基于預(yù)測客流的軌道交通列車運(yùn)行圖評價方法及程序?qū)崿F(xiàn)

曹家玉 林雪峰

（上海儀電物聯(lián)技術(shù)股份有限公司 上海市 200233）

在軌道交通實(shí)際運(yùn)營中，列車排班、發(fā)車、停站都需要由列車運(yùn)行圖控制，因此，列車運(yùn)行圖是鐵路運(yùn)輸工作的綜合計(jì)劃和行車組織的基礎(chǔ)，是協(xié)調(diào)鐵路各部門和單位按一定程序進(jìn)行活動的工具。隨著軌道交通運(yùn)輸市場的不斷發(fā)展，作為軌道交通運(yùn)輸組織重要工具的運(yùn)行圖的開發(fā)周期越來越短，開發(fā)復(fù)雜度、工作量越來越大，手工編圖已經(jīng)完全不能適應(yīng)運(yùn)行圖編制需要，計(jì)算機(jī)成為了編圖人員不可或缺的工具。

雖然早在30 多年前國家就已經(jīng)開始了計(jì)算機(jī)編制運(yùn)行圖的研究工作，但由于編圖受到多種制約因素的影響，計(jì)算機(jī)自動編圖很難完全滿足實(shí)際的運(yùn)營組織的需要。因此，必須提供必要的人工干預(yù)手段。然而當(dāng)前計(jì)算機(jī)編制運(yùn)行圖的研究工作主要集中在運(yùn)行圖生成的自動化上，這當(dāng)然是整個系統(tǒng)的核心，對運(yùn)行圖調(diào)整系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究主要是集中在功能的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，顯示效果的優(yōu)化，人機(jī)交互的底層技術(shù)[1]，在調(diào)圖(即人工干預(yù)方面)的研發(fā)則顯得相對偏少了。

在文獻(xiàn)[2]中，我們提出了一種實(shí)時客流預(yù)測方法，此方法可以計(jì)算出軌道交通各站點(diǎn)實(shí)時流量，本文將在這一基礎(chǔ)上研究列車運(yùn)行圖對客流的運(yùn)載與疏導(dǎo)效果，以此來判斷列車運(yùn)行圖的有效性。

1 基本概念及設(shè)計(jì)思路

1.1 列車運(yùn)行圖

如圖1 所示，列車運(yùn)行圖表示列車在軌交各區(qū)間運(yùn)行時刻及在各車站停車和通過時刻的線條圖。

列車運(yùn)行圖規(guī)定了列車占用區(qū)間的次序，列車在每一車站出發(fā)、到達(dá)或通過的時刻，在區(qū)間的運(yùn)行時分，在車站的停站時分以及列車的編組和編號等。運(yùn)行圖還規(guī)定了線路、站場、機(jī)車、車輛等設(shè)備的運(yùn)用，以及與行車有關(guān)各部門的工作。

1.2 站點(diǎn)客流及說明

在文獻(xiàn)[2]中，站點(diǎn)客流的計(jì)算基于軌道交通各實(shí)時系統(tǒng)（包括ATS 系統(tǒng)，AFC 系統(tǒng)）的信息提供，得出的計(jì)算結(jié)果是站點(diǎn)實(shí)時客流狀態(tài)和斷面客流數(shù)量。其中，ATS 系統(tǒng)與站點(diǎn)客流的關(guān)系是：列車未進(jìn)站前，站點(diǎn)客流通過進(jìn)站人數(shù)累加，列車進(jìn)站后，站點(diǎn)客流變化數(shù)為下車人數(shù)與上車人數(shù)差值。

在評估狀態(tài)下，不考慮AFC 系統(tǒng)接入，可使用歷史數(shù)據(jù)作為經(jīng)驗(yàn)客流。

1.3 評估方案提出

在客流預(yù)測計(jì)算中，ATS 系統(tǒng)所提供的信息無非就是列車運(yùn)行圖的實(shí)際執(zhí)行情況，基于這一點(diǎn)，如果我們用列車運(yùn)行圖替換預(yù)測算法中的ATS 數(shù)據(jù)，那么計(jì)算出來的站點(diǎn)客流和斷面客流實(shí)際上就是該運(yùn)行圖對路網(wǎng)客流的影響效果?？土鞣植嫉臓顩r的合理性就是列車運(yùn)行圖的評價結(jié)果。

表1

圖1

圖2

圖3

2 評價方法詳解

基于上文的分析，我們將客流預(yù)測算法改造，將列車運(yùn)行圖作為輸入，以客流計(jì)算結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建列車運(yùn)行圖評價方法。

2.1 評價方法的處理邏輯

在文獻(xiàn)[2]中提到：軌道交通站點(diǎn)進(jìn)站人數(shù)在相同的星期日、相同時刻呈現(xiàn)穩(wěn)定的變化趨勢。那么，如果排除列車運(yùn)行的影響，各站點(diǎn)的客流將有序增加，當(dāng)然，各站點(diǎn)的增長速度、客流的出行需求不盡相同，每個站點(diǎn)有自己獨(dú)特的變化規(guī)律和客流構(gòu)成特性。

再考慮加入列車運(yùn)行，列車?？空旧舷驴蛯β肪W(wǎng)客流產(chǎn)生鏈?zhǔn)竭B鎖反應(yīng)，發(fā)車頻率、線路將直接影響到客流在路網(wǎng)中的重新分布，這一分布結(jié)果是否均衡就是判斷列車運(yùn)行圖合理性的依據(jù)。列車對路網(wǎng)客流的影響可按順序羅列如下：

（1）從路網(wǎng)運(yùn)營開始作為計(jì)算起點(diǎn)；

（2）站點(diǎn)客流S 按照各自增長規(guī)律進(jìn)行累加；

（3）列車從起點(diǎn)出發(fā)，若C 為列車載客量，空置狀態(tài)下C=0；

（4）經(jīng)過時間t1到達(dá)第一個站點(diǎn)，站點(diǎn)客流在此段時間內(nèi)總計(jì)為S1，符合列車開行方向的乘客上車（上下行比例相對穩(wěn)定[2]，為已知量），站臺上剩下相反方向乘客；列車乘客數(shù)為C1；停站時間為T1；

（5）列車駛離站點(diǎn)，經(jīng)過t2時間到達(dá)第二站，這是第二站的乘客數(shù)S2已經(jīng)經(jīng)過t1+T1+t2時間的累積，車上到站乘客開始下車，第二站點(diǎn)乘客上車；經(jīng)過上下車，列車上乘客數(shù)為C2；停站時間T2；

（6）列車?yán)^續(xù)前行，重復(fù)第5 步計(jì)算。由于上述量值均為已知量，故我們可以計(jì)算得到列車在任何區(qū)間車上乘客數(shù)、駛離站臺后，站臺上的客流數(shù)；

（7）將列車即時客流數(shù)與列車設(shè)計(jì)容量比較，得出列車擁擠度；將站點(diǎn)即時客流數(shù)與站點(diǎn)設(shè)計(jì)容量比較，得到站點(diǎn)擁擠度；

（8）綜合考慮路網(wǎng)各區(qū)段的擁擠度和站點(diǎn)擁擠度，匯總為一個指標(biāo)用以判斷列車運(yùn)行圖的合理度。

2.2 輸入數(shù)據(jù)的確定

需要從列車運(yùn)行圖中提取的輸入數(shù)據(jù)：

（1）區(qū)間運(yùn)行時分t；

（2）停站時分T；

（停站時間和運(yùn)行時間決定了下一站聚集人數(shù)的多少）

（3）列車車型；

（4）列車編組：運(yùn)載能力。

（車型與編組決定了本次列車的運(yùn)載能力）

需要從預(yù)測客流模型中提取的數(shù)據(jù)：

（1）通過歷史客流計(jì)算的站點(diǎn)各日期類型，各時刻點(diǎn)（5 分鐘）客流增長速度v；

（2）站點(diǎn)各日期類型，各時刻點(diǎn)的進(jìn)站客流上下行分流比例；

（3）站點(diǎn)各日期類型，各時刻點(diǎn)的出站客流上下行來源比例；

（4）站點(diǎn)下車人數(shù)，通過當(dāng)前時刻點(diǎn)的歷史經(jīng)驗(yàn)出站人數(shù)與上下行來源比例確定。

2.3 輸出數(shù)據(jù)

（1）列車到站前的站點(diǎn)客流S；

（2）列車離站后的載客量C，并以此計(jì)算區(qū)間擁擠度。

2.4 判斷指標(biāo)

（1）對列車運(yùn)行的所有區(qū)間設(shè)置1.0 ～2.0 之間加權(quán)值，重點(diǎn)區(qū)間權(quán)值大，非重點(diǎn)區(qū)間權(quán)值小。如上海南站至徐家匯的區(qū)間，因其重要性較高，可作為重點(diǎn)區(qū)間，設(shè)置權(quán)值2.0。

（2）列車實(shí)際載客量除以列車設(shè)計(jì)容量作為擁擠度，設(shè)置擁擠度區(qū)間，并用不同顏色表示。

本文預(yù)設(shè)擁擠度如表1 所示。

（3）綜合考慮全路網(wǎng)的所有區(qū)間，若路網(wǎng)區(qū)間數(shù)為C，區(qū)間i的權(quán)值為mi擁擠度為xi，全路網(wǎng)的滿載指數(shù)F（反映列車過載程度）：

全路網(wǎng)空載指數(shù)（反映列車空載程度）：

路網(wǎng)綜合評價指標(biāo)：

該指標(biāo)即為最終的列車運(yùn)行圖評價指標(biāo)。式中滿載指數(shù)F 乘2倍意在突出滿載率對評估效果的影響。綜合評價指標(biāo)的滿分為100分。

3 評價方法的程序?qū)崿F(xiàn)

設(shè)計(jì)三大模塊：

（1）TRAIN：列車數(shù)據(jù)模塊。進(jìn)行所有列車停靠站、運(yùn)行時間的計(jì)算，車載乘客數(shù)的累計(jì)計(jì)算。

（2）STA：站點(diǎn)計(jì)算模塊。進(jìn)行站點(diǎn)客流累計(jì)計(jì)算，列車配合上下客計(jì)算。

（3）HIS：歷史經(jīng)驗(yàn)客流計(jì)算模塊。從歷史客流數(shù)據(jù)庫提取各站點(diǎn)客流增速、上下行分流比例。

程序結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 中各數(shù)據(jù)流向說明：

（1）TRAIN 模塊讀取預(yù)設(shè)的列車運(yùn)行圖；

（2）HIS 模塊從歷史客流數(shù)據(jù)讀取歷史數(shù)據(jù)，計(jì)算為各站點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)客流值：增速、上下行分流比例；

（3）HIS 模塊向各站點(diǎn)提供必要數(shù)據(jù)；

（4）列車到站后站點(diǎn)客流流向列車；

（5）列車部分客流到站，下車出站。

4 結(jié)論

程序?qū)α熊囘\(yùn)行圖評價標(biāo)識效果如圖3 所示。

其中紅色部分為過載情況，藍(lán)色為空載情況。

本文提出的列車運(yùn)行圖評價方法簡單直觀簡潔，為列車運(yùn)行圖設(shè)計(jì)、修改、調(diào)整提供了一個很好的參考依據(jù)。