地鐵系統時刻表編輯器淺析

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、客流隨節假日波動較大等，在設計上有站間距離短 (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、設備、節能三個方面考慮。運營方面主要考慮全日各時段客流量、客流區段流量流向、列車滿載率等;設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，應在滿足實際運營的基礎上，做到高效、安全、操作便捷，所編輯的時刻表格式清晰，便于閱讀修改和執行。下面以廣州地鐵3號線阿爾卡特SELTRAC MB系統的時刻表編輯器(TCS)為例進行說明。

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

2．創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．修改每個班次到達時間和出發時間，調整時刻表 (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:輸入節能速度曲線 (ESSP)數據、單元塊生成、時刻表生成、時刻表檢查沖突/傳遞。

2.1 節能速度曲線 (ESSP)

時刻表編輯器使用輸入的ESSP數據生成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置的時間。旅行時間是通過儲存在ESSP數據文件中的數據計算出來的，要確保ESSP數據設置的旅行時間與最高可接受線路速度設置的時間相匹配。需要注意，如果改變了ESSP數據，時刻表必須利用ESSP數據重新生成。由于旅行時間嵌入在ESSP數據中，如果使用不可靠的ESSP旅行時間數據創建時刻表，那么系統將不能正常的執行時刻表調度功能。

2.2 單元塊

時刻表單元塊是創建時刻表的基礎，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。當一個單元塊插進一個時刻表時，其本身會進行一次復制，以便今后對該單元塊的更改不會影響既有的時刻表。

單元塊可以被創建、編輯、刪除和復制。一個完整的單元塊應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，可以隨時重復利用，并且不需要重新生成。系統運營后，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的停站時間，可以調整各個站臺定義的最小、最大和標稱停站時間。每個單元塊內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的所有運行線，而標稱停站時間不受此規則限制。

為了使列車在每個站臺以規定的時間停站，以正確的時間從終端站臺出發，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，當余數為零時則滿足要求。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，通過調整New block對話框中的某個或某幾個參數，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包含:時刻表名稱及版本信息、時刻表文本描述、起始和結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換信息等。根據運營要求，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入，從最后的單元塊退出。用戶選擇單元塊進入到新的時刻表，為每個單元塊設置起始時間和結束時間。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致過多的沖突。當連接進入和退出班次時，單元塊時間只起指導作用;用戶可以在單元塊開始之前或結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系統會在重疊期內為前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入系統。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列車要繼續在單元塊2運行，則需要增加額外4列車進入第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。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列車將會繼續運行，4列車將會退出系統。

3．列車要從一個單元塊進入另一個單元塊繼續運行，必須把列車在2個單元塊的班次連接起來，保證列車繼續在系統中運行。

2.4 時刻表檢查沖突/傳遞

當一個時刻表編輯、保存后，時刻表編輯器會自動執行沖突檢測，當檢測到有站臺沖突時，通過調整該站臺的“沖突門限”參數，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系統用于運營。

2.5 TCS時刻表編輯器的優點及缺陷

TCS時刻表編輯器采用Windows操作系統，圖形化操作界面，簡單易學;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行復制修改，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。

當今地鐵線網的拓撲速度非常快，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還能進行自動沖突檢查，提高用戶編圖效率。

但TCS編輯器在設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整時間曲線，限制了編輯時刻表的效率。

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

3 對TCS時刻表編輯器的改進思路

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

對TCS的改進思路進行說明，如圖1所示，橫坐標為時間軸，最小分辨率為1 min，曲線節點1、2的時間大概為1 min，由于橫坐標無法再細分，進行微調時不能直觀的看出列車在車站4的停車時間(節點1至節點2的時間差)。建議修改TCS軟件，使時刻表的時間軸能夠根據需要可進行選擇，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量、列車停站時間、列車旅行速度都需要進行調整，時刻表也相應地需要進行調整，因此，應對不同時段的時刻表進行選擇性編輯，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時間段進行編輯，調整列車數量、停站時間、旅行速度等。結合修改后網格線分辨率直接進行微調，在速度曲線上直接對需要修改的停站時間進行拖拽，顯示直觀，操作便捷，極大地提高編圖效率。

4 結束語

隨著城市軌道交通的飛速發展，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，關鍵在于把設備和運營結合起來。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［J］．城市軌道交通研究，2001，(03):74－77．

［2］ 周小輝，劉峰，路紅英．鐵路網運營仿真與列車時刻表優化的研究［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整策略及其動態速控模式［J］．中國鐵道科學，2005(06)．

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

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