鐵路客運(yùn)站列車運(yùn)行圖資料自動(dòng)編制方法與應(yīng)用

甘秋云，陳 鑫，姚 偉

（1.福州理工學(xué)院 應(yīng)用科學(xué)與工程學(xué)院，福建 福州 350506；2.中國鐵路南昌局集團(tuán)有限公司福州車務(wù)段，福建 福州 350000）

0 引言

鐵路列車運(yùn)行圖是根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要和鐵路運(yùn)輸能力的情況而編制的，是表示列車在鐵路區(qū)間運(yùn)行及在車站到發(fā)或通過時(shí)刻的技術(shù)文件，是全路組織列車運(yùn)行的基礎(chǔ)，體現(xiàn)了鐵路工作的各種質(zhì)量指標(biāo)和數(shù)量指標(biāo)[1]。隨著中國鐵路的高速發(fā)展，中國國家鐵路集團(tuán)有限公司（以下簡稱“國鐵集團(tuán)”）對(duì)鐵路運(yùn)能的利用越來越精細(xì)化，對(duì)鐵路站段列車運(yùn)行圖調(diào)整優(yōu)化也提出了更高的要求[2]。目前國鐵集團(tuán)主要采用季度調(diào)圖的形式，根據(jù)不同時(shí)段的運(yùn)能需求調(diào)整列車運(yùn)行圖[3]。國鐵集團(tuán)運(yùn)行圖調(diào)整大多采用二級(jí)編圖模式，編制數(shù)據(jù)量巨大，通常有數(shù)百個(gè)excel 工作表；而大部分基層客運(yùn)站仍采用人工編制核對(duì)列車運(yùn)行圖相關(guān)資料，編制核對(duì)往往需要耗費(fèi)數(shù)天時(shí)間，效率極低，耗時(shí)耗力且容易出錯(cuò)；同時(shí)不同的客運(yùn)站編制結(jié)果不統(tǒng)一，不符合規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化要求。因此，如何提高鐵路客運(yùn)站列車運(yùn)行圖資料編制效率，保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，是目前客運(yùn)站從業(yè)人員面臨的一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)[4]。

鐵路列車運(yùn)行圖資料的編制過程不僅需要技術(shù)人員嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度和扎實(shí)的專業(yè)技能，同時(shí)還應(yīng)具備足夠的細(xì)心，編制結(jié)果對(duì)列車運(yùn)行安全具有重要影響[5]，目前國內(nèi)對(duì)列車運(yùn)行圖編制技術(shù)及管理進(jìn)行了相關(guān)研究，包括面向鐵路局集團(tuán)公司、站段兩級(jí)管理的列車圖管理研究[6]，開發(fā)基于列車運(yùn)行圖技術(shù)資料的LKJ 數(shù)據(jù)編制系統(tǒng)[7]，提出高速鐵路列車運(yùn)行圖一體化編制方法等[8]。但是現(xiàn)有的一些編制軟件對(duì)于基層車站而言，不僅軟件成本投入高，且功能實(shí)現(xiàn)并未完全滿足基層車站需求。因此，結(jié)合當(dāng)前人工編制列車運(yùn)行圖資料的現(xiàn)狀及問題，基于VBA，利用excel 可以很好地滿足基層客運(yùn)站列車運(yùn)行圖資料的自動(dòng)編制，不僅可以提高工作效率和正確率，而且使用方便、簡單，很好地解決了由于人工編制核對(duì)所帶來的效率低、易出錯(cuò)等問題。

1 設(shè)計(jì)目標(biāo)與要求

1.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

基于VBA 語言，利用excel 實(shí)現(xiàn)客運(yùn)站列車運(yùn)行圖相關(guān)資料的自動(dòng)編制，包括車站列車時(shí)刻表自動(dòng)編制、列車時(shí)刻表新舊對(duì)比、動(dòng)車組接發(fā)列車固定股道表自動(dòng)編制及基本進(jìn)路圖自動(dòng)編制4 個(gè)功能，編制結(jié)果按照規(guī)范化要求輸出。列車運(yùn)行圖資料自動(dòng)編制功能模塊如表1所示。

表1 列車運(yùn)行圖資料自動(dòng)編制功能模塊Tab.1 Automatic compilation function module for train operation diagram data

在設(shè)計(jì)前期，首先進(jìn)行需求分析，對(duì)各個(gè)客運(yùn)站運(yùn)行圖資料編制存在的問題進(jìn)行收集[9]?；趩栴}導(dǎo)向，明確設(shè)計(jì)思路和預(yù)期目標(biāo)；其次，通過對(duì)客貨運(yùn)列車時(shí)刻總表（以下簡稱“列車時(shí)刻總表”）分析，制定設(shè)計(jì)方案，針對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行相關(guān)算法設(shè)計(jì)及算法實(shí)現(xiàn)，對(duì)站段內(nèi)所有客運(yùn)站進(jìn)行測試，進(jìn)一步改進(jìn)優(yōu)化并完善功能；最后，對(duì)測試結(jié)果進(jìn)行效果評(píng)價(jià)，確認(rèn)符合使用條件下進(jìn)行發(fā)布推廣?？傮w技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 總體技術(shù)路線圖Fig.1 Overall technical route diagram

1.2 設(shè)計(jì)要求

操作系統(tǒng)采用Windows系統(tǒng)，開發(fā)工具與語言使用Excel 與VBA。以鐵路局集團(tuán)公司下發(fā)的列車運(yùn)行圖中的列車時(shí)刻總表為數(shù)據(jù)源，一個(gè)工作簿包含300～400 張工作子表，每個(gè)工作表數(shù)據(jù)包括始發(fā)站、終到站、車次、車站及時(shí)刻等信息，列車時(shí)刻總表數(shù)據(jù)格式如圖2 所示。表中前2 行為始發(fā)站和終到站，可以由此判斷當(dāng)前列車運(yùn)行區(qū)段。車次形如“XXX/X”則根據(jù)后期列車運(yùn)行的上下行信息進(jìn)行確定，例如：車次為“D931/4”的車次，若該趟列車為上行列車，則車次信息為“D934”，反之若為下行列車，則車次信息為“D931”。此外，數(shù)據(jù)表中顯示了每趟車次到達(dá)或離開各個(gè)車站的時(shí)間，每個(gè)時(shí)間單元格都包含2 行時(shí)間數(shù)據(jù)，其中第1 行表示到點(diǎn)時(shí)間，第2 行表示開點(diǎn)時(shí)間，例如車次“G197”到達(dá)福鼎站的時(shí)間為“17時(shí)26分03秒”，停站2 min，發(fā)點(diǎn)時(shí)間為“17 時(shí)28 分03 秒”，其中“…”表示此趟列車在該車站不停站，只有發(fā)點(diǎn)，無到點(diǎn)。

圖2 列車時(shí)刻總表數(shù)據(jù)格式Fig.2 Train timetable data format

2 功能設(shè)計(jì)

2.1 列車時(shí)刻表自動(dòng)編制

列車時(shí)刻表是列車在運(yùn)行區(qū)段以及在車站到發(fā)或通過時(shí)刻的技術(shù)文件，是旅客出行的指南，也是運(yùn)輸企業(yè)服務(wù)水平的體現(xiàn)[10]。列車時(shí)刻表是運(yùn)行圖資料編制的基礎(chǔ)，為編制基本進(jìn)路圖、股道表等提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，其質(zhì)量直接影響運(yùn)輸效率和安全可靠性能[11]。該功能主要從文件讀取到數(shù)據(jù)篩選、處理、分析、整理匯總，實(shí)現(xiàn)對(duì)客運(yùn)站列車時(shí)刻表的自動(dòng)編制。首先，輸入需要查找的車站名，通過數(shù)據(jù)挖掘，對(duì)符合條件的數(shù)據(jù)進(jìn)行前期處理與分析，包括車次、運(yùn)行區(qū)段、到點(diǎn)/開點(diǎn)、鄰站到點(diǎn)/開點(diǎn)、停站時(shí)間、出發(fā)方向等信息。同時(shí)，根據(jù)各個(gè)客運(yùn)站股道設(shè)置情況所編制的接發(fā)車進(jìn)路基礎(chǔ)信息表，結(jié)合股道運(yùn)用計(jì)劃完成列車時(shí)刻表中的接發(fā)車進(jìn)路信息，最終以鐵路局集團(tuán)公司下發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)化要求生成車站列車時(shí)刻表。列車時(shí)刻表自動(dòng)編制業(yè)務(wù)流程如圖3所示。

圖3 列車時(shí)刻表自動(dòng)編制業(yè)務(wù)流程圖Fig.3 Business process diagram for automatic train timetable compilation

2.2 列車時(shí)刻表新舊對(duì)比

為了更加方便地完成對(duì)車站列車信息管理，往往需要對(duì)不同季度的列車時(shí)刻表中列車信息進(jìn)行逐一對(duì)比，查找存在變更的列車信息，但是傳統(tǒng)的人工檢查工作量大且繁瑣，難以保證人工校對(duì)的零失誤。列車時(shí)刻表新舊對(duì)比功能可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同季度的列車時(shí)刻表信息的新舊對(duì)比管理，挖掘不同季度的列車是否存在包括車次、運(yùn)行區(qū)段、到點(diǎn)、開點(diǎn)等基本信息的更新，例如是否存在車次的刪除或增加、運(yùn)行區(qū)段、到點(diǎn)或開點(diǎn)的修改等。列車時(shí)刻表新舊對(duì)比業(yè)務(wù)流程如圖4所示。

圖4 列車時(shí)刻表新舊對(duì)比業(yè)務(wù)流程圖Fig.4 Business process diagram for comparing new and old train timetables

2.3 動(dòng)車組接發(fā)列車固定股道表

動(dòng)車組接發(fā)列車固定股道表自動(dòng)編制功能主要基于車站列車時(shí)刻表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)固定股道信息的管理。主要包括車站名、股道信息、車次等信息?；诹熊嚂r(shí)刻表，獲取當(dāng)前車站名，對(duì)符合模式匹配的車次信息進(jìn)行股道分類匯總，從中采集符合條件的股道信息和車次信息。動(dòng)車組接發(fā)列車固定股道表業(yè)務(wù)流程如圖5所示。

圖5 動(dòng)車組接發(fā)列車固定股道表業(yè)務(wù)流程圖Fig.5 Business process diagram for fixed track tables for EMU arrivals and departures

2.4 基本進(jìn)路圖

傳統(tǒng)人工繪制基本進(jìn)路圖是在編制好的車站列車時(shí)刻表基礎(chǔ)上，使用excel 或CAD 逐條鋪畫符合計(jì)劃要求的列車進(jìn)路圖，工作量大且繁瑣[12]，而基于VBA 自動(dòng)編制基本進(jìn)路圖可以快速、準(zhǔn)確、清晰地一鍵繪制客運(yùn)站列車基本進(jìn)路信息。該功能主要根據(jù)不同的車次、運(yùn)行方向、停站時(shí)間、股道信息、上下行等信息實(shí)現(xiàn)列車基本進(jìn)路圖的繪制，繪制中橫坐標(biāo)為時(shí)間軸，自18：00 至翌日18：00，每10 min 為1 個(gè)單位，依據(jù)列車上下行信息繪制鄰站站名，基于股道數(shù)據(jù)匯總股道種類，并在運(yùn)行圖對(duì)應(yīng)位置進(jìn)行標(biāo)記，結(jié)合車次、到點(diǎn)、開點(diǎn)以及停站時(shí)間等信息，定位當(dāng)前股道位置并繪制對(duì)應(yīng)長度的停站時(shí)間線，根據(jù)判斷列車運(yùn)行方向添加車次信息?；具M(jìn)路圖業(yè)務(wù)流程如圖6所示。

圖6 基本進(jìn)路圖業(yè)務(wù)流程圖Fig.6 Business process diagram for basic route maps

3 功能實(shí)現(xiàn)

3.1 列車時(shí)刻表自動(dòng)編制

以2021年第3季度列車時(shí)刻總表為測試數(shù)據(jù)查詢寧德車站。輸入站名，運(yùn)行程序，自動(dòng)生成寧德站列車時(shí)刻表，包括車站名、車次、運(yùn)行區(qū)段、股道信息、鄰站出發(fā)時(shí)間、鄰站到達(dá)時(shí)間、本站到點(diǎn)、本站開點(diǎn)、站停時(shí)間統(tǒng)計(jì)、接發(fā)車進(jìn)路信息、是否營業(yè)、站臺(tái)及出發(fā)方向等信息。同時(shí)，程序中對(duì)列車?？空緯r(shí)間以及存在疑義的列車數(shù)據(jù)均進(jìn)行提示，以方便后期人工校對(duì)，每條列車記錄按到點(diǎn)時(shí)間進(jìn)行排序。寧德站列車時(shí)刻表自動(dòng)編制實(shí)現(xiàn)結(jié)果(部分)如圖7所示。從圖7中可以看出，途經(jīng)寧德車站的所有車次信息按照開點(diǎn)時(shí)間進(jìn)行了排序，若無到點(diǎn)，則站停時(shí)間以“---”顯示，由于各個(gè)車站站臺(tái)信息不同，該信息由人工后期進(jìn)行補(bǔ)充。

圖7 寧德站列車時(shí)刻表自動(dòng)編制實(shí)現(xiàn)結(jié)果(部分)Fig.7 Implementation results of automatic compilation of train timetable at Ningde Station (partial)

3.2 列車時(shí)刻表新舊對(duì)比

以寧德站2021年第3季度和2021年第4季度列車時(shí)刻表為測試數(shù)據(jù)，進(jìn)行新舊對(duì)比，運(yùn)行程序，自動(dòng)生成寧德站2 個(gè)季度中所有車站變化的列車信息，包括新圖中新增和刪除的車次，運(yùn)行區(qū)段和時(shí)間的調(diào)整，結(jié)果準(zhǔn)確清晰。為了方便后期人工校對(duì)檢查，在對(duì)應(yīng)季度的列車時(shí)刻表中，依次對(duì)列車存在的變化信息進(jìn)行標(biāo)注。寧德站不同季度列車時(shí)刻表對(duì)比結(jié)果如圖8 所示，從圖8 中可以清晰地看出不同季度車次信息的變化情況。結(jié)果不僅針對(duì)新圖增加和刪除的車次進(jìn)行匯總，同時(shí)對(duì)有變化的車次信息依次輸出，例如車次為K804的列車，到點(diǎn)和開點(diǎn)都進(jìn)行了調(diào)整，到點(diǎn)由原來的9：01調(diào)整至9：00，開點(diǎn)由原來的9：06 調(diào)整至9：07。新舊對(duì)比可以更加快捷、方便地幫助車站調(diào)圖技術(shù)人員進(jìn)行車次信息的新舊管理，同時(shí)也可以輔助完成列車時(shí)刻表的校對(duì)工作。

圖8 寧德站不同季度列車時(shí)刻表對(duì)比結(jié)果Fig.8 Comparison results of train timetables at Ningde Station in different quarters

3.3 動(dòng)車組接發(fā)列車固定股道表

該功能基于列車時(shí)刻表，可以快速生成動(dòng)車組接發(fā)列車固定股道表。寧德站動(dòng)車組接發(fā)列車固定股道表實(shí)現(xiàn)結(jié)果如圖9 所示。從圖9 中可以看到，根據(jù)寧德站列車時(shí)刻表中所有辦理客運(yùn)業(yè)務(wù)的股道及動(dòng)車組車次信息，快速有效地匯總在同一股道辦理客運(yùn)業(yè)務(wù)的列車車次，并按要求自動(dòng)生成，結(jié)果高效、準(zhǔn)確，大大節(jié)省了人力成本。

圖9 寧德站動(dòng)車組接發(fā)列車固定股道表實(shí)現(xiàn)結(jié)果Fig.9 Implementation results of fixed track tables for EMU arrivals and departures at Ningde Station

3.4 基本進(jìn)路圖

基于VBA 的列車基本進(jìn)路圖自動(dòng)編制功能，較傳統(tǒng)的人工編制效率顯著提高，且使用簡單、方便。通過軟件自動(dòng)編制的寧德站基本進(jìn)路圖實(shí)現(xiàn)結(jié)果如圖10所示，其中圖10a為18：00至次日6：00的進(jìn)路圖，圖10b為次日06：00至18：00的進(jìn)路圖。從圖10中可以看到，為了避免出現(xiàn)靠近圖形兩端的列車運(yùn)行線出現(xiàn)斷開的情況，時(shí)間軸自18：00開始向右延伸，直至次日18：00[13]。根據(jù)列車不同客貨類型繪制不同的線型及顏色，例如辦客列車以紅色線條繪制，貨物列車以黑色線條繪制。通過列車?？繒r(shí)長及?？康墓傻牢恢玫呐袛?，對(duì)該位置的實(shí)線加粗并計(jì)算時(shí)間長短繪制相應(yīng)長度的線條，若無?？縿t不存在?？繒r(shí)間長度，直接根據(jù)發(fā)點(diǎn)完成該趟列車進(jìn)路線的繪制[14]。此外，基本進(jìn)路圖中該車站的鄰站信息、各個(gè)車次信息以及上下行關(guān)系均進(jìn)行了體現(xiàn)，結(jié)果清晰、準(zhǔn)確，使用方便。

圖10 寧德站基本進(jìn)路圖實(shí)現(xiàn)結(jié)果Fig.10 Implementation results of basic route maps at Ningde Station

4 結(jié)果與分析

軟件測試階段從2021年第3季度至2022年第2季度，共測試30個(gè)車站，測試總次數(shù)約200次，并統(tǒng)計(jì)各個(gè)車站在同一季度、不同季度測試結(jié)果，驗(yàn)證了該軟件能夠有效地提高工作效率，保證結(jié)果的正確性。

4.1 同一季度不同車站列車時(shí)刻表編制結(jié)果分析

以2021年第3季度中國鐵路南昌局集團(tuán)有限公司（以下簡稱“南昌局集團(tuán)公司”）下發(fā)的列車時(shí)刻總表為測試數(shù)據(jù)，列舉了寧德等8 個(gè)車站在使用軟件前后完成編制工作的時(shí)長及結(jié)果正確率，2021年第3 季度不同車站列車時(shí)刻表編制用時(shí)及正確率對(duì)比如表2 所示。從結(jié)果統(tǒng)計(jì)中可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的人工編制平均用時(shí)2.06 d，平均正確率為99.775%。而使用自動(dòng)編制軟件，平均用時(shí)10.13 min（包括后期人工校對(duì)時(shí)間），平均正確率為100%。

表2 2021年第3季度不同車站列車時(shí)刻表編制用時(shí)及正確率對(duì)比Tab.2 Comparison of time and accuracy for compiling train timetables at different stations in the third quarter of 2021

從結(jié)果中分析，使用自動(dòng)編制軟件進(jìn)行列車時(shí)刻表編制所用時(shí)間大大降低。以平均2.06 d計(jì)算，全段30個(gè)車站完成1個(gè)季度調(diào)圖編制總計(jì)需要61.8 d，以每天工作時(shí)長8 h計(jì)算，合計(jì)2.06×30×8=494.44（h），使用軟件自動(dòng)編制完成全段1 個(gè)季度調(diào)圖總計(jì)需 要10.13×30÷60=5.065（h），效 率 整 體 提 高 為（494.44-5.065）÷494.44×100%≈98.97%，并且編制結(jié)果正確率均達(dá)到100%。

4.2 不同季度各個(gè)車站列車時(shí)刻表編制結(jié)果分析

以2021年第3季度到2022年第2季度南昌局集團(tuán)公司下發(fā)的列車時(shí)刻總表為測試數(shù)據(jù)，同樣列舉了寧德等8 個(gè)車站使用自動(dòng)編制軟件的平均用時(shí)情況（包括后期人工校對(duì)用時(shí)）和平均正確率，不同季度各個(gè)車站列車時(shí)刻表編制結(jié)果比較如表3 所示。從結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)，不同車站從2021年第3季度到2022年第2季度使用軟件完成編制平均耗時(shí)分別為10.13 min，10.37 min，9.44 min 和10.25 min，4 個(gè)季度整體平均耗時(shí)為10.047 min；正確率分別為100%，100%，98.63%和100%，其中2021 年第4季度正確率為98.63%，造成該結(jié)果的主要原因是車站調(diào)圖人員后期核對(duì)過程中，按個(gè)人經(jīng)驗(yàn)主觀添加了2 趟本季度已刪減的車次，而軟件自身運(yùn)行結(jié)果并不存在任何問題。從數(shù)據(jù)結(jié)果分析中，進(jìn)一步說明了該軟件運(yùn)行效率高、結(jié)果準(zhǔn)確且穩(wěn)定。不同季度各個(gè)車站列車時(shí)刻表編制結(jié)果比較如圖11所示。

圖11 不同季度各個(gè)車站列車時(shí)刻表編制結(jié)果比較Fig.11 Comparison of train schedule preparation results for each station in different quarters

表3 不同季度各個(gè)車站列車時(shí)刻表編制結(jié)果比較 min Tab.3 Comparison of train timetable compilation results at different stations in different quarters

4.3 使用軟件前后運(yùn)行調(diào)圖相關(guān)考核情況分析

依靠人工編制運(yùn)行圖相關(guān)資料工作量大、過程繁瑣、效率低，并且容易造成漏序或結(jié)果錯(cuò)誤，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)[15]。對(duì)比2021 年1 月至2021 年12 月全段所有客運(yùn)車站使用自動(dòng)化編制軟件前后月考核情況，軟件使用前后考核數(shù)量結(jié)果比較如圖12 所示。各月考核主要包括A 類和B 類2 種考核類型，2021年1—8月為使用該軟件前A類、B類考核數(shù)量情況。其中，2 月B 類考核數(shù)量達(dá)到最多，累計(jì)4 個(gè)，6 月同時(shí)存在A 類考核和B 類考核，分別為1個(gè)和3個(gè)。2021年9—12月為使用軟件后考核情況，9—12 月曲線呈下降趨勢，考核數(shù)量減少，12 月當(dāng)月A 類、B 類考核數(shù)量均為0。從考核情況分析中可以說明使用自動(dòng)編制軟件完成運(yùn)行圖相關(guān)資料編制可以有效地降低漏序和錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。

圖12 軟件使用前后考核數(shù)量結(jié)果比較圖Fig.12 Comparison of assessment quantity results before and after software usage

5 結(jié)束語

基于VBA 的車站列車運(yùn)行圖資料自動(dòng)編制軟件的開發(fā)與應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了車站列車時(shí)刻表、動(dòng)車組接發(fā)列車固定股道表、列車時(shí)刻表新舊對(duì)比以及基本進(jìn)路圖的一鍵生成，軟件操作簡單、方便，有效地解決了運(yùn)行圖資料編制效率低的關(guān)鍵問題。不僅大大降低了編圖人員的工作量，提高工作效率，還可以對(duì)可能存在的數(shù)據(jù)問題進(jìn)行及時(shí)提示，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)又能保證各個(gè)車站編制的結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化的要求。通過車站使用編制軟件前后相關(guān)考核情況分析，進(jìn)一步說明了使用自動(dòng)編制軟件的實(shí)際效果，在保證數(shù)據(jù)安全、準(zhǔn)確及文檔規(guī)范化上具有一定的可靠性。在后續(xù)的相關(guān)研究中，將繼續(xù)完善功能，開發(fā)一套更加人性化和智能化的運(yùn)行圖相關(guān)資料自動(dòng)編制軟件。