Comprehensive Optimization of Track Scale Configuration of Intermediate Station and Train Timetable of High-Speed Railway

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.220329

Abstract

Abstract:

The track scale of high-speed railway intermediate station is an important factor affecting the line carrying capacity and transportation efficiency. In the planning stage of the high-speed railway line, it is difficult to predict the long-term passenger flow. Therefore, after a period of operation, it is often necessary to update the track scale of intermediate stations along the line by building side tracks or platforms. For high-speed railways, the trains running on their lines are all electric multiple unit trains, with short track intervals, high departure densities and no long dwell time at intermediate stations. Therefore, high-speed railways generally operate in fast-in and fast-out operation mode. At the same time, the construction and operation of high-speed railways have a high cost attribute. The article constructed a comprehensive optimization model with the renovation construction cost and total travel time as the evaluation objectives and the coupling relationship between the train timetable and the number of intermediate station tracks as constraints. On the basis of linearizing the constraints, the model was solved with the help of commercial optimization software GAMS with CPLEX solver. The results of the calculation example show that the comprehensive optimization of the track configuration of the intermediate stations and train timetable can not only determine the stations for train overtaking and turning back in the timetable but also meet the future passenger demand to the greatest extent at the lowest construction cost.

Key words: high-speed railway, intermediate station, track scale, timetable, construction cost, overall travel time

CLC Number:

U283

ZHENG Yajing, MA Zihan, CHANG Xiaoting, et al. Comprehensive Optimization of Track Scale Configuration of Intermediate Station and Train Timetable of High-Speed Railway[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2023, 51(4): 115-123.

Figures/Tables 9

Fig.1

Fig.2

Fig. 3

Fig. 4

Table 1

Table 2

Table 3

Fig.5

Table 4

References 19

1	兰泽康，何世伟，黎浩东，等．考虑维修天窗和到发线数量的复线铁路列车运行图优化［J］．北京交通大学学报，2018，42（3）：30-36.
	LAN Zekang， HE Shiwei， LI Haodong，et al ．Optimization for double-track railway train timetable considering the maintenance skylight and the number of arrival-departure tracks ［J］．Journal of Beijing Jiaotong University，2018，42（3）：30-36.
2	史峰，魏堂建，周文梁，等．考虑动车组周转和到发线运用的高速铁路列车运行图优化方法［J］．中国铁道科学，2012，33（2）：107-114.
	SHI Feng， WEI Tangjian， ZHOU Wenliang，et al ．Optimization method for train diagram of High-speed railway considering the turnover of multiple Units and the Utilization of Arrival-Departure tracks ［J］．China Railway Science，2012，33（2）：107-114.
3	TÖRNQUIST J， PERSSON J A ．N-tracked railway traffic re-scheduling during disturbances［J］．Transportation Research Part B： Methodological，2007，41（3）：342-362.
4	ZHAN S， KROON L G， VEELENTURF L P，et al ．Real-time high-speed train rescheduling in case of a complete blockage［J］．Transportation Research Part B：Methodological，2015，78：182-201.
5	郑亚晶，李耀辉，靳文舟．考虑重联和空车回送的动车组周转优化研究［J］．华南理工大学学报（自然科学版），2021，49（4）：80-89.
	ZHENG Yajing， LI Yaohui， JIN Wenzhou ．Study on the optimization of EMU Turnover with considering reconnection and empty return［J］．Journal of South China University of Technology （Natural Science Edition），2021，49（4）：80-89.
6	王斌，黄玲，郑亚晶，等．动车组周转和到发线运用方案的综合优化研究［J］．交通运输系统工程与信息， 2018， 18（3）： 175-181.
	WANG Bin， HUANG Ling， ZHENG Yajing，et al ．Comprehensive optimization for turnover of multiple units and utilization of arrival-departure track［J］．Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology，2018，18（3）：175-181.
7	张琴，朱晓宁，王力，等．高铁列车运行图和到发线分配的协同编制方法［J］．北京交通大学学报，2021，45（1）：16-22.
	ZHANG Qin， ZHU Xiaoning， WANG Li，et al ．Integrated generation method of train timetabling and arrival-departure track allocation in high-speed railway network［J］．Journal of Beijing Jiaotong University，2021，45（1）：16-22.
8	彭其渊，王超宇，鲁工圆．基于到发线运用方案的列车到达追踪间隔时间压缩方法及仿真研究［J］．中国铁道科学，2020，41（2）：131-138.
	PENG Qiyuan， WANG Chaoyu， LU Gongyuan. Compression method and simulation of train arrival interval based on utilization of arrival-departure track ［J］．China Railway Science，2020，41（2）：131-138．
9	铁单奕嘉，聂磊，乐逸祥，等．周期模式下高速铁路车站到发线运用优化模型研究［J］．铁道学报，2022，44（8）：1-13.
	SHAN Yijia， NIE Lei， YUE Yixiang，et al ．Optimization of station track utilization for high-speed railway under periodic timetable ［J］．Journal of the China Railway Society，2022，44（8）：1-13．
10	铁路车站及枢纽设计规范：［S］．
11	方华．高速铁路公交化运营条件下到发线规模优化配置［J］．交通运输工程与信息学报，2014，12（1）：48-54.
	FANG Hua ．Configuration optimization of arrival-departure track scale under the Bus-type operation of high speed rail［J］．Journal of Transportation Engineering and Information，2014，12（1）：48-54.
12	李伟冬，张霞．大型客运站到发线数量计算研究［J］．科学之友，2009，7（20）：105-106.
	LI Weidong， ZHANG Xia ．Research of large-scale passenger depot to sends the line number quantity computation［J］．Friend of Science Amateurs，2009，7（20）：105-106.
13	朱健梅，闫海峰，周勇．既有复线区段快速列车越行站的布局研究［J］．西南交通大学学报，2002，37（3）：299-304.
	ZHU Jianmei， YAN Haifeng， ZHOU Yong ．An investigation onlayout of overtaking stations for express trains along existingdouble track railways［J］．Journal of Southwest Jiaotong University，2002，37（3）：299-304.
14	闫海峰，彭其渊，包维民．单线铁路会让站到发线数量的研究［J］．西南交通大学学报，2002，37（4）：434-438.
	YAN Haifeng， PENG Qiyuan， BAO Weimin. Rational number of arrival and departure tracks in passing stations along singletrack railway［J］．Journal of Southwest Jiaotong University，2002，37（4）：434-438.
15	YANG Lixing， QI Jianguo， LI Shukai，et al ．Collaborative optimization for train scheduling and train stop planning on highspeed railways［J］．Omega，2016（64）：57-76.
16	XU Yan， JIA Bin， GHIASI A M，et al ．Train routing and timetabling problem for heterogeneous train traffic with switchable scheduling rules［J］．Transportation Research Part C：Emerging Technologies，2017，84：196-218.
17	QI Jianguo， YANG Lixing， GAO Yuan，et al ．Integrated multi-track station layout design and train scheduling models on railway corridors［J］．Transportation Research Part C：Emerging Technologies，2016，69：91-119.
18	陈龙，朱昌锋，刘道宽．双线铁路中间站到发线数量配置研究［J］．交通信息与安全，2020，38（4）：42-49，83.
	CHEN Long， ZHU Changfeng， LIU Daokuan. Configuration Study for the Number of Arrival-departure Tracks in Intermediate Station Along Double-track Railways ［J］．Journal of Transport Information and Safety，2020，38（4）：42-49，83.
19	史峰，胡安洲．机车周转图的线性配置算法［J］．铁道学报，1996，18（4）：18-24.
	SHI Feng， HU Anzhou ．A linear algorithm to deploy a locomotive circulating diagram［J］．Journal of the China Railway Society，1996，18（4）：18-24.

区间	速度等级I		速度等级Ⅱ		速度等级Ⅲ
区间	上行时间/min	下行时间/min	上行时间/min	下行时间/min	上行时间/min	下行时间/min
站1↔站2	14	14	30	30	45	45
站2↔站3	45	45	90	90	120	120
站3↔站4	60	60	120	120	180	180
站4↔站5	9	9	20	20	30	30

速度等级	下行					上行
速度等级	列车	起始站及时间域		终到站及时间域		列车	起始站及时间域		终到站及时间域
I	G1	站1	08：00	站5	10：10	G2	站5	16：30	站1	18：40
Ⅱ	G3	站1	06：00—07：00	站5		G4	站5	06：00—07：00	站1
Ⅱ	G5	站1	07：00—08：00	站5		G6	站5	07：00—08：00	站1
Ⅱ	G7	站1	08：00—09：00	站5		G8	站5	08：00—09：00	站1
Ⅱ	G9	站1	09：00—10：00	站5		G10	站5	09：00—10：00	站1
Ⅱ	G11	站1	10：00—11：00	站5		G12	站5	10：00—11：00	站1
Ⅱ	G13，G15	站1	11：00—12：00	站5		G14，G16	站5	11：00—12：00	站1
Ⅲ	G17	站1	06：00—07：00	站4		G18	站4	13：00—15：00	站1
Ⅲ	G19	站1	08：00—09：00	站4		G20	站4	15：00—17：00	站1

车站	需修建的股道数量
车站	上行	下行
车站2	1	2
车站3	1	1
车站4	2	0

下行					上行
列车	站1 出发	站4		站5 到达	列车	站5 出发	站4		站1 到达
列车	站1 出发	到达	出发	站5 到达	列车	站5 出发	到达	出发	站1 到达
G1	08：00	09：59	09：59	10：08	G2	16：30	16：39	16：39	18：38
G3	06：00—07：00	10：02—11：02	10：02—11：02	10：22—11：22	G4	06：00—07：00	06：20—07：20	06：20—07：20	10：22—11：22
G5	07：00—08：00	11：02—12：02	11：02—12：02	11：22—12：22	G6	07：00—08：00	07：20—08：20	07：20—08：20	11：22—12：22
G7	08：00—09：00	12：02—13：02	12：02—13：02	12：22—13：22	G8	08：00—09：00	08：20—09：20	08：20—09：20	12：22—13：22
G9	09：00—10：00	13：02—14：02	13：02—14：02	13：22—14：22	G10	09：00—10：00	09：20—10：20	09：20—10：20	13：22—14：22
G11	10：00—11：00	14：02—15：02	14：02—15：02	14：22—15：22	G12	10：00—11：00	10：20—11：20	10：20—11：20	14：22—15：22
G13/ G15	11：00—12：00	15：02—16：02	15：02—16：02	15：22—16：22	G14/ G16	11：00—12：00	11：20—12：20	11：20—12：20	15：22—16：22
G17	06：00—07：00	11：49—12：49			G18			13：00—15：00	18：49—20：49
G19	08：00—09：00	13：49—14：49			G20			15：00—17：00	20：49—22：49

[1]	LU Hongyao, XU Yude. Evolution of Interface Performance of Longitudinal Ballastless Track Under Temperature Load After Embedded Steel Bars [J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2023, 51(8): 21-31.
[2]	ZHENG Yajing LI Yaohui JIN Wenzhou. Study on the Optimization of EMU Turnover with Considering Reconnection and Empty Return [J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2021, 49(4): 80-89.
[3]	GU Quan, ZHANG Deyu, GUO Wei, et al. An Efficient Computation Method for Real-Time Hybrid Testing of Vehicle-Track-Bridge Coupling System of High-Speed Railway [J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2021, 49(3): 123-130.
[4]	HU Baoyu, AI Yuhao, CHENG Guozhu. Coordination Dispatching Model of Bus Transit Network Based on Metro Line [J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2021, 49(1): 134-141.
[5]	HU Baoyu PANG Yu PEI Yulong . Multi-type Bus Timetable Optimization Considering Unbalanced Passenger Flow in Time and Space [J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2020, 48(11): 38-48.
[6]	LI Yangbo ZHANG Jiasheng ZHU Zhihui WANG Xuan SHI Xion. Accumulative Deformation of Subgrade Under CRTS Ⅲ Slab Track [J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2019, 47(3): 135-142.
[7]	YAO Enjian LIU Wenting LIU Shasha YANG Yang. ptimizing Last Train Timetable for Urban Rail Transit Based on Dynamic Accessibility [J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2018, 46(1): 58-65.
[8]	Chen Ling-kun Jiang Li-zhong Wang Li-ping Luo Bo-fu. Analysis of Elastoplastic Seismic Response of High-Speed Railway Bridge with Round-Ended Piers [J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2011, 39(6): 126-131.
[9]	Tan Yan He Zeng Gao Jun-tao. Isolation Analysis of Low-Frequency Vibration Induced by High-Speed Railway [J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2011, 39(6): 132-136,154.