区段通过能力是一
个非常困难的问题。 目前计算铁路通过能力大多采用扣除系
数法
［３，４］
，其计算结果的正确性主要依赖各种列车扣除系数的
取值。 许多专家学者在这方面作了大量的基础研究，取得了可
喜的进展和成果
［５ ～８］
。 近年来，繁忙干线客货列车对数和速度
等因素发生了较大变化，用现有方法计算扣除系数与实际应用
存在较大偏差
［９］
。 结合超限货物列车运行特征，综合考虑扣
除系数法和直接计算法
［１０］
，以单线自动闭塞区段的列车追踪
运行过程为研究对象，采用元胞自动机理论
［１１ ～１３］
，设计各种元
胞规则模拟列车运行过程，构造基于 ＣＡ 的单线列车运行仿真
模型及其运能损失评估模型，通过模拟仿真刻画超限货物列车
运行所引起的耗能特征，分析超限货物列车的运行对单线区段
通过能力的影响。
１ 问题分析
超限货物列车由于挂运长大笨重的超限超重货物，在铁路
车站和区间运行时一般会限制其运行速度，以确保行车安全。
第 ２８ 卷第 １２ 期
２０１１ 年 １２ 月
计 算 机 应 用 研 究
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ
Ｖｏｌ．２８ Ｎｏ．１２
Ｄｅｃ．２０１１
资源评论
