基于实时客流的城市轨道交通 列车自动调整方法

黄柒光，李建全

（1.卡斯柯信号有限公司 城轨系统部，上海 200070；2.卡斯柯信号有限公司 城轨运输指挥系统 开发部，上海 200070)

0 引言

智能调度是“智慧地铁”的组成部分，是新一代城市轨道交通全自动运行系统的核心建设部分。基于实时客流的列车自动调整功能可以实现运能与运量的精确匹配，体现“以乘客出行服务为核心”的城市轨道交通运营理念，提升乘客的出行体验。目前，上海、成都、郑州等城市正在建设城市轨道交通智慧调度系统，实现列车自动调整功能。列车调整主要基于事先编制的计划时刻表，而由于突发事件、大客流等因素，列车实际运行时间与计划运行时间往往存在一定偏差。因此，在制定计划时刻表时，会为列车在车站的停站时间和区间的运行时分预留一定余量，为列车运行调整提供条件。列车可以充分利用这些余量调整运行，实现正点到发和站台停站时间灵活调整。

针对城市轨道交通列车自动调整问题，国内外学者进行了研究。闵鹏[1]研究根据早、晚点情况调整列车停站时间和区间运行时分。栾文波等[2]、魏博[3]研究基于客流变化的行车组织，其中没有涉及基于实时客流的列车自动调整。韦永佳等[4]、陈旻瑜[5]研究基于实时客流的城市轨道交通运营调整方法，但这些研究较少基于实时客流实现列车自动调整。随着城市轨道交通信号系统的升级，采用更加先进的技术实现列车自动调整成为发展趋势[6-8]。为此，研究基于实时客流的城市轨道交通列车自动调整方法的关键技术，包括实时客流数据获取、列车运行计划编制、列车运行调整策略制订，提出基于实时客流的城市轨道交通列车自动调整实现方式，可以提升列车的准点率，改善停站时间与客流量的匹配度，提高乘客满意度，对提升城市轨道交通服务水平具有较大意义。

1 基于实时客流的城市轨道交通列车自动调整方法

1.1 功能需求

基于通信的列车控制系统(CBTC)包含自动列车控制子系统(ATC)、联锁子系统(CI)、自动列车监控子系统(ATS)、维护支持子系统(MSS)、数据通信子系统(DCS)等子系统。在基于通信的列车控制系统下，结合站台实时客流情况，对列车的停站时间、区间运行时分进行调整，在尽可能满足列车正点运行的同时，使列车在车站的停站时间满足客流上、下车需要。为了实现基于实时客流的城市轨道交通列车自动调整，在列车运行前，计划编辑员需要根据列车的旅行速度、追踪间隔时间、折返时间、出库时间等条件，制订列车运行计划(时刻表)。在制订列车运行计划时，需要为区间运行时分和停站时间预留冗余，为列车自动调整保留一定的余量。列车运行计划编制完成后，需要上传至信号系统的轨旁ATS系统数据库。列车运行时，轨旁ATS系统比较列车计划到站时刻与实际到站时刻，以判断列车是否准点运行。系统根据列车运行情况，自动制订列车运行调整策略，调整列车停站时间或区间运行时分，并将调整后的列车运行计划下发至相关设备执行。因此，基于实时客流进行列车自动调整，需要研究实时客流数据获取、列车运行计划编制、列车运行调整策略制订、列车运行调整策略下发等关键技术。

1.2 实时客流数据获取

实时客流数据主要有2种获取方式。一种是利用城市轨道交通自动售检票系统(Automatic Fare Collection System，AFC)获取进出站客流信息。该方法可以获取实时旅客进出站量信息，但在客流高峰期乘客在站台上存在留乘的情况，仅利用AFC数据不能清楚地了解乘客是否上车。另一种是通过在站台布置摄像头，进行人体识别。当前的人体识别技术比较成熟，识别实时客流状态更准确、更及时，可以比较准确地获取特定区域的客流量，以支持基于实时客流的列车自动调整。同时，客流信息可以通过综合监控系统与轨旁ATS接口传递给轨旁ATS系统。

1.3 列车运行计划编制

计划编辑员在编制计划时采用的区间运行时分不能采用最高速度运行下的区间运行时分，需要考虑一定的调整余量；计划的站台停站时间也需要在线路规定的最小停站时间的基础上，考虑一定调整余量。调整站台停站时间必须介于最小停站时间与最大停站时间之间。最小停站时间与最大停站时间可通过系统配置设置；最小停站时间是指车门、屏蔽门开关门和上、下客必须的时间。

1.4 列车运行调整策略制订

基于实时客流的列车运行调整是根据列车运行情况，结合站台客流信息，对列车的停站时间及区间运行时分进行合理调整，使列车在车站的实际到达和出发时刻与计划时间尽量一致。当车上乘客较多，增加停站时间也无法满足乘客上、下车的要求时，可以通过在ATS界面关闭基于实时客流调整，改为仅根据早晚点情况进行列车调整。调整策略可以在当前既有信号系统与综合监控系统上新增一个实时客流消息接口实现，不需要对当前信号系统进行大幅度的改变，对运营影响较小。

信号系统根据早晚点及客流情况调整列车具体方案如图1所示。基于实时客流的列车运行调整采取以下关键策略：当客流量较小时，应尽量降低列车在区间的运行速度，以缩短加、减速过程，减少列车运行能耗；当客流量较大时，应延长列车的停站时间，充分满足乘客上、下车时间需要，减少乘客被车门或屏蔽门挤压现象。采用该策略可以提高系统的安全性和可用性，减少运营事故。

图1 信号系统根据早晚点及客流情况调整列车具体方案Fig.1 Adjustment scheme for the signal system based on passenger flow as well as early and delay information

1.4.1 列车晚点时的调整策略

在实际运营中，当列车发生晚点时，存在以下几种常见的运营场景，可以采用对应的调整方法。

（1）晚点且客流较大。优先通过提高区间运行速度缩短区间运行时分，再考虑缩短列车停站时间，以尽可能保证乘客上、下车时间。

（2）晚点且客流较小。优先缩短停站时间，再考虑减少区间运行时分，尽量不缩短列车在区间的运行时分，避免由于额外的加、减速过程导致列车牵引能耗上升。

（3）晚点且客流适中。可以综合考虑调整停站时间和列车在区间的运行时分。

1.4.2 列车早点时的调整策略

当列车发生早点时，存在以下几种常见的场景，可以采用对应的调整方法。

（1）早点且客流较大。首先考虑增大停站时间，其次是延长区间运行时分，尽量满足乘客上、下车时间要求。

（2）早点且客流较小。首先考虑通过降低区间运行速度以延长区间运行时分，再考虑增大列车停站时间。延长区间运行时分，降低列车区间运行速度，可以减少区间加、减速过程，降低列车运行能耗。

（3）早点且客流适中。综合考虑调整停站时间和区间运行时分。

1.4.3 列车准点时的调整策略

当列车运行准点时，存在以下几种常见的场景，可以采用对应的调整方法。

（1）准点且客流较大。可以通过延长停站时间，尽量使所有乘客上车。同时，可以通过提高区间运行速度，以缩短区间运行时分，弥补由于停站时间延长导致的列车晚点。

（2）准点且客流较小。可以通过缩短列车停站时间，同时降低列车在区间的运行速度，在保持列车准点运行的条件下，降低列车运行能耗。

（3）准点且客流适中。可根据计划时间安排列车停站和区间运行。

1.5 列车运行调整计划下发

调整后的时间(包含停站时间、区间运行时分)通过车地无线通信发送给车载ATC设备。结合从轨旁ATC设备获取的移动授权终点及轨旁设备状态信息，以及列车、车载ATC相关参数，车载ATC设备自动驾驶(ATO)模块计算列车区间运行速度曲线，实现列车自动调整。

2 基于实时客流的城市轨道交通列车自动调整实现

2.1 列车自动调整流程

基于实时客流的信号系统列车自动调整流程图如图2所示。

图2 基于实时客流的信号系统列车自动调整流程图Fig.2 Flow chart of automatic adjustment of the signal system according to real-time passenger flow

（1）列车出发前的数据准备。首先，计划编辑员根据线路要求旅行速度、列车间隔时间、列车折返时间、列车出库时间等编制基本计划运行图，同时需要考虑一定的区间运行时分及停站时间的余量，作为后续的调整空间。基本计划运行图编制完成后，上传至轨旁ATS系统；运营调度员基于已上传至ATS系统的基本计划运行图，创建当天计划图；列车出库时，自动领取当天计划车次号，或由调度员设置列车计划车次号。

（2）列车运行过程中的调整。①列车到站时刻报告。对于CBTC装备列车，轨旁ATS通过接收车载ATC设备报告的列车位置信息、停稳信息，判断列车是否到站；对于非CBTC装备列车，轨旁ATS通过接收CI传递的占用信息判断列车是否到站。②列车早晚点判别。根据列车实际到站时间与计划时间的差异，判断当前列车早点、晚点、准点情况。早点、晚点、准点的判断标准(对应的列车实际到站时刻与计划时刻的差值)可根据不同线路的情况进行定义和修改，如与计划相差15 s内为准点。③列车区间运行时分、停站时间调整。轨旁ATS通过判断早点、晚点、准点，并结合综合监控传递的站台客流信息，计算站台停站时间、区间运行时分，发送给车载ATC设备；车载ATC设备接收轨旁ATC设备的移动授权终点及轨旁设备状态，以及接收轨旁ATS调整后的停站时间和区间运行时分。车载ATC设备ATO模块根据调整后的发车时间控制列车出发，并计算列车区间运行速度曲线，根据计算的速度曲线自动运行。

2.2 列车区间运行时分及停站时间计算方法

为了表示列车运行调整中的各项时间，设计划区间运行时分为CurT，s；最小区间运行时分为MinT，s；最大区间运行时分为MaxT，s；计划停站时间StopT，s；系统定义的最大停站时间MaxStopT，s；系统定义的最小停站时间MinStopT，s。列车运行时分及停站时间的具体计算方法如下。

（1）列车晚点。当列车晚点，且晚点的时间为Ts时，如果通过站台摄像头人体识别发现当前客流较多，优先采用减少区间运行时分的调整策略。ATS首先获取事先由计划编辑员上传到ATS系统的最大、最小区间运行时分及站台停站时间，然后根据最小区间运行时分MinT与计划区间运行时分CurT比较。如果CurT-T≥MinT，那么区间运行时分调整为CurT-T；如果CurT-T＜MinT，那么区间运行时分调整为MinT。最后，再计算站台停站时间为StopT-[T-(CurT-MinT)]。如该数值介于系统定义的最大停站时间MaxStopT与最小停站时间MinStopT之间，那么将该数值作为调整后的停站时间直接发送至车载ATC设备；如果该数值小于系统定义的最小停站时间MinStopT，那么将最小系统停站时间MinStopT作为调整后的停站时间发送至车载ATC设备，剩下的列车运行过程置入后续路程调整。

（2）列车早点。当列车早点，且早点的时间为Ts时，如果通过站台摄像头人体识别发现当前客流较多，优先采用增加站台停站时间的调整策略。ATS首先获取事先由计划编辑员上传到ATS系统的最大、最小区间运行时分及站台停站时间，然后根据最大停站时间MaxStopT与计划停站时间StopT比较。如果MaxStopT≥StopT+T，那么列车在站台停站时间调整为StopT+T；如果MaxStopT＜StopT+T，那么站台停站时间调整为MaxStopT。最后，再计算区间运行时分为CurT+[T-(StopT+T-MaxStopT)]。如果该数值介于最小区间运行时分MinT与最大区间运行时分MaxT之间，那么将该数值作为调整后的区间运行时分发送至车载ATC设备，如该数值大于最大区间运行时分MaxT，那么将最大区间运行时分MaxT作为调整后的区间运行时分发送至车载ATC设备，剩下的列车运行过程置入后续路程调整。

3 结束语

基于CBTC信号系统的特点，研究基于实时客流的列车自动调整方法，以调整列车区间运行时分和站台停站时间，可以使城市轨道交通的运能投放与实时客流需求相匹配。通过基于实时客流列车自动调整方法可以支撑城市轨道交通智能调度的实现，保障列车正点运行，优化列车运行能耗，还可以避免因乘客过多，停站时间不足引起乘客被车门、屏蔽门挤压现象，提高了系统安全性。将来还需要进一步研究客流和运能的互动关系，制订更加系统、全面的列车调整策略。