高鐵列車運行方案與客流匹配分析系統設計與開發

(中南大學 湖南 長沙 410075)

一、引言

對于鐵路運輸企業而言，在市場化的背景下，我們最需要做到的是實現鐵路企業效益最大化，而鐵路企業效益的最大化是指鐵路客運產品能最大程度地符合鐵路運輸市場的需求,即列車運行方案與客流需求盡量匹配。因此，我們需要從高鐵線路客流分布規律的角度出發，分析其列車運行方案與客流分布特征的匹配度，確定經濟合理、技術可行的列車運行方案，保證高速鐵路更好更快地發展。

目前童曉進等學者[1],對常見的客流分析種類進行了整理，表明運輸組織過程應重視與客流的分布規律相匹配，以此在滿足旅客需求的同時，提高鐵路運輸企業在客運市場的競爭力。文成龍學者[2]以海南東環鐵路的客票數據為基礎，以全線路發送客流和車站發送客流的時空分布規律作為研究對象，分析東環高鐵車站的客流時空特征與當前列車運行組織的匹配情況。

國外在匹配分析系統開發方面少有參考的文獻，因此，本文在已有研究結果的基礎上，按照系統需要實現的功能自主設計分析系統的結構，再利用Delphi 7軟件進行系統開發簡單易操作的系統，為現場的運輸組織人員提供直觀的分析結果，幫助他們更高效地計劃安排和調整列車的運行方案。

二、列車運行方案與客流匹配問題概述

列車運行方案與客流的匹配關系主要表現為各時段上運輸供給能力與需求的協調關系，或者說表現為各時段上列車發送量與客流發送量的協調關系。

本文利用圖表分析法來描述這種關系，因此需要對基礎數據進行一系列處理，在數據處理過程中，主要用到移動平均法[3]，該方法可以過濾掉數據中的隨機起伏，呈現出數據的變化趨勢。其計算公式如下：

Ei=Pi/N

(1)

式中：

i——由N個連續的同方向客流量時段，組成某方向N小時客流量均值的時段；

N——移動平均周期。

為增強不同方向同一時段間的量間的對比度，將2小時發送客流量均值進一步處理成2小時發送客流量均值占對應方向上2小時客流發送量均值總量的比例值。其計算方法如公式(2)和公式(3)所示。

EZ=∑Ei

(2)

式中：

EZ——全天某方向上各時段i的N小時客流量均值的總量。

(3)

式中：

Qi——i時段內某方向上的N小時客流均量值的比例值。

三、匹配分析系統的設計與實現

(一)匹配分析系統的設計

1.系統需求和功能模塊分析

系統需生成全線路發送客流量的2小時均值分布比例圖和各車站客流發送量與列車發送量的2小時均值分布比例圖，直觀展示給用戶。根據系統需求分析的內容，設計匹配分析系統的結構。主要功能模塊包括：全線時段客流分布子系統和各車站匹配分析子系統。其中各車站匹配分析是該系統的核心部分。

2.數據庫設計

根據對系統功能模塊和需求的分析，得出數據庫的結構如表3-1和表3-2所示。

表3-1 全線路2小時發送客流量均值比例數據

表3-2 全各車站列車發送量與客流發送量均值比例數據

(二)匹配分析系統的實現

系統的開發需要借助平臺實現。由于Delphi 7具有豐富的組件、強大的數據庫訪問技術等功能，尤其是具備圖表設計和展示功能，能達到直觀展示列車運行方案和客流匹配度的目的，符合本文對系統開發的整體要求。因此本系統選擇Delphi 7作為開發平臺。

匹配分析系統各項功能的實現需要用數據庫平臺作為數據支撐，本文以Excel為數據處理與計算平臺，以Access 2007為數據庫平臺，實現數據共享與交換，以Delphi 7開發平臺，最終實現系統的整個功能。

1.系統界面開發過程

主界面如圖3-1所示，這個界面主要用到MainMenu、Label和Button等組件。

圖3-1 匹配分析系統主界面

2.子界面的設計

子界面的設計需用到DBChart、DateSource、ADOConnection、ADOQuery和DBGrid等組件。其中DBChart和DBGrid組件起到展示列車運行方案與客流的匹配關系圖表的作用，其余組件起到數據文件傳遞的作用。

(1)DBChart的編輯

鑒于列車運行方案與客流的匹配關系是用圖表的形式來描述的，圖表結構的設計將是關乎整個系統設計好壞的重點之一。通過改變坐標軸的數值范圍和間隔、選擇線型的樣式以及改變線型的顏色和寬度。

(2)數據的讀取

在數據讀取方面，Delphi與Access軟件結合運用。其中Delphi 7提供了可以對數據進行控制和訪問的組件。

本文在匹配分析系統設計過程中主要通過使用到DateSource、ADOConnection、和ADOQuery組件讀取Access數據文件，并將數據圖形顯示到DBChart和DBGrid中。

具體的數據讀取過程為，首先讀取Access數據文件中的用戶指定的一張表中的所有字段至系統默認數據庫表中，讀取默認數據庫表并顯示至DBGrid和DBChart中，當用戶需要另一張表時，清空默認數據表中的所有數據，再重復以上操作，從而實現數據控制和訪問功能。通過對匹配分析按鈕的Onclick事件寫入一系列代碼可以實現以上功能。

四、案例分析—海南東環高鐵

(一)海南東環高鐵概況

本文以海南東環高鐵線路為研究案例，對當前東環高鐵的列車運行方案與客流的匹配度作出分析與評價。海南東環高鐵北起海口市海口站，沿著海南東海岸直達三亞地區新三亞站，于2010年12月30日正式通車運營。本案例研究區段為海口站至新三亞站全區段。

本文的基礎數據來源于海南東環高鐵2013年1月1日至10月11日時期內的列車運行時刻表以及客票數據，其中客票數據由發到站、列車車次、開行趟數、發送時間、到達時間和客流量等內容組成。

(二)案例分析

1.全線時段客流分布

點擊匹配分析系統菜單欄全線時段客流分布菜單可得到海南東環高鐵2小時發送客流量均值分布比例圖如圖4—1所示。

圖4-1 海南東環高鐵2小時發送客流量均值分布比例圖

分析比例圖可知，上行和下行的客流時間分布曲線屬于雙峰型(其特征為全線有兩個高峰點)，上行和下行第二個高峰期均出現在下午14—16點時間段內，峰值客流大致相等，14—16點高峰時段過后，上行發送客流量下降速度比下行緩慢，故可得到上行方向在14—19時間段內發送客流高峰期持續時間較長。

由以上分析可得，海南東環高鐵線路運輸組織人員應根據以上所述的客流時間分布規律制定列車運行方案，低峰時段應少開行列車，高峰時段運行的列車應最大程度滿足旅客的需求，使得全線路各時段內列車發送量與客流發送量相匹配。

2.各車站列車發送量與客流發送量匹配分析

全線路呈現的客流規律是車站呈現的客流規律的綜合體現，因此在全線路的基礎上分析列車運行方案與客流的匹配度之后，需要再進一步基于車站的客流規律分析線路上各車站列車發送量與客流發送量間趨勢變化的匹配度。本文選取美蘭站下行方向(圖4—2)為例分析其列車發送量與客流發送量的匹配程度。

圖4-2 美蘭站下行2小時列車發送量與客流發送量均值分布比例圖

分析圖4-2可知，美蘭站下行方向列車發送量與客流發送量的變化趨勢上在總體上基本匹配，但在個別時段存在列車發送量與客流發送量局部不匹配的情況。例如在12—14點和16—19點兩個時段客流量突然大幅度增加，但列車發送量基本沒變，這說明在這兩個時間段內列車在美蘭站的停站方案與該時間段的客流量不匹配，我們需要對其做出調整。

調整的思路是在美蘭站下行方向全天發送列車總量不變的基礎上，使原本經停的列車改為不停，原本不停的列車改為經停來增減不匹配時段內的列車發送量。如果采用這種方法的前提條件是該站途經列車的數量能滿足需增加列車數的要求。

表4-1 原列車發送方案與途經列車發送方案數據

通過對比圖4-2中的客流發送量比例和列車發送量比例這兩條曲線可知需要增加列車發送量的時段為12—14、16—18和17—19這三個時段。由表4-1可知只有16—18這一個時段滿足條件。在保證美蘭站下行方向全天列車發送總量不變的基礎上，減少10—12時段的列車發送量，增加16—18時段的列車發送量。調整后的美蘭站的列車運行方案與客流匹配圖如圖4—3所示。

圖4-3 美蘭站下行方向調整后的列車發送量與客流發送量均值分布比例圖

通過分析圖4—3可知，10—12和16—18時段的列車發送量與客流發送量已經匹配，但從中我們可以發現一些問題。第一，在修改途經列車的停站方案后，使得車站原本符合客流規律的時段(例如15—17時段)的列車發送量在執行上，會受到列車停站方案改變的影響，列車運行方案與客流時段變化規律不再匹配。第二，原本經停列車不但對發送的客流有影響，而且對到達的客流也有影響。因此，還需要考慮調整后的列車發送量與到達客流量的匹配情況。

綜上，本文僅利用這種調整方法來表明該匹配分析系統能起到提高調整列車運行方案的效率的實際作用，但在實際執行方面，還需要根據各車站的具體情況進行合理性評估。

五、結束語

本文借助開發好的匹配分析系統，以海南東環高鐵線路的客票數據為案例分別從全線時段客流和各車站客流規律兩個角度分析了列車運行方案與客流的匹配度，給出對應于中間站的列車運行方案調整方法，并以美蘭站下行方向為例給出了調整之后的匹配結果，能有效地提高列車運行組織人員編制運行圖的效率。