天津地铁智慧化运行图系统功能及技术方案研究

赵疆昀

（天津轨道交通运营集团有限公司，天津 300392）

0 引言

随着城市轨道交通的快速发展，多个城市已形成放射与环状结构相结合的地铁运营网络。从线网统筹协调的角度来看，各线路列车运行计划应不仅满足本线路的客流运输需求及运营车公里要求，还应重点保障线网首末班车及大客流换乘站良好的列车换乘接续关系。由于各地铁线路建设开通时间不同，不同供货商提供的运行图编辑工作站功能、逻辑差异较大，采用传统模式人工编制运行图、核对时刻表的弊端已逐渐凸显。为满足日常运营、新线开通及大客流等情况下不同线路间列车运行的协调运作需求，亟需研发各线协调统一、合理规划运输衔接、高效疏解全网客流的线网列车运行图编制系统。以天津城市轨道交通智慧化运行图编制系统研究开发为例，阐述网络化列车运行图编制系统的功能及技术方案。

1 建设背景

天津轨道交通近年积极引入社会资本参与轨道交通建设运营，预计截至2021年底开通运营线路8条、运营车站164 座、运营里程达265km，形成了多家运营主体共同参与的网络化运营新格局。在列车运行计划编制方面，早期开通的部分线路不具备专用编制软件，需要人工铺画运行图、制作时刻表，运行计划的编制和导入周期较长。其他线路普遍通过信号系统的运行图编辑工作站编制，但不同供货商提供的产品在系统功能、逻辑方面差异较大，学习培训周期长，不具有良好的延续性。在线间列车衔接方面，随着运营线路的增加，换乘站列车衔接还存在精细度不足的问题。目前投入运营的换乘站共计19 座，其中肿瘤医院站、天津宾馆站、文化中心站为5 号线、6 号线的同台换乘车站，换乘行走距离短，易出现客流冲突现象，另外天津站、西站属于综合交通枢纽，换乘衔接关系复杂。为保障运营安全及服务质量，有必要协调优化各线路列车在换乘站的衔接关系。

从智慧城轨发展的角度，线路运力配置应灵活匹配不同时段客流分布情况，避免运力浪费，因此有必要根据客流分布及预测情况实现运行图编制的自动化、智慧化、智能化。从决策层为运行计划编制者提供决策的依据和建议，实现各线协调、合理运输、高效疏解全网客流的线网列车运行图编制功能。

2 建设目标

网络化运行图编制系统应具备客流分析及预测功能，充分考虑线路设备配置，编制的列车运行计划信息与线路客流特征相匹配，并设置便捷、灵活的查询、输出界面。主要功能目标描述如下。

2.1 线网运输计划评估

客流预测数据是指基于历史客流及行车数据，对未来一个时段内的客流进行预测，包括应用客流预测工具得到的预测客流量和统计分析平台的历史同类型客流量数据。客流量数据主要包括分时分方向的断面客流量、客流量总量、分方向换乘量，已知大客流的持续时间等。根据客流预测结果，结合历史行车数据及当前行车条件，评估确定交路方案、站停方案分时段开行对数、首末车时间方案、运力配置计划等运行图要素。交路方案主要根据高峰分时线路断面客流量的预测结果，确定线路的交路形式，包括单一列车交路、大小列车交路、共线列车交路等。在交路方案确定后，根据可运用车组数、线路通过能力和最小开行间隔的约束条件分别为每交路设置站停方案。结合换乘站的换乘客流量、线路运输服务要求、线路可运用车组数、车辆定员数据，结合客流预测及历史行车数据，确定全线网运力配置的分时段开行对数。

2.2 线网列车运行图编制

建立地铁线网列车运行图编制的基础数据，包括线网基础参数、车站信息、列车运行标尺、列车开行方案、运行图接口信息等，完成地铁线网单条、多条及全网所有线路列车运行图的自动编制与调整。其中，列车运行图管理包括运行图参数及版本管理，不同时刻表及计划线类型的导出功能等。

2.3 列车运行衔接评估

提供线网列车运行图衔接评估功能，通过评估产生评估分析结果,根据分析结果得到线网列车运行图调整策略，对线网列车运行图进行优化编制调整，调整结果又可以进行评估分析，形成“编制—评估—调整”闭环，实现优化的地铁线网列车运行结果见图1。

图1 系统功能目标

3 技术方案

3.1 技术总体架构

网络化运行图编制系统体系架构主要由“三个体系”和“三个层次”构成。其中，三个体系指标准规范体系、业务管理体系和安全保障体系，即将管理形式和技术手段结合，提供各种标准规范保障、组织与管理保障、安全措施与安全技术保障等。三个层次指计算机网络平台层、数据资源层和应用层。在体系架构中，每个层次的结构和功能相对独立，下一层为上一层提供支持和服务。计算机网络平台层主要是系统运行所需的软硬件平台。根据应用需要和资源需求，主要包括网络通信平台、服务器及存储平台、系统软件/数据库平台。数据资源层的核心任务是进行城市轨道交通运行图涉及的资源利用和开发。按照业务系统的实际需求，在标准规范体系的指导下，进行资源建设，主要包括资源获取、资源分类、资源管理、资源整合等。应用层是城市轨道交通系统业务逻辑应用系统的集合。根据业务需要，整合构建各类应用系统，包括线数据管理子系统、线网运输计划评估子系统、线网列车运行图编制子系统、线网列车运行图评估子系统及线网列车运行计划发布子系统及接口子系统等。系统建设过程中建立统一的应用集成平台，提高各业务数据的共享度，简化业务处理过程，使各种处理过程自动化以及优化现有的业务流程。

3.2 系统网络架构设计

采用C/S 网络架构，由运行图服务器、运行图客户端组成。服务器包含整个城市所有地铁线路的运行图数据，将负责各线路或区域的地铁线网列车运行图编制人员作为客户端，可查看全局范围的所有数据，包括地铁线网列车运行图的所有要素：线路、车站、区间、运行标尺、显示分段、车辆交路等。用户根据各自负责的管辖范围对权限进行了限定，仅对自己管辖范围内的运行图具备管理和编制权限。为适应局域网条件下和广域网条件下城市轨道交通运行图编制系统的网络传输可靠性，采用TUXEDO 通信中间件完成网络通信，各运行图客户端通过该服务器与运行图服务器之间完成数据通信，如图2所示。

图2 系统网络架构

3.3 组网操控方式

对于服务器端，需要进行组网设置，对于客户端，仅需要简单的设置即可完成组网，进行地铁线网列车运行计划的协同化编制。

3.3.1 服务器端

服务器端提供网络服务配置助手工具，运行配置工具后所有参数均自动采集，无需人工设置，选择“生成配置文件”即可生成服务器端的TUXEDO 配置文件。在首次运行TUXEDO 服务器时，需要选择该按钮生成配置文件，若已经生成则不用再生成配置文件。选择“启动服务”按钮启动TUXEDO 服务器，如果需要重启服务，则先选择“停止服务”然后再启动服务。启动运行图服务器，载入整个地铁线网运行图数据库，切换至服务器状态。至此，服务器端准备就绪。

3.3.2 客户端

地铁线网运行图管理人员登录客户端进行列车运行计划的编制及管理工作。在客户端设置好服务器IP 地址，切换至客户端模式，可从服务器端同步地铁线网运行图数据，根据用户角色分配操控权限[1]。

3.4 系统部署方案

系统提供单机运用、网络协同运用两种模式。单机运用模式指所有运行图的管理、编制工作均在单一电脑设备上完成，通过系统提供的接口功能导出ATS系统接口数据文件。网络协同运用模式配置了运行图服务器、备份服务器、绘图仪、若干客户端。客户端中有地铁线网运行图管理人员客户端、线路运行图管理人员客户端、运行图查询用户客户端及其他用户客户端（比如生成指标、生成时刻表等），可根据需求进行灵活配置。网络协同运用模式部署方案见图3。

图3 网络协同运用模式部署方案

4 应用系统内容

4.1 线网运输计划评估

线网运输计划评估主要包含客流计划管理和交路与站停等方案制定，即根据客流情况，制定线网运输计划，据此调整优化线网运行计划，实现全网范围各线协调、合理运输，为快速、安全、高效疏解全网客流提供技术支持。

4.1.1 客流计划管理

客流计划是指计划期间城市轨道交通线路客流的规划，是编制其他计划的基础和依据。对新建线路根据客流预测资料编制客流计划。对既有线路，根据历史同类型客流量统计和调查资料编制。客流计划的数据源分为新线客流预测资料和历史客流及行车数据。历史客流数据需从ACC 系统获取，历史行车数据需从各线路ATS 系统获取，客流预测数据需从系统外部的客流预测工具获取。客流计划的主要内容包括沿线各站到发客流数量（车站上下客）、各站分方向发送人数（OD）、分时分方向断面客流量、换乘站客流量、客流量总量、已知大客流的持续时间[2]。

4.1.2 交路与站停方案制定

根据高峰分时线路断面客流量的预测结果，确定线路的交路形式，包括单一列车交路、大小列车交路等。在交路方案确定后，用户根据可运用车组数、线路通过能力和最小开行间隔的约束条件分别为每交路设置站停方案。研发线网运力配置计划编制模型，考虑换乘站的换乘客流量、线路运输服务要求，加载客流预测数据、历史参考数据以及线路可运用车组数、车辆定员数据，运用线网运力配置计划编制模型，生成全线网（或局部线网）运力配置计划的分时开行对数表。针对新线开通，需要制定新线接入的首末车时间方案；针对既有线，需要根据线路在线网中的衔接情况，换乘站的主要换乘方向（换乘量较大或者首末班车时段的衔接要求），优化调整全局的首末车时间方案。线网运力配置计划的管理包括计划的生成、存储、查询和更新维护。

4.2 线网列车运行图编制

线网列车运行图编制是基于对基础数据的处理，实现列车运行图的自动编制及调整，并对列车运行图相关指标进行统计、计算，同时对列车运行图进行管理。基础数据管理功能主要是运行图编制的参数管理，并可进行参数的修改，以此重新生成列车运行图。基础参数主要包括但不限于线网线路基础参数、列车运行计划参数、线网换乘时间标准、列车运行图时间要素、车辆段使用情况、乘务人员配备参数、供电区段能力参数、车辆属性参数等。模块功能包括线网信息管理、车站属性数据管理、车站图形拓扑数据管理、区间数据管理、列车运行标尺信息管理、列车运行参数管理、车底信息管理、列车交路管理、列车开行方案管理、列车运行图框架生成等。

4.3 列车衔接评估

地铁线网各线采取分线运行的模式，乘客需在换乘站换乘实现跨线出行。列车衔接评估是评估线网各线路列车运行衔接情况的重要方法，并为乘客提供路径查询、检索和路径可达性服务的支持。对乘客在车站的集聚情况、区间运力运量匹配情况、换乘站各方向列车的衔接情况进行展示。主要功能包括首车衔接信息查询、末车衔接信息查询、常规时间衔接查询、出行路径信息查询、换乘服务水平评估等。

图4 应用系统各版块内容

5 结语

通过建设网络化运行图编制系统，可实现线网运输计划评估、列车运行图自动编制与调整、衔接评估功能，有效解决网络化运营带来的运力与客流匹配不足、换乘站列车衔接不畅等问题。在接口设置方面，系统应具备与清分系统的数据接口，确保数据实时性、可靠性。由于运行图文件最终通过各线路信号ATS 工作站加载后执行，因此系统还应与各线路信号集成商ATS 设置接口。在招标阶段充分考虑接口要求。为满足各线路运营单位、各设备专业的使用需要，提高执行效率，系统还应具备多种运行图数据输出形式，包括车站时刻表、司机轮乘表、始发站发车时刻表等数据表及不同种类的文件格式。