高鐵列車運(yùn)行方案與客流匹配分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

(中南大學(xué) 湖南 長(zhǎng)沙 410075)

一、引言

對(duì)于鐵路運(yùn)輸企業(yè)而言，在市場(chǎng)化的背景下，我們最需要做到的是實(shí)現(xiàn)鐵路企業(yè)效益最大化，而鐵路企業(yè)效益的最大化是指鐵路客運(yùn)產(chǎn)品能最大程度地符合鐵路運(yùn)輸市場(chǎng)的需求,即列車運(yùn)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(guī)律的角度出發(fā)，分析其列車運(yùn)行方案與客流分布特征的匹配度，確定經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的列車運(yùn)行方案，保證高速鐵路更好更快地發(fā)展。

目前童曉進(jìn)等學(xué)者[1],對(duì)常見(jiàn)的客流分析種類進(jìn)行了整理，表明運(yùn)輸組織過(guò)程應(yīng)重視與客流的分布規(guī)律相匹配，以此在滿足旅客需求的同時(shí)，提高鐵路運(yùn)輸企業(yè)在客運(yùn)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。文成龍學(xué)者[2]以海南東環(huán)鐵路的客票數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以全線路發(fā)送客流和車站發(fā)送客流的時(shí)空分布規(guī)律作為研究對(duì)象，分析東環(huán)高鐵車站的客流時(shí)空特征與當(dāng)前列車運(yùn)行組織的匹配情況。

國(guó)外在匹配分析系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面少有參考的文獻(xiàn)，因此，本文在已有研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，按照系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能自主設(shè)計(jì)分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，再利用Delphi 7軟件進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單易操作的系統(tǒng)，為現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸組織人員提供直觀的分析結(jié)果，幫助他們更高效地計(jì)劃安排和調(diào)整列車的運(yùn)行方案。

二、列車運(yùn)行方案與客流匹配問(wèn)題概述

列車運(yùn)行方案與客流的匹配關(guān)系主要表現(xiàn)為各時(shí)段上運(yùn)輸供給能力與需求的協(xié)調(diào)關(guān)系，或者說(shuō)表現(xiàn)為各時(shí)段上列車發(fā)送量與客流發(fā)送量的協(xié)調(diào)關(guān)系。

本文利用圖表分析法來(lái)描述這種關(guān)系，因此需要對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列處理，在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，主要用到移動(dòng)平均法[3]，該方法可以過(guò)濾掉數(shù)據(jù)中的隨機(jī)起伏，呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)。其計(jì)算公式如下：

Ei=Pi/N

(1)

式中：

i——由N個(gè)連續(xù)的同方向客流量時(shí)段，組成某方向N小時(shí)客流量均值的時(shí)段；

N——移動(dòng)平均周期。

為增強(qiáng)不同方向同一時(shí)段間的量間的對(duì)比度，將2小時(shí)發(fā)送客流量均值進(jìn)一步處理成2小時(shí)發(fā)送客流量均值占對(duì)應(yīng)方向上2小時(shí)客流發(fā)送量均值總量的比例值。其計(jì)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(shí)段i的N小時(shí)客流量均值的總量。

(3)

式中：

Qi——i時(shí)段內(nèi)某方向上的N小時(shí)客流均量值的比例值。

三、匹配分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

(一)匹配分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.系統(tǒng)需求和功能模塊分析

系統(tǒng)需生成全線路發(fā)送客流量的2小時(shí)均值分布比例圖和各車站客流發(fā)送量與列車發(fā)送量的2小時(shí)均值分布比例圖，直觀展示給用戶。根據(jù)系統(tǒng)需求分析的內(nèi)容，設(shè)計(jì)匹配分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。主要功能模塊包括：全線時(shí)段客流分布子系統(tǒng)和各車站匹配分析子系統(tǒng)。其中各車站匹配分析是該系統(tǒng)的核心部分。

2.數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)系統(tǒng)功能模塊和需求的分析，得出數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)如表3-1和表3-2所示。

表3-1 全線路2小時(shí)發(fā)送客流量均值比例數(shù)據(jù)

表3-2 全各車站列車發(fā)送量與客流發(fā)送量均值比例數(shù)據(jù)

(二)匹配分析系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)需要借助平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。由于Delphi 7具有豐富的組件、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)技術(shù)等功能，尤其是具備圖表設(shè)計(jì)和展示功能，能達(dá)到直觀展示列車運(yùn)行方案和客流匹配度的目的，符合本文對(duì)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的整體要求。因此本系統(tǒng)選擇Delphi 7作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

匹配分析系統(tǒng)各項(xiàng)功能的實(shí)現(xiàn)需要用數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)作為數(shù)據(jù)支撐，本文以Excel為數(shù)據(jù)處理與計(jì)算平臺(tái)，以Access 2007為數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與交換，以Delphi 7開(kāi)發(fā)平臺(tái)，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整個(gè)功能。

1.系統(tǒng)界面開(kāi)發(fā)過(guò)程

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

圖3-1 匹配分析系統(tǒng)主界面

2.子界面的設(shè)計(jì)

子界面的設(shè)計(jì)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(yùn)行方案與客流的匹配關(guān)系圖表的作用，其余組件起到數(shù)據(jù)文件傳遞的作用。

(1)DBChart的編輯

鑒于列車運(yùn)行方案與客流的匹配關(guān)系是用圖表的形式來(lái)描述的，圖表結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)將是關(guān)乎整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)好壞的重點(diǎn)之一。通過(guò)改變坐標(biāo)軸的數(shù)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(shù)據(jù)的讀取

在數(shù)據(jù)讀取方面，Delphi與Access軟件結(jié)合運(yùn)用。其中Delphi 7提供了可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行控制和訪問(wèn)的組件。

本文在匹配分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中主要通過(guò)使用到DateSource、ADOConnection、和ADOQuery組件讀取Access數(shù)據(jù)文件，并將數(shù)據(jù)圖形顯示到DBChart和DBGrid中。

具體的數(shù)據(jù)讀取過(guò)程為，首先讀取Access數(shù)據(jù)文件中的用戶指定的一張表中的所有字段至系統(tǒng)默認(rèn)數(shù)據(jù)庫(kù)表中，讀取默認(rèn)數(shù)據(jù)庫(kù)表并顯示至DBGrid和DBChart中，當(dāng)用戶需要另一張表時(shí)，清空默認(rèn)數(shù)據(jù)表中的所有數(shù)據(jù)，再重復(fù)以上操作，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)控制和訪問(wèn)功能。通過(guò)對(duì)匹配分析按鈕的Onclick事件寫(xiě)入一系列代碼可以實(shí)現(xiàn)以上功能。

四、案例分析—海南東環(huán)高鐵

(一)海南東環(huán)高鐵概況

本文以海南東環(huán)高鐵線路為研究案例，對(duì)當(dāng)前東環(huán)高鐵的列車運(yùn)行方案與客流的匹配度作出分析與評(píng)價(jià)。海南東環(huán)高鐵北起海口市?？谡?，沿著海南東海岸直達(dá)三亞地區(qū)新三亞站，于2010年12月30日正式通車運(yùn)營(yíng)。本案例研究區(qū)段為?？谡局列氯齺喺救珔^(qū)段。

本文的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源于海南東環(huán)高鐵2013年1月1日至10月11日時(shí)期內(nèi)的列車運(yùn)行時(shí)刻表以及客票數(shù)據(jù)，其中客票數(shù)據(jù)由發(fā)到站、列車車次、開(kāi)行趟數(shù)、發(fā)送時(shí)間、到達(dá)時(shí)間和客流量等內(nèi)容組成。

(二)案例分析

1.全線時(shí)段客流分布

點(diǎn)擊匹配分析系統(tǒng)菜單欄全線時(shí)段客流分布菜單可得到海南東環(huán)高鐵2小時(shí)發(fā)送客流量均值分布比例圖如圖4—1所示。

圖4-1 海南東環(huán)高鐵2小時(shí)發(fā)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(shí)間分布曲線屬于雙峰型(其特征為全線有兩個(gè)高峰點(diǎn))，上行和下行第二個(gè)高峰期均出現(xiàn)在下午14—16點(diǎn)時(shí)間段內(nèi)，峰值客流大致相等，14—16點(diǎn)高峰時(shí)段過(guò)后，上行發(fā)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(shí)間段內(nèi)發(fā)送客流高峰期持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。

由以上分析可得，海南東環(huán)高鐵線路運(yùn)輸組織人員應(yīng)根據(jù)以上所述的客流時(shí)間分布規(guī)律制定列車運(yùn)行方案，低峰時(shí)段應(yīng)少開(kāi)行列車，高峰時(shí)段運(yùn)行的列車應(yīng)最大程度滿足旅客的需求，使得全線路各時(shí)段內(nèi)列車發(fā)送量與客流發(fā)送量相匹配。

2.各車站列車發(fā)送量與客流發(fā)送量匹配分析

全線路呈現(xiàn)的客流規(guī)律是車站呈現(xiàn)的客流規(guī)律的綜合體現(xiàn)，因此在全線路的基礎(chǔ)上分析列車運(yùn)行方案與客流的匹配度之后，需要再進(jìn)一步基于車站的客流規(guī)律分析線路上各車站列車發(fā)送量與客流發(fā)送量間趨勢(shì)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(fā)送量與客流發(fā)送量的匹配程度。

圖4-2 美蘭站下行2小時(shí)列車發(fā)送量與客流發(fā)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(fā)送量與客流發(fā)送量的變化趨勢(shì)上在總體上基本匹配，但在個(gè)別時(shí)段存在列車發(fā)送量與客流發(fā)送量局部不匹配的情況。例如在12—14點(diǎn)和16—19點(diǎn)兩個(gè)時(shí)段客流量突然大幅度增加，但列車發(fā)送量基本沒(méi)變，這說(shuō)明在這兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)列車在美蘭站的停站方案與該時(shí)間段的客流量不匹配，我們需要對(duì)其做出調(diào)整。

調(diào)整的思路是在美蘭站下行方向全天發(fā)送列車總量不變的基礎(chǔ)上，使原本經(jīng)停的列車改為不停，原本不停的列車改為經(jīng)停來(lái)增減不匹配時(shí)段內(nèi)的列車發(fā)送量。如果采用這種方法的前提條件是該站途經(jīng)列車的數(shù)量能滿足需增加列車數(shù)的要求。

表4-1 原列車發(fā)送方案與途經(jīng)列車發(fā)送方案數(shù)據(jù)

通過(guò)對(duì)比圖4-2中的客流發(fā)送量比例和列車發(fā)送量比例這兩條曲線可知需要增加列車發(fā)送量的時(shí)段為12—14、16—18和17—19這三個(gè)時(shí)段。由表4-1可知只有16—18這一個(gè)時(shí)段滿足條件。在保證美蘭站下行方向全天列車發(fā)送總量不變的基礎(chǔ)上，減少10—12時(shí)段的列車發(fā)送量，增加16—18時(shí)段的列車發(fā)送量。調(diào)整后的美蘭站的列車運(yùn)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(diào)整后的列車發(fā)送量與客流發(fā)送量均值分布比例圖

通過(guò)分析圖4—3可知，10—12和16—18時(shí)段的列車發(fā)送量與客流發(fā)送量已經(jīng)匹配，但從中我們可以發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題。第一，在修改途經(jīng)列車的停站方案后，使得車站原本符合客流規(guī)律的時(shí)段(例如15—17時(shí)段)的列車發(fā)送量在執(zhí)行上，會(huì)受到列車停站方案改變的影響，列車運(yùn)行方案與客流時(shí)段變化規(guī)律不再匹配。第二，原本經(jīng)停列車不但對(duì)發(fā)送的客流有影響，而且對(duì)到達(dá)的客流也有影響。因此，還需要考慮調(diào)整后的列車發(fā)送量與到達(dá)客流量的匹配情況。

綜上，本文僅利用這種調(diào)整方法來(lái)表明該匹配分析系統(tǒng)能起到提高調(diào)整列車運(yùn)行方案的效率的實(shí)際作用，但在實(shí)際執(zhí)行方面，還需要根據(jù)各車站的具體情況進(jìn)行合理性評(píng)估。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文借助開(kāi)發(fā)好的匹配分析系統(tǒng)，以海南東環(huán)高鐵線路的客票數(shù)據(jù)為案例分別從全線時(shí)段客流和各車站客流規(guī)律兩個(gè)角度分析了列車運(yùn)行方案與客流的匹配度，給出對(duì)應(yīng)于中間站的列車運(yùn)行方案調(diào)整方法，并以美蘭站下行方向?yàn)槔o出了調(diào)整之后的匹配結(jié)果，能有效地提高列車運(yùn)行組織人員編制運(yùn)行圖的效率。