地鐵系統(tǒng)時刻表編輯器淺析

李玉寶 鐘毅強

*助理工程師 ＊＊工長

一般來說，城市軌道交通的特點是全部為旅客運輸、運行距離短、有高峰期、客流隨節(jié)假日波動較大等，在設(shè)計上有站間距離短 (通常在1km)、行車密度較高 (廣州地鐵3號線目前行車間隔為3 min 30 s)、行駛速度較快 (約35 km/h)、安全性能高等要求。地鐵列車在運營時間是按照一定的時刻表運行。編輯時刻表時既要滿足載客的要求，又要滿足設(shè)備要求。因此，編輯時刻表對地鐵列車的運營效率影響非常大。編輯列車時刻表要從運營、設(shè)備、節(jié)能三個方面考慮。運營方面主要考慮全日各時段客流量、客流區(qū)段流量流向、列車滿載率等;設(shè)備方面主要考慮站間線路條件、列車運行速度、列車最大載客量、折返運行間隔時間等;節(jié)能方面主要考慮人工限速、城市中心與市郊客流量的差異等。

1 時刻表編輯器功能

時刻表編輯器系統(tǒng)，應(yīng)在滿足實際運營的基礎(chǔ)上，做到高效、安全、操作便捷，所編輯的時刻表格式清晰，便于閱讀修改和執(zhí)行。下面以廣州地鐵3號線阿爾卡特SELTRAC MB系統(tǒng)的時刻表編輯器(TCS)為例進(jìn)行說明。

TCS是一個單機、離線的編輯工具，其功能就是為系統(tǒng)管理中心 (SMC)創(chuàng)建時刻表。實際上，它是一個基于對話框的應(yīng)用程序，用戶可以通過不同的對話框進(jìn)行編輯操作。用戶創(chuàng)建了時刻表，可以將時刻表傳送到SMC系統(tǒng)保存起來，還可以按照運營要求創(chuàng)建不同的時刻表，根據(jù)實際需求使用這些時刻表。一般情況下，可以通過系統(tǒng)自動激活預(yù)先選定時刻表，或在運營前根據(jù)需求手動選擇時刻表。

2 時刻表編輯器操作

TCS生成時刻表過程如下。

1．輸入ESSP數(shù)據(jù)。

2．創(chuàng)建新的時刻表單元塊，或編輯之前存儲好的時刻表單元塊。單元塊描述了不同的運營級別和運行線。

3．創(chuàng)建新的時刻表，或編輯之前存儲好的時刻表，選擇需要的單元塊并為時刻表命名。

4．連接時刻表單元塊，指示如何從一個運營級別轉(zhuǎn)化到另一個，以及如何連接不同單元塊之間的班次。

5．修改每個班次到達(dá)時間和出發(fā)時間，調(diào)整時刻表 (可選項)。

6．把已完成編輯的時刻表保存到TCS。

7．把已完成編輯的時刻表傳送到SMC，用于運營。

時刻表編輯器操作主要有4部分:輸入節(jié)能速度曲線 (ESSP)數(shù)據(jù)、單元塊生成、時刻表生成、時刻表檢查沖突/傳遞。

2.1 節(jié)能速度曲線 (ESSP)

時刻表編輯器使用輸入的ESSP數(shù)據(jù)生成2個站臺間的旅行時間。行駛速度受限于線路，ESSP曲線旅行時間將不低于為最高可接受速度而設(shè)置的時間。旅行時間是通過儲存在ESSP數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)計算出來的，要確保ESSP數(shù)據(jù)設(shè)置的旅行時間與最高可接受線路速度設(shè)置的時間相匹配。需要注意，如果改變了ESSP數(shù)據(jù)，時刻表必須利用ESSP數(shù)據(jù)重新生成。由于旅行時間嵌入在ESSP數(shù)據(jù)中，如果使用不可靠的ESSP旅行時間數(shù)據(jù)創(chuàng)建時刻表，那么系統(tǒng)將不能正常的執(zhí)行時刻表調(diào)度功能。

2.2 單元塊

時刻表單元塊是創(chuàng)建時刻表的基礎(chǔ)，一個時刻表單元塊能被若干時刻表所使用，并且能被同一時刻表多次使用。當(dāng)一個單元塊插進(jìn)一個時刻表時，其本身會進(jìn)行一次復(fù)制，以便今后對該單元塊的更改不會影響既有的時刻表。

單元塊可以被創(chuàng)建、編輯、刪除和復(fù)制。一個完整的單元塊應(yīng)有單元塊的文本描述和單元塊中所有運行線列表。運行線列表則包括:運行線上每個站臺的計劃停站時間、運行線站臺間的標(biāo)稱速度、單元塊開始后的起始時間偏移量、運行線行車間隔、運行線上運行一圈周期、運行線上有班次列車的數(shù)量、最大和最小允許停站時間。一旦生成了時刻表單元塊，可以隨時重復(fù)利用，并且不需要重新生成。系統(tǒng)運營后，時刻表會生成一個時刻表單元塊庫，每個單元塊可以被若干個時刻表所使用。

用戶可以在新建單元塊中選擇相關(guān)的停站時間，可以調(diào)整各個站臺定義的最小、最大和標(biāo)稱停站時間。每個單元塊內(nèi)站臺的最大和最小停站時間必須相同，即使有多條運行線也必須遵守這一規(guī)則。對于一條運行線最大或最小停站時間的改變將會影響單元塊內(nèi)的所有運行線，而標(biāo)稱停站時間不受此規(guī)則限制。

為了使列車在每個站臺以規(guī)定的時間停站，以正確的時間從終端站臺出發(fā)，行駛一周錯誤值必須為0。行駛一周錯誤值等于行駛一周時間比行車間隔的余數(shù)，當(dāng)余數(shù)為零時則滿足要求。行車間隔、列車速度和停站時間都可能影響行駛一周錯誤值，此值非零表明此條運行線上的班次分配不均。因此，通過調(diào)整New block對話框中的某個或某幾個參數(shù)，在滿足運營需求的條件下，使行駛一周錯誤值為零。這些參數(shù)包括:Min Dwell、Nom Dwell、Max Dwell、Number of Trains等。由于行駛一周錯誤值在 (－行車間隔/2)與 (+行車間隔/2)之間，因此，應(yīng)該在試圖減少行駛一周錯誤值之前選擇所需的行車間隔。根據(jù)實際情況，用以下2種方法解決任何剩余的行駛一周錯誤值。

1．對于行駛一周錯誤負(fù)值:增加站臺停站時間 (最好在終端站臺增加時間)，和/或減少站臺間列車速度。該方法可能受限于線路限速。

2．對于行駛一周錯誤正值:減少若干車站的停站時間，和/或增加站臺間列車速度。該方法可能受限于線路限速。

2.3 時刻表

一個完整的時刻表應(yīng)包含:時刻表名稱及版本信息、時刻表文本描述、起始和結(jié)束時間的單元塊列表、各個班次的班次號、各個單元塊之間的轉(zhuǎn)換信息等。根據(jù)運營要求，通過時間順序連接各個單元塊，定義所有列車必須從第一個單元塊進(jìn)入，從最后的單元塊退出。用戶選擇單元塊進(jìn)入到新的時刻表，為每個單元塊設(shè)置起始時間和結(jié)束時間。時刻表對于單元塊間的時間重疊和時間間隙沒有限制，但重疊單元塊可能導(dǎo)致過多的沖突。當(dāng)連接進(jìn)入和退出班次時，單元塊時間只起指導(dǎo)作用;用戶可以在單元塊開始之前或結(jié)束之后選擇一條完整的旅程。如果2個單元塊被重疊定義，SRS系統(tǒng)會在重疊期內(nèi)為前2個單元塊分配最大、最小停站時間。相鄰2個單元塊的連接非常重要。

單元塊間的連接方式如下。

1．2個時刻表單元塊，如果第2個時刻表單元塊的班次比第1個時刻表單元塊的班次多，那么第2個時刻表單元塊中的列車就需要進(jìn)入系統(tǒng)。例如，第1個單元塊中有2列車，而第2個單元塊需要6列車，如果第1單元塊的2列車要繼續(xù)在單元塊2運行，則需要增加額外4列車進(jìn)入第2單元塊。

2．2個時刻表單元塊，如果第2個時刻表單元塊的班次比第1個時刻表單元塊的班次少，那么第1個時刻表單元塊中的列車將要退出系統(tǒng)。例如，第1個時刻表中有6個班次，而第2個單元塊中只有2個班次，2列車將會繼續(xù)運行，4列車將會退出系統(tǒng)。

3．列車要從一個單元塊進(jìn)入另一個單元塊繼續(xù)運行，必須把列車在2個單元塊的班次連接起來，保證列車?yán)^續(xù)在系統(tǒng)中運行。

2.4 時刻表檢查沖突/傳遞

當(dāng)一個時刻表編輯、保存后，時刻表編輯器會自動執(zhí)行沖突檢測，當(dāng)檢測到有站臺沖突時，通過調(diào)整該站臺的“沖突門限”參數(shù)，解決沖突問題，或通過平移/吸收解決沖突。完成沖突檢查后，將時刻表傳送到SRS系統(tǒng)用于運營。

2.5 TCS時刻表編輯器的優(yōu)點及缺陷

TCS時刻表編輯器采用Windows操作系統(tǒng)，圖形化操作界面，簡單易學(xué);同時該編輯器是一個單機的、離線可操作的工具，便于用戶在任何時間、地點進(jìn)行時刻表編輯工作。該編輯器可以對已完成編輯的單元塊進(jìn)行復(fù)制修改，可以選擇不同的運行線生成到同一個時刻表中，極大提高了編圖效率。

當(dāng)今地鐵線網(wǎng)的拓?fù)渌俣确浅？?，以廣州地鐵3號線為例:對于既有線和新線 (北延段)都要修改和編輯新單元塊，生成新時刻表以滿足運營要求。TCS對既有線的單元塊進(jìn)行修改，同時編輯新線的單元塊，把這2個不同運行線的單元塊合并到一個時刻表中，完成新的時刻表的編輯，而不需要編輯2個不同的時刻表。TCS還能進(jìn)行自動沖突檢查，提高用戶編圖效率。

但TCS編輯器在設(shè)計上也存在如下缺點。

1．在TCS時刻表編輯器中，只有16條速度曲線，每條速度曲線只相差1s，編輯運行圖調(diào)整幅度過小，編輯含有大量變間隔、變周期、變交路的時刻表時，花費大量的時間用于調(diào)整時間曲線，限制了編輯時刻表的效率。

2．時刻表網(wǎng)格線的分辨率無法調(diào)整，時間坐標(biāo)的最小間隔為1 min，對于要求精確到以秒為單位的時刻表，這個設(shè)計嚴(yán)重影響時刻表的微調(diào)，對于編表人員來說，費時費力。

3 對TCS時刻表編輯器的改進(jìn)思路

為提高編輯時刻表效率，要對TCS加以改進(jìn)，主要解決2個問題:①增加節(jié)能速度曲線 (ESSP)中的速度曲線的數(shù)量，以滿足編輯不同時刻表的多項選擇;②修改TCS軟件，使時刻表網(wǎng)格線根據(jù)實際需求可調(diào)整、可選擇，便于編表人員有效地對時刻表進(jìn)行微調(diào)，提高編表效率。

對TCS的改進(jìn)思路進(jìn)行說明，如圖1所示，橫坐標(biāo)為時間軸，最小分辨率為1 min，曲線節(jié)點1、2的時間大概為1 min，由于橫坐標(biāo)無法再細(xì)分，進(jìn)行微調(diào)時不能直觀的看出列車在車站4的停車時間(節(jié)點1至節(jié)點2的時間差)。建議修改TCS軟件，使時刻表的時間軸能夠根據(jù)需要可進(jìn)行選擇，可選項分為:1 s、5 s、10 s、30 s、1 min 等。

圖1 時刻表

由于時刻表中含有大量的變間隔、變周期、變交路，對于不同時段列車數(shù)量、列車停站時間、列車旅行速度都需要進(jìn)行調(diào)整，時刻表也相應(yīng)地需要進(jìn)行調(diào)整，因此，應(yīng)對不同時段的時刻表進(jìn)行選擇性編輯，提高編表效率。例如，早上7:00—9:00為高峰期，可直接選擇7:00—9:00時間段進(jìn)行編輯，調(diào)整列車數(shù)量、停站時間、旅行速度等。結(jié)合修改后網(wǎng)格線分辨率直接進(jìn)行微調(diào)，在速度曲線上直接對需要修改的停站時間進(jìn)行拖拽，顯示直觀，操作便捷，極大地提高編圖效率。

4 結(jié)束語

隨著城市軌道交通的飛速發(fā)展，地鐵運營日益繁忙，制作一個地鐵列車時刻表不是很難，但是要制作一個完美的時刻表，關(guān)鍵在于把設(shè)備和運營結(jié)合起來。對于時刻表編輯器的編譯功能及操作部分功能尚未完善，這些功能如何改進(jìn)尚需研究。

［1］ 周劍斌．地鐵列車時刻表編輯器的編譯功能及其改進(jìn)［J］．城市軌道交通研究，2001，(03):74－77．

［2］ 周小輝，劉峰，路紅英．鐵路網(wǎng)運營仿真與列車時刻表優(yōu)化的研究［J］．鐵道通信信號，2007(02)．

［3］ 吳洋，羅霞．一種晚點地鐵列車實時調(diào)整策略及其動態(tài)速控模式［J］．中國鐵道科學(xué)，2005(06)．

［4］ 秦進(jìn)，史峰．公交化城際列車時刻表優(yōu)化［J］．交通運輸工程學(xué)報，2005(02)．

［5］ 劉志剛，申金升，王海星．基于協(xié)同發(fā)車的區(qū)域公交時刻表生成模型研究［J］．交通運輸系統(tǒng)工程與信息，2007(02)．