鐵通公司 陳琦（編譯）
歐洲鐵路受到車站頻繁延時之困。在調(diào)度業(yè)務(wù)上傳統(tǒng)估計時間的方法是忽略小于三分鐘的延時。運行列車受到來自延時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判斷所需要的速度和運行時間，直到出現(xiàn)保護車輛沖撞的信號。列車確切的位置、速度和到達會沖撞點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)自動發(fā)送運行列車間沖突分析，估計剩余的運行時間并指示列車適應(yīng)的運行速度，避免同線和交叉撞車。車載處理器自動為每個列車指示加速度、剎車以及速度。列車的自動領(lǐng)航使在保證最小列車時延，最大利用線路容量成為可能。
下面本文將從以下幾個方面討論如下話題：列車晚點如何用科學(xué)的一致的方式測量？列車駕駛上晚點的統(tǒng)計分布和參數(shù)特征是什么？不同列車路線的沖突如何避免？列車自動領(lǐng)航對準點有和影響？另外本文還描述列車晚點測量的原理模型，之后給出了荷蘭Eindhoven火車站晚點統(tǒng)計分析，介紹在鐵路交互點的列車自動領(lǐng)航的概念，最后評估自動領(lǐng)航對準時的影響。
一、列車晚點的測量
列車準點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)定時間晚而通過、到達、離開的百分數(shù)衡量的。在歐洲鐵路公司，由于測量模式所限制的精確度，時間表的容忍性和實際操作控制的不充分方式，對晚點小于5分鐘通常不認為是晚點。因為沒有晚點的標準定義，并且晚點的測量方式還在變化，列車的準點率也就差別較大。
當(dāng)列車不同于運行表的時間只能以報時來判定，報時的精度決定了準時估計的精確性。計算機處理的時間設(shè)計能以小于1分鐘的精度判決到達和離開，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時。但是目前，大多數(shù)鐵路公司發(fā)布的準點級別不包括晚點較小的列車，這樣準點情況也就好于實際值。
列車根據(jù)輪軸計數(shù)器、車轍電路和感應(yīng)圈數(shù)來自動檢測速度。通常信號block或通過列車的track section的起始為了安全考慮要記錄一段時間。但是設(shè)備的位置會由于車轍樣式和信令系統(tǒng)的設(shè)計有所變化。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量是比較合適的。而站后第一個位置是離站信號機。如果列車長度每天或每周變化，而且乘客到站臺位置不固定，致使列車在車站站臺的停車位也會變化。因此為了估計停車前剩余的減速時間，需要判斷最后一個車站設(shè)備和不同車站站臺停車位間的距離。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)得到實現(xiàn)。TNV系統(tǒng)在日志文件中連續(xù)實時地記錄某個控制區(qū)域所有有關(guān)信號的確切狀態(tài)以及監(jiān)視信息，包括軌道、信號、路線等。每個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)施和信號實現(xiàn)成一套緊密結(jié)合的對象，TNV-prepare為相關(guān)的對象過濾文件，用這些數(shù)據(jù)自動跟蹤列車，為列車通過的線路恢復(fù)信號和互瑣事件，并檢查處理結(jié)果的一致性。TNV-prepare運行在MS Windows95 和NT平臺上，荷蘭鐵路已經(jīng)取得了多個時間和交通控制區(qū)域的TNV-logfile�？梢酝ㄟ^TNV-prepare將它們離線的單個列車和線路轉(zhuǎn)換成獨立的文件。它給出了在列車路線上的可靠和見解的連續(xù)事件的報表，包括連續(xù)地域入口和清除點，行駛和停車信號以及切換點。
事件時間的精確和可靠性通過檢查同步事件是否同時出現(xiàn)來測試，例如線路段的占用開始和相連的TNV-step以及上一個信號的關(guān)閉是同步的。計算時間以及從信令系統(tǒng)發(fā)送消息的時間可以忽略。另一個邏輯測試是關(guān)于順序事件序列，如列車在一個方向路線上連續(xù)線路段占用，通過這些測試刪除不一致的數(shù)據(jù)。
每輛列車確切的長度和在進站前最后一個block signal處速度可以根據(jù)進出時間不同和時間表上列車特征得出。在這期間產(chǎn)生的估計錯誤可以通過最小方差以及同期望設(shè)計速度進行比較的方法濾除。在站臺線路段內(nèi)的列車檢測要持續(xù)到列車離站信號清除之前。停車和加速啟動離站的精確時刻通常都會自動記錄，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)。列車離開信號機的加速時間和靠近信號機的減速時間可以根據(jù)每種類型列車的標準加減速率進行估算。在站臺線路每個列車的到站和離站時間可以精確到一秒，這樣就足夠進行列車晚點的經(jīng)驗分析了。
二、 晚點統(tǒng)計分布
荷蘭列車站Eindhoven把1997年9月某周的列車檢測數(shù)據(jù)用于了TNV-Prepare測試，并對列車晚點進行了分析。統(tǒng)計分析工作通過軟件S-Plus完成。對于該車站的每條線都分析了多個事件和處理時間，包括到站延遲、離站延遲、駐留時間以及入站和出站區(qū)段占用時間�？偣灿涗浟�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。
對于每個列車線路，根據(jù)時間段（早晨、白天、傍晚、夜間）區(qū)分的每個事件和處理時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準偏差（周日、周五、周六和其余時間）。并且事件和處理時間合理的理論分布也可以估測并得到印證。同時也對各種列車不同的數(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%的列車到站時間有早到或晚到的現(xiàn)象。一旦使用了晚點的普通定義（>3分鐘），則本地列車正點的百分率就會從94%變成100%，其它列車則會從66%上升到96%。
可以證明，在一周內(nèi)到站的列車晚點當(dāng)中，有兩個IC線和所有的IR線是正態(tài)分布。而其余三個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的負指數(shù)分布對于Eindhoven的列車到達卻不能確定遵從，這里早到和遲到1分鐘都考慮了進去。在Eindhoven東和南50公里到100公里范圍有許多車流，如果對早到和準時的列車都不做進一步分析，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證。
除IR3500Eindhoven-Utrecht外，所有列車的出站平均延遲估計在51到154秒之間�？傮w上，每個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、列車在交會處的自動領(lǐng)航
通常，列車運行到交會處或車站時，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。一旦其中一個或兩個同時要到達一點或交會處的列車出現(xiàn)不同的超過了可緩沖時間的延遲，就會有一個會遇到黃燈甚至是指示停車的紅燈。
實際上客車剎車停在開放軌道上，由于剎車和加速過程的時間根據(jù)具體速度可能會產(chǎn)生2到5分鐘的延遲，如果第一輛進入了線路的列車以低于設(shè)計速度運行，則對線路的占用時間就會變大。在高密度頻繁的車站區(qū)域，如果時鐘有足夠的緩沖時間，列車延遲就會蔓延。
其中，自動交通控制的列車自動領(lǐng)航和判決支持系統(tǒng)按照以下步驟工作：
（1）某列車在最后一個上行車站確切到達時間注冊；（2）每個列車在最后一個上行車站離站延遲的判決；（3）計算列車在隨后沖突點保護區(qū)段信號前，余留的運行時間；（4）在歷史數(shù)據(jù)、相應(yīng)型號和線路延遲分布基礎(chǔ)上，預(yù)報每個列車在沖突點信號機的到達時間；（5）估計在區(qū)段信號機指揮下運行列車的區(qū)段時間的保護重疊時間，并計算列車間最小間隔；（6）判決順序并保護包括在列車間緩沖時間的安全間隔；（7）計算列車在達到區(qū)段信號機前以及延續(xù)到?jīng)_突點整個過程的運行速度，這里要考慮列車自身的實際位置；（8）借助GSM-R驗證列車實際位置和預(yù)報位置是否匹配，如有必要則重新進行計算；（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)段信號處的實際間隔和預(yù)報值。
列車自動領(lǐng)航并不意味著不需要司機操作。因為司機可以通過準備確認離站信號負責(zé)旅客旅行和下車的安全。這對應(yīng)了自動列車駕駛ATO的第一級模式。ATO已經(jīng)在多個現(xiàn)代化城市和高速鐵路應(yīng)用了。
標準的自動列車保護（ATP）系統(tǒng)包括路線設(shè)置和為每個列車的運行授權(quán)，而自動領(lǐng)航則限制在對速度、加速度、剎車的監(jiān)視。站臺線路的自動保護和行駛、停車的監(jiān)視CCTV實現(xiàn)。
在實驗室測試中，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。可用于領(lǐng)航、連續(xù)位置檢測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，在實踐上允許測試列車無縫駕駛。
四、對準點的影響
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行表上有足夠的緩沖時間，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，如果自動領(lǐng)航技術(shù)失敗時造成的延遲能保持在一個很小的常數(shù)以下，則可以改善到10%到20%。
通過創(chuàng)新的時間設(shè)計，自動領(lǐng)航系統(tǒng)能使列車在預(yù)定線路知道預(yù)定的準點級別。列車運行在車站的行駛和駐留的預(yù)定計劃時間應(yīng)該遵從適應(yīng)的經(jīng)驗測量分布。區(qū)段線路的時間相關(guān)分布和剩余緩沖時間可以根據(jù)無逢占用確定。更深地認識網(wǎng)絡(luò)時間表，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。
列車高準點要求是旅客對服務(wù)高要求所致，還有來自其它運輸模式競爭的結(jié)果。鐵路晚點的經(jīng)驗分析目前主要限制在大于3分鐘的情況。但是，現(xiàn)代鐵路檢測系統(tǒng)和計算機可以在未來得到更精確的數(shù)據(jù)和分析。因此，列車晚點應(yīng)按照秒來測量和分析。這樣就可以對晚點原因更有效研究，以便提高準點率。
荷蘭鐵路車站Eindhoven的到達時間的統(tǒng)計分析表明，大約20%到70%的不同線路的火車會有超過1分鐘的晚點。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。這些事實說明大多數(shù)晚點少的列車會對服務(wù)質(zhì)量造成重大影響。為了提高荷蘭鐵路的準點率，做更詳細的調(diào)查分析是很有價值的。大多數(shù)晚點時間是符合正態(tài)和負指數(shù)分布的，這樣可以進一步改進時刻表的設(shè)計和更可靠的預(yù)測。
通過安裝車載計算機，連續(xù)監(jiān)視確切實驗，并通過GSM-R將列車實際位置傳給區(qū)域控制中心，可以顯著改進準點性。對于自動領(lǐng)航，判決支持系統(tǒng)的發(fā)展和引入可以增強列車駕駛的性能。它可以估計預(yù)期的晚點，并為準點到達某位置決定合適的運行速度、加速度、減速等參數(shù)。這樣就可以減少列車晚點的可能性，并減少為準點而采取操作的等級。當(dāng)前研究集中在對車站和網(wǎng)絡(luò)中列車晚點擴散傳播的適應(yīng)模式。
