城市軌道交通列車運行調整策略研究

滕 飛

（南京恩瑞特實業有限公司，江蘇南京 211106）

1 引言

城市軌道交通列車運行采用基于連續車地雙向通信的列車運行控制技術（CBTC），先進的CBTC技術可使列車開行密度增大、追蹤間隔縮短，從而提高列車運營效率。但是，高密度、短間隔的行車方式使得列車在運行過程中抗干擾能力減弱，設備故障等原因導致列車早晚點情況時有發生，影響運營服務質量。如何采用合理的列車調整策略控制列車按照計劃運行圖運行，當列車偏離計劃運行圖運行時，通過調整列車的停站時間和站間運行時間使列車趨于正常運行是列車自動監控系統（ATS）中重要的研究方向。

ATS系統對列車的調整策略包括自動調整和人工調整，列車自動調整（Automatic Train Regulation，ATR）是列車自動監控系統中的一個重要子系統，ATR在保證列車安全運行的前提下，通過調整列車在各站的停站時間和站間運行時間，使早晚點列車在經過一定時間的運行后恢復到正常運營狀態。本文主要介紹時刻表調整、時刻表偏移調整、等間隔調整和人工調整4種列車調整策略，以期為城市軌道交通運營早晚點情況下列車行車組織提供參考和借鑒。

2 列車運行偏差問題分析

在城市軌道交通實際運營過程中，影響運營的事件多種多樣，針對不同的情況采用不同的調整策略，具體如下。

（1）運營過程中發生短暫的臨時事件（如屏蔽門延遲關閉）導致列車晚點，這類事件影響范圍較小、影響時間較短，可以通過對單列車的時刻表調整策略使其趨于正點運行。

（2）運營過程中由于設備故障導致全線列車的全周轉時間延長，全線列車運行整體偏離計劃運行圖，可以通過全線列車的時刻表調整或者時刻表偏移調整使列車運行趨于正常。

（3）運營過程中由于某些特殊原因，導致列車大面積擁塞，通過時刻表調整或時刻表偏移調整無法使列車正常運行時，可以采用等間隔調整策略，實現當前列車與前一列車之間的追蹤間隔等于當前列車與其后列車之間的追蹤間隔。

（4）當某些站由于大型社會活動出現短時間內客流量激增情況，進而導致列車由于停站時間過長而晚點時，可以采用人工調整的方式，通過人工設置該站的停站時間和站間運行時間，適當延長該站的停站時間并相應地縮短站間運行時間，使列車正點運行。

列車運行過程中，調度員工作站人機交互界面（HMI）的車次框中會實時顯示列車的運行偏差，如圖1所示。由圖可知，車次號為13100802的列車運行偏差值為+3 959 s，即該列車運行晚于計劃運行時間3 959 s，若偏差值小于0，則表示列車運行早于計劃運行時間。

圖1 車次框

當列車的實際運行與當日的計劃運行圖之間發生較小偏差（偏差值由調度員設定）時，系統自動按照時刻表調整策略調整列車運行，使列車運行至正點狀態。當列車的實際運行與當日的計劃運行圖之間的偏差較大時，系統發出“偏差較大”報警，同時系統根據列車實際運行的偏差情況，自動生成列車調整計劃供調度員參考。當列車的實際運行與當日的計劃運行圖之間的偏差超出一定的范圍時，系統發出“偏差過大”報警，同時以起始站或終到站為基點，自動對所有列車按等間隔運行原則生成調整計劃，經調度員確認后對全線列車進行等間隔調整。

ATS系統自動列車調整以時刻表調整策略為缺省模式，并提供列車調整策略的切換功能。圖2為HMI軟件中ATR調整功能窗口，該窗口用于調度員設置列車調整策略及相應的參數，并提供查看當前全線列車及某輛列車調整策略的功能。

圖2 HMI調整界面

無論采用哪種調整模式，系統應首先確定列車計劃到站時間TPlanArrive、計劃離站時間TPlanDepart、實際到站時間TActualArrive、實際離站時間TActualDepart、計劃停站時間TPlanDwell、計劃站間運行時間TPlanRun、最大停站時間TMaxDell、最小停站時間TMinDwell、最大站間運行時間TMaxRun、最小站間運行時間TMinRun，并計算列車的運行偏差時間TDeviation=TActualArrive-TPlanArrive或TDeviation=TActualDepart-TPlanDepart。列車到離站時，根據列車的運行偏差，調整列車的停站時間TDwell和站間運行時間TRun，使列車運行趨于正常。

無論采用哪種列車調整策略，應首先調整列車的站間運行時間，當只調整列車站間運行時間不能滿足需要時，再對列車停站時間進行調整，避免乘客上車之后長時間等待或者留給乘客上、下車時間過短而影響乘客體驗。此外，應保證調整之后的停站時間在[最小停站時間，最大停站時間]范圍內，調整之后的站間運行時間應在[最小站間運行時間，最大站間運行時間]范圍內，即滿足：TMinDwell≤TDwell≤TMaxDwell、TMinRun≤TRun≤TMaxRun。若TRun＞TMaxRun，則TRun=TMaxRun；若TRun＜TMinRun，則TRun=TMinRun；若TDwell＞TMaxDwell，則TDwell=TMaxDwell；若TDwell＜TMinDwell，則TDwell=TMinDwell。避免出現列車“惰行”、停站時間過長或過短等情況。

3 調整策略分析

本節將從城市軌道交通的實際運營需求考慮，討論時刻表調整、時刻表偏移調整、等間隔調整和人工調整4種調整策略的使用場景和設計原理。

3.1 自動調整

3.1.1 時刻表調整

時刻表調整策略用于線路部分列車或全部列車出現小范圍運行偏差的情況，通過時刻表調整，減小列車實際運行與計劃運行圖之間的偏差，使得列車盡量貼合計劃時刻表運行。

時刻表調整策略的基本流程如圖3所示，當列車偏差時間小于調度員設定的偏差值（5 s）時不進行自動調整，當列車偏差時間大于調度員設定的偏差值（5 s）時，通過調整列車停站時間和站間運行時間，使列車趨向正點。當列車早點時，通過增加停站時間和站間運行時間使列車運行趨向正點；當列車晚點時，通過減少停站時間和站間運行時間使列車運行趨向正點。列車到站時，對列車停站時間和站間運行時間進行調整，列車離站時，只對列車站間運行時間進行調整。

圖3 時刻表調整策略流程圖

3.1.2 時刻表偏移調整

時刻表偏移調整策略用于線路大部分列車整體偏移時刻表運行的情況，此時不適合將列車按照時刻表調整，宜采用時刻表偏移調整使得列車的實際運行圖與計劃運行圖保持平行。時刻表偏移調整以時刻表調整為基礎，當列車早點時，通過增加停站時間和站間運行時間，使列車運行趨向偏移后的正點；當列車晚點時，通過減少停站時間和站間運行時間，使列車運行趨向偏移后的正點。

圖4為南昌地鐵3號線時刻表偏移調整策略列車運行圖，當設置全線列車采用時刻表偏移調整策略，偏移值為620 s時，車次號為22101214的列車經過時刻表偏移調整后，實際運行線與計劃運行線平行，2條運行線之間的差值為620 s。

圖4 時刻表偏移調整策略列車運行圖

3.1.3 等間隔調整

當全線列車發生大規模晚點，實際運行圖與當日的計劃運行圖之間的偏差超過規定范圍，通過時刻表調整或時刻表偏移調整無法使列車正常運行時，系統發出“嚴重偏離計劃”報警，控制中心調度員可以選擇將列車調整策略切換到等間隔調整。ATS系統可以自動判斷線路上所有列車運行的交路，并自動計算各交路的間隔時間，經調度員確認后即可按指定的間隔時間對全線列車進行調整。調度員也可以根據實際運營情況，指定各交路的間隔時間，要求ATS按此間隔時間進行調整。ATS系統根據選擇的列車運行交路、設定的運行間隔或列車數量，自動計算列車在各車站的到發點時間，控制列車按照間隔時間運行。通過等間隔調整，實現當前列車與之前列車之間的追蹤間隔等于當前列車與其后列車之間的追蹤間隔。

等間隔調整時，需要重新分配列車的運行交路，并計算每個交路的運行間隔。所以切換為等間隔調整模式之后，系統將清除所有列車的計劃信息，使列車變為非計劃車，根據列車的運行目的地碼重新為列車分配車次號，并重新計算列車預報信息。列車到達折返站臺后，系統將根據其運行交路自動為列車分配下一行程的目的地碼，并根據站臺上一列車發車時間加上間隔時間，作為下一列車的期望發車時間，計算調整后的停站時間。站間運行時間不調整，使用最小的站間運行時間。

3.2 人工調整

人工調整策略是指調度員對部分車站設置停站時間和站間運行時間，用于某些站有大型社會活動或者線路故障等場景，需要臨時調整某些站的停站時間或者站間運行時間。人工調整可以實現某輛列車在某些車站按照人工調整策略運行，也可以實現全線所有列車在某些車站按照人工調整策略運行。圖5為調度員工作站HMI上人工調整設置界面，人工調整既支持設置列車在某些站的停站時間，也支持調整列車在某些區間的站間運行時間，還可以支持同時設置停站時間和站間運行時間。

圖5 HMI人工調整窗口

人工調整策略具有比自動調整策略更高的優先級，可以與自動調整策略同時使用。例如，當全線列車采用時刻表調整模式策略，某車站對全線所有列車采用人工調整策略時，全線所有列車在該站按照人工調整策略運行，在其他站按照時刻表調整策略運行。

4 結束語

本文從城市軌道交通的實際運營需求考慮，分析了時刻表調整、時刻表偏移調整、等間隔調整和人工調整4種調整策略的使用場景和設計原理，對相關從業人員及研究人員具有一定的學習和參考價值。但是，由于不同的線路情況和運營場景列車調整策略也不盡相同，并且伴隨著城市規模的擴大、人口數量的增加以及列車運行間隔的縮短，列車調整問題的難度和復雜性也日益增加，需要從業人員對列車調整問題進行更加深入的研究。