趙疆昀

（天津軌道交通運(yùn)營集團(tuán)有限公司，天津 300392）

0 引言

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，多個(gè)城市已形成放射與環(huán)狀結(jié)構(gòu)相結(jié)合的地鐵運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)。從線網(wǎng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的角度來看，各線路列車運(yùn)行計(jì)劃應(yīng)不僅滿足本線路的客流運(yùn)輸需求及運(yùn)營車公里要求，還應(yīng)重點(diǎn)保障線網(wǎng)首末班車及大客流換乘站良好的列車換乘接續(xù)關(guān)系。由于各地鐵線路建設(shè)開通時(shí)間不同，不同供貨商提供的運(yùn)行圖編輯工作站功能、邏輯差異較大，采用傳統(tǒng)模式人工編制運(yùn)行圖、核對時(shí)刻表的弊端已逐漸凸顯。為滿足日常運(yùn)營、新線開通及大客流等情況下不同線路間列車運(yùn)行的協(xié)調(diào)運(yùn)作需求，亟需研發(fā)各線協(xié)調(diào)統(tǒng)一、合理規(guī)劃運(yùn)輸銜接、高效疏解全網(wǎng)客流的線網(wǎng)列車運(yùn)行圖編制系統(tǒng)。以天津城市軌道交通智慧化運(yùn)行圖編制系統(tǒng)研究開發(fā)為例，闡述網(wǎng)絡(luò)化列車運(yùn)行圖編制系統(tǒng)的功能及技術(shù)方案。

1 建設(shè)背景

天津軌道交通近年積極引入社會(huì)資本參與軌道交通建設(shè)運(yùn)營，預(yù)計(jì)截至2021年底開通運(yùn)營線路8條、運(yùn)營車站164 座、運(yùn)營里程達(dá)265km，形成了多家運(yùn)營主體共同參與的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營新格局。在列車運(yùn)行計(jì)劃編制方面，早期開通的部分線路不具備專用編制軟件，需要人工鋪畫運(yùn)行圖、制作時(shí)刻表，運(yùn)行計(jì)劃的編制和導(dǎo)入周期較長。其他線路普遍通過信號系統(tǒng)的運(yùn)行圖編輯工作站編制，但不同供貨商提供的產(chǎn)品在系統(tǒng)功能、邏輯方面差異較大，學(xué)習(xí)培訓(xùn)周期長，不具有良好的延續(xù)性。在線間列車銜接方面，隨著運(yùn)營線路的增加，換乘站列車銜接還存在精細(xì)度不足的問題。目前投入運(yùn)營的換乘站共計(jì)19 座，其中腫瘤醫(yī)院站、天津賓館站、文化中心站為5 號線、6 號線的同臺換乘車站，換乘行走距離短，易出現(xiàn)客流沖突現(xiàn)象，另外天津站、西站屬于綜合交通樞紐，換乘銜接關(guān)系復(fù)雜。為保障運(yùn)營安全及服務(wù)質(zhì)量，有必要協(xié)調(diào)優(yōu)化各線路列車在換乘站的銜接關(guān)系。

從智慧城軌發(fā)展的角度，線路運(yùn)力配置應(yīng)靈活匹配不同時(shí)段客流分布情況，避免運(yùn)力浪費(fèi)，因此有必要根據(jù)客流分布及預(yù)測情況實(shí)現(xiàn)運(yùn)行圖編制的自動(dòng)化、智慧化、智能化。從決策層為運(yùn)行計(jì)劃編制者提供決策的依據(jù)和建議，實(shí)現(xiàn)各線協(xié)調(diào)、合理運(yùn)輸、高效疏解全網(wǎng)客流的線網(wǎng)列車運(yùn)行圖編制功能。

2 建設(shè)目標(biāo)

網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行圖編制系統(tǒng)應(yīng)具備客流分析及預(yù)測功能，充分考慮線路設(shè)備配置，編制的列車運(yùn)行計(jì)劃信息與線路客流特征相匹配，并設(shè)置便捷、靈活的查詢、輸出界面。主要功能目標(biāo)描述如下。

2.1 線網(wǎng)運(yùn)輸計(jì)劃評估

客流預(yù)測數(shù)據(jù)是指基于歷史客流及行車數(shù)據(jù)，對未來一個(gè)時(shí)段內(nèi)的客流進(jìn)行預(yù)測，包括應(yīng)用客流預(yù)測工具得到的預(yù)測客流量和統(tǒng)計(jì)分析平臺的歷史同類型客流量數(shù)據(jù)?？土髁繑?shù)據(jù)主要包括分時(shí)分方向的斷面客流量、客流量總量、分方向換乘量，已知大客流的持續(xù)時(shí)間等。根據(jù)客流預(yù)測結(jié)果，結(jié)合歷史行車數(shù)據(jù)及當(dāng)前行車條件，評估確定交路方案、站停方案分時(shí)段開行對數(shù)、首末車時(shí)間方案、運(yùn)力配置計(jì)劃等運(yùn)行圖要素。交路方案主要根據(jù)高峰分時(shí)線路斷面客流量的預(yù)測結(jié)果，確定線路的交路形式，包括單一列車交路、大小列車交路、共線列車交路等。在交路方案確定后，根據(jù)可運(yùn)用車組數(shù)、線路通過能力和最小開行間隔的約束條件分別為每交路設(shè)置站停方案。結(jié)合換乘站的換乘客流量、線路運(yùn)輸服務(wù)要求、線路可運(yùn)用車組數(shù)、車輛定員數(shù)據(jù)，結(jié)合客流預(yù)測及歷史行車數(shù)據(jù)，確定全線網(wǎng)運(yùn)力配置的分時(shí)段開行對數(shù)。

2.2 線網(wǎng)列車運(yùn)行圖編制

建立地鐵線網(wǎng)列車運(yùn)行圖編制的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括線網(wǎng)基礎(chǔ)參數(shù)、車站信息、列車運(yùn)行標(biāo)尺、列車開行方案、運(yùn)行圖接口信息等，完成地鐵線網(wǎng)單條、多條及全網(wǎng)所有線路列車運(yùn)行圖的自動(dòng)編制與調(diào)整。其中，列車運(yùn)行圖管理包括運(yùn)行圖參數(shù)及版本管理，不同時(shí)刻表及計(jì)劃線類型的導(dǎo)出功能等。

2.3 列車運(yùn)行銜接評估

提供線網(wǎng)列車運(yùn)行圖銜接評估功能，通過評估產(chǎn)生評估分析結(jié)果,根據(jù)分析結(jié)果得到線網(wǎng)列車運(yùn)行圖調(diào)整策略，對線網(wǎng)列車運(yùn)行圖進(jìn)行優(yōu)化編制調(diào)整，調(diào)整結(jié)果又可以進(jìn)行評估分析，形成“編制—評估—調(diào)整”閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的地鐵線網(wǎng)列車運(yùn)行結(jié)果見圖1。

圖1 系統(tǒng)功能目標(biāo)

3 技術(shù)方案

3.1 技術(shù)總體架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行圖編制系統(tǒng)體系架構(gòu)主要由“三個(gè)體系”和“三個(gè)層次”構(gòu)成。其中，三個(gè)體系指標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、業(yè)務(wù)管理體系和安全保障體系，即將管理形式和技術(shù)手段結(jié)合，提供各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范保障、組織與管理保障、安全措施與安全技術(shù)保障等。三個(gè)層次指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺層、數(shù)據(jù)資源層和應(yīng)用層。在體系架構(gòu)中，每個(gè)層次的結(jié)構(gòu)和功能相對獨(dú)立，下一層為上一層提供支持和服務(wù)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺層主要是系統(tǒng)運(yùn)行所需的軟硬件平臺。根據(jù)應(yīng)用需要和資源需求，主要包括網(wǎng)絡(luò)通信平臺、服務(wù)器及存儲(chǔ)平臺、系統(tǒng)軟件/數(shù)據(jù)庫平臺。數(shù)據(jù)資源層的核心任務(wù)是進(jìn)行城市軌道交通運(yùn)行圖涉及的資源利用和開發(fā)。按照業(yè)務(wù)系統(tǒng)的實(shí)際需求，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系的指導(dǎo)下，進(jìn)行資源建設(shè)，主要包括資源獲取、資源分類、資源管理、資源整合等。應(yīng)用層是城市軌道交通系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯應(yīng)用系統(tǒng)的集合。根據(jù)業(yè)務(wù)需要，整合構(gòu)建各類應(yīng)用系統(tǒng)，包括線數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、線網(wǎng)運(yùn)輸計(jì)劃評估子系統(tǒng)、線網(wǎng)列車運(yùn)行圖編制子系統(tǒng)、線網(wǎng)列車運(yùn)行圖評估子系統(tǒng)及線網(wǎng)列車運(yùn)行計(jì)劃發(fā)布子系統(tǒng)及接口子系統(tǒng)等。系統(tǒng)建設(shè)過程中建立統(tǒng)一的應(yīng)用集成平臺，提高各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的共享度，簡化業(yè)務(wù)處理過程，使各種處理過程自動(dòng)化以及優(yōu)化現(xiàn)有的業(yè)務(wù)流程。

3.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

采用C/S 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，由運(yùn)行圖服務(wù)器、運(yùn)行圖客戶端組成。服務(wù)器包含整個(gè)城市所有地鐵線路的運(yùn)行圖數(shù)據(jù)，將負(fù)責(zé)各線路或區(qū)域的地鐵線網(wǎng)列車運(yùn)行圖編制人員作為客戶端，可查看全局范圍的所有數(shù)據(jù)，包括地鐵線網(wǎng)列車運(yùn)行圖的所有要素：線路、車站、區(qū)間、運(yùn)行標(biāo)尺、顯示分段、車輛交路等。用戶根據(jù)各自負(fù)責(zé)的管轄范圍對權(quán)限進(jìn)行了限定，僅對自己管轄范圍內(nèi)的運(yùn)行圖具備管理和編制權(quán)限。為適應(yīng)局域網(wǎng)條件下和廣域網(wǎng)條件下城市軌道交通運(yùn)行圖編制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性，采用TUXEDO 通信中間件完成網(wǎng)絡(luò)通信，各運(yùn)行圖客戶端通過該服務(wù)器與運(yùn)行圖服務(wù)器之間完成數(shù)據(jù)通信，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

3.3 組網(wǎng)操控方式

對于服務(wù)器端，需要進(jìn)行組網(wǎng)設(shè)置，對于客戶端，僅需要簡單的設(shè)置即可完成組網(wǎng)，進(jìn)行地鐵線網(wǎng)列車運(yùn)行計(jì)劃的協(xié)同化編制。

3.3.1 服務(wù)器端

服務(wù)器端提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)配置助手工具，運(yùn)行配置工具后所有參數(shù)均自動(dòng)采集，無需人工設(shè)置，選擇“生成配置文件”即可生成服務(wù)器端的TUXEDO 配置文件。在首次運(yùn)行TUXEDO 服務(wù)器時(shí)，需要選擇該按鈕生成配置文件，若已經(jīng)生成則不用再生成配置文件。選擇“啟動(dòng)服務(wù)”按鈕啟動(dòng)TUXEDO 服務(wù)器，如果需要重啟服務(wù)，則先選擇“停止服務(wù)”然后再啟動(dòng)服務(wù)。啟動(dòng)運(yùn)行圖服務(wù)器，載入整個(gè)地鐵線網(wǎng)運(yùn)行圖數(shù)據(jù)庫，切換至服務(wù)器狀態(tài)。至此，服務(wù)器端準(zhǔn)備就緒。

3.3.2 客戶端

地鐵線網(wǎng)運(yùn)行圖管理人員登錄客戶端進(jìn)行列車運(yùn)行計(jì)劃的編制及管理工作。在客戶端設(shè)置好服務(wù)器IP 地址，切換至客戶端模式，可從服務(wù)器端同步地鐵線網(wǎng)運(yùn)行圖數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶角色分配操控權(quán)限[1]。

3.4 系統(tǒng)部署方案

系統(tǒng)提供單機(jī)運(yùn)用、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同運(yùn)用兩種模式。單機(jī)運(yùn)用模式指所有運(yùn)行圖的管理、編制工作均在單一電腦設(shè)備上完成，通過系統(tǒng)提供的接口功能導(dǎo)出ATS系統(tǒng)接口數(shù)據(jù)文件。網(wǎng)絡(luò)協(xié)同運(yùn)用模式配置了運(yùn)行圖服務(wù)器、備份服務(wù)器、繪圖儀、若干客戶端?？蛻舳酥杏械罔F線網(wǎng)運(yùn)行圖管理人員客戶端、線路運(yùn)行圖管理人員客戶端、運(yùn)行圖查詢用戶客戶端及其他用戶客戶端（比如生成指標(biāo)、生成時(shí)刻表等），可根據(jù)需求進(jìn)行靈活配置。網(wǎng)絡(luò)協(xié)同運(yùn)用模式部署方案見圖3。

圖3 網(wǎng)絡(luò)協(xié)同運(yùn)用模式部署方案

4 應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)容

4.1 線網(wǎng)運(yùn)輸計(jì)劃評估

線網(wǎng)運(yùn)輸計(jì)劃評估主要包含客流計(jì)劃管理和交路與站停等方案制定，即根據(jù)客流情況，制定線網(wǎng)運(yùn)輸計(jì)劃，據(jù)此調(diào)整優(yōu)化線網(wǎng)運(yùn)行計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)范圍各線協(xié)調(diào)、合理運(yùn)輸，為快速、安全、高效疏解全網(wǎng)客流提供技術(shù)支持。

4.1.1 客流計(jì)劃管理

客流計(jì)劃是指計(jì)劃期間城市軌道交通線路客流的規(guī)劃，是編制其他計(jì)劃的基礎(chǔ)和依據(jù)。對新建線路根據(jù)客流預(yù)測資料編制客流計(jì)劃。對既有線路，根據(jù)歷史同類型客流量統(tǒng)計(jì)和調(diào)查資料編制。客流計(jì)劃的數(shù)據(jù)源分為新線客流預(yù)測資料和歷史客流及行車數(shù)據(jù)。歷史客流數(shù)據(jù)需從ACC 系統(tǒng)獲取，歷史行車數(shù)據(jù)需從各線路ATS 系統(tǒng)獲取，客流預(yù)測數(shù)據(jù)需從系統(tǒng)外部的客流預(yù)測工具獲取。客流計(jì)劃的主要內(nèi)容包括沿線各站到發(fā)客流數(shù)量（車站上下客）、各站分方向發(fā)送人數(shù)（OD）、分時(shí)分方向斷面客流量、換乘站客流量、客流量總量、已知大客流的持續(xù)時(shí)間[2]。

4.1.2 交路與站停方案制定

根據(jù)高峰分時(shí)線路斷面客流量的預(yù)測結(jié)果，確定線路的交路形式，包括單一列車交路、大小列車交路等。在交路方案確定后，用戶根據(jù)可運(yùn)用車組數(shù)、線路通過能力和最小開行間隔的約束條件分別為每交路設(shè)置站停方案。研發(fā)線網(wǎng)運(yùn)力配置計(jì)劃編制模型，考慮換乘站的換乘客流量、線路運(yùn)輸服務(wù)要求，加載客流預(yù)測數(shù)據(jù)、歷史參考數(shù)據(jù)以及線路可運(yùn)用車組數(shù)、車輛定員數(shù)據(jù)，運(yùn)用線網(wǎng)運(yùn)力配置計(jì)劃編制模型，生成全線網(wǎng)（或局部線網(wǎng)）運(yùn)力配置計(jì)劃的分時(shí)開行對數(shù)表。針對新線開通，需要制定新線接入的首末車時(shí)間方案；針對既有線，需要根據(jù)線路在線網(wǎng)中的銜接情況，換乘站的主要換乘方向（換乘量較大或者首末班車時(shí)段的銜接要求），優(yōu)化調(diào)整全局的首末車時(shí)間方案。線網(wǎng)運(yùn)力配置計(jì)劃的管理包括計(jì)劃的生成、存儲(chǔ)、查詢和更新維護(hù)。

4.2 線網(wǎng)列車運(yùn)行圖編制

線網(wǎng)列車運(yùn)行圖編制是基于對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的處理，實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行圖的自動(dòng)編制及調(diào)整，并對列車運(yùn)行圖相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算，同時(shí)對列車運(yùn)行圖進(jìn)行管理?；A(chǔ)數(shù)據(jù)管理功能主要是運(yùn)行圖編制的參數(shù)管理，并可進(jìn)行參數(shù)的修改，以此重新生成列車運(yùn)行圖?；A(chǔ)參數(shù)主要包括但不限于線網(wǎng)線路基礎(chǔ)參數(shù)、列車運(yùn)行計(jì)劃參數(shù)、線網(wǎng)換乘時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)、列車運(yùn)行圖時(shí)間要素、車輛段使用情況、乘務(wù)人員配備參數(shù)、供電區(qū)段能力參數(shù)、車輛屬性參數(shù)等。模塊功能包括線網(wǎng)信息管理、車站屬性數(shù)據(jù)管理、車站圖形拓?fù)鋽?shù)據(jù)管理、區(qū)間數(shù)據(jù)管理、列車運(yùn)行標(biāo)尺信息管理、列車運(yùn)行參數(shù)管理、車底信息管理、列車交路管理、列車開行方案管理、列車運(yùn)行圖框架生成等。

4.3 列車銜接評估

地鐵線網(wǎng)各線采取分線運(yùn)行的模式，乘客需在換乘站換乘實(shí)現(xiàn)跨線出行。列車銜接評估是評估線網(wǎng)各線路列車運(yùn)行銜接情況的重要方法，并為乘客提供路徑查詢、檢索和路徑可達(dá)性服務(wù)的支持。對乘客在車站的集聚情況、區(qū)間運(yùn)力運(yùn)量匹配情況、換乘站各方向列車的銜接情況進(jìn)行展示。主要功能包括首車銜接信息查詢、末車銜接信息查詢、常規(guī)時(shí)間銜接查詢、出行路徑信息查詢、換乘服務(wù)水平評估等。

圖4 應(yīng)用系統(tǒng)各版塊內(nèi)容

5 結(jié)語

通過建設(shè)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行圖編制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)線網(wǎng)運(yùn)輸計(jì)劃評估、列車運(yùn)行圖自動(dòng)編制與調(diào)整、銜接評估功能，有效解決網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營帶來的運(yùn)力與客流匹配不足、換乘站列車銜接不暢等問題。在接口設(shè)置方面，系統(tǒng)應(yīng)具備與清分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，確保數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性、可靠性。由于運(yùn)行圖文件最終通過各線路信號ATS 工作站加載后執(zhí)行，因此系統(tǒng)還應(yīng)與各線路信號集成商ATS 設(shè)置接口。在招標(biāo)階段充分考慮接口要求。為滿足各線路運(yùn)營單位、各設(shè)備專業(yè)的使用需要，提高執(zhí)行效率，系統(tǒng)還應(yīng)具備多種運(yùn)行圖數(shù)據(jù)輸出形式，包括車站時(shí)刻表、司機(jī)輪乘表、始發(fā)站發(fā)車時(shí)刻表等數(shù)據(jù)表及不同種類的文件格式。