时速400 km高铁线路能力检算仿真系统研究

目前，我国高铁里程占世界2/3以上，动车组运行速度从200km/h提高到350km/h。然而，客流高峰期仍然会出现供给不足的情况，乘客对高铁旅行速度需求也仍在提高，故而需要研制400km/h高速铁路。但时速400km/h高速铁路列车仍处于试验阶段，无法进行实物试验分析，需结合列车仿真分析进行高铁线路与信号机布局等设计。

当前，国内外主流的列车运行仿真软件有RailSys、北京交通大学开发的列车运行仿真软件GTMSS、中国铁道科学研究院研发的牵引计算软件等。然而，目前仿真软件均集中于对既有高速铁路列车运行过程进行仿真，存在参数固化如最高列车运行速度不超过350km/h、列车运行控制方案不合理、通过能力反向检算功能不完善等不足。这导致在研究更高速度制式时，仿真分析结果会与列车实际运行结果存在偏差。因此，在汉斯出版社《交通技术》期刊中，有学者在既有高速铁路列车运行仿真软件的基础上，结合时速400km高速铁路列车特征及线路设计对列车运行仿真的要求，设计出时速400km高铁线路能力检算仿真系统。

时速400km高铁线路能力检算仿真系统主要目的是通过输入列车和线路等数据，实现400km/h速度等级层面的列车仿真运行计算，检算线路通过能力并得到能耗与时分等技术经济指标。具体来说，系统功能需求主要包括运行仿真与通过能力检算两方面。1)400km/h速度等级单列车运行仿真及运行指标计算。2)400km/h速度等级高速铁路线路通过能力检算。

系统的主要功能为通过输入待仿真的线路和列车数据，设置起终点站、停站模式和检算功能参数，得到列车运行仿真曲线图及相关技术经济指标和通过能力检算结果。基础数据管理模块包括线路数据和列车数据，主要实现对数据的导入、增加、删除、查找、修改功能，为后续的系统仿真提供基础数据。此外，基于既有仿真软件中将最高运营速度固定至350km/h，不利于进行更高速度等级制式铁路研究，系统中将最高运营速度开放，供用户自行修改。

线路数据包括坡道数据、里程数据、曲线数据、信号机/分界标数据和接触网支柱等数据。系统对线路数据的编辑方式有图形化和表格式两种。图形化编辑是在线路数据管理的界面直接点击图形更改数据编辑，可以快速准确地进行小规模编辑；表格式编辑是从线路数据表格输入界面进行编辑，可以进行快速地大规模编辑。图形化的线路数据与表格中的线路数据的修改是同步进行的，只要修改一种类型，另外一种类型的数据会自动修改。

列车数据包括列车定义、动车组数据以及车辆数据。其中，列车定义包括列车名称及类型、制动力使用系数等基本数据。此外，还需要定义列车的编组信息，包括动车组数据、牵引力使用系数以及车辆数据。动车组数据包括最高运营速度、起动牵引力及阻力、闸瓦类型、和特性曲线及电流曲线等。车辆数据包括车辆的自重、最高运营速度和阻力公式等。列车数据管理功能可实现列车数据的导入、保存及绘图等功能，列车数据管理功能可编辑的基本信息数据包含列车长度、定员、最高运营速度等。每种列车保存为一个独立的文件，使用时调用，编辑后保存，便于多用户共同管理。

本文设计开发了一套时速400km高铁线路能力检算仿真系统，该系统可以进行列车运行仿真，输出能耗与时分等指标并检算通过能力。基于既有高铁线路，通过对比分析400km/h动车组与350km/h动车组在同一线路上的运行仿真指标与通过能力检算结果可知动车组由350km/h提速至400km/h，区间双向运行时分压缩6%，双向运行能耗增长3.5%；区间追踪间隔和车站通过间隔分别增长13.3%与3.3%，车站出发间隔和到达间隔分别下降约2.7%与3.3%。

文章链接：https://doi.org/10.12677/OJTT.2021.102011