书 书 书 第５３卷 第３期 ２０１８年６月 西 南 交 通 大 学 学 报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＯＵＴＨＷＥＳＴ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ Ｖｏｌ． ５３ Ｎｏ． ３ Ｊｕｎ． ２０１８ 收稿日期：２０１７０４０９ 基金项目：国家重点研发计划资助项目 （２０１７ＹＦＢ１２００７０１） 作者简介：庄河（１９６８—），男，博士研究生，研究方向为高速铁路调度指挥方法，Ｅｍａｉｌ：ｘｉｎｌａｎｇ０８０８＠ ｓｉｎａ． ｃｏｍ 通信作者：殷勇（１９７５—），男，副教授，博士，研究方向为运输组织优化与方法，Ｅｍａｉｌ：ｙｉｎｙｏｎｇ＠ ｓｗｊｔｕ． ｅｄｕ． ｃｎ 引文格式：庄河，李文新，殷勇，等． 高速铁路与既有线调度指挥协同性分析［Ｊ］． 西南交通大学学报，２０１８，５３（３）：４６７４７３． ＺＨＵＡＮＧ Ｈｅ，ＬＩ Ｗｅｎｘｉｎ，ＹＩＮ Ｙｏｎｇ，ｅｔ ａｌ． Ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｄｉｓｐａｔｃｈ ｓｙｓｔｅｍｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｒａｉｌ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１８，５３（３）：４６７４７３． 文章编号：０２５８２７２４（２０１８）０３０４６７０７ ＤＯＩ：１０． ３９６９ ／ ｊ． ｉｓｓｎ． ０２５８２７２４． ２０１８． ０３． ００６
高速铁路与既有线调度指挥协同性分析
庄
河
１，３，
李文新
１，
殷
勇
１，２，
张永祥
１，
文
超
１，２ （１． 西南交通大学交通运输与物流学院，四川 成都６１００３１；２． 综合交通运输智能化国家地方联合工程实验室， 四川 成都６１００３１；３． 中国铁路总公司运输局调度部，北京１０００３８） 摘 要：为保证整个路网列车运行的效率与安全，基于列车计划运行图与实际运行图数据，提出了一种高速铁 路与既有线调度指挥系统协同性评价体系与方法．首先，从跨线列车在衔接站的调度指挥流程出发，对高速铁路 与既有线调度指挥协同性作用机理进行了系统地分析；其次，运用协同学理论研究了两系统在组织日常生产作 业中的协同关系，并构建了两系统间的协同性评价指标体系；最后，基于协同分析矩阵理论建立了高速铁路与既 有线调度指挥系统协同性评价模型，对两系统间协同化作业程度进行定量分析．研究结果表明：两系统间的整体 协同程度为０． ９７５，且衔接站的组织工作是否能够高效、有序的进行是影响系统间协同性的关键因素． 关键词：高速铁路；既有线；调度指挥；协同学理论；协同分析矩阵 中图分类号：Ｕ２９２． ４ 文献标志码：Ａ Ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｄｉｓｐａｔｃｈ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ＨｉｇｈＳｐｅｅｄ ａｎｄ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｒａｉｌ ＺＨＵＡＮＧ Ｈｅ１，３， ＬＩ Ｗｅｎｘｉｎ１， ＹＩＮ Ｙｏｎｇ１，２， ＺＨＡＮＧ Ｙｏｎｇｘｉａｎｇ１， ＷＥＮ Ｃｈａｏ１，２ （１． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００３１，Ｃｈｉｎａ；２． Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｔｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ａｎｄ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００３１，Ｃｈｉｎａ；３． Ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｂｕｒｅａｕ，Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００３８，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｔｒａｉｎｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｉｌｗａｙ ｎｅｔｗｏｒｋ，ａｎ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｄｉｓｐａｔｃｈ ｓｙｓｔｅｍｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｒａｉｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｌａｎｎｅｄ ａｎｄ ａｃｔｕａｌ ｒａｉｌｗａｙ ｔｉｍｅｔａｂｌｅ ｄａｔａ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ｄａｉｌｙ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｒａｉｌ ｂｙ ｓｔｕｄｙｉｎｇ ｔｈｅ ｄｉｓｐａｔｃｈ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃｒｏｓｓｌｉｎｅ ｔｒａｉｎｓ ａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｎｅｃｔ ｓｔａｔｉｏｎ ｗａｓ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙ ａｎａｌｙｓｅｄ． Ｓｅｃｏｎｄ，ａ ｓｙｎｅｒｇｅｔｉｃ ｔｈｅｏｒｙ ｗａｓ ｕｔｉｌｉｚｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｓｅ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｓｙｓｔｅｍｓ ｄｕｒｉｎｇ ｄａｉｌｙ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｗｈｉｃｈ ａ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ． Ｆｉｎａｌｌｙ，ａ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｂｅｔｗｅｅｎ ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｒａｉｌ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｔｏ ｐｅｒｆｏｒｍ ａ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｓｙｓｔｅｍｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ｈａｒｍｏｎｉｏｕｓ ｍａｔｒｉｘ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｄｅｇｒｅｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｓｙｓｔｅｍｓ ｉｓ ０． ９７５ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｔ ｔｈｅ ｃｏｎｎｅｃｔ ｓｔａｔｉｏｎ ａｒｅ ｔｈｅ ｋｅｙ ｆａｃｔｏｒｓ ｔｈａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅｓｅ ｔｗｏ ｄｉｓｐａｔｃｈ ｓｙｓｔｅｍｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ ｒａｉｌ；ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｒａｉｌ；ｔｒａｉｎ ｄｉｓｐａｔｃｈ；ｓｙｎｅｒｇｅｔｉｃ ｔｈｅｏｒｙ；ｈａｒｍｏｎｉｏｕｓ ｍａｔｒｉｘ西 南 交 通 大 学 学 报 第５３卷 随着我国高速铁路的快速发展，以四纵四横为 骨架的高速铁路网络已基本建成．由于高速铁路线 路与既有线线路的不断交汇与融合，高速铁路与既 有线调度指挥系统之间的联系变得愈发密切．我国 高速铁路采用的是高速列车下到既有线运行的运 输组织模式，从而引起高速铁路与既有线调度指挥 的衔接与协同问题．因此要求两个系统之间相互协 调、配合才能保证本线列车和跨线列车的安全、准 点运行．综上，分析高速铁路与既有线调度系统工 作间的协调情况，建立评价两系统间协同性程度高 低的方法，把握影响高速铁路与既有线调度指挥协 同度的关键因素，对于提高铁路整体路网的运输效 率、保证列车安全有序的运行具有重要的意义． 近年来相关学者对我国高速铁路和既有线调 度指挥系统的模式和体系等方面进行了研究，取得 了一定的研究成果．白昭［１］指出高速铁路调度与 既有线调度之间的衔接与协调是中国高速铁路综 合调度需要解决的主要问题之一，并从调度指挥权 限、车站联锁设备管理、线路信号设备控制等方面 提出了高速铁路与既有线调度指挥系统结合的原 则．王进勇等［２］对客运专线与既有线调度指挥工 作协调问题进行了探讨，指出实现两调度指挥系统 的协调需解决好衔接站跨线列车的调度指挥问题． Ｐｅｎｇ等［３］从技术要求、运输组织、信息交流等方面 指出了高速铁路与既有线调度系统协调需满足的 条件，分析了两系统协调的机理，构建了系统协调 的组织结构，阐述了系统工作流程，指出了信息传 递的方式，为探究两系统的协同作业方式提供了理 论支撑．宋嘉雯［４］对比分析了客运专线与既有线 调度指挥模式在架构、功能与信息联系等方面的协 同关系，并针对跨线列车的开行特点，提出了跨线 列车调度指挥的满意协调优化模型． 此外，还有一部分学者从通过能力运用、运输 产品设计、列车运行图评价及调度指挥系统信息传 递等方面研究了高速铁路与既有线间的分工与异 同点．徐利民等［５６］量化了高速铁路开通后既有线 通过能力的变化情况，定性分析了既有线通过能力 的利用特征．赵嵩森［７］和章璐瑜［８］则进一步对高 速铁路开通后，既有线货运产品的优化设计方法进 行了研究．杨柳燕［９］从旅客的角度出发，并以兰新 高铁为例，探讨了兰新高铁与其平行既有线的合理 客流分工方案．鲍晶晶［１０］从列车运行图评价的角 度出发，深入分析了高速铁路与既有线列车运行图 在编制方法、铺画结构及运行图均衡性等方面的差 异．薄中旭［１１］对高速铁路调度指挥系统内各子系 统和要素间的信息传递机制进行了研究，总结了高 速铁路调度指挥系统信息传递时机的规律． 对高速铁路与既有线调度指挥工作的协调关 系本文进一步的深入研究和比较分析，首先根据调 度指挥体系不同组成部分的合理分工与权限划分 对运输生产过程中调度指挥体系的各组成部分相 互协调和协同动作关系进行分析；接着结合协同性 理论研究高速铁路与既有线调度指挥系统两者在 组织日常生产作业中的协同关系，尤其是指挥跨线 列车的运行，通过分析跨线列车在衔接站上下线时 两系统之间调度信息的交互以及列车运行状态信 息的准确传递，对高速铁路与既有线调度指挥协同 性作业流程进行深入分析；最后结合分析结果，本 文构建了一个评判高速铁路调度指挥系统与既有 线调度指挥系统工作协调度的评价模型，选取了 ８类指标作为评价模型的评价指标，运用协同分析 矩阵模型，研究两系统层次之间的协同性程度，为 高速铁路与既有线调度指挥系统今后协同化作业 的提升提供理论支撑． １
调度指挥系统间协同性作用机理
分析
在研究高速铁路与既有线调度指挥系统协同 性分析之前，已经对高速铁路调度指挥和既有线调 度指挥的差异性进行了深入的研究［１２］ ．从调度指 挥系统的功能和特点、系统构成、组织构架、作业内 容、行车指挥、列车运行调整等方面比较分析出了 二者的差异性，并剖析出两系统在实际运行操作上 的异同点和协同化作业的难点问题，为本文的研究 奠定了一定的基础． 高速铁路与既有线调度指挥协同的难点在于 保障跨线列车的行车组织工作能够正常进行的同 时，也确保两系统上的本线列车安全、准点、高效的 运行．由于两个系统分别控制下的本线列车与两个 系统交替控制下的跨线列车占用共同的运输资 源—路网运输资源，所以两个系统的调度员在指挥 本线列车与跨线列车的行车组织工作上必须做到 协同化处理． 高速铁路与既有线调度指挥系统协同性的实 质在于以下３个部分，以跨线列车在高速铁路调度 系统与既有线调度系统之间运行为例：（１）保证跨 线列车到达衔接站时，两调度指挥系统调度指挥权 ８ ６ ４第３期 庄 河，等：高速铁路与既有线调度指挥协同性分析 限的顺利交接和跨线列车运行状态与信息的及时、 准确传递；（２）当跨线列车在高速铁路上运行时， 高铁调度系统调度人员应及时掌握既有线列车的 运行状况，以便及时调整跨线列车的运行使之能与 既有线调度列车较好的协调；（３）既有线调度员应 预先获取到准备接收的跨线列车的运行状态和信 息，从而及时的对本系统进行相应调整，使之为跨 线列车进入运行创造一个良好的条件． 跨线列车运行的重点在于处理好衔接站的调 度指挥权限的交接问题．跨线列车进入下一个调度 指挥系统时机的优劣以及列车运行状态信息传入 下一个调度指挥系统的及时性决定了两系统之间 的协同化水平．实现高速铁路与既有线调度指挥协 同化作业的前提是保证调度信息在两个系统间完 整、准确、迅速的传递；做到调度信息传入时机优劣 的时时反馈是提升协同化作业的关键．当高速铁路 调度指挥系统调度信息传入时机较好时，既有线调 度系统应将信息传递效果及时反馈给高速铁路调 度系统，以指导高速铁路调度系统处理其他跨线列 车与本线列车协同化运行；反之，当高速铁路调度 指挥系统调度信息传入时机较差时，既有线调度系 统更应将这种传递时机较差的调度信息反馈给高 速铁路调度系统，此时高速铁路调度系统将适当改 变跨线列车在该系统上的作业组织方式，以寻求最 佳的跨线列车调度信息传入时机，从而维持高速铁 路与既有线调度指挥系统间的较强协同性，如图１ 所示． 图１ 高速铁路与既有线调度指挥系统协同性作业流程 Ｆｉｇ． １ Ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｄｉｓｐａｔｃｈ ｓｙｓｔｅｍｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｒａｉｌ ２
系统间协同性评价指标体系和协
同性模型构建
２． １ 协同性评价指标体系 通过查阅文献［１３１６］，依据高速铁路与既有 线调度指挥工作的日常协调关系以及高速铁路与 既有线调度指挥系统在衔接站交替指挥跨线列车 上下线运行的调度指挥内容：主要有调度指挥信息 交互和列车运行状态信息传递；系统办理跨线列车 调度指挥权限交接过程前后对各系统的本线列车 运行状态造成的影响，基于此，选取指标见表１．为 了方便说明，本文假定跨线列车由高速线路转到既 有线运行方向为上行方向，跨线列车由既有线转到 高速线路运行方向为下行方向． ２． ２ 协同性评价模型 由协同性理论可知，系统只有充分发挥出各个 子系统的系统功能，系统本身才具备最大的活力， 也就是表现出最大的协同性效果；反之协同性较差 的系统会抑制各个子系统的系统功能，最终导致整 个系统瘫痪．为了表述方便，把高铁调度系统Ｇ 和 既有线调度系统 Ｃ 看作成系统 Ｙ的两个互补子 集，即Ｙ ＝ Ｇ∪Ｃ（Ｇ∩Ｃ ＝ ），且Ｇ与Ｃ这两个系统 又分别由Ｃ１ 或 Ｃ２、Ｌ１ 或Ｌ２、Ａ１ 或Ａ２、Ｔ１ 或 Ｔ２、Ｒ１ 或Ｒ２、Ｐ１ 或Ｐ２ 及Ｓ１ 或Ｓ２７个评价指标要素构成． 各子系统或各层次之间的相互作用能够反映出系 统的协同性．因此本文建立协同分析矩阵模型，从 各子系统层次之间的协同性程度入手研究． 设协同性矩阵Ｈ ＝［Ｈｉｊ］ｎ × ｎ，如式（１），其中： Ｈｉｊ（ｉ≠ｊ）为指标要素ｊ对ｉ的协同性程度；Ｈｉｉ（ｉ ＝ ｊ）为各指标要素自身的协同性程度． Ｈｉｊ＝ ( ａｉ ａｊ ) ( ｂｉ ｂｊ )， （ １） Ｈｉｊ∈［０，１］，则有 ９ ６ ４西 南 交 通 大 学 学 报 第５３卷 Ｈｉｊ＝ ０， ｃ（０ ＜ ｃ ＜ １）， １（ｃ≥１
{
）， （２） 式（１）～（２）中： ａｉ 为指标要素所对应的实际指标值； ｂｉ 为指标要素所对应的理想最佳值； Ｈｉｊ＝ ０为系统间的协同性处于最低状态； Ｈｉｊ＝ ｃ为系统间的协同性处于中间状态提供 某种配合； Ｈｉｊ＝ １为系统间的协同性处于协同最佳状态． 表１ 高速铁路与既有线调度指挥系统协同性评价指标体系 Ｔａｂ． １ Ｔｈｅ Ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｉｎｄｅｘ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｄｉｓｐａｔｃｈ ｓｙｓｔｅｍｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｒａｉｌ 系统要素 评价指标要素 主要评价内容 高速铁路 调度指挥 系统 跨线列车运行状态（Ｃ１） 跨线列车接入前在高速铁路线路上运行时的运行状态：是否安全正常运行 本线列车产生的晚点增量（Ｌ１） 跨线列车接入后对高铁调度系统本线列车造成的额外平均晚点时间 衔接站到发线使用情况（Ａ１） 跨线列车接入衔接站前到发线使用情况 动车组交路与乘务组交路变 化情况（Ｔ１） 跨线列车在高速线路上运行时对动车组交路与乘务组交路的影响 跨线列车运行准点率（Ｒ１） 下行方向，跨线列车在高铁线路上各站的正晚点情况 跨线列车日开行指标完成率（Ｐ１） 下行方向，每日开行跨线列车对数指标完成情况 跨线列车在衔接站的停站作 业时间（Ｓ１） 下行方向，日开行所有跨线列车在衔接站的平均停站时间（包括调度指挥 权限交接流程与办理旅客乘降业务以及列车检修作业流程） 既有线 调度指挥 系统 跨线列车运行状态（Ｃ２） 跨线列车接入后在既有线线路上运行时的运行状态：是否安全正常运行 本线列车产生的晚点增量（Ｌ２） 跨线列车接入后对既有线调度系统本线列车造成的额外平均晚点时间 衔接站到发线使用情况（Ａ２） 跨线列车接入衔接站后对到发线使用情况的影响 动车组交路与乘务组交路变 化情况（Ｔ２） 跨线列车在既有线路上运行时对机车交路与乘务组交路的影响 跨线列车运行准点率（Ｒ２） 上行方向，跨线列车在沿途各站的正晚点情况 跨线列车日开行指标完成率 （Ｐ２） 上行方向，每日开行跨线列车对数指标完成情况 跨线列车在衔接站的停站作 业时间（Ｓ２） 上行方向，日开行所有跨线列车在衔接站的平均停站时间（包括调度指挥 权限交接流程与办理旅客乘降业务以及列车检修作业流程） 一般来说，式（１）仅仅体现出指标要素 ｊ对 ｉ 的协同性效果，实际上在指标要素ｊ影响指标要素 ｉ时，其他指标要素也间接的对指标要素 ｉ产生了 一定影响，这种影响可能放大了指标要素ｊ对 ｉ的 影响，也可能抑制了指标要素ｊ对 ｉ的影响．因此， 为全面分析问题，除了建立上述的Ｈ之外，还应当 建立完全协同矩阵ＨＭ＝［Ｈｇｉｊ］ｎ × ｎ，如式（３）． Ｈｇｉｊ ＝ Ｈｉｊ ＋ Ｈｉｊ ∑ ｎ ｊ ＝ １ Ｈｉｊ ， （３） 式中： Ｈｇｉｊ（Ｈｇｊｉ）为在其他指标要素间接干扰下指标 要素ｊ（ｉ）对指标要素ｉ（ｊ）的协同性效果； ∑ ｌ Ｈｉｌ为 所有指标要素对指标要素ｉ 的总的 协同性． 通过式（１）、（３）可以分别建立系统指标要素 的直接协同性矩阵Ｈ和完全协同性矩阵ＨＭ．为了 更好的对系统各指标要素协同性进行分析．这里引 入ｄｉＨ、ｄｉＴ、ｄｉＤ３个表达式进行说明，如式（４）～（６） 所示． ｄｉＨ ＝ １ ｎ∑ ｎ ｊ ＝ １ Ｈｇｊｉ， （４） ｄｉＴ ＝ １ ｎ∑ ｎ ｊ ＝ １ Ｈｇｉｊ， （５） ｄｉＤ＝ ｄｉＨ ｄｉＴ ， （ ６） 式中： ｄｉＨ为要素ｉ对各要素的总的协同度的数学期 望，反映出ａｉ 对系统有序化发展下的协同程度； ｄｉＴ为各要素对要素ｉ 的总的协同度的数学期 望，反映出系统有序化发展下ａｉ 与其他各要素之 间的协同程度； ｄｉＤ为要素ｉ自身的协同度，在系统有序化发展 过程下，ｄｉＤ越大，其自身协同化程度越大，通过值 的大小找出影响协同性因素． 最后构建系统总体协同度表达式，如式（７）所 示，据此用以判断子系统之间协同性程度． ０ ７ ４第３期 庄 河，等：高速铁路与既有线调度指挥协同性分析 Ｑ ＝ １ ｎ∑ ｎ ｉ ＝ １ ｄｉＨ． （７） ３
实例分析
以西安站（包括西安北站）—郑州站（包括郑 州东站）—上海站为列车运行的上行方向，其中西 安北—郑州东一段为高速铁路线路，郑州站—上海 站之间为既有线路．指标评价体系中的跨线列车运 行状态（Ｃ１ 或 Ｃ２）指的是跨线列车在西安站—郑 州站—上海站全线运行下的列车运行安全状态；本 线列车产生的晚点增量（Ｌ１ 或Ｌ２）指的是跨线列车 接入郑州站前后对两个调度系统本线列车造成的 晚点增量；衔接站到发线使用情况（Ａ１ 或 Ａ２）指的 是跨线列车接入郑州站前后该站到发线使用情况， 包括是否能力紧张等；动车组交路与乘务组交路变 化情况（Ｔ１ 或Ｔ２）指的是跨线列车接入郑州站前 后对高铁线路上的动车组交路与既有线线路上的 机车交路产生的影响以及对乘务组交路产生的影 响；跨线列车运行准点率（Ｒ１）指的是跨线列车在 西安北—郑州东区段运行时，列车到达和离开各高 铁站的正晚点情况；跨线列车运行准点率（Ｒ２）指 的是跨线列车在上海站—郑州东站区段运行时，列 车到达和离开各既有线车站的正晚点情况；跨线列 车日开行指标完成率（Ｐ１ 或 Ｐ２）指的是每日衔接 站郑州东站或郑州站完成接入并发出来自上下行 方向的跨线列车的指标量；跨线列车在衔接站的停 站作业时间（Ｓ１ 或Ｓ２）指的是上下行方向的跨线列 车接入衔接站郑州东站或郑州站后在该站停留 时间． 通过搜集２０１６ 年８ 月１ 日—９ 月 ２ 日西安 站—上海站间主要车次在主要车站（包括高铁站 和既有线车站）的近一个月内列车计划运行图与 实际运行图数据，通过分析归纳与分类整理，本文 发现，跨线列车接入郑州站前后安全运行状态并未 发生改变，郑州站到发线使用情况也未发生较大波 动，均在正常使用范围内，动车组交路和乘务组交 路均未发生变化，所以这３类指标（Ｃ１ 和Ｃ２、Ａ１ 和 Ａ２、Ｔ１ 和Ｔ２）无须考虑到矩阵中进行计算，而其他 ４类指标均发生改变，需要考虑到矩阵中计算．结 合式（１）建立高速铁路与既有线调度指挥系统的 直接协同性矩阵Ｈ，如表２所示． 表２ 高速铁路与既有线调度指挥系统的直接协同矩阵 Ｔａｂ． ２ Ｔｈｅ ｄｉｒｅｃｔ ｓｙｎｅｒｇｙ ｍａｔｒｉｘ ｏｆ ｄｉｓｐａｔｃｈ ｓｙｓｔｅｍｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｒａｉｌ 构成要素 Ｌ１／ ｓ Ｌ２／ ｓ Ｒ１ Ｒ２ Ｐ１ Ｐ２ Ｓ１／ ｓ Ｓ２／ ｓ Ｌ１／ ｓ １． ０００ ０． ９６０ １． ０００ ０． ９６０ ０． ９４０ ０． ９４０ １． ０００ １． ０００ Ｌ２／ ｓ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ ０． ９８０ ０． ９８０ １． ０００ １． ０００ Ｒ１ １． ０００ ０． ９６０ １． ０００ ０． ９６０ ０． ９４０ ０． ９４０ １． ０００ １． ０００ Ｒ２ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ ０． ９８０ ０． ９８０ １． ０００ １． ０００ Ｐ１ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ Ｐ２ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ Ｓ１／ ｓ ０． ６７０ ０． ６５０ ０． ６７０ ０． ６５０ ０． ６４０ ０． ６４０ １． ０００ ０． ７５０ Ｓ２／ ｓ ０． ９００ ０． ８７０ ０． ９００ ０． ８７０ ０． ８５０ ０． ８５０ １． ０００ １． ０００ 由表２可知：指标要素（Ｌ１、Ｌ２、Ｒ１、Ｒ２、Ｐ１、Ｐ２） 对（Ｌ１、Ｌ２、Ｒ１、Ｒ２、Ｐ１、Ｐ２）的协同程度较高，反映出 在实际运营中，跨线列车处于不同调度指挥系统控 制下的运行区间时，两系统之间协同性较强；但指 标要素（Ｌ１、Ｌ２、Ｒ１、Ｒ２、Ｐ１、Ｐ２）对（Ｓ１、Ｓ１）的协同程 度较差，反映出在实际运营中，跨线列车处于两系 统交接调度指挥权限的衔接站时，两系统之间协同 性较差． 表２只表示两系统间的直接协同性矩阵，仅体 现出各指标要素之间单一的协同性效果．实际上， 在一种指标要素影响另外一种指标要素时，其他指 标要素也会间接的产生一定影响，这种影响可能起 到放大作用，也可能是抑制作用．因此，为全面分析 两个子系统之间各指标要素的协同机理，除了建立 高速铁路与既有线调度指挥系统的直接协同性矩 阵外，还应当建立两个系统之间的完全协同矩阵， 如表３所示．由表３可知：在其他指标要素共同作 用下，指标要素之间的协同性程度发生一定变化， 在指标要素（Ｌ１、Ｌ２、Ｒ１、Ｒ２、Ｐ１、Ｐ２）对Ｓ２ 的协同程 度由差变强，指标要素（Ｌ１、Ｌ２、Ｒ１、Ｒ２、Ｐ１、Ｐ２）对Ｓ１ 的协同程度有所提高，但仍然较低；（Ｌ１、Ｌ２、Ｒ１、Ｒ２、 Ｐ１、Ｐ２）对（Ｌ１、Ｌ２、Ｒ１、Ｒ２、Ｐ１、Ｐ２）的协同程度依旧 较高，不发生变化．反映在实际运营中，受众多因素 影响下，跨线列车处于不同调度指挥系统控制下的 １ ７ ４西 南 交 通 大 学 学 报 第５３卷 运行区间时，两系统之间协同性作业程度依旧较 强；相反，跨线列车处于两系统交接调度指挥权限 的衔接站时，两系统之间协同性作业程度仍然较 差．因此，首先必须加强衔接站对跨线列车转线运 行的调控力度，保证跨线列车运行信息及时、有效、 准确的从上一个调度指挥系统传递到下一个调度 指挥系统；其次，当跨线列车通过衔接站时，高铁调 度系统调度人员应及时了解既有线列车的运行状 况，以便及时调整跨线列车运行状态使之在一个合 理的时机进入既有线调度系统；最后，既有线调度 指挥系统应预先获取到跨线列车的运行状态信息， 并对本系统做及时调整，使之调整到一个较好的状 态去接收跨线列车的进入，保证系统的稳定性．结 合表３与式（４）～（６），可计算出ｄｉＨ、ｄｉＴ、ｄｉＤ，如表４． 表３ 高速铁路与既有线调度指挥系统的完全协同矩阵 Ｔａｂ． ３ Ｔｈｅ ｆｕｌｌ ｓｙｎｅｒｇｙ ｍａｔｒｉｘ ｏｆ ｄｉｓｐａｔｃｈ ｓｙｓｔｅｍｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｒａｉｌ 构成要素 Ｌ１／ ｓ Ｌ２／ ｓ Ｒ１ Ｒ２ Ｐ１ Ｐ２ Ｓ１／ ｓ Ｓ２／ ｓ Ｌ１／ ｓ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ Ｌ２／ ｓ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ Ｒ１ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ Ｒ２ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ Ｐ１ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ Ｐ２ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ Ｓ１／ ｓ ０． ７６０ ０． ７４０ ０． ７６０ ０． ７４０ ０． ７３０ ０． ７３０ １． ０００ ０． ８５０ Ｓ２／ ｓ １． ０００ ０． ９９０ １． ０００ ０． ９９０ ０． ９７０ ０． ９７０ １． ０００ １． ０００ 表４ 高速铁路与既有线调度指挥系统协同度 Ｔａｂ． ４ Ｔｈｅ ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｄｉｓｐａｔｃｈ ｓｙｓｔｅｍｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｒａｉｌ 构成要素 Ｌ１／ ｓ Ｌ２／ ｓ Ｒ１ Ｒ２ Ｐ１ Ｐ２ Ｓ１／ ｓ Ｓ２／ ｓ ｄｉＨ ０． ９７０ ０． ９６８ ０． ９７０ ０． ９６８ ０． ９６６ ０． ９６６ １． ０００ ０． ９８１ ｄｉＴ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ １． ０００ ０． ７８９ ０． ９９０ ｄｉＤ ０． ９７０ ０． ９６８ ０． ９７０ ０． ９６８ ０． ９６６ ０． ９６６ １． ０００ ０． ９９０ 根据式（７）可以计算出高速铁路与既有线调 度指挥系统间的现有整体协同程度Ｑ ＝ ０． ９７５，说 明在西安站（包括西安北站）—郑州站（包括郑州 东站）—上海站一线上，虽然跨线列车在调度指挥 权限变更的衔接站中转期间两系统协同化作业水 平较低，但从整体来看，高速铁路与既有线调度指 挥系统的协同化程度较高，系统之间处于一个较高 的协同化水平． ４
结
论
本文给出了从高速铁路与既有线调度指挥协 同性作用机理分析到评价指标体系和协同性模型 构建的完整的两系统协同性评价分析步骤与方法． 基于列车计划运行图与实际运行图数据，利用协同 分析理论矩阵对西安站—郑州站—上海站段的高 速铁路与既有线调度指挥协同化程度进行了定量 分析，得出这条线路的高速铁路与既有线调度指挥 系统间的Ｑ ＝ ０． ９７５，说明该线高速铁路与既有线 调度指挥系统的协同化程度较高，系统之间处于一 个较高的协同化水平．但从直接协同矩阵分析出的 结果显示跨线列车处于两系统交接调度指挥权限 的衔接站时，两系统之间协同性较差，说明制约两 系统间高协同化作业水平的瓶颈在于衔接站的组 织工作是否能够高效、有序的进行． 参考文献： ［１］ 白昭． 高速铁路综合调度系统模式探讨［Ｊ］． 铁道工 程学报，２００３，２０（３）：１２１１２４． ＢＡＩ Ｚｈａｏ． Ｂｒｉｅｆ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒａｉｌｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｏｃｉｅｔｙ，２００３，２０（３）：１２１１２４． ［２］ 王进勇，闫海峰，任其亮． 客运专线与既有线运输组 织协调的探讨［Ｊ］． 铁道运输与经济，２００９，３１（５）： ２７３１． ＷＡＮＧ Ｊｉｎｙｏｎｇ， ＹＡＮ Ｈａｉｆｅｎｇ， ＲＥＮ Ｑｉｌｉａｎｇ． Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ＰＤＬ ａｎｄ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｌｉｎｅｓ［Ｊ］． Ｒａｉｌｗａｙ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ａｎｄ Ｅｃｏｎｏｍｙ，２００９，３１（５）：２７３１． ［３］ ＰＥＮＧ Ｑｉｙｕａｎ，ＷＥＮ Ｃｈａｏ． Ｄｉｓｐａｔｃｈ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｒａｉｌ ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｏｄｅｒｎ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，２０１１，１９（１）：１９ ２５． ２ ７ ４第３期 庄 河，等：高速铁路与既有线调度指挥协同性分析 ［４］ 宋嘉雯． 客运专线跨线列车调度指挥的满意协调策 略研究［Ｄ］． 成都：西南交通大学，２０１１． ［５］ 徐利民． 高速铁路开通后既有线能力优化利用特征 分析［Ｊ］． 铁道运输与经济，２０１４，３６（８）：１９２５． ＸＵ Ｌｉｍｉｎ． Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｌｉｎｅｓ ａｆｔｅｒ ｏｐｅｎｉｎｇ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙｓ［Ｊ］． Ｒａｉｌｗａｙ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ａｎｄ Ｅｃｏｎｏｍｙ， ２０１４，３６（８）：１９２５． ［６］ 贾永刚，徐利民． 高速铁路对既有线区间通过能力的 影响研究［Ｊ］． 铁道运输与经济，２０１３，３５（１２）：１４ １８． ＪＩＡ Ｙｏｎｇｇａｎｇ，ＸＵ Ｌｉｍｉｎ． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ｏｎ ｓｅｃｔｉｏｎ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｌｉｎｅ［Ｊ］． Ｒａｉｌｗａｙ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ａｎｄ Ｅｃｏｎｏｍｙ，２０１３， ３５（１２）：１４１８． ［７］ 赵嵩森． 高速铁路运营后既有线货运产品优化［Ｄ］． 成都：西南交通大学，２０１４． ［８］ 章璐瑜． 高速铁路运营后既有线运输组织优化研 究［Ｄ］． 成都：西南交通大学，２０１６． ［９］ 杨柳燕． 兰新高铁与既有线不同时期客流合理分工 方案［Ｄ］． 兰州：兰州交通大学，２０１６． ［１０］ 鲍晶晶． 高速铁路列车运行图评价理论与方法研 究［Ｄ］． 成都：西南交通大学，２０１２． ［１１］ 薄中旭． 高速铁路调度指挥系统信息传递机制研 究［Ｄ］． 成都：西南交通大学，２０１５． ［１２］ 李文新，彭其渊，庄河，等． 高速铁路与既有线调度 指挥系统差异性分析［Ｊ］． 铁道运输与经济，２０１７， ３９（１０）：３６４１． ＬＩ Ｗｅｎｘｉｎ，ＰＥＮＧ Ｑｉｙｕａｎ，ＺＨＵＡＮＧ Ｈｅ，ｅｔ ａｌ． Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｒａｆｆｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ａｎｄ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｒａｉｌｗａｙ［Ｊ］． Ｒａｉｌｗａｙ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ａｎｄ Ｅｃｏｎｏｍｙ，２０１７， ３９（１０）：３６４１． ［１３］ 彭其渊，周磊山． 高速铁路调度指挥系统［Ｍ］． 北 京：中国铁道出版社，２０１１：１７１８． ［１３］ 彭其渊，王慈光． 铁路行车组织［Ｍ］． 北京：中国铁 道出版社，２００７：４２７４２８． ［１４］ 彭其渊，文超，罗建． 我国高速客运专线的调度指挥 模式［Ｊ］． 西南交通大学学报，２００６，４１（５）：５４１ ５４８． ＰＥＮＧ Ｑｉｙｕａｎ，ＷＥＮ Ｃｈａｏ，ＬＵＯ Ｊｉａｎ． Ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｌｉｎｅｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００６， ４１（５）：５４１５４８． ［１５］ 邓念，彭其渊． 高速铁路调度指挥系统纵向结构协 同有序度模型 ［Ｊ］． 西南交通大学学报，２０１６， ５１（１）：１５２１６０． ＤＥＮＧ Ｎｉａｎ，ＰＥＮＧ Ｑｉｙｕａｎ． Ｓｙｎｅｒｇｙ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１６， ５１（１）：１５２１６０． ［１６］ 彭其渊，李建光，杨宇翔，等． 高速铁路建设对我国 铁路运输的影响［Ｊ］． 西南交通大学学报，２０１６， ５１（３）：５２５５３３． ＰＥＮＧ Ｑｉｙｕａｎ，ＬＩ Ｊｉａｎｇｕａｎｇ，ＹＡＮＧ Ｙｕｘｉａｎｇ，ｅｔ ａｌ． Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｎ ｒａｉｌｗａｙ ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１６，５１（３）：５２５５３３． （编辑：郭菊彬） ３ ７ ４
