摘要：时刻表是城市轨道交通运输组织的基础，合理的时刻表方案要求运输能力与客流量相匹配。要考虑成本效益的因素，就需要根据工作日、节假日等不同的运营时间以及运营高峰期、平峰期和低峰期编制出合理的时刻表。因此，面对如此多样化的时刻表，如何能更加快速、高效编制出更加合理的时刻表便是离线时刻表编图软件的主要目的，通过离线时刻表编图软件的智能编制功能，可以根据不同的运营要求迅速计算出满足运输能力和不同时段客流量要求的时刻表。
关键词：城市轨道交通；时刻表；智能编制
引言
随着城市轨道交通行业的发展和运营组织能力的提升，城市轨道交通运营对离线时刻表编图软件的要求也不断提高，越来越多的运营商期望离线时刻表编图软件能尽可能减少人工操作的次数、降低操作的复杂度，最大程度上实现时刻表智能编制功能[3]。然而现有市场存在的几种离线时刻表编图软件，虽然在一定程度上能实现离线时刻表编图的功能，但是操作比较繁琐，效率不高，不能达到用户对离线时刻表编图软件的功能和性能要求[4]。因此，优化改善离线时刻表编图软件的智能编制能便是提升软件品质的必要手段。本文将以简化软件操作流程和提高软件性能为目的，以运输能力与不同时段客流量相匹配为原则，从离线时刻表智能编制的设计方案和运算技巧上进行优化研究[5]。
1问题描述
1.1研究背景。为了节约资源、降低城市轨道交通公司的运营成本，需要合理安排列车的开行方案，通过对工作日、节假日不同时间内乘客出行客流量的统计分析，得出响应的数据参数，并通过增加或减少在运营高峰期、平峰期和低峰期的列车开行对数的方式，来降低运营成本，提高公司效益[3]。现有时刻表编制软件大体可分为两类：（1）一类软件是分列车编制。通过先编辑一列列车的时刻表，然后复制得出其他列车的时刻表信息，这类时刻表编制软件对于等间隔单一交路的时刻表编制来说，比较方便；但是对于存在高低峰不同发车间隔的时刻表编制来讲，需要再根据不同发车间隔要求对列车时刻表信息进行逐一调整，虽然能够通过复杂的操作来完成高低峰时刻表的编制，但是对于操作用户来讲，可操作性性很差，编制一张不同发车间隔的时刻表，至少需要一周的时间才完成。（2）另外一类软件是分时段编制。根据运营高峰期、平峰期和低峰期的分别编制，先编制一个时段的时刻表，经过人工调整满足该时段的列车的发车间隔后再编制下一时段的时刻表，如此类推，最终完成高低峰时刻表的编制。这一类软件比上述类型软件在操作性和效率上有了很大的提高，能够将编制时间缩短到两天左右，但是同样需要大量的人工操作。以上两个时刻表编制软件在编制存在不同发车间隔比较复杂时刻表，都需要大量的人工操作，效率不高，因此时刻表编制智能化程度的提高有利于降低用户的工作强度和难度、提高的工作效率，更加便捷的编制出合理满足运营要求的时刻表。
1.2基本假设及设计思路。一般情况下，城市轨道交通线路多采用单一交路运营模式，并以最大断面客流作为确定发车频率的计算依据，运营公司将根据不同时段客流量制定出相应不同的时刻表以满足运输能力的要求。根据实际调研数据，做出不同时间段客流量的统计分析图，大致分为工作日客流量数据分布图和双休日客流量数据分布图。工作日客流量数据分析图如图1所示，客流量的高峰期主要在7：00~9：30和16：30~19：30这两个时段。双休日及节假日客流量数据分布图如图2所示，客流量高峰期主要在9：30~20：00这个时段。1.2.1基本假设根据对不同时段客流量的调查分析，本文提出以下假设：（1）乘客到达车站后乘坐第一趟沿途列车，不考虑乘客滞留情形。（2）开行列车采用相同编组的列车。（3）不考虑现场作业影响，所有开行列车旅行速度相同。1.2.2设计思路根据实际调研的客流量数据分布图，实现时刻表智能编制功能，本文提出以下计思路：（1）根据列车运行速度能力和停站时间要求，设置运行周期。（2）根据不同时段客流量分布图，将时刻表分成不同的时段。（3）根据所分不同时段的客流量和运输能力给出相应合理的开车列车数量或发车间隔以及出入库位置和出入库数量的必要参数。（4）智能编制时刻表时，根据不同时段相关的参数先分段计算时刻表上行班次数据和下行班次数据，并在客流量转峰时段按照规则实现数据的平滑过渡。（5）将所有时段的上、下行班次数据按规则连接组合形成不同列车的行车轨迹。（6）将计算得出的时刻表数据以折线形式铺图形成完整的运行图。
2构建模型
本文中主要以如何能更加智能、快速、高效地编制出合理的时刻表为研究目的，构建以下数据模型，用于系统的智能计算。2.1列车运行周期列车运行周期是指列车从到达首站开门停站时间开始，到列车途经各个站台的运行时间、停站时间以及两端折返时间的时间总和，是时刻表智能编制的一项重要基础数据。考虑到乘客的出行成本和运营公司的运营成本以及列车运行旅行速度的能力，用户可在系统中自行定义列车比较合理的运行时间标尺和停站时间标尺。不同的运行时间标尺和停站时间标尺组成不同的列车运行周期。假设列车在区间的运行时间为Ti，列车在站台的停站时间为Tj，列车在折返1段的折返时间为T1，列车在折返2段的折返时间为T2，交路共有n站，那么列车的运行周期T的计算结果如下：T=∑i=1n-1Ti+∑j=1nTj+T1+T2（1）2.2列车发车间隔和发车数量列车发车间隔是指下趟列车的发车时间与当前列车发车时间的时间间隔。列车发车数量是指在某时段内在线运营列车的数量。考虑到运营成本和客流量的因素，在客流高峰期采用减小发车间隔，增加发车数量；在客流平峰期或低峰期采用增大发车间隔，减少发车数量的设计方案可以减少资源的浪费。列车发车间隔和发车数量在同一时段内有相互依赖关系，当把列车运行周期作为数据常量时，列车的发车间隔和发车数量可由设置任意一个数值计算出另外一个数值。设列车的发车数量为m，列车的发车间隔为Tf，那么二者与列车运行周期T的关系如下：m=T/Tf（2）Tf=T/m（3）
3计算方法
本文模型为时刻表智能编制的基础参数，计算思路是将设置的参数代入到计算公式中进行分段计算。下面将以工作日数据为研究主体对时刻表智能编制计算方法和步骤进行详细的阐述。假设工作日运营时间为6：00~23：00，客流高峰期主要在7：00~9：30和16：30~19：30这两个时段，其他时段为客流平峰期。计算过程主要分以下几步：（1）将时刻表按客流量分成五个时段，如表1所示。（2）选择交路、运行时间标尺、停站时间标尺、折返时间以确定列车运行周期。（3）按时段设置发车间隔或发车数量，根据时段范围，确定每趟列车的发车时间，以6：00~7：00时段为例，设发车间隔为8分钟，运行周期为160分钟，那么代入公式可计算出该时段内的发车数量为20列，采用列车平均对开方式发车原则，则在该时段内每趟上下行列车的发车时间可以确定，设第n趟列车的发车时间为Tn，并且Tn须小于等于7：00，那么Tn计算方法如下：当n=1时，T1=6：00；当n=2时，T2=6：08；…以此类推，Tn=6：00+（n-1）*8（4）其他时段均可按照此类方法依次计算出相应时段内每趟列车的发车时间。（4）根据客流量转峰数据的设计原则，调整过渡期的发车时间。原则1：转峰时发车间隔不能大于最大发车间隔，且不能小于最下发车间隔；原则2：尽量调整后一时段内前期列车的发车时间。以6：00~7：00时段向7：00~9：30时段转峰的数据调整为例，按照上一步的数据，得出6：00~7：00时段内满足发车间隔要求的最后一班列车的发车时间是6：56，设7：00~9：30的发车间隔为6分钟，那么7：00~9：30时段内的发车时间如下：7：00，7：06，7：12，7：18，7：24…根据上述原则1的要求，舍弃7：00发车班次，利用后续一个班次的时间进行均匀调整，发现调整结果不满足原则1要求，则利用后续两个班次的时间进行均匀调整，正好满足原则1要求，调整后7：00~9：30时段内的发车时间如下：7：04，7：12，7：18，7：24…这里需要说明的是，如果利用后续两个班次的时间进行均匀调整依然不能满足原则1的要求，则再利用后续三个班次的时间进行均匀调整，依次类推。（5）将所有时段内的上下行班次发车时间都确定好以后，根据所选列车运行时间标尺和停站时间标尺依次计算出每趟列车在各个站点的到离站时间数据。（6）根据折返规则，将上行班次数据和下行班次数据进行连接合并，形成环路，最终生成一个完成的时刻表。
4结论
本文以城市轨道交通单一运营交路为研究对象，从实际调研的客流量分布数据中提取相关数据参数，并通过数据分析和研究，得出以下结论：（1）根据工作日、双休日以及不同时段客流量设置不同的开行列车数量和发车间隔，在满足乘客出行需求的前提下，节约运营成本，提高企业效益。（2）通过优化时刻表编制算法，提高了时刻表编制软件的智能化程度，用户只需要输入时段、开行列车数量或发车间隔等几个重要参数后，能够通过系统后台的智能计算，生成一个比较合理的时刻表。该设计方案很大程度上降低软件的操作复杂度、减少了大量的人工操作，大大提高了时刻表的编制效率。经测试编制同一张存在高低峰不同发车间隔的时刻表，采用时刻表智能编制功能，可以将工作时间缩短到1个小时左右。
作者:陈如 单位:北京城建智控科技股份有限公司
