現(xiàn)代有軌電車運營與調(diào)度協(xié)同控制研究

許治威++談志宜++曾愛然

摘 要：針對現(xiàn)代有軌電車運營過程中普遍存在的運行與運營效率低下、安全事故隱患增多等日益突出的問題，在分析有軌電車現(xiàn)有運行與調(diào)度控制系統(tǒng)的特征基礎(chǔ)上，重點研究運行與調(diào)度體系的基本要素，探尋基本要素的可整合點來進行協(xié)同控制。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代有軌電車；運行；調(diào)度；協(xié)同控制

隨著城市交通面臨的壓力日益增大，優(yōu)先發(fā)展公共交通成為城市交通發(fā)展的必由之路[1-2]。相較于傳統(tǒng)有軌電車、無軌電車，現(xiàn)代有軌電車具有節(jié)能、舒適、美觀、運力大等優(yōu)勢[3]；相較于地鐵、輕軌等其他城市軌道交通方式，現(xiàn)代有軌電車具有造價相對便宜、建設(shè)周期較短等優(yōu)勢，這些優(yōu)勢使得現(xiàn)代有軌電車逐漸成為許多中小城市發(fā)展公共交通的首要選擇[4]。同時由于大城市交通的多元化和層次化，現(xiàn)代有軌電車在大城市亦起到了加強交通網(wǎng)絡(luò)的作用。

現(xiàn)有的現(xiàn)代有軌電車運營模式包括按照列車時刻表發(fā)車和隨機發(fā)車這兩種運行組織模式。按照列車時刻表發(fā)車的運行組織模式，停站時間相對固定，采用獨立路權(quán)，成本稍高，同時需要對周邊的路口進行協(xié)調(diào)控制，靈活性低，但是可以實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制，運行效率較高。隨機發(fā)車這種運行組織模式停站時間不固定，同樣采用獨立路權(quán)，成本較低，不需要對周邊路口進行協(xié)調(diào)控制，靈活性較強，但是無法實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制，運行效率較低，無法實現(xiàn)運行準(zhǔn)時性要求。

平面交叉口是有軌電車與道路機動車相互影響最為突出的節(jié)點。平面交叉口有軌電車交通組織的關(guān)鍵在于如何選取適當(dāng)?shù)目刂撇呗越鉀Q機動車流與有軌電車在時間和空間上的沖突，可以采用主動優(yōu)先控制和被動優(yōu)先控制這兩種方式。主動優(yōu)先控制主要集中在單點信號優(yōu)先控制上，包括插入相位、綠燈延長、紅燈縮短三種信號優(yōu)先方案。被動優(yōu)先控制主要是相對主動請求優(yōu)先而言，道路沿線各交口形成協(xié)調(diào)控制，只要駛?cè)敫删€的車輛按照設(shè)計速度行駛，基本上可以處處遇到綠燈。但是需要考慮交叉口間距及背景交通量，并不是所有情況都能夠形成協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。

現(xiàn)代有軌電車調(diào)度指揮系統(tǒng)是對有軌電車運行進行管理、指揮、控制和監(jiān)控的綜合型管理與控制一體化系統(tǒng)。現(xiàn)已投入運營的現(xiàn)代有軌電車都是通過無線調(diào)度系統(tǒng)進行人工調(diào)度指揮的，與運營分離，影響效率。調(diào)度指揮系統(tǒng)的控制模式主要包括自動控制模式、中央人工控制模式、車載人工控制模式、現(xiàn)地人工控制模式、手板道岔模式等。

簡要分析了現(xiàn)代有軌電車運營與調(diào)度的模式，可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代有軌電車運行組織與調(diào)度控制的非整合性，使得延誤不能及時反饋到調(diào)度系統(tǒng)，調(diào)度系統(tǒng)依照原有計劃調(diào)度車輛，造成調(diào)度效率低下、安全隱患突出、運營可靠性較差。另外，調(diào)度信息不能及時反饋到車輛駕駛室，會導(dǎo)致追尾事故。為了解決運營與調(diào)度的非整合性問題，需要對運營與調(diào)度進行協(xié)同控制。

常規(guī)的調(diào)度方法主要是根據(jù)以往的運輸數(shù)據(jù)進行定性分析，得出客流規(guī)律，再根據(jù)所得出的客流規(guī)律和數(shù)據(jù)進行數(shù)學(xué)建模。但在具體運行過程中客流的宏觀規(guī)律并不能很好地反應(yīng)實時的客流情況。交叉口的延誤情況在以往的運行中并沒有及時地反饋給調(diào)度中心，導(dǎo)致出現(xiàn)車輛調(diào)度不均勻的情況。所以有軌電車的運營與調(diào)度協(xié)同控制的目標(biāo)就是通過實時客流數(shù)據(jù)采集與交叉口交通信息反饋，確定最優(yōu)的車輛調(diào)度方案以滿足客流的需要以及解決車輛在平面交叉口延誤所帶來的影響。

實時客流數(shù)據(jù)采集與處理采用地鐵系統(tǒng)中的AFC系統(tǒng)，根據(jù)乘客的目的地選擇和自動售票機的編號就可以反應(yīng)出乘客出行的起訖點。售檢票系統(tǒng)將實時客流信息反饋給調(diào)度系統(tǒng)。通過售票過程得出未來一段時間即將發(fā)生的乘客出行OD矩陣。售票系統(tǒng)將實時客流信息反饋給調(diào)度系統(tǒng)，以此作為城市軌道交通實時調(diào)度工作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，就可以更好地完成實時調(diào)度工作。

在調(diào)度方法上改以往的固定調(diào)度為實時調(diào)度。當(dāng)列車出現(xiàn)運行延誤時，行車調(diào)度員應(yīng)根據(jù)列車運行的實際情況依列車的接續(xù)車次和乘客多少等情況進行運行調(diào)整，盡可能在最短時間內(nèi)使列車恢復(fù)按圖運行。有軌電車可以借鑒城市軌道列車運行調(diào)度的基本調(diào)整手段：始發(fā)站提前或推遲發(fā)車、組織列車調(diào)整速度運行并恢復(fù)正點、增加或壓縮列車停站時間、變更列車運行交路、組織列車反方向運行、調(diào)整列車運行時間間隔以及停運列車等。

確定協(xié)調(diào)控制的目標(biāo)及手段之后，就需要找到運營與調(diào)度的協(xié)同要素，以這些協(xié)同要素為基礎(chǔ)來構(gòu)建運營與調(diào)度協(xié)同控制框架。列車運行狀態(tài)、乘客信息、主要設(shè)備狀態(tài)、車輛信息及維修管理等幾個方面是有軌電車調(diào)度過程中需要重點監(jiān)視的方面，同時也是列車在運營過程中需要及時向調(diào)度中心反饋的信息，以這幾個要素作為協(xié)同要素可以將運營與調(diào)度結(jié)合，進行協(xié)調(diào)控制。

列車運行狀態(tài)：實時監(jiān)視有軌電車運行位置、列車車次、列車速度、列車正延誤情況、道岔位置、信號狀態(tài)、道口信號狀態(tài)、關(guān)鍵設(shè)備工作狀態(tài)信息以及列車出入段狀態(tài)和段內(nèi)作業(yè)狀態(tài)等信息，監(jiān)控有軌電車在交叉口時的運行狀態(tài)，將列車運行狀態(tài)信息反饋給調(diào)度中心，調(diào)度中心在正常情況下根據(jù)制定的列車運行圖自動控制列車進路與施工維修車輛進路，特殊情況下可人工集中排列路。其中，最重要的是交叉口車輛運行狀態(tài)的反饋，包括車輛的延誤、交叉口社會車輛流量以及行人信息等等，調(diào)度中心及時處理有軌電車運行偏離時間線的情況。

乘客信息：一方面列車運行過程中采集客流數(shù)據(jù)并進行預(yù)測，反饋給調(diào)度中心；另一方面調(diào)度中心同時向車站和車上旅客提供列車運行計劃、預(yù)計到達時刻和各類變更通知，來控制列車的運行。其中客流數(shù)據(jù)的采集及預(yù)測至關(guān)重要。城市軌道交通的客流是動態(tài)變化的，其基本特征在于它沿時間和空間分布的不均衡性。對城市軌道交通系統(tǒng)中的客流進行分析、預(yù)測，從而從實際客流規(guī)律出發(fā)研究運營調(diào)度方案的優(yōu)化問題，可以提高運營部門服務(wù)水平，保障乘客和運營部門最大利益的實現(xiàn)。

主要行車設(shè)備狀態(tài)：對停車場線路及進路狀態(tài)，正線車站及區(qū)間軌道區(qū)段、道岔、進路表示器、列車識別號、在線列車運行狀態(tài)、命令執(zhí)行情況及系統(tǒng)設(shè)備狀態(tài)等主要行車設(shè)備進行監(jiān)視并實時反饋，當(dāng)列車運行過程中或信號設(shè)備發(fā)生異常時，調(diào)度中心能第一時間作出反應(yīng)，調(diào)度中心計算機自動地將有關(guān)信息在調(diào)度工作站上給出報警及故障源提示，迅速做出相應(yīng)的應(yīng)急處理辦法。

車輛信息：將有軌電車運行中的運輸需要和車輛狀態(tài)實時反饋給調(diào)度中心，調(diào)度中心及時調(diào)整列車交路計劃，制定并實施故障情況下的應(yīng)急方案。

維修管理：審查、批復(fù)維修施工申請，監(jiān)視并管理維修施工過程，根據(jù)維修施工結(jié)果，調(diào)度中心發(fā)布行車車速建議，控制列車運行，組織應(yīng)急情況下的故障修。

在協(xié)同控制體系中需要考慮的要素還有很多，包括有軌電車運行的供電管理以及應(yīng)對突發(fā)狀況時的處理辦法等。

根據(jù)上述論述，為了構(gòu)建運行與調(diào)度之間的反饋機制，實現(xiàn)運行與調(diào)度的協(xié)同控制，可以構(gòu)建以調(diào)度中心、車載運行監(jiān)控系統(tǒng)、列車運行控制系統(tǒng)、旅客信息系統(tǒng)、軌旁控制單元、道口控制單元等為核心的、多級互聯(lián)的協(xié)同控制平臺，通過構(gòu)建的框架來為現(xiàn)代有軌電車運行與調(diào)度整合優(yōu)化控制提供理論與方法上的支持，適應(yīng)現(xiàn)代有軌電車高速發(fā)展建設(shè)的要求，提高有軌電車運行效率，降低事故發(fā)生率，提高有軌電車建設(shè)的可復(fù)制性，構(gòu)建運行與調(diào)度協(xié)同控制平臺加以推廣應(yīng)用。

參考文獻

[1]李元坤，苗彥英.國外現(xiàn)代有軌電車建設(shè)發(fā)展的啟示[J].城市軌道交通研究，2013，16（6）：29-32.

[2]OphieLabbouz，YoussefDiab.Tramways in France-born again for urbanism. Nova Terra Connected Cities，2007.

[3]梁旭.關(guān)于現(xiàn)代有軌電車在國內(nèi)發(fā)展的研究[J].價值工程，2011，30（9）：210-211.

[4]劉翠艷，方力，郭志方，等.對我國城市有軌電車技術(shù)發(fā)展的思考[J].城市軌道交通研究，2000（1）：17-22.