基于列車晚點情況時的地鐵運營調整自組織機制

北京地鐵運營三分公司 田若冰

當行車處于高密度狀態(tài)時，一旦城市軌道交通系統(tǒng)出現(xiàn)列車晚點問題，會導致后面的列車出現(xiàn)連帶晚點現(xiàn)象，進而形成列車晚點傳播模式，導致列車運行秩序被嚴重打亂，甚至還會嚴重影響其他線路運營狀態(tài)。所以，結合列車晚點情況，針對性地制定地鐵運營調整策略，從而保證地鐵運營調整自組織機制構建水平。

一、晚點情況下的地鐵列車運行調整

（一）列車運行晚點的產生與傳播

列車沿著線路進行穩(wěn)定運行時，一旦受到自身、外界等各種因素的影響，其運行軌跡會出現(xiàn)一定的偏離現(xiàn)象，導致列車運行軌跡偏離設置好的列車運行圖，從而形成列車晚點現(xiàn)象。例如：當列車客流量規(guī)模過大時，會造成因停留時間延長而導致列車出現(xiàn)頻繁晚點現(xiàn)象，此時，一旦駕駛員駕駛操作不規(guī)范或者設備設施出現(xiàn)異常問題[1]，會導致列車在指定的區(qū)間內因運行時間不斷延長而增加列車晚點出現(xiàn)概率。對于大部分地鐵線路而言，其列車運行方向會嚴重影響相鄰列車運行狀態(tài)，正在運行的列車出現(xiàn)晚點，同時在短時間內無法快速恢復到正點，此時，一旦相鄰列車運行間隔達到所設置好的最小追蹤間隔[2]，會自動偏離所設置好的計劃運行圖，從而產生一定的晚點傳播模式，造成相關列車出現(xiàn)連帶性的晚點現(xiàn)象。影響相鄰列車晚點傳播模式的因素主要包含列車晚點程度、列車運行控制平臺冗余時間、列車運行間隔時間等因素。所以，行車調度員要結合實際情況，科學地調整和控制相鄰列車運行狀態(tài)。

（二）晚點情況下的列車運行調度調整目標

地鐵運營方要結合乘客實際出行需求，利用各個列車時空分布規(guī)律，完成對列車運行圖的制定，通常情況下，調度員要嚴格按照所設置好的運行圖，對相鄰列車進行組織，從而形成滿足列車運行圖制定需求的服務模式。當相鄰列車出現(xiàn)晚點問題時，其區(qū)段間隔會出現(xiàn)一定程度的偏差問題，導致列車運行相關服務質量不斷降低，所以，為了避免以上不良現(xiàn)象的出現(xiàn)，行車調度員要及時調整和優(yōu)化相鄰列車開行間隔時間，確保列車運行間隔均衡性，從而為列車運行提供高更加優(yōu)質的服務。

（三）晚點情況下列車運行調度人工調整手段

當相鄰列車出現(xiàn)晚點現(xiàn)象時，行車調度員通過利用列車運行控制系統(tǒng)，對列車運行圖冗余時間進行科學調整和控制，并逐個調整地鐵線路列車運營狀態(tài)，一旦出現(xiàn)突發(fā)線路故障問題，會增加列車運行延誤風險、列車運行中斷風險，此時，僅僅利用列車運行控制系統(tǒng)，難以對列車運行時間進行有效的調整和修正，導致列車晚點傳播問題頻繁出現(xiàn)，造成列車運行間隔出現(xiàn)較大的偏差，甚至引發(fā)列車運行秩序混亂問題。由此可見，行車調度員要采用人工選擇的模式，完成對列車運行調整方案的制定。另外，結合各個列車運行晚點問題，行車調度員要在綜合考慮列車運行間隔均衡性等特點，實時調整和控制列車運行間隔。本次調整內容主要包含列車扣停、載客跳停、列車始發(fā)點調整、列車運行等級調整、列車停站時間調整、列車折返方式調整等。通過采用列車加開、交路變更等措施，可以科學地調整和控制列車前后運動順序，同時，還要結合所設置好的線路條件，完成對所需列車運營晚點場景的設置，例如：當列車出現(xiàn)運行故障問題、線路短路等問題時，需要構建所需要的線路中斷場景。最后，行車調度員在保證在線列車運動順序恒定不變的基礎上，加強對地鐵運營調整自組織機制的研究和制定。

二、基于群體協(xié)同的列車運行調整自組織機制

（一）列車運行調整機制轉變

結合列車自動監(jiān)控系統(tǒng)智能化控制水平，對列車運行調度模式進行劃分，使其被劃分為以下兩種模式，一種是自動調整模式，另一種是人工調整模式，相關調度員通過運用人工調整模式，借助自身專業(yè)技能和工作經驗，對列車運行模式進行科學調整[3]。調度決策運用是否合理，與調度員所發(fā)送的人工指令之間存在很大的關系。在列車自動監(jiān)控系統(tǒng)的應用背景下，可以將單條線路列車運行等效為相應的組織系統(tǒng)，并利用若干個列車，完成對該系統(tǒng)的構建，并結合列車晚點情況，對列車運行模式進行科學化調整，列車運行過程屬于典型的他組織過程，在他組織過程模式的應用背景下，相關部門對列車運行的靈活性、調整性提出了更高的要求，這就要求調度員必須具備較高的業(yè)務和能力[4]。隨著新線數(shù)量的不斷增加，客流量呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢，同時，還增加了線路設施設備的多樣性，調度員在短時間內無法有效適應這種復雜、多變的線路運營環(huán)境，這無疑嚴重影響了應急處置工作的有效開展。所以，調度員要重視對智能體概念的運用，對地鐵運行系統(tǒng)內的各個列車進行組合，從而形成一個智能個體，此外，還要加強對列車智能體之間交互規(guī)則的制定[5]，避免列車運動受外界因素干擾，從而確保列車運動井然有序，此外，為了更好地組織各個列車智能體，調度員無須借助外界力量，通過利用各個列車之間的協(xié)同作用，促使列車運行系統(tǒng)向有序化、數(shù)字化方向不斷發(fā)展。

（二）列車運行調整的自組織機制

調度員通過借助智能體之間的組織力，對系統(tǒng)內部各個元素進行協(xié)同化處理，同時，還要結合列車運行調度實際需求，完成對各個列車智能體之間協(xié)同運動關系的構建。此外，通過利用各個列車智能體的協(xié)同關系，嚴格按照如圖1所示的列車故障場景下的行車組織流程，對列車之間的追蹤運行流程進行不斷地優(yōu)化和完善。從圖1中可以看出，各個列車運行時間一旦受到列車故障問題的影響，會出現(xiàn)列車晚點現(xiàn)象，當列車故障被徹底解決后，通過對列車運行狀態(tài)進行科學調整和恢復，確保列車運行的有序性，只有這樣，才能最大限度地提高列車運行圖服務質量。由此可見，列車運行自組織機制構建核心是充分利用不同時間間隔列車的協(xié)同運動關系[6]，在此基礎上，還要精確化描述各個列車間運動協(xié)同過程。研究結果表明：盡管列車群表現(xiàn)出較高的關聯(lián)度，但是，各個個體與相鄰列車之間會產生相應的交互作用。此外，通過借助相鄰列車之間所形成的排斥力，確保列車運動的統(tǒng)一性。將各個列車運動距離劃分為以下三個層級：（1）排斥區(qū)域。其他個體的運用，通常會對該各個體產生一定的排斥力[7]，這也是該個體所希望的。（2）協(xié)同區(qū)域。其他個體的使用，通常會與該個體的運動趨勢保持一致，確保兩者之間形成一定的協(xié)同關系。（3）吸引區(qū)域。其他個體的運用，可以對該個體產生一定的吸引力[8]，這也是該個體所希望的。當該個體不在該吸引區(qū)域內，其他個體的使用，將不會對該個體產生相應影響。結合所設置好的相鄰個體間運動距離，形象化描述列車實際運行間隔，當列車嚴格線路進行穩(wěn)定運行時，要根據(jù)各個列車間的位置關系，科學地設置一維運行間隔，同時，還要結合所設置好的相鄰列車運動關系，對相鄰列車運動關系的距離進行科學劃分，確保其劃分為以下幾個組成部分：（1）協(xié)同間隔。根據(jù)所設置好的列車運行冗余時間范圍[9]，將列車間隔設置在可接受范圍值，并利用列車運行控制系統(tǒng)，對協(xié)調列車運行模式進行調整。（2）排斥間隔。當各個相鄰列車之間的運行間隔不在可接受的范圍內，通過利用列車之間所產生的排斥作用，可以有效地拉大各個列車之間的運行間隔。（3）吸引間隔。當各個列車運行間隔處于可接受的范圍時，鄰近列車的運用，可以對該列車產生較大的排斥力，確保各個列車運行間隔縮短最低。另外，當各個列車之間的運行間隔遠遠超過所設置好的可接受范圍時[10]，僅僅利用在線列車，難以借助各個列車之間的協(xié)同作用，滿足多個乘客運輸需求，在此基礎上，通過利用列車運行控制系統(tǒng)，可以將各個列車間隔設置在可接受的范圍內。總而言之，通過加強對地鐵運營調整自組織機制的構建，可以不斷地提高各個列車運行間隔感知力，并對各個列車運行間隔進行科學的調整和控制，確保相鄰列車之間形成一定的交互關系和協(xié)同關系，確保列車運行的穩(wěn)定性和有序性。相鄰列車運動關系的距離劃分如圖2所示。

圖1 列車故障場景下的行車組織流程

圖2 相鄰列車運動關系的距離劃分

（三）列車運行調整的自組織協(xié)同模型

當列車沿著地鐵線路進行運行時，會形成排隊追蹤運動組織模式，當某一列車出現(xiàn)晚點現(xiàn)象時，地鐵線路上的各個列車由原來的運行有序模式轉變?yōu)檫\行混亂模式，為了避免這一不良現(xiàn)象的出現(xiàn)，行車調度員要嚴格按照相關標準和要求，對各個列車的交互關系和協(xié)同關系進行構建，同時，還要對各個列車智能體之間的交互關系進行調整[11]，并選用合適的列車運行調整模式，完成對列車運行調整的自組織協(xié)同模型的構建。

三、列車運行調整的自組織優(yōu)化算例

以“某城市軌道交通8號線”為例，利用列車運行仿真平臺，對列車運行過程進行管理和仿真處理。在仿真模擬列車運行過程期間，行車調度員可以隨時隨地設置多個列車故障場景。為了有效地驗證列車運行自組織調整模型的有效性和可靠性，需要將所設置好的列車協(xié)同運動規(guī)則嵌入到列車運行仿真平臺中。

（一）仿真場景

為了確保所構建的列車區(qū)間故障場景完全滿足人們實際應用需求，需要將九點之前列車發(fā)車時間間隔設置為3分鐘30秒，將九點之后的列車發(fā)車時間間隔設置為5分鐘。一旦列車場站區(qū)間出現(xiàn)一系列故障問題，列車運行仿真平臺會自動觸發(fā)故障緊急迫停命令，并對列車場站故障問題進行分析和解決[12]，但是，該列車在進站期間，晚點時間達到11分鐘。為了更好地驗證地鐵運營調整自組織機制的有效性和可靠性，要對駕駛員應急處置過程進行不斷地優(yōu)化，此時，列車運行仿真平臺仿真界面顯示以下內容：列車迫停間隔時間達到11分鐘。

（二）自組織調整過程

當列車出現(xiàn)晚點后，根據(jù)列車運行調整的自組織協(xié)同規(guī)則模型，利用列車運行控制平臺，對列車與相鄰列車的交互關系進行不斷地更新，然后，在科學調整和控制列車運動狀態(tài)的基礎上，完成對列車運行圖的繪制，此外，還要結合行車組織狀態(tài)，采用最大速度標尺，對處于高峰時段的列車載客進行控制，同時，根據(jù)列車交互關系，科學地設置列車間隔。

1.前方列車運行的自組織調整過程

故障車的出現(xiàn)會導致該列車與前方列車之間的間隔不斷加大，確保前方列車與前后相鄰列車之間的間隔滿足所設置好的吸引間隔區(qū)間，當故障列車距離后方列車間隔不斷增大時，后方引力遠遠超過前方引力，迫使該列車運行控制系統(tǒng)停站時間不斷延長。不同列車之間通常會出現(xiàn)一定的群體效應，對于前方列車而言，當其引力不斷向后方列車傳遞時，要利用列車之間的引力作用，對前方多列列車進行自動化扣停，這種現(xiàn)象被稱為“分攤晚點”，從而最大限度地提高前方車站列車服務質量，確保各個列車之間的間隔變得更加均勻化。

2.后方列車運行的自組織調整過程

故障車的出現(xiàn)，導致該列車與后方列車之間的運行間隔不斷縮短，使得后方列車與相鄰列車之間的運行間隔滿足所設置好的排斥間隔區(qū)間，當該列車與前方間隔遠遠低于與后方列車之間的間隔時，前方列車所產生的斥力會遠遠超過后方列車所產生的斥力，此時，該列車會在第一時間內自動化扣停。同樣而言，通過利用相鄰列車之間所產生的群體效應，后方列車所產生的斥力會不斷地向后方移動，在斥力作用下，故障列車會自動化扣停，從而最大限度地提高列車運行的可靠性和安全性，確保列車服務工作有序進行。總之，為了給列車旅客提供更加優(yōu)質的服務質量，行車調度員要利用列車運行控制系統(tǒng)，科學地調整和控制列車運行自組織，并采用自動調整方案，對列車停站時間進行調整和控制，這為后期解決列車晚點問題，提高旅客乘車體驗打下堅實的基礎。

四、結束語

綜上所述，當?shù)罔F運營組織形式過于嚴峻時，地鐵運營安全事件頻繁發(fā)生。為了降低突發(fā)列車運行晚點對列車地鐵運營影響程度，行車調度員要在系統(tǒng)化、全面化梳理和研究列車運營調整方法的前提下，利用鄰近列車間運行間隔關系，精確化描述列車間運動交互關系，并完成對列車自組織協(xié)同模型的有效構建，由于地鐵列車所對應的運行過程具有一定的復雜性，行車調度員結合某號線列車運行情況，仿真模擬前方向列車與后方向列車運行自組織調整過程，對所構建好的地鐵運營調整自組織機制的有效性和可靠性進行有效的驗證，這為后期推廣和普及該機制打下堅實的基礎。