基于CBTC的城市轨道交通系统自动调整策略

吴 明 王 忻

随着我国各城市轨道交通项目投入运行，行车调度指挥系统需要提高对列车安全正点运行的保障，辅助调度人员提高应对突发复杂事件的处理。提供高效可行的行车调度调整策略的调度指挥系统，在保证安全的基础上，能在一定程度上提高行车组织的效率，降低调度人员的工作强度，优化运营组织结构流程，高效组织合理分配城市轨道线路的运力资源。

1 自动调整问题的分析

传统的基于计算机的调度指挥系统，大部分只是调度人员利用纸、笔，将人工资料、部分电话的作业移交和转移到计算机系统上，用鼠标和键盘代替了纸笔和部分电话的作业，并可以根据预先设定的工作流程，按部就班的实现列车的调度组织。但是当外部干扰出现时，尤其是强烈的外部扰动，导致列车的运行组织严重偏离了预先设定的运行范围，则仍需要调度人员的及时介入，并根据外界的运营环境和自身积累的指挥经验，采取相应的调度处理措施，以期尽量在较短的时间内和较小的影响范围内恢复列车的正常运营秩序，其核心的人工决策流程并没有发生任何本质性的变化。

城市轨道交通相对与传统的铁路运输，具有行车密度大，列车追踪间隔短，短时客流量大，但线路条件较为单一的特点。在列车的运营秩序因干扰出现严重偏差时，若处于高峰期则会较短时间在站内积攒大量客流，提升了安全风险，因此，需要调度人员快速地做出决策反应。传统铁路运输的自动调整策略均是针对运行图的预测调整，且计算的周期较长，并不能很好地应用到现阶段需要快速反应的城市轨道交通行车组织上。传统铁路由于严格的列车时效性问题 (旅客需要依据铁路部门发布的时刻表进行出行规划)，需严格遵循按图行车的原则，而城市轨道交通系统的发车密度较大，线路走向单一，列车具备替代性效应，旅客对于某一列车到发时刻的敏感性远低于传统铁路，故使得城市轨道交通系统在故障期脱离运行图进行灵活调整成为可能。同时，应用于轨道交通系统的移动闭塞系统，也使得列车在自动驾驶模式下，根据调度指挥系统的行车命令，自动转换速度和走行路线成为可能。

由以上分析可知，城市轨道交通的自动调整策略，可以脱离传统的仅针对列车运行图的范畴，根据实际的运营组织情况，采用运行图优先策略，或是列车走行优先的策略。

2 自动调整策略

2.1 运行图优先策略

一般基本运行图的编制不会满图满能力编制，会给各运行线留出一定的缓冲时间。如果列车运行的扰动较小，在部分车站出现早点或是晚点，与计划线偏离较小的情况，可以利用预留的缓冲时间，采用运行图优先的策略进行列车运营的自动调整。运行图优先的调整策略以信号系统的柔性控制为基础，结合ATO系统的驾驶策略来实现。

在CBTC制式下，列车进站停稳时间和离站发车时间，可以从车载系统获取到较为精确的时间值。当列车进站停稳时，可认为该列车到达，系统比对此时该列车的计划到达时间与实际到达时间是否相符，若不符，则进行列车停站时间和下站区间运行时间的测算调整。调整策略如下:

1.若列车早点，则首先比对计划发车时间是否能满足系统配置的最大停站时间条件，若满足则将列车的停站时间延长至计划发车时间，否则采用最大停站时间，并调整列车在下一区间的运行时分或是运行等级，使列车以较低速度运行。

2.若列车晚点，则首先比对计划发车时间是否能满足系统配置的最小停站时间，若满足，则采用计划发车时间，否则采用最小停站时间。

3.若采用了最小停站时间后，列车发车时刻仍晚点于运行图，则根据晚点时分差值以及下一区间的列车运行时间范围进行计算，确定列车在下一区间的运行时分或是运行等级，使列车以较高速度运行。

如ATO需要旅行时间，则旅行时间 =列车在下站计划到达时间-当前时间;如ATO需要区间运行等级，则需要根据列车在下站计划到达时间和列车在区间使用各运行等级所需时间 (下称“列车等级-时间对照表”)综合判断。首先计算旅行时间，计算方法同上;再用旅行时间和列车等级时间对照表进行比较，挑选可以使列车正点到达下站的最低区间运行等级 (旅行时间最长)。

例如图1是某计算区间运行等级示意图:右侧为列车等级-时间对照表，假设ATO定义了EF—ES共5个等级 (不同的ATO设备可能定义有所不同)，对应由A站驶达B站的时间为60～150 s;左侧为在线列车时刻表，其中有一列车的计划运行线，在A站有编号1—5共5个时间结点，分别距离列车计划到达B站时间为150～60 s。如列车在结点1或更早出发，区间运行等级计算结果为ES;如列车在结点2(不含)和结点3(含)之间出发，区间运行等级计算结果为N;如果列车在结点4更晚出发，区间运行等级为EF。区间运行等级或旅行时间计算周期为5 s。

2.2 列车走行优先策略

当运营环境受到较大干扰，列车产生严重晚点时，或是临时增开、临时减少列车时，运行图优先的策略将不再适用，若此时仍坚持采用运行图优先的策略，将会导致严重的列车连带晚点和阻塞现象，并将使运营秩序更加混乱，此种情况下，应采用列车走行优先的策略。

图1 区间运行等级图

由于城市轨道交通的发车策略为周期性密集发车，且列车具备较强的替代性，故面向乘客的表象只是列车在每个站台的到达间隔，乘客只是对该到达间隔具备敏感性，而对实际的运行图并不敏感，即便是运行图的整体顺延晚点，也很少能有旅客具备完全的分辨能力。故针对此种特性，在外界扰动强烈的情况下，可以采用以实际在线列车走行优先的策略，调整实际在线列车的运行间隔，使列车群在每个车站的到达间隔平滑有序，降低乘客对时刻表的敏感性，达到故障状态下的稳态行车，实现在干扰情况下的运营组织由混乱向有序的平稳过渡。

由以上分析可知，在列车偏离运行图严重的情况下，或是因为临时出现的客流高峰加开部分运营车辆，或是因为部分车辆的故障退出运营，可以由行车指挥系统根据实际在线的列车数目，以列车的停站时分和区间运行时分为基础，实时调整列车在各站的到发间隔，在不修正运行图的基础上，实现列车运营组织的有序运转。具体的调整策略如图2所示。

首先初始化在线列车的目标进站时分;然后根据在线列车的数量以及列车在交路上正常走行一周期的时间，得出列车的目标追踪间隔T;扫描在线列车的状态，以列车进站停稳作为列车停站时分和下一站间运行时分计算的触发条件;若检测到列车进站停稳，则将该进站时刻Tj与目标进站时刻相比对，进行列车停站时间和下站区间运行时间的测算调整，其与上文中运行图优先调整策略相同，只是将运行图规定的计划到站时间，更改为目标到站时间进行比对;确定该进站列车的后续一列追踪列车，更新该追踪列车的目标进站时刻为Tj+T;循环上述过程，直至自动间隔调整完成。

图2 自动间隔调整策略图

3 结论

本文在对行车调度系统自动调整分析的基础上，以提高列车安全正点运行，辅助调度员应对突发复杂事件为目标，分析了运行图优先策略和列车走行优先策略，为实现高效组织合理分配城市轨道交通运力资源提供部分依据。

［1］ Michael Pinedo.Sheduling:Theory，Algorithms，and Systems［M］.清华大学出版社，2005.

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