高铁列车运行方案与客流匹配分析系统设计与开发

(中南大学 湖南 长沙 410075)

一、引言

对于铁路运输企业而言，在市场化的背景下，我们最需要做到的是实现铁路企业效益最大化，而铁路企业效益的最大化是指铁路客运产品能最大程度地符合铁路运输市场的需求,即列车运行方案与客流需求尽量匹配。因此，我们需要从高铁线路客流分布规律的角度出发，分析其列车运行方案与客流分布特征的匹配度，确定经济合理、技术可行的列车运行方案，保证高速铁路更好更快地发展。

目前童晓进等学者[1],对常见的客流分析种类进行了整理，表明运输组织过程应重视与客流的分布规律相匹配，以此在满足旅客需求的同时，提高铁路运输企业在客运市场的竞争力。文成龙学者[2]以海南东环铁路的客票数据为基础，以全线路发送客流和车站发送客流的时空分布规律作为研究对象，分析东环高铁车站的客流时空特征与当前列车运行组织的匹配情况。

国外在匹配分析系统开发方面少有参考的文献，因此，本文在已有研究结果的基础上，按照系统需要实现的功能自主设计分析系统的结构，再利用Delphi 7软件进行系统开发简单易操作的系统，为现场的运输组织人员提供直观的分析结果，帮助他们更高效地计划安排和调整列车的运行方案。

二、列车运行方案与客流匹配问题概述

列车运行方案与客流的匹配关系主要表现为各时段上运输供给能力与需求的协调关系，或者说表现为各时段上列车发送量与客流发送量的协调关系。

本文利用图表分析法来描述这种关系，因此需要对基础数据进行一系列处理，在数据处理过程中，主要用到移动平均法[3]，该方法可以过滤掉数据中的随机起伏，呈现出数据的变化趋势。其计算公式如下：

Ei=Pi/N

(1)

式中：

i——由N个连续的同方向客流量时段，组成某方向N小时客流量均值的时段；

N——移动平均周期。

为增强不同方向同一时段间的量间的对比度，将2小时发送客流量均值进一步处理成2小时发送客流量均值占对应方向上2小时客流发送量均值总量的比例值。其计算方法如公式(2)和公式(3)所示。

EZ=∑Ei

(2)

式中：

EZ——全天某方向上各时段i的N小时客流量均值的总量。

(3)

式中：

Qi——i时段内某方向上的N小时客流均量值的比例值。

三、匹配分析系统的设计与实现

(一)匹配分析系统的设计

1.系统需求和功能模块分析

系统需生成全线路发送客流量的2小时均值分布比例图和各车站客流发送量与列车发送量的2小时均值分布比例图，直观展示给用户。根据系统需求分析的内容，设计匹配分析系统的结构。主要功能模块包括：全线时段客流分布子系统和各车站匹配分析子系统。其中各车站匹配分析是该系统的核心部分。

2.数据库设计

根据对系统功能模块和需求的分析，得出数据库的结构如表3-1和表3-2所示。

表3-1 全线路2小时发送客流量均值比例数据

表3-2 全各车站列车发送量与客流发送量均值比例数据

(二)匹配分析系统的实现

系统的开发需要借助平台实现。由于Delphi 7具有丰富的组件、强大的数据库访问技术等功能，尤其是具备图表设计和展示功能，能达到直观展示列车运行方案和客流匹配度的目的，符合本文对系统开发的整体要求。因此本系统选择Delphi 7作为开发平台。

匹配分析系统各项功能的实现需要用数据库平台作为数据支撑，本文以Excel为数据处理与计算平台，以Access 2007为数据库平台，实现数据共享与交换，以Delphi 7开发平台，最终实现系统的整个功能。

1.系统界面开发过程

主界面如图3-1所示，这个界面主要用到MainMenu、Label和Button等组件。

图3-1 匹配分析系统主界面

2.子界面的设计

子界面的设计需用到DBChart、DateSource、ADOConnection、ADOQuery和DBGrid等组件。其中DBChart和DBGrid组件起到展示列车运行方案与客流的匹配关系图表的作用，其余组件起到数据文件传递的作用。

(1)DBChart的编辑

鉴于列车运行方案与客流的匹配关系是用图表的形式来描述的，图表结构的设计将是关乎整个系统设计好坏的重点之一。通过改变坐标轴的数值范围和间隔、选择线型的样式以及改变线型的颜色和宽度。

(2)数据的读取

在数据读取方面，Delphi与Access软件结合运用。其中Delphi 7提供了可以对数据进行控制和访问的组件。

本文在匹配分析系统设计过程中主要通过使用到DateSource、ADOConnection、和ADOQuery组件读取Access数据文件，并将数据图形显示到DBChart和DBGrid中。

具体的数据读取过程为，首先读取Access数据文件中的用户指定的一张表中的所有字段至系统默认数据库表中，读取默认数据库表并显示至DBGrid和DBChart中，当用户需要另一张表时，清空默认数据表中的所有数据，再重复以上操作，从而实现数据控制和访问功能。通过对匹配分析按钮的Onclick事件写入一系列代码可以实现以上功能。

四、案例分析—海南东环高铁

(一)海南东环高铁概况

本文以海南东环高铁线路为研究案例，对当前东环高铁的列车运行方案与客流的匹配度作出分析与评价。海南东环高铁北起海口市海口站，沿着海南东海岸直达三亚地区新三亚站，于2010年12月30日正式通车运营。本案例研究区段为海口站至新三亚站全区段。

本文的基础数据来源于海南东环高铁2013年1月1日至10月11日时期内的列车运行时刻表以及客票数据，其中客票数据由发到站、列车车次、开行趟数、发送时间、到达时间和客流量等内容组成。

(二)案例分析

1.全线时段客流分布

点击匹配分析系统菜单栏全线时段客流分布菜单可得到海南东环高铁2小时发送客流量均值分布比例图如图4—1所示。

图4-1 海南东环高铁2小时发送客流量均值分布比例图

分析比例图可知，上行和下行的客流时间分布曲线属于双峰型(其特征为全线有两个高峰点)，上行和下行第二个高峰期均出现在下午14—16点时间段内，峰值客流大致相等，14—16点高峰时段过后，上行发送客流量下降速度比下行缓慢，故可得到上行方向在14—19时间段内发送客流高峰期持续时间较长。

由以上分析可得，海南东环高铁线路运输组织人员应根据以上所述的客流时间分布规律制定列车运行方案，低峰时段应少开行列车，高峰时段运行的列车应最大程度满足旅客的需求，使得全线路各时段内列车发送量与客流发送量相匹配。

2.各车站列车发送量与客流发送量匹配分析

全线路呈现的客流规律是车站呈现的客流规律的综合体现，因此在全线路的基础上分析列车运行方案与客流的匹配度之后，需要再进一步基于车站的客流规律分析线路上各车站列车发送量与客流发送量间趋势变化的匹配度。本文选取美兰站下行方向(图4—2)为例分析其列车发送量与客流发送量的匹配程度。

图4-2 美兰站下行2小时列车发送量与客流发送量均值分布比例图

分析图4-2可知，美兰站下行方向列车发送量与客流发送量的变化趋势上在总体上基本匹配，但在个别时段存在列车发送量与客流发送量局部不匹配的情况。例如在12—14点和16—19点两个时段客流量突然大幅度增加，但列车发送量基本没变，这说明在这两个时间段内列车在美兰站的停站方案与该时间段的客流量不匹配，我们需要对其做出调整。

调整的思路是在美兰站下行方向全天发送列车总量不变的基础上，使原本经停的列车改为不停，原本不停的列车改为经停来增减不匹配时段内的列车发送量。如果采用这种方法的前提条件是该站途经列车的数量能满足需增加列车数的要求。

表4-1 原列车发送方案与途经列车发送方案数据

通过对比图4-2中的客流发送量比例和列车发送量比例这两条曲线可知需要增加列车发送量的时段为12—14、16—18和17—19这三个时段。由表4-1可知只有16—18这一个时段满足条件。在保证美兰站下行方向全天列车发送总量不变的基础上，减少10—12时段的列车发送量，增加16—18时段的列车发送量。调整后的美兰站的列车运行方案与客流匹配图如图4—3所示。

图4-3 美兰站下行方向调整后的列车发送量与客流发送量均值分布比例图

通过分析图4—3可知，10—12和16—18时段的列车发送量与客流发送量已经匹配，但从中我们可以发现一些问题。第一，在修改途经列车的停站方案后，使得车站原本符合客流规律的时段(例如15—17时段)的列车发送量在执行上，会受到列车停站方案改变的影响，列车运行方案与客流时段变化规律不再匹配。第二，原本经停列车不但对发送的客流有影响，而且对到达的客流也有影响。因此，还需要考虑调整后的列车发送量与到达客流量的匹配情况。

综上，本文仅利用这种调整方法来表明该匹配分析系统能起到提高调整列车运行方案的效率的实际作用，但在实际执行方面，还需要根据各车站的具体情况进行合理性评估。

五、结束语

本文借助开发好的匹配分析系统，以海南东环高铁线路的客票数据为案例分别从全线时段客流和各车站客流规律两个角度分析了列车运行方案与客流的匹配度，给出对应于中间站的列车运行方案调整方法，并以美兰站下行方向为例给出了调整之后的匹配结果，能有效地提高列车运行组织人员编制运行图的效率。