鐵通公司 陳琦（編譯）
歐洲鐵路受到車站頻繁延時(shí)之困。在調(diào)度業(yè)務(wù)上傳統(tǒng)估計(jì)時(shí)間的方法是忽略小于三分鐘的延時(shí)。運(yùn)行列車受到來自延時(shí)列車占用通路而在車站或交互處受到的干擾，這可以通過使用高速處理器自動(dòng)判斷所需要的速度和運(yùn)行時(shí)間，直到出現(xiàn)保護(hù)車輛沖撞的信號(hào)。列車確切的位置、速度和到達(dá)會(huì)沖撞點(diǎn)的距離由車載處理器連續(xù)做記錄，并借助GSM-R通知給同一區(qū)域其它的列車。交通控制鑒別的判決支持系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送運(yùn)行列車間沖突分析，估計(jì)剩余的運(yùn)行時(shí)間并指示列車適應(yīng)的運(yùn)行速度，避免同線和交叉撞車。車載處理器自動(dòng)為每個(gè)列車指示加速度、剎車以及速度。列車的自動(dòng)領(lǐng)航使在保證最小列車時(shí)延，最大利用線路容量成為可能。
下面本文將從以下幾個(gè)方面討論如下話題：列車晚點(diǎn)如何用科學(xué)的一致的方式測(cè)量？列車駕駛上晚點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)分布和參數(shù)特征是什么？不同列車路線的沖突如何避免？列車自動(dòng)領(lǐng)航對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)有和影響？另外本文還描述列車晚點(diǎn)測(cè)量的原理模型，之后給出了荷蘭Eindhoven火車站晚點(diǎn)統(tǒng)計(jì)分析，介紹在鐵路交互點(diǎn)的列車自動(dòng)領(lǐng)航的概念，最后評(píng)估自動(dòng)領(lǐng)航對(duì)準(zhǔn)時(shí)的影響。
一、列車晚點(diǎn)的測(cè)量
列車準(zhǔn)點(diǎn)一般是用列車在鐵路網(wǎng)絡(luò)某位置，以分鐘為單位，比規(guī)定時(shí)間晚而通過、到達(dá)、離開的百分?jǐn)?shù)衡量的。在歐洲鐵路公司，由于測(cè)量模式所限制的精確度，時(shí)間表的容忍性和實(shí)際操作控制的不充分方式，對(duì)晚點(diǎn)小于5分鐘通常不認(rèn)為是晚點(diǎn)。因?yàn)闆]有晚點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)定義，并且晚點(diǎn)的測(cè)量方式還在變化，列車的準(zhǔn)點(diǎn)率也就差別較大。
當(dāng)列車不同于運(yùn)行表的時(shí)間只能以報(bào)時(shí)來判定，報(bào)時(shí)的精度決定了準(zhǔn)時(shí)估計(jì)的精確性。計(jì)算機(jī)處理的時(shí)間設(shè)計(jì)能以小于1分鐘的精度判決到達(dá)和離開，比如5秒和10秒。日本鐵路和歐洲的一些公司內(nèi)部使用了更為精確的報(bào)時(shí)。但是目前，大多數(shù)鐵路公司發(fā)布的準(zhǔn)點(diǎn)級(jí)別不包括晚點(diǎn)較小的列車，這樣準(zhǔn)點(diǎn)情況也就好于實(shí)際值。
列車根據(jù)輪軸計(jì)數(shù)器、車轍電路和感應(yīng)圈數(shù)來自動(dòng)檢測(cè)速度。通常信號(hào)block或通過列車的track section的起始為了安全考慮要記錄一段時(shí)間。但是設(shè)備的位置會(huì)由于車轍樣式和信令系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有所變化。在多數(shù)情況下，在站前離車站有幾百米甚至多于一公里位置測(cè)量是比較合適的。而站后第一個(gè)位置是離站信號(hào)機(jī)。如果列車長度每天或每周變化，而且乘客到站臺(tái)位置不固定，致使列車在車站站臺(tái)的停車位也會(huì)變化。因此為了估計(jì)停車前剩余的減速時(shí)間，需要判斷最后一個(gè)車站設(shè)備和不同車站站臺(tái)停車位間的距離。荷蘭鐵路操作的精確數(shù)據(jù)通過TNV系統(tǒng)構(gòu)成的互瑣和信令系統(tǒng)得到實(shí)現(xiàn)。TNV系統(tǒng)在日志文件中連續(xù)實(shí)時(shí)地記錄某個(gè)控制區(qū)域所有有關(guān)信號(hào)的確切狀態(tài)以及監(jiān)視信息，包括軌道、信號(hào)、路線等。每個(gè)TNV一天的日志文件大約有ASCII格式的25M大小。
最近開發(fā)的TNV-prepare工具可以將TNV日志為每輛列車和合適的線路轉(zhuǎn)換成表格形式。TNV-prepare將路軌設(shè)施和信號(hào)實(shí)現(xiàn)成一套緊密結(jié)合的對(duì)象，TNV-prepare為相關(guān)的對(duì)象過濾文件，用這些數(shù)據(jù)自動(dòng)跟蹤列車，為列車通過的線路恢復(fù)信號(hào)和互瑣事件，并檢查處理結(jié)果的一致性。TNV-prepare運(yùn)行在MS Windows95 和NT平臺(tái)上，荷蘭鐵路已經(jīng)取得了多個(gè)時(shí)間和交通控制區(qū)域的TNV-logfile。可以通過TNV-prepare將它們離線的單個(gè)列車和線路轉(zhuǎn)換成獨(dú)立的文件。它給出了在列車路線上的可靠和見解的連續(xù)事件的報(bào)表，包括連續(xù)地域入口和清除點(diǎn)，行駛和停車信號(hào)以及切換點(diǎn)。
事件時(shí)間的精確和可靠性通過檢查同步事件是否同時(shí)出現(xiàn)來測(cè)試，例如線路段的占用開始和相連的TNV-step以及上一個(gè)信號(hào)的關(guān)閉是同步的。計(jì)算時(shí)間以及從信令系統(tǒng)發(fā)送消息的時(shí)間可以忽略。另一個(gè)邏輯測(cè)試是關(guān)于順序事件序列，如列車在一個(gè)方向路線上連續(xù)線路段占用，通過這些測(cè)試刪除不一致的數(shù)據(jù)。
每輛列車確切的長度和在進(jìn)站前最后一個(gè)block signal處速度可以根據(jù)進(jìn)出時(shí)間不同和時(shí)間表上列車特征得出。在這期間產(chǎn)生的估計(jì)錯(cuò)誤可以通過最小方差以及同期望設(shè)計(jì)速度進(jìn)行比較的方法濾除。在站臺(tái)線路段內(nèi)的列車檢測(cè)要持續(xù)到列車離站信號(hào)清除之前。停車和加速啟動(dòng)離站的精確時(shí)刻通常都會(huì)自動(dòng)記錄，除非列車自己有車載處理系統(tǒng)，并且可以傳送給線路邊的控制系統(tǒng)。列車離開信號(hào)機(jī)的加速時(shí)間和靠近信號(hào)機(jī)的減速時(shí)間可以根據(jù)每種類型列車的標(biāo)準(zhǔn)加減速率進(jìn)行估算。在站臺(tái)線路每個(gè)列車的到站和離站時(shí)間可以精確到一秒，這樣就足夠進(jìn)行列車晚點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)分析了。
二、 晚點(diǎn)統(tǒng)計(jì)分布
荷蘭列車站Eindhoven把1997年9月某周的列車檢測(cè)數(shù)據(jù)用于了TNV-Prepare測(cè)試，并對(duì)列車晚點(diǎn)進(jìn)行了分析。統(tǒng)計(jì)分析工作通過軟件S-Plus完成。對(duì)于該車站的每條線都分析了多個(gè)事件和處理時(shí)間，包括到站延遲、離站延遲、駐留時(shí)間以及入站和出站區(qū)段占用時(shí)間。總共記錄了1846輛列車，包括30%的IC列車、30%的IR列車和40%的本地列車（AR），其中的分析不包括貨車。
對(duì)于每個(gè)列車線路，根據(jù)時(shí)間段（早晨、白天、傍晚、夜間）區(qū)分的每個(gè)事件和處理時(shí)間的均值和偏差都確定下來，類似地分析按天分開的均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差（周日、周五、周六和其余時(shí)間）。并且事件和處理時(shí)間合理的理論分布也可以估測(cè)并得到印證。同時(shí)也對(duì)各種列車不同的數(shù)據(jù)按照列車類型（本地、區(qū)間、特快列車）和來源地做了兩兩比較。大體上一條線路上大約40%到80%的列車到站時(shí)間有早到或晚到的現(xiàn)象。一旦使用了晚點(diǎn)的普通定義（>3分鐘），則本地列車正點(diǎn)的百分率就會(huì)從94%變成100%，其它列車則會(huì)從66%上升到96%。
可以證明，在一周內(nèi)到站的列車晚點(diǎn)當(dāng)中，有兩個(gè)IC線和所有的IR線是正態(tài)分布。而其余三個(gè)IC線路和本地線路（AR）不是正態(tài)分布。由Schwanhausser最先引入的列車晚點(diǎn)的負(fù)指數(shù)分布對(duì)于Eindhoven的列車到達(dá)卻不能確定遵從，這里早到和遲到1分鐘都考慮了進(jìn)去。在Eindhoven東和南50公里到100公里范圍有許多車流，如果對(duì)早到和準(zhǔn)時(shí)的列車都不做進(jìn)一步分析，則遲到的列車在大多數(shù)情況下符合以上指數(shù)分布。因此，Schwanhausser的發(fā)現(xiàn)從遲到的列車得到了驗(yàn)證。
除IR3500Eindhoven-Utrecht外，所有列車的出站平均延遲估計(jì)在51到154秒之間�？傮w上，每個(gè)線路的平均延遲在停車階段增大了。列車低于3分鐘離站延遲的百分率在69%到98%。
三、列車在交會(huì)處的自動(dòng)領(lǐng)航
通常，列車運(yùn)行到交會(huì)處或車站時(shí)，沒有任何其它正在占用或?qū)⒁褂猛宦肪�的列車的有關(guān)確切位置、速度和剎車以及加速度的信息。一旦其中一個(gè)或兩個(gè)同時(shí)要到達(dá)一點(diǎn)或交會(huì)處的列車出現(xiàn)不同的超過了可緩沖時(shí)間的延遲，就會(huì)有一個(gè)會(huì)遇到黃燈甚至是指示停車的紅燈。
實(shí)際上客車剎車停在開放軌道上，由于剎車和加速過程的時(shí)間根據(jù)具體速度可能會(huì)產(chǎn)生2到5分鐘的延遲，如果第一輛進(jìn)入了線路的列車以低于設(shè)計(jì)速度運(yùn)行，則對(duì)線路的占用時(shí)間就會(huì)變大。在高密度頻繁的車站區(qū)域，如果時(shí)鐘有足夠的緩沖時(shí)間，列車延遲就會(huì)蔓延。
其中，自動(dòng)交通控制的列車自動(dòng)領(lǐng)航和判決支持系統(tǒng)按照以下步驟工作：
（1）某列車在最后一個(gè)上行車站確切到達(dá)時(shí)間注冊(cè)；（2）每個(gè)列車在最后一個(gè)上行車站離站延遲的判決；（3）計(jì)算列車在隨后沖突點(diǎn)保護(hù)區(qū)段信號(hào)前，余留的運(yùn)行時(shí)間；（4）在歷史數(shù)據(jù)、相應(yīng)型號(hào)和線路延遲分布基礎(chǔ)上，預(yù)報(bào)每個(gè)列車在沖突點(diǎn)信號(hào)機(jī)的到達(dá)時(shí)間；（5）估計(jì)在區(qū)段信號(hào)機(jī)指揮下運(yùn)行列車的區(qū)段時(shí)間的保護(hù)重疊時(shí)間，并計(jì)算列車間最小間隔；（6）判決順序并保護(hù)包括在列車間緩沖時(shí)間的安全間隔；（7）計(jì)算列車在達(dá)到區(qū)段信號(hào)機(jī)前以及延續(xù)到?jīng)_突點(diǎn)整個(gè)過程的運(yùn)行速度，這里要考慮列車自身的實(shí)際位置；（8）借助GSM-R驗(yàn)證列車實(shí)際位置和預(yù)報(bào)位置是否匹配，如有必要?jiǎng)t重新進(jìn)行計(jì)算；（9）向列車發(fā)送確切速度限制和剎車曲線；（10）監(jiān)視列車在區(qū)段信號(hào)處的實(shí)際間隔和預(yù)報(bào)值。
列車自動(dòng)領(lǐng)航并不意味著不需要司機(jī)操作。因?yàn)樗緳C(jī)可以通過準(zhǔn)備確認(rèn)離站信號(hào)負(fù)責(zé)旅客旅行和下車的安全。這對(duì)應(yīng)了自動(dòng)列車駕駛ATO的第一級(jí)模式。ATO已經(jīng)在多個(gè)現(xiàn)代化城市和高速鐵路應(yīng)用了。
標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)列車保護(hù)（ATP）系統(tǒng)包括路線設(shè)置和為每個(gè)列車的運(yùn)行授權(quán)，而自動(dòng)領(lǐng)航則限制在對(duì)速度、加速度、剎車的監(jiān)視。站臺(tái)線路的自動(dòng)保護(hù)和行駛、停車的監(jiān)視CCTV實(shí)現(xiàn)。
在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，已經(jīng)成功證明了速度于兩倍列車單位的距離的自動(dòng)控制可行。判決支持系統(tǒng)的原理描述和理由同F(xiàn)uzzy Petri Nets相似�？捎糜陬I(lǐng)航、連續(xù)位置檢測(cè)以及列車與控制中心通信用的GSM-R的智能車載處理器的安裝，在實(shí)踐上允許測(cè)試列車無縫駕駛。
四、對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)的影響
列車每天存在的小延遲，如果有足夠的車站線路容量和定好的列車運(yùn)行表上有足夠的緩沖時(shí)間，就可以減少近乎為零。盡管40%到80%的列車有超過一分鐘的延遲，如果自動(dòng)領(lǐng)航技術(shù)失敗時(shí)造成的延遲能保持在一個(gè)很小的常數(shù)以下，則可以改善到10%到20%。
通過創(chuàng)新的時(shí)間設(shè)計(jì)，自動(dòng)領(lǐng)航系統(tǒng)能使列車在預(yù)定線路知道預(yù)定的準(zhǔn)點(diǎn)級(jí)別。列車運(yùn)行在車站的行駛和駐留的預(yù)定計(jì)劃時(shí)間應(yīng)該遵從適應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)測(cè)量分布。區(qū)段線路的時(shí)間相關(guān)分布和剩余緩沖時(shí)間可以根據(jù)無逢占用確定。更深地認(rèn)識(shí)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間表，具體分析造成列車延遲的原因，可以更充分地利用鐵路設(shè)施。未來通過自動(dòng)領(lǐng)航系統(tǒng)，列車間變化無常的間隙，大量的列車延遲都可能避免。
列車高準(zhǔn)點(diǎn)要求是旅客對(duì)服務(wù)高要求所致，還有來自其它運(yùn)輸模式競(jìng)爭的結(jié)果。鐵路晚點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)分析目前主要限制在大于3分鐘的情況。但是，現(xiàn)代鐵路檢測(cè)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)可以在未來得到更精確的數(shù)據(jù)和分析。因此，列車晚點(diǎn)應(yīng)按照秒來測(cè)量和分析。這樣就可以對(duì)晚點(diǎn)原因更有效研究，以便提高準(zhǔn)點(diǎn)率。
荷蘭鐵路車站Eindhoven的到達(dá)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)分析表明，大約20%到70%的不同線路的火車會(huì)有超過1分鐘的晚點(diǎn)。IC和IR列車在3分鐘下的百分率大多數(shù)情況下比官方追求的90%要低。這些事實(shí)說明大多數(shù)晚點(diǎn)少的列車會(huì)對(duì)服務(wù)質(zhì)量造成重大影響。為了提高荷蘭鐵路的準(zhǔn)點(diǎn)率，做更詳細(xì)的調(diào)查分析是很有價(jià)值的。大多數(shù)晚點(diǎn)時(shí)間是符合正態(tài)和負(fù)指數(shù)分布的，這樣可以進(jìn)一步改進(jìn)時(shí)刻表的設(shè)計(jì)和更可靠的預(yù)測(cè)。
通過安裝車載計(jì)算機(jī)，連續(xù)監(jiān)視確切實(shí)驗(yàn)，并通過GSM-R將列車實(shí)際位置傳給區(qū)域控制中心，可以顯著改進(jìn)準(zhǔn)點(diǎn)性。對(duì)于自動(dòng)領(lǐng)航，判決支持系統(tǒng)的發(fā)展和引入可以增強(qiáng)列車駕駛的性能。它可以估計(jì)預(yù)期的晚點(diǎn)，并為準(zhǔn)點(diǎn)到達(dá)某位置決定合適的運(yùn)行速度、加速度、減速等參數(shù)。這樣就可以減少列車晚點(diǎn)的可能性，并減少為準(zhǔn)點(diǎn)而采取操作的等級(jí)。當(dāng)前研究集中在對(duì)車站和網(wǎng)絡(luò)中列車晚點(diǎn)擴(kuò)散傳播的適應(yīng)模式。
