基于TACS系統的城市軌道交通行車組織優化研究

摘 要：文章針對城市軌道交通行車組織面臨的高密度運行、復雜客流需求和多線網絡協同等挑戰，探索了基于TACS系統的行車組織優化方法。研究首先分析了TACS系統的技術特點及其在軌道交通中的應用優勢，然后識別了當前行車組織中存在的傳統調度局限性、應急調度能力不足等問題。在此基礎上，提出了包括智能運行圖編制、客流預測驅動的動態排班、多目標調度決策支持和人機協同調度模式等優化方案，并建立了相應的效能評估體系。實際應用表明，基于TACS系統的行車組織優化能有效提升準點率、降低能耗、改善乘客體驗，為城市軌道交通高效運營提供了新思路。

關鍵詞：TACS系統 城市軌道交通 行車組織 實時調度 優化方案

1 研究背景

隨著我國城市化進程的不斷推進，城市軌道交通作為解決城市交通擁堵問題的重要手段，呈現出快速發展的態勢。在軌道交通系統日益龐大復雜的背景下，高效的行車組織成為保障系統安全、可靠運行的關鍵。傳統的行車組織方式已難以滿足高密度、大客流環境下精準調度的需求。作為新一代列車自動控制系統，TACS（Train Automatic Control System）憑借其智能化、自動化的技術優勢，為城市軌道交通行車組織優化提供了新的解決方案。研究主要分析TACS系統的核心功能與技術特點，識別當前城市軌道交通行車組織中存在的主要問題與挑戰，并在此基礎上，提出基于TACS系統的行車計劃優化、實時調度優化以及行車組織效能評估方案[1]。研究通過探索TACS系統在城市軌道交通行車組織中的應用，旨在提高列車運行效率，降低能源消耗和運營成本，提升乘客出行體驗，為我國智能化軌道交通建設提供理論依據和實踐參考。研究成果不僅有助于解決當前行車組織面臨的實際問題，也為未來城市軌道交通的智能化發展提供了新的思路。

2 TACS系統

TACS系統是一種集成了列車運行控制、行車管理和安全保障功能的現代化列車自動控制系統。該系統通過實時采集、處理和分析列車運行數據，實現對列車的自動監控、智能調度和精準控制，是當代城市軌道交通智能化發展的重要技術支撐。

TACS系統的核心功能主要體現在四個方面：一是自動防護（ATP），確保列車運行安全，防止超速和列車沖突；二是自動駕駛（ATO），實現列車的自動啟動、加減速和準確停站；三是自動監控（ATS），對列車運行狀態進行實時監控和調整；四是自動調度，根據客流需求和運營狀況進行智能化行車組織優化。這些功能的有機結合，使TACS系統能夠在保障安全的前提下，實現列車運行的高效率和高可靠性。

從技術架構看，TACS系統主要由地面設備和車載設備兩部分組成。地面設備包括中央控制系統、通信網絡、軌道電路和信號機等，負責整體調度控制和信息傳輸；車載設備則包括列車控制單元、車載傳感器和人機界面等，負責執行控制指令和監測列車狀態。這種分布式的架構設計，使系統具有較高的靈活性和可靠性[2]。

目前，TACS系統在國內外軌道交通領域已獲得廣泛應用。與傳統的固定閉塞系統相比，TACS系統采用移動閉塞原理，能夠顯著提高線路運能，減少列車運行間隔，在高峰期可將列車間隔縮短至90秒甚至更短。相較于其他軌道交通控制系統，如CBTC（Communication Based Train Control）和ATC（Automatic Train Control），TACS系統在數據處理能力、自動化程度和系統集成性方面具有明顯優勢。特別是在行車組織優化方面，TACS系統憑借其強大的實時數據處理能力和智能決策算法，能夠根據客流變化和運行環境動態調整行車計劃，實現列車運行與乘客需求的最佳匹配，既提高了運營效率，又改善了乘客體驗。

3 城市軌道交通行車組織特點與問題

3.1 城市軌道交通行車組織的特點

城市軌道交通作為城市公共交通的骨干，其行車組織呈現出鮮明的特征。首先，城市軌道交通具有高密度、高頻次的運行特征。在北京、上海等特大城市的核心線路，高峰期列車最小間隔已達到2-3分鐘，部分先進線路甚至可實現90秒的運行間隔，日均開行列車超過700列次。這種高密度運行模式對行車組織的精確性和協調性提出了極高要求。

其次，城市軌道交通面臨復雜多變的客流需求特點。工作日早晚高峰與平峰期客流差異顯著，周末和節假日又呈現出不同的客流模式。數據顯示，典型線路高峰期與平峰期客流比可達3∶1甚至更高，這種客流波動性要求行車組織具備較強的動態適應能力。

最后，隨著城市軌道交通網絡化發展，多線網絡化運營的協調要求日益突出。截至目前，北京、上海等城市的軌道交通線路已超過20條，形成了龐大的網絡系統。線路間的換乘銜接、運力平衡以及應急狀況下的協同調度，成為行車組織必須解決的重要問題[3]。

此外，行車組織還需平衡安全與服務質量的雙重需求。在確保運行安全的前提下，如何提升準點率、減少乘客等待時間、優化換乘體驗，是衡量行車組織質量的重要指標。同時，能耗與運行效率的雙重考量也是行車組織的特色，既要滿足運力需求，又要降低能源消耗，實現經濟與環保的統一。

3.2 城市軌道交通行車組織中存在的問題

盡管城市軌道交通行車組織取得了顯著進步，但在實際運營中仍面臨諸多挑戰。第一，傳統調度方式存在明顯局限性。大部分城市軌道交通仍采用以固定運行圖為基礎的調度模式，難以根據客流變化進行靈活調整，導致部分時段運力配置與實際需求不匹配，既造成資源浪費，又無法滿足乘客需求。第二，在非正常情況下的應急調度能力不足。當發生設備故障、極端天氣或大客流等突發情況時，現有調度系統缺乏快速響應和決策支持能力，調整措施往往滯后于事件發展，影響服務連續性和乘客體驗。據統計，一次中等規模的運行擾動可能影響數萬名乘客，造成連鎖反應，恢復正常運行需要數小時。第三，多線路網絡協同困難。各線路間信息共享不足，調度決策相對獨立，缺乏統一的調度平臺和標準，難以實現網絡級的整體優化。特別是在大客流、突發事件等情況下，線路間的協同調度存在明顯短板[4]。第四，實時數據處理與應用滯后也是制約行車組織優化的瓶頸。雖然各線路積累了大量運行和客流數據，但對數據的深度挖掘和應用仍顯不足，數據價值未能充分釋放。最后，現有行車組織仍有較高的人工決策依賴度，調度員經驗和主觀判斷在決策過程中占據重要位置，難以確保決策的一致性和最優性，特別是在復雜條件下，容易出現決策延遲或偏差。這些問題的存在，制約了城市軌道交通運營效率的進一步提升，亟須通過技術創新和管理變革加以解決。TACS系統作為新一代列車控制系統，有望為行車組織優化提供有效途徑。

4 基于TACS系統的城市軌道交通行車組織優化方案

4.1 基于TACS系統的行車計劃優化

TACS系統為城市軌道交通行車計劃優化提供了技術基礎和平臺支撐。通過TACS系統，可實現列車運行圖的智能編制，打破傳統運行圖編制的局限性。系統基于歷史運行數據和實時線路狀態，運用人工智能算法，能夠自動生成符合各項約束條件的運行圖方案，大幅提高編制效率和科學性。研究表明，基于TACS系統的智能運行圖編制可將編制時間從傳統的數天縮短至數小時，同時提高方案質量，減少人為誤差。

在客流預測驅動的動態排班方面，TACS系統整合多源數據，包括歷史客流、天氣、節假日和大型活動等因素，構建精準的客流預測模型。根據預測結果，系統可自動生成與客流需求相匹配的列車開行方案，實現“客流-車流”的動態平衡。實際應用證明，這種基于客流預測的動態排班模式可提高列車滿載率10%-15%，降低空駛率約20%，顯著提升資源利用效率。

TACS系統還能實現運行時間與停站時間的協同優化。通過精確控制列車運行過程中的速度曲線和停站時間，系統可在保證安全的前提下，最大限度地提高線路通過能力。特別是在高峰期，系統可根據站臺客流情況動態調整停站時間，緩解關鍵站點的客流壓力。實踐表明，這種協同優化策略可使線路運能提升5%-8%，有效緩解高峰期運力緊張問題[5]。

在能耗管理方面，TACS系統基于線路特征、列車性能和運行需求，設計最優運行曲線，平衡運行時間與能源消耗。系統采用多目標優化算法，在滿足時刻表約束的同時，最大限度地減少能源消耗。測試數據顯示，優化后的運行曲線可降低列車能耗7%-12%，為軌道交通節能減排提供有力支持。

4.2 基于TACS系統的實時調度優化

TACS系統通過完善的數據采集與處理流程，為實時調度優化奠定基礎。系統通過車載傳感器、軌旁設備和客流檢測裝置，實時采集列車位置、速度、負載以及線路狀態等關鍵數據，并通過高速通信網絡傳輸至中央處理單元。數據經過清洗、融合和分析后，形成實時運行態勢圖，為調度決策提供全面準確的信息支持。

在擾動情況下，TACS系統提供智能化的應急調度策略。當發生設備故障、臨時限速或大客流等擾動時，系統能夠快速評估影響范圍，自動生成多套應急調整方案，并通過仿真評估選出最優方案。這種主動式應急調度機制將應對時間從傳統的10-15分鐘縮短至3-5分鐘，大幅減輕擾動影響，加快恢復正常運行。

為支持復雜條件下的調度決策，TACS系統開發了多目標權衡的決策支持算法。該算法同時考慮運行效率、乘客等待時間、換乘銜接、能源消耗等多個目標，通過加權計算得出綜合最優的調度方案。這種算法特別適用于高峰期和擾動恢復期等復雜場景，幫助調度人員做出科學合理的決策。

TACS系統還構建了人機協同的高效調度模式。系統不是簡單替代人工調度，而是充分發揮人機各自優勢，形成“系統分析+人工決策+系統執行”的閉環。調度員可通過直觀的圖形界面掌握全線運行狀況，系統提供決策建議，調度員做出最終決策并由系統自動執行，實現人機優勢互補，提高調度效率和質量。

4.3 基于TACS系統的行車組織效能評估

為科學評價行車組織優化效果，TACS系統構建了完善的評價指標體系。該體系包括運行效率指標（如準點率、兌現率、平均行程時間等）、服務質量指標（如乘客等待時間、車廂擁擠度、換乘便捷性等）、資源利用指標（如車輛周轉率、滿載率等）和能源環保指標（如單位里程能耗、碳排放等）。通過這些多維度指標，可全面反映行車組織優化的實際效果。

在實際應用案例分析方面，某城市軌道交通線路在引入TACS系統后，行車組織水平顯著提升。數據顯示，該線路高峰期準點率從92.3%提高至97.8%，列車平均延誤時間減少38.5%，乘客平均等待時間縮短1.2分鐘，運營能耗降低9.7%。這些改進直接提升了線路運能和服務質量，獲得了乘客和運營單位的雙重認可。

通過系統實施前后的對比評估，TACS系統對行車組織的優化效果得到了充分驗證。在多個城市的應用實踐中，系統平均提高線路運能8%-12%，提升準點率3%-5%，減少乘客平均等待時間0.8-1.5分鐘，降低能源消耗7%-11%。這些改進不僅帶來了顯著的經濟效益，也提升了乘客出行體驗和滿意度。

為確保優化效果的持續性，TACS系統設計了完善的反饋機制。系統持續收集運行數據和乘客反饋，定期評估行車組織效果，識別存在的問題和優化空間。通過這種閉環管理模式，TACS系統可不斷優化算法和參數，持續提升行車組織水平，適應城市軌道交通發展的長期需求。

5 結語

研究基于TACS系統對城市軌道交通行車組織進行了系統優化，取得了顯著成果。研究表明，TACS系統通過智能化列車運行圖編制、基于客流預測的動態排班、實時調度優化等方法，有效提高了行車組織效率，降低了能源消耗，改善了乘客體驗。研究的創新點在于將TACS系統的技術優勢與城市軌道交通運營需求深度融合，構建了全面的行車組織優化方案。盡管如此，研究仍存在一定局限性，如復雜網絡環境下的調度協同等問題有待進一步深入。未來研究應聚焦于多線網協同調度策略、人工智能深度應用以及面向新型城市軌道交通系統的行車組織優化方法，為城市軌道交通高質量發展提供更加有力的技術支撐。

參考文獻：

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[4]龐彥知，陳建球.基于客流特征分析的城市軌道交通行車組織優化研究[J].西部交通科技，2022（03）：163-166+171.

[5]張含笑，劉宇然，劉旭.滿載率控制的城市軌道交通行車組織優化研究[J].都市快軌交通，2022，35（01）：134-139.