淺析地鐵列車運行自動調整算法的優化

吳 濤

地鐵列車在載客運行時，一般情況是按照列車的運行計劃正點運行，但是現實環境復雜多變，容易產生列車早晚點的情況，列車沒有按照計劃時間到達，就需要進行運行調整。一般列車早點時間不會太長，用增加停站時間來解決即可;而對于列車晚點的情況，相對就要復雜得多。

如圖1所示，如果受某種不可控因素影響出現了列車大面積晚點，經過一段時間的搶修，故障排除，列車繼續運行，在這種情況之下，就需要快速調動運力，最大限度地保障旅客運輸任務。首先在大量站臺客流的情況下，將旅客安全、及時地送達目的地;其次，盡量滿足列車載客的乘坐舒適度，也就是控制列車的擁擠程度，在客流量集中時，使列車密集運行，以最大運量疏導客流。

本文就是創建一套更加合理的調整方案，在列車重大延誤的時候，能夠較好地疏散因延誤積累的客流。此調整方案被稱為客流累計調整法。

圖1 列車運行調整方框圖

1 現有調整方法調查

現有的調整方法都是放在ATS(Automatic Train Supervision)列車自動監督系統中。ATS系統是ATC列車自動控制系統的一個子系統，用來監控列車，調整各個列車的運行以滿足時刻表，并提供數據用來支持調整服務，以應對各種不可預期的因素所產生的擾動，力求使這種擾動所帶來的干擾對運行服務的影響最小化。

在CBTC基于無線通信的列車自動控制系統中，區域信息處理單元將所有列車位置信息，包括到站和離站事件信息，轉發到列車運行監督系統ATS系統中，根據這些信息檢測列車運行。如果列車運行是進站或離站，ATS系統將會把此事件報告到時刻表比較單元和乘客信息顯示系統;時刻表比較單元計算時刻表的偏差并發送調整命令到列車自動調整單元;列車自動調整單元將調整結果轉換成合適的列車調整命令，然后通過過程連接轉發到列車ATO。停站時間也被發送到控制著停車時間指示器的特定本地前端處理器，且離站時間被報告到進路自動排列單元，計算每列列車的預計到站時間，并被發送到乘客信息顯示系統，由乘客信息顯示系統進行存儲和管理。

在ATS系統中，現有技術在列車重大晚點的時候，主要有以下幾種調整方案。

1.等間隔法。當列車運行發生大規模晚點，與當日的計劃運行圖偏離時間超過規定范圍后，系統以起始站或終到站為基點對所有列車自動按等間隔運行原則生成調整計劃，經調度員確認后對全線列車進行調整。

2.時間校正法。當對系統中的所有列車實施“時間校正法”后，能夠使聚團的列車很快回到時刻表上。對延遲的列車指定更短的運行時間和停站時間，而對早點很多的列車指定更長的運行時間和停站時間，在終端站折返后，校正時間繼續有效，直到所有列車運行信息校正為當日的列車運行計劃。

3.時刻表平移法。對列車時刻表計劃在時間軸上進行整體平移，達到列車運行調整的目的。

2 現有調整法存在的不足

現有的這幾種調整方法都沒有考慮在列車發生重大延遲的時候，隨著延誤的時間越長，客流量會發生累計，在地鐵站會積累大量的人流，當故障排除后，列車正常運行，需要及時、快速地疏散這些人流。

1.等間隔法。重大晚點后，按照等間隔的方法生成新的列車運行計劃，新計劃列車相隔時間一致，并沒有考慮到因晚點積累的人流量，致使重新開始運行的前幾趟列車超員情況嚴重，旅客舒適度降低。

2.時間校正法。當列車晚點較多的時候，為了同計劃運行時間一致，列車往往按照速度上限運行，這樣可能會增加列車運行的不安全性，而且如果晚點的情況較多，列車也需要很長的時間才能調整到按計劃時刻表運行。

3.時刻表平移法。由于列車計劃時刻表統一平移，則當日列車末班車的時間必然延后，可能會產生一系列如司機延遲下班之類的問題。

3 調整優化

在發生重大延遲情況下，以列車延誤時間作為旅客流量積累的依據，與故障排除后列車開行的密度建立調整模型，充分考慮列車重新開行后對旅客的疏導情況，根據數據模型重新生成列車運行計劃，提高了列車調整方案對累計旅客流量的疏導能力。此方法為流量累計調整法。

本方法將積累的人流量，作為列車開行計劃間隔計算參數，建立計劃計算模型，ATS按照數據模型編制計劃生成程序，待調度員確認后，全線列車再執行新的列車運行計劃。

圖2是發生重大晚點時顯示的列車運行計劃圖和實際運行圖。在時間T線路發生故障，所有到達S11車站的列車都停止運行，當出現這種情況時，需要采用本方法，生成新的列車運行計劃，具體步驟如下:

圖2 列車重大晚點示意圖

1.首先進行地鐵客流量分析。對于每一列地鐵列車，列車的型號、線路車站數、運行線路都是不變的，因此，在實際運行過程中，乘客的流向是可以通過AFC(地鐵自動售檢票)系統統計得出的，圖3為乘客流向圖。

圖3 乘客流向圖

通過AFC系統，根據1周、10天、或者幾個月的旅客進站人數，進行統計得出△ti時間段內一個平均數Q△ti(例如8:10至8:12，平均進站人數是200人)，如不是特殊日期，假定每天對應時間段的旅客進站人數大致相等，則旅客進站總人數F為:

2.再確定以最小運行間隔發車的列車數量。設定每趟車疏散的人流為Y，它由列車的型號確定，一般為此列車的最大載客量，也可以略小，則列車數量Z為 (floor是取整數的函數):

當然，旅客都愿意趕前一趟車盡快到達目的地，所以旅客流量是不會平均分配到各趟列車的。當F值大到一定程度，地鐵工作人員也會停止其他旅客進站，因此，可以限定Z的最大值為6，也就是說旅客站臺候車人數積累不是無限擴大的，是有一定限度的，6趟最小間隔發車的列車運行之后，計劃列車恢復成正常運行間隔。

3.在ATS系統中每個車站都有缺省的停站時間H和缺省的發站到下站間運行時間T，j為發生重大延遲的車站號，列車運行最小間隔時間為X，缺省的運行間隔時間為W。

4.當發生重大列車晚點，故障排除后，先根據公式 (1)計算出累積的旅客流量，然后再依據公式 (2)計算出Z的值，按照Z的值，列車的最小間隔時間為X，缺省的停站時間Hj，缺省的發站到下站間運行時間Tj，共同計算，得出新的列車運行計劃，如下列公式，其中Hj+1為j+1號站的缺省停站時間，Tj+1為j+1號站缺省的到下站的列車運行時間，last表示最后一站。

第一趟車在j車站的計劃:當前時間 +Hj+Tj+Hj+1+Tj+1+…+Hlast+Tlast

第二趟車在j車站的計劃:當前時間 +X+Hj+Tj+Hj+1+Tj+1+…+Hlast+Tlast

…

第Z趟車在j車站的計劃:當前時間 +(Z-1)X+Hj+Tj+Hj+1+Tj+1+…+Hlast+Tlast

Z趟車之后，大量擁擠的站臺客流被疏散，列車轉入正常運行，再開行的列車按照缺省的停站時間、運行時間、運行間隔制定列車運行計劃。

第Z+1趟車在j車站的計劃:當前時間+(Z-1)X+W+Hj+Tj+Hj+1+Tj+1+…+Hlast+Tlast

第Z+2趟車在j車站的計劃:當前時間 +(Z-1)X+2W+Hj+Tj+Hj+1+Tj+1+…+Hlast+Tlast

…

第Z+n趟車在j車站的計劃:當前時間 +(Z-1)X+nW+Hj+Tj+Hj+1+Tj+1+…Hlast+Tlast

此n值為調整前原計劃通過j車站的列車數量，用如上方法即可推出所有調整后的當日列車計劃，這個計劃還不是最終計劃，還要考慮末班車的時間參數，例如某終點站末班車時間為23:30，那么超過此時間發車的計劃，將被調整程序自動刪除。通過一系列的計算得出調整后當日運行計劃，顯示在終端上，便于調度員核查，確認后供全線列車執行。

4 總結

本方法是一種針對地鐵信號系統ATS子系統監督在線列車發生重大晚點時，由計算機軟件程序對列車運行計劃進行調整的高效的調整方式。與其他現有方法對比，本方法考慮了因晚點旅客滯留的情況，并建立了旅客流量與計劃最小間隔發車數量之間的計算模型。這是一種創新的方案，最大限度地解決了前幾趟車的擁擠，體現了以人為本的系統設計理念。

［1］ IEEE Std.1474.1-2004.IEEE基于通信的列車控制(CBTC)系統的性能和功能要求［S］.2004.

［2］ IEEE Std.1474.2-2003，IEEE基于通信的列車控制(CBTC)系統用戶界面要求［S］.2003.