城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行調(diào)整策略研究

滕 飛

（南京恩瑞特實(shí)業(yè)有限公司，江蘇南京 211106）

1 引言

城市軌道交通列車(chē)運(yùn)行采用基于連續(xù)車(chē)地雙向通信的列車(chē)運(yùn)行控制技術(shù)（CBTC），先進(jìn)的CBTC技術(shù)可使列車(chē)開(kāi)行密度增大、追蹤間隔縮短，從而提高列車(chē)運(yùn)營(yíng)效率。但是，高密度、短間隔的行車(chē)方式使得列車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中抗干擾能力減弱，設(shè)備故障等原因?qū)е铝熊?chē)早晚點(diǎn)情況時(shí)有發(fā)生，影響運(yùn)營(yíng)服務(wù)質(zhì)量。如何采用合理的列車(chē)調(diào)整策略控制列車(chē)按照計(jì)劃運(yùn)行圖運(yùn)行，當(dāng)列車(chē)偏離計(jì)劃運(yùn)行圖運(yùn)行時(shí)，通過(guò)調(diào)整列車(chē)的停站時(shí)間和站間運(yùn)行時(shí)間使列車(chē)趨于正常運(yùn)行是列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)（ATS）中重要的研究方向。

ATS系統(tǒng)對(duì)列車(chē)的調(diào)整策略包括自動(dòng)調(diào)整和人工調(diào)整，列車(chē)自動(dòng)調(diào)整（Automatic Train Regulation，ATR）是列車(chē)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中的一個(gè)重要子系統(tǒng)，ATR在保證列車(chē)安全運(yùn)行的前提下，通過(guò)調(diào)整列車(chē)在各站的停站時(shí)間和站間運(yùn)行時(shí)間，使早晚點(diǎn)列車(chē)在經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的運(yùn)行后恢復(fù)到正常運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。本文主要介紹時(shí)刻表調(diào)整、時(shí)刻表偏移調(diào)整、等間隔調(diào)整和人工調(diào)整4種列車(chē)調(diào)整策略，以期為城市軌道交通運(yùn)營(yíng)早晚點(diǎn)情況下列車(chē)行車(chē)組織提供參考和借鑒。

2 列車(chē)運(yùn)行偏差問(wèn)題分析

在城市軌道交通實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，影響運(yùn)營(yíng)的事件多種多樣，針對(duì)不同的情況采用不同的調(diào)整策略，具體如下。

（1）運(yùn)營(yíng)過(guò)程中發(fā)生短暫的臨時(shí)事件（如屏蔽門(mén)延遲關(guān)閉）導(dǎo)致列車(chē)晚點(diǎn)，這類事件影響范圍較小、影響時(shí)間較短，可以通過(guò)對(duì)單列車(chē)的時(shí)刻表調(diào)整策略使其趨于正點(diǎn)運(yùn)行。

（2）運(yùn)營(yíng)過(guò)程中由于設(shè)備故障導(dǎo)致全線列車(chē)的全周轉(zhuǎn)時(shí)間延長(zhǎng)，全線列車(chē)運(yùn)行整體偏離計(jì)劃運(yùn)行圖，可以通過(guò)全線列車(chē)的時(shí)刻表調(diào)整或者時(shí)刻表偏移調(diào)整使列車(chē)運(yùn)行趨于正常。

（3）運(yùn)營(yíng)過(guò)程中由于某些特殊原因，導(dǎo)致列車(chē)大面積擁塞，通過(guò)時(shí)刻表調(diào)整或時(shí)刻表偏移調(diào)整無(wú)法使列車(chē)正常運(yùn)行時(shí)，可以采用等間隔調(diào)整策略，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前列車(chē)與前一列車(chē)之間的追蹤間隔等于當(dāng)前列車(chē)與其后列車(chē)之間的追蹤間隔。

（4）當(dāng)某些站由于大型社會(huì)活動(dòng)出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)客流量激增情況，進(jìn)而導(dǎo)致列車(chē)由于停站時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而晚點(diǎn)時(shí)，可以采用人工調(diào)整的方式，通過(guò)人工設(shè)置該站的停站時(shí)間和站間運(yùn)行時(shí)間，適當(dāng)延長(zhǎng)該站的停站時(shí)間并相應(yīng)地縮短站間運(yùn)行時(shí)間，使列車(chē)正點(diǎn)運(yùn)行。

列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，調(diào)度員工作站人機(jī)交互界面（HMI）的車(chē)次框中會(huì)實(shí)時(shí)顯示列車(chē)的運(yùn)行偏差，如圖1所示。由圖可知，車(chē)次號(hào)為13100802的列車(chē)運(yùn)行偏差值為+3 959 s，即該列車(chē)運(yùn)行晚于計(jì)劃運(yùn)行時(shí)間3 959 s，若偏差值小于0，則表示列車(chē)運(yùn)行早于計(jì)劃運(yùn)行時(shí)間。

圖1 車(chē)次框

當(dāng)列車(chē)的實(shí)際運(yùn)行與當(dāng)日的計(jì)劃運(yùn)行圖之間發(fā)生較小偏差（偏差值由調(diào)度員設(shè)定）時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)按照時(shí)刻表調(diào)整策略調(diào)整列車(chē)運(yùn)行，使列車(chē)運(yùn)行至正點(diǎn)狀態(tài)。當(dāng)列車(chē)的實(shí)際運(yùn)行與當(dāng)日的計(jì)劃運(yùn)行圖之間的偏差較大時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出“偏差較大”報(bào)警，同時(shí)系統(tǒng)根據(jù)列車(chē)實(shí)際運(yùn)行的偏差情況，自動(dòng)生成列車(chē)調(diào)整計(jì)劃供調(diào)度員參考。當(dāng)列車(chē)的實(shí)際運(yùn)行與當(dāng)日的計(jì)劃運(yùn)行圖之間的偏差超出一定的范圍時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出“偏差過(guò)大”報(bào)警，同時(shí)以起始站或終到站為基點(diǎn)，自動(dòng)對(duì)所有列車(chē)按等間隔運(yùn)行原則生成調(diào)整計(jì)劃，經(jīng)調(diào)度員確認(rèn)后對(duì)全線列車(chē)進(jìn)行等間隔調(diào)整。

ATS系統(tǒng)自動(dòng)列車(chē)調(diào)整以時(shí)刻表調(diào)整策略為缺省模式，并提供列車(chē)調(diào)整策略的切換功能。圖2為HMI軟件中ATR調(diào)整功能窗口，該窗口用于調(diào)度員設(shè)置列車(chē)調(diào)整策略及相應(yīng)的參數(shù)，并提供查看當(dāng)前全線列車(chē)及某輛列車(chē)調(diào)整策略的功能。

圖2 HMI調(diào)整界面

無(wú)論采用哪種調(diào)整模式，系統(tǒng)應(yīng)首先確定列車(chē)計(jì)劃到站時(shí)間TPlanArrive、計(jì)劃離站時(shí)間TPlanDepart、實(shí)際到站時(shí)間TActualArrive、實(shí)際離站時(shí)間TActualDepart、計(jì)劃停站時(shí)間TPlanDwell、計(jì)劃站間運(yùn)行時(shí)間TPlanRun、最大停站時(shí)間TMaxDell、最小停站時(shí)間TMinDwell、最大站間運(yùn)行時(shí)間TMaxRun、最小站間運(yùn)行時(shí)間TMinRun，并計(jì)算列車(chē)的運(yùn)行偏差時(shí)間TDeviation=TActualArrive-TPlanArrive或TDeviation=TActualDepart-TPlanDepart。列車(chē)到離站時(shí)，根據(jù)列車(chē)的運(yùn)行偏差，調(diào)整列車(chē)的停站時(shí)間TDwell和站間運(yùn)行時(shí)間TRun，使列車(chē)運(yùn)行趨于正常。

無(wú)論采用哪種列車(chē)調(diào)整策略，應(yīng)首先調(diào)整列車(chē)的站間運(yùn)行時(shí)間，當(dāng)只調(diào)整列車(chē)站間運(yùn)行時(shí)間不能滿足需要時(shí)，再對(duì)列車(chē)停站時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，避免乘客上車(chē)之后長(zhǎng)時(shí)間等待或者留給乘客上、下車(chē)時(shí)間過(guò)短而影響乘客體驗(yàn)。此外，應(yīng)保證調(diào)整之后的停站時(shí)間在[最小停站時(shí)間，最大停站時(shí)間]范圍內(nèi)，調(diào)整之后的站間運(yùn)行時(shí)間應(yīng)在[最小站間運(yùn)行時(shí)間，最大站間運(yùn)行時(shí)間]范圍內(nèi)，即滿足：TMinDwell≤TDwell≤TMaxDwell、TMinRun≤TRun≤TMaxRun。若TRun＞TMaxRun，則TRun=TMaxRun；若TRun＜TMinRun，則TRun=TMinRun；若TDwell＞TMaxDwell，則TDwell=TMaxDwell；若TDwell＜TMinDwell，則TDwell=TMinDwell。避免出現(xiàn)列車(chē)“惰行”、停站時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短等情況。

3 調(diào)整策略分析

本節(jié)將從城市軌道交通的實(shí)際運(yùn)營(yíng)需求考慮，討論時(shí)刻表調(diào)整、時(shí)刻表偏移調(diào)整、等間隔調(diào)整和人工調(diào)整4種調(diào)整策略的使用場(chǎng)景和設(shè)計(jì)原理。

3.1 自動(dòng)調(diào)整

3.1.1 時(shí)刻表調(diào)整

時(shí)刻表調(diào)整策略用于線路部分列車(chē)或全部列車(chē)出現(xiàn)小范圍運(yùn)行偏差的情況，通過(guò)時(shí)刻表調(diào)整，減小列車(chē)實(shí)際運(yùn)行與計(jì)劃運(yùn)行圖之間的偏差，使得列車(chē)盡量貼合計(jì)劃時(shí)刻表運(yùn)行。

時(shí)刻表調(diào)整策略的基本流程如圖3所示，當(dāng)列車(chē)偏差時(shí)間小于調(diào)度員設(shè)定的偏差值（5 s）時(shí)不進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，當(dāng)列車(chē)偏差時(shí)間大于調(diào)度員設(shè)定的偏差值（5 s）時(shí)，通過(guò)調(diào)整列車(chē)停站時(shí)間和站間運(yùn)行時(shí)間，使列車(chē)趨向正點(diǎn)。當(dāng)列車(chē)早點(diǎn)時(shí)，通過(guò)增加停站時(shí)間和站間運(yùn)行時(shí)間使列車(chē)運(yùn)行趨向正點(diǎn)；當(dāng)列車(chē)晚點(diǎn)時(shí)，通過(guò)減少停站時(shí)間和站間運(yùn)行時(shí)間使列車(chē)運(yùn)行趨向正點(diǎn)。列車(chē)到站時(shí)，對(duì)列車(chē)停站時(shí)間和站間運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，列車(chē)離站時(shí)，只對(duì)列車(chē)站間運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。

圖3 時(shí)刻表調(diào)整策略流程圖

3.1.2 時(shí)刻表偏移調(diào)整

時(shí)刻表偏移調(diào)整策略用于線路大部分列車(chē)整體偏移時(shí)刻表運(yùn)行的情況，此時(shí)不適合將列車(chē)按照時(shí)刻表調(diào)整，宜采用時(shí)刻表偏移調(diào)整使得列車(chē)的實(shí)際運(yùn)行圖與計(jì)劃運(yùn)行圖保持平行。時(shí)刻表偏移調(diào)整以時(shí)刻表調(diào)整為基礎(chǔ)，當(dāng)列車(chē)早點(diǎn)時(shí)，通過(guò)增加停站時(shí)間和站間運(yùn)行時(shí)間，使列車(chē)運(yùn)行趨向偏移后的正點(diǎn)；當(dāng)列車(chē)晚點(diǎn)時(shí)，通過(guò)減少停站時(shí)間和站間運(yùn)行時(shí)間，使列車(chē)運(yùn)行趨向偏移后的正點(diǎn)。

圖4為南昌地鐵3號(hào)線時(shí)刻表偏移調(diào)整策略列車(chē)運(yùn)行圖，當(dāng)設(shè)置全線列車(chē)采用時(shí)刻表偏移調(diào)整策略，偏移值為620 s時(shí)，車(chē)次號(hào)為22101214的列車(chē)經(jīng)過(guò)時(shí)刻表偏移調(diào)整后，實(shí)際運(yùn)行線與計(jì)劃運(yùn)行線平行，2條運(yùn)行線之間的差值為620 s。

圖4 時(shí)刻表偏移調(diào)整策略列車(chē)運(yùn)行圖

3.1.3 等間隔調(diào)整

當(dāng)全線列車(chē)發(fā)生大規(guī)模晚點(diǎn)，實(shí)際運(yùn)行圖與當(dāng)日的計(jì)劃運(yùn)行圖之間的偏差超過(guò)規(guī)定范圍，通過(guò)時(shí)刻表調(diào)整或時(shí)刻表偏移調(diào)整無(wú)法使列車(chē)正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出“嚴(yán)重偏離計(jì)劃”報(bào)警，控制中心調(diào)度員可以選擇將列車(chē)調(diào)整策略切換到等間隔調(diào)整。ATS系統(tǒng)可以自動(dòng)判斷線路上所有列車(chē)運(yùn)行的交路，并自動(dòng)計(jì)算各交路的間隔時(shí)間，經(jīng)調(diào)度員確認(rèn)后即可按指定的間隔時(shí)間對(duì)全線列車(chē)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)度員也可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況，指定各交路的間隔時(shí)間，要求ATS按此間隔時(shí)間進(jìn)行調(diào)整。ATS系統(tǒng)根據(jù)選擇的列車(chē)運(yùn)行交路、設(shè)定的運(yùn)行間隔或列車(chē)數(shù)量，自動(dòng)計(jì)算列車(chē)在各車(chē)站的到發(fā)點(diǎn)時(shí)間，控制列車(chē)按照間隔時(shí)間運(yùn)行。通過(guò)等間隔調(diào)整，實(shí)現(xiàn)當(dāng)前列車(chē)與之前列車(chē)之間的追蹤間隔等于當(dāng)前列車(chē)與其后列車(chē)之間的追蹤間隔。

等間隔調(diào)整時(shí)，需要重新分配列車(chē)的運(yùn)行交路，并計(jì)算每個(gè)交路的運(yùn)行間隔。所以切換為等間隔調(diào)整模式之后，系統(tǒng)將清除所有列車(chē)的計(jì)劃信息，使列車(chē)變?yōu)榉怯?jì)劃車(chē)，根據(jù)列車(chē)的運(yùn)行目的地碼重新為列車(chē)分配車(chē)次號(hào)，并重新計(jì)算列車(chē)預(yù)報(bào)信息。列車(chē)到達(dá)折返站臺(tái)后，系統(tǒng)將根據(jù)其運(yùn)行交路自動(dòng)為列車(chē)分配下一行程的目的地碼，并根據(jù)站臺(tái)上一列車(chē)發(fā)車(chē)時(shí)間加上間隔時(shí)間，作為下一列車(chē)的期望發(fā)車(chē)時(shí)間，計(jì)算調(diào)整后的停站時(shí)間。站間運(yùn)行時(shí)間不調(diào)整，使用最小的站間運(yùn)行時(shí)間。

3.2 人工調(diào)整

人工調(diào)整策略是指調(diào)度員對(duì)部分車(chē)站設(shè)置停站時(shí)間和站間運(yùn)行時(shí)間，用于某些站有大型社會(huì)活動(dòng)或者線路故障等場(chǎng)景，需要臨時(shí)調(diào)整某些站的停站時(shí)間或者站間運(yùn)行時(shí)間。人工調(diào)整可以實(shí)現(xiàn)某輛列車(chē)在某些車(chē)站按照人工調(diào)整策略運(yùn)行，也可以實(shí)現(xiàn)全線所有列車(chē)在某些車(chē)站按照人工調(diào)整策略運(yùn)行。圖5為調(diào)度員工作站HMI上人工調(diào)整設(shè)置界面，人工調(diào)整既支持設(shè)置列車(chē)在某些站的停站時(shí)間，也支持調(diào)整列車(chē)在某些區(qū)間的站間運(yùn)行時(shí)間，還可以支持同時(shí)設(shè)置停站時(shí)間和站間運(yùn)行時(shí)間。

圖5 HMI人工調(diào)整窗口

人工調(diào)整策略具有比自動(dòng)調(diào)整策略更高的優(yōu)先級(jí)，可以與自動(dòng)調(diào)整策略同時(shí)使用。例如，當(dāng)全線列車(chē)采用時(shí)刻表調(diào)整模式策略，某車(chē)站對(duì)全線所有列車(chē)采用人工調(diào)整策略時(shí)，全線所有列車(chē)在該站按照人工調(diào)整策略運(yùn)行，在其他站按照時(shí)刻表調(diào)整策略運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文從城市軌道交通的實(shí)際運(yùn)營(yíng)需求考慮，分析了時(shí)刻表調(diào)整、時(shí)刻表偏移調(diào)整、等間隔調(diào)整和人工調(diào)整4種調(diào)整策略的使用場(chǎng)景和設(shè)計(jì)原理，對(duì)相關(guān)從業(yè)人員及研究人員具有一定的學(xué)習(xí)和參考價(jià)值。但是，由于不同的線路情況和運(yùn)營(yíng)場(chǎng)景列車(chē)調(diào)整策略也不盡相同，并且伴隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大、人口數(shù)量的增加以及列車(chē)運(yùn)行間隔的縮短，列車(chē)調(diào)整問(wèn)題的難度和復(fù)雜性也日益增加，需要從業(yè)人員對(duì)列車(chē)調(diào)整問(wèn)題進(jìn)行更加深入的研究。