多线路多交路列车时刻表自动编制检测调整系统及方法

技术领域

本发明涉及一种列车时刻表自动编制检测调整系统及方法，属于轨道交通技术领域，具体是涉及一种多线路多交路列车时刻表自动编制检测调整系统及方法。

背景技术

列车运行图是利用坐标原理对列车运行时间与空间关系的图解，它规定了各次列车占用区间的顺序、列车在一个车站到达和出发的时刻、列车区间运行时分、站停时分、折返作业时间等，是行车组织工作的基础[1-2]。作为地铁运营组织的基础，列车运行图的编制效率与质量是运营管理人员所重点关注的一项问题，而以计算机软件为辅助工具，是运行图编制的必要手段。运行图编制功能一般是地铁列车自动监控(ATS，Automatic trainsupervision)系统的一项基本配置，但由于不同系统厂商研发思路、对业务需求把握程度等的不同，不同线路系统编图功能在直观性、灵活性、便捷性上往往存在较大差。

现有技术中部分的ATS系统提供了直观的人机交互界面，用户可在线编辑运行图，但系统的优化调整功能较为简单，在实际操作时局限性大，影响编图效率，可行性低。因此，编图人员往往需在线下铺画完运行图后，摘录时刻表逐项录入ATS系统，生成运行图。另一些ATS系统以时刻表数据录入的形式生成运行图，系统不具备在线可视化编辑功能，需在线下编制完成后，摘录时刻表数据并逐项录入系统。

基于系统以上局限性，运行图的实际编制过程中，大量工作均需在线下由人工完成；以当前方式编制列车运行图，工作过程复杂，且存在工作量大、效率低、出错率高。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的上述的技术问题，提供了一种多线路多交路情况下的列车时刻表自动编制检测调整方法。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种多线路多交路列车时刻表自动编制检测调整系统，包括：

运行路线编制模块，用于输入所有已知运行路线、所有站点数量、车站是否可折返、车站折返方式，全天运营开始时间、结束时间；

数据预处理计算模块，计算得到运行路线的全程运行时间以及所有路径；

运行车次计算模块，根据数据预处理模块计算出来的所有路径，根据设定的交路开始时间、交路结束时间、时间段内的发车间隔、发车方式的约束，计算所有的上行运行车次、下行运行车次；

车次折返连接模块，用于将符合折返时间约束的运行线连接起来以保证列车的合理运用；

运行线收发车计算模块，用于依据运行线的发车方式，始发站、终点站、发车站，当始发站与发车站不同时，铺画运行线的出库运行线；

行车路线统计模块，用于检查所有出车、上行、下行、收车连接后的车辆行车路线，是否存在车辆初始站未从发车站开始或运行线最后站未连接到收车站，统计所有交路中各交路所需车辆数，统计全天在各接轨站所需的最大车辆数，统计全天运营所需的最大车辆数；

运行线冲突检测模块，用于进行单一运行线检查、多运行线之间行车间隔检查、运行线与折返运行线之间折返间隔检查。

一种多线路多交路列车时刻表自动编制检测调整方法，包括：

1)得到用户提供的车站数据、站间运行时间、停站时间等基本数据；

2)指定全天运营时间、运行线路、运行线路停靠站、各运行线路的运行时间段；

3)根据全日行车计划在对应的时间段内进行初始运行线的计算；

4)对运行线进行虚拟折返连接，判断是否满足约束条件，若不满足则对所有的运行线进行平移操作，然后重复(3)；若满足条件则继续下一步；

5)对所有的运行线进行连接；

6)得到列车的收发车信息并对其进行收发车操作；

7)进行出去库操作后判断是否满足高峰时段行车对数，若需要则判断设定需要过渡的时间，确定过度等级，然后重复(2)～(5)；若不需要则结束。

因此，本发明具有如下优点：

本发明实现了基本图的自动铺画，避免编图人员逐条铺画列车运行轨迹，形成具备可行性、满足使用需求的基本图；

本发明实现对运行图的自动冲突检测功能，并向操作人员给出相应提示及处理建议；

本发明实现基本图的自动调整功能，编图人员可对基本图进行灵活调整与优化。实现在线完成包括列车早晚高峰停站时间、折返作业时间调整、行车间隔调整、运行交路变更等项目。

附图说明

附图1是本发明实施例的多线路多交路列车时刻表自动编制检测调整系统的组成图；

附图2是本发明实施例的运行线路编制流程图。；

附图3是本实施提供的多线路多交路列车时刻表自动编制检测调整方法示意图；

附图4-5是线路运行理想图；

附图6是运行线初始时间图；

附图7-11为本实施例各约束条件示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

一、功能设计

如图1所示，为本实施例提供的一种多线路多交路列车时刻表自动编制检测调整系统的组成图。其主要包括：

运行路线编制模块，用于输入所有已知运行路线、所有站点数量、车站是否可折返、车站折返方式，全天运营开始时间、结束时间；

数据预处理计算模块，计算得到运行路线的全程运行时间以及所有路径；

运行车次计算模块，根据数据预处理模块计算出来的所有路径，计算上行运行车次、下行运行车次；

车次折返连接模块，用于将符合折返时间约束的运行线连接起来以保证列车的合理运用；

运行线收发车计算模块，用于依据运行线的发车方式，始发站、终点站、发车站，当始发站与发车站不同时，铺画运行线的出库、入库运行线；

行车路线统计模块，用于检查所有出车、上行、下行、收车连接后的车辆行车路线，是否存在车辆初始站未从发车站开始或运行线最后站未连接到收车站，统计所有交路中各交路所需车辆数，统计全天在各接轨站所需的最大车辆数，统计全天运营所需的最大车辆数；

运行线冲突检测模块，用于进行单一运行线检查、多运行线之间行车间隔检查、运行线与折返运行线之间折返间隔检查。

下面分别对各模块进行介绍。

1.运行路线编制模块

如图2所示，为本实施例的运行线路编制流程图。

根据已知的所有运行路线、所有站点数量、车站是否可折返、车站折返方式，用户输入全天运营开始时间、结束时间；

用户根据当天的运营需要，依次添加运营时间段；

当在添加个时间段时指定所有路线在该时间段内的发车间隔；

依次添加所有时间段直到时间段结束时间等于当天运营结束时间。

根据某一线路下的已知的所有车站数量、车站是否可折返、车站折返方式、车站折返时间、接轨站数量、接轨站位置，编制运营需要的所有运行路线。

用户根据该路线的始发站、终点站，以及始发站、终点站是否为可折返车站来设定该路线的折返站，并指定该交路的初始发车方式。

2.数据预处理计算模块

本实施例的数据预处理计算模块包括时间计算单元和路径计算单元。

时间计算单元根据用户选择的基础运行路线，可根据站与站之间的站间运行时间(范围值)、停靠站的停站时间(范围值)、折返站的折返时间(范围值)，计算得到运行路线从始发站发车时刻到终点站折返来到始发站折返后发车时刻所需的全程运行时间(范围值)。

路径计算单元根据用户设定的运行路线，可根据路线的发车方式、发车站与始发站是否为同一站计算出发车路径，根据收车站与始发站或终点站为同一站计算出收车路径，根据始发站与终点站计算出上行路径，根据终点与始发站计算出下行路径，这样就计算出该路线对应的所有路径(发车路径、上行路径、下行路径、收车路径等)。

针对每一个路径，根据该路径的开始站、结束站，计算出从开始站到结束站之间途径的所有站点。

3.运行车次计算模块

根据数据预处理模块计算出来的所有路径，获取到上行车次、下行车次；

1)已知当前时刻、发车方式为单向发车、初始发车方向为上行时，先计算所有上行车次；当上行可折返时，再计算下行车次，下次车次的开始时间由上行车次的首车到达终点时间，然后再加上折返的时间，决定下行初始车次的发车时间；

2)已知当前时刻、发车方式为单向发车、初始发车方向为下行时，先计算所有下行车次；当下行可折返时，再计算上行车次，上次车次的开始时间由下行车次的首车到达终点时间，然后再加上折返的时间，决定上行初始车次的发车时间；

3)已知当前时刻、发车方式为双向发车时，同时计算上行、下行车次；

4.车次折返连接模块

用于将符合折返时间约束的运行线连接起来以保证列车的合理运用，具休为：

1)如果无上行路径或者是无上行路径，则放弃连接；

2)如果存在上行路径、下行路径时，继续以下处理；

3)当路线为单向发车时，继续以下处理，当路线为双向发车时则执行步骤9)；

4)当初始发车方向为上行，并且上行折返，下行折返时，则上行终点连接下行起点，对所有上行、下行车次依次进行连接的迭代处理，即第一个上行车次的终点连接第一个下行车次的起点，已连接的第一个下行车次的终点连接第一个上行车次的起点，如果出现折返时间不满足条件的车次，则对被连接的车次进行平移处理，依次类推；

5)当初始发车方向为上行，上行折返，下行不折返时，则上行终点连接下行起点，对所有上行车次进行循环处理，即第一个上行车次的终点连接第一个下行车次的起点，如果出现折返时间不满足条件的车次，则对被连接的车次进行平移处理，依次对所有上行车次进行处理；

6)当初始发车方向为下行，并且下行折返，上行折返时，则下行终点连接上行起点，对所有上行、下行车次依次进行连接的迭代处理，即第一个下行终点连接第一个上行起点，已连接的第一个上行终点连接第二个下行起点，如果出现折返时间不满足条件的车次，则对被连接的车次进行平移处理，依次类推；

7)当初始发车方向为下行，下行折返，上行不折返时，则下行终点连接上行起点，对所有下行车次进行循环处理，即第一个下行车次的终点连接第一个上行车次的起点，如果出现折返时间不满足条件的车次，则对被连接的车次进行平移处理，依次对所有下行车次进行处理；

8)当上行不折返，下行不折返时，则不做连接处理；

9)当发车方式为双向发车时，判断方法与单向发车相同，只是不对车次进行平移处理，只进行连接处理。

5.运行线收发车计算模块

依据运行线的发车方式，始发站、终点站、发车站，当始发站与发车站不同时，铺画运行线的出库运行线。

根据不同的初始发车方式、初始发车方向、发车站位置、发车站发车方向、始发站位置来确定收发车运行线的铺画。

当运行线为单向发车、初始发车方向为上行(或下行)时，在铺画上行(或下行)初始开始时间之前，根据发车站的位置、发车站的发车方向来铺画发车站至始发站的运行线；

当运行线为双向发车时，在铺画上行、下行初始开始时间之前，铺画上行、下行发车站至始发站的运行线，铺画发车站至折返站的运行线；

对运行线结束时间在运行结束时间之后的运行线，铺画最后车站至收车站的运行线。

具体流程如下：

1)判断发车方式；

2)如果为单向发车时，判断初始发车方向；

3)如果初始发车方向为上行时；

4)判断上行路径起始站与发车站是否为同一站；

5)如果上行路径起始站与发车站为同一站时，不做处理；

6)如果上行路径起始站与发车站不为同一站时，判断发车站->始发站方向与发车站->终点站的方向是否相同；

7)同向时，绘制始发站->终点站的非运营车次，从始发站的到站时间反推铺画发车站->始发站的车站信息，分配非运营车次号；

8)反向时，绘制始发站->终点站的非运营车次，从上行车次的开始时间，加上折返时间，反推从发车站->始发站的车站信息，分配非运营车次号；

9)如果初始发车方向为下行时，处理方法与上行相同；

10)如果为双向发车时；

11)判断上行路径起始站与发车站是否为同一站；

12)如果上行路径起始站与发车站为同一站时，不做处理；

13)如果上行路径起始站与发车站不为同一站时，判断发车站->始发站的方向与发车站->终点站的方向是否相同；

14)如果同向，绘制始发站->终点站的非运营车次，从始发站的到站时间反推铺画发车站->始发站的车站信息，分配非运营车次号；

15)反向时，绘制始发站->终点站的非运营车次，从上行车次的开始时间，加上折返时间，反推从发车站->始发站的车站信息，分配非运营车次号；

16)判断下行路径起始站与发车站是否为同一站；

17)如果下行路径起始站与发车站为同一站时，不做处理

18)如果下行路径起始站与发车站不为同一站时，判断发车站->始发站的方向与发车站->终点站的方向是否相同；

19)如果同向，绘制始发站->终点站的非运营车次，从始发站的到站时间反推铺画发车站->始发站的车站信息，分配非运营车次号；

20)反向时，绘制始发站->终点站的非运营车次，从上行车次的开始时间，加上折返时间，反推从发车站->始发站的车站信息，分配非运营车次号；

运行线收发车计算模块，用于依据运行线的发车方式，始发站、终点站、发车站，当始发站与发车站不同时，铺画运行线的出库运行线；

6.行车路线统计模块

检查所有出车、上行、下行、收车连接后的车辆行车路线，是否存在车辆初始站未从发车站开始或运行线最后站未连接到收车站；统计所有交路运行各交路所需的车辆数；

统计全天在各接轨站所需的最大车辆数；

统计全天运营所需的最大车辆数；

7.运行线冲突检测模块

冲突检测模块包含三部分：单一运行线检查、多运行线之间行车间隔检查、运行线与折返运行线之间折返间隔检查，其流程如图2所示。具体包括：单一运行线检查、多运行线之间行车间隔检查、运行线与折返运行线之间的折返间隔检查。

单一运行线检查内容包括：

(1)任一运行线是否符合路线车站信息要求，包含始发站、终点站、经停站；

(2)任一运行线的停站时间是否车站停车时间最大、最小值要求；

(3)任一运行线的行车时间是否区段行车时间最大、最小值要求。

多运行线之间行车间隔检查内容包括：

(1)检查上行运行线之间是否相交；

(2)上行运行线之间若不想交，检查运行线之间最小行车间隔是否满足要求；

(3)检查下行运行线之间是否相交；

(4)下行运行线之间若不想交，检查运行线之间最小行车间隔是否满足要求。

运行线与折返运行线之间的折返间隔检查包括：

(1)计算上行车次结束时间与相关联的下行车次开始时间的间隔是否小于折返站折返时间；

(2)计算下行车次结束时间与相关联的上行车次开始时间的间隔是否小于折返站折返时间。

二、方法设计

如图3所示，为本实施提供的多线路多交路列车时刻表自动编制检测调整方法。其包括以下步骤：

1)得到用户提供的车站数据、站间运行时间、停站时间等基本数据；

2)指定全天运营时间、运行线路、运行线路停靠站、各运行线路的运行时间段；

3)根据全日行车计划在对应的时间段内进行初始运行线的计算；

4)对运行线进行虚拟折返连接，判断是否满足约束条件，若不满足则对所有的运行线进行平移操作，然后重复(3)；若满足条件则继续下一步；

5)对所有的运行线进行连接；

6)得到列车的收发车信息并对其进行收发车操作；

7)进行出去库操作后判断是否满足高峰时段行车对数，若需要则判断设定需要过渡的时间，确定过度等级，然后重复(2)～(5)；若不需要则结束。

由于存在多个路线的情况，当某个时间段内存在多个路线时，为了保证计算时，行车线之间分布均匀，各路线在各时间段设置的行车间隔应为追踪间隔的整数倍。

由以上，我们在安排全日行车计划时，约定以下条件：

1)为保证大交路的发车时间、收车时间满足全日行车计划，同时为了简化计算，我们可以设定大交路的行车间隔为大交路全程运行时间(范围值)的整数倍分之一(1/2，1/3，1/4等等)；

2)当大交路包含有小交路时，小交路的行车间隔为大交路行车间隔的整数倍分之一(1/2，1/3，1/4等等)；

3)为了方便计算，当大交路与小交路的路线为包含关系，大交路与小交路的始发站点或折返站点相同，小交路开始时间包含在大交路运行时间段内时，可设定小交路开始时间和结束时间为大交路开始时间+大交路行车间隔的整数倍。

4)当大交路于小交路的路线为包含关系，小交路开始时间包含在大交路运行时间段内时，当小交路始发站点和折返站点跨大交路上下行中间位置时，则通过调整小交路在始发站点和折返站点的折返间隔时间，来保证小交路车次与大交路车次之间行车间隔相同。如图4-5所示，为线路运行理想图。

接下来对各步骤中的主要计算方法进行介绍。

1.运行线到站时间

由于该路线不存在车辆的越行和会让，车辆在区间的运行时分相对固定，每个车站的站停时分也是相对固定的，因此，车辆的到站时间完全取决于列车初始发车时间。

假设

由式(1)可进一步计算出列车的上下行、大小交路各个运行线的详细到站时间及出站时间。

2.运行线初始时间

为了保证运营时每个车站的列车追踪间隔都满足列车全日行车计划，运行图的铺画一般会提前铺画，因此若运营开始时间为tf；列车在车站i到车站j区间的运行时分为

由上述方法得到第一条运行线的初始布点时间后，根据该时间段的追踪间隔进行后续运行线的绘制。

3.运行线的初始布点

铺画的原则首先满足高峰时期的开行列车对数，兼顾效率。根据用户设定的交路和全日行车计划对每个时间段进行线路的铺画，为了保证在开放运营时刻每个站的列车到达时间均满足该时间段的追踪间隔，在铺画运行线时需要提前进行铺画，如图6所示。若下行线1与上行线2的交点在m站，列车追踪间隔为t

同理为了保证高峰小时的对数满足条件，在高峰时段之前就应该以高峰时段的对数来进行铺画。

4.运行线的连接

在进行完运行线的初始布点之后需要将符合折返时间约束的运行线连接起来以保证列车的合理运用，但是这样铺画的运行图大部分时候并不能满足折返时间的约束限制，会出现以下情况，因此系统需要对其进行虚拟连接，若成功则连接，若不成功则平移单个或局部运行线，使其符合折返约束。

城市轨道交通列车折返站的辅助配线型式与站台型式(如岛式站台、侧式站台)、周边环境(如临近车辆段、停车场等)等密切相关，不同的车站型式和周边环境会产生不同的折返约束。假定折返模式为站后交叉渡线折返折返时间最少应为180s。

在虚拟连接时遇到的情况有很多种，下面介绍具体可能遇到的情况。

(1)与第1条出站运行线的间隔大于180s

假设tai表示第i条运行线到达折返站的时间；tdi表示第i条运行线离开折返站的时间。如图7(a)所示，若运行线1无连接并且运行线满足以下约束条件，则运行线0为入库线路；运行线2与运行线1相连接；运行线3与运行线4相连。这种约束出现情况为高峰转低峰，所要满足的约束条件如下所示。

若运行线1无连接并且满足如图7(b)所示约束条件，则运行线0与运行线1相连，所要满足的约束条件如下所示。

若运行线1已有连接并且满足如图8所示约束条件，则运行线0与运行线3相连接，所要满足的约束条件如下所示。

(2)与第1条出站运行线的间隔小于180s，与第2条出站运行线的间隔大于180s。

如图9(a)所示，若运行线1无连接，则运行线0与运行线3相连，运行线1为出库线路，所要满足的约束条件如下所示。

若出现如图9(b)所示情况，则需要对一个方向的运行线进行局部平移才能满足列车在折返站的折返约束，平移的时间为运行线2到站时间与运行线1出站时间之差，若平移后运行线1到站时间与运行线3的出站时间之差小于180s认定此类情况下的全日行车计划无法铺画。此情况的约束条件如下。

若运行线1有链接，如图10(a)所示，则运行线2与运行线3相连接，运行线0为入库线路，出现情况为高峰转低峰，所要满足的约束条件如下所示。

若出现图10(b)所示情况，则运行线3与运行线0相连接，所要满足的约束条件如下所示。

(3)与前两条出站运行线的间隔都小于180s，与第3条出站运行线的间隔大于180s。

如图11所示，若遇到如下情况选择平移上行方向的运行线使其转化为情况2再进行判断，平移后运行线0与运行线1的间隔刚好为180s，此情况的约束条件如下。

以上为起点站折返约束的情况，终点站折返约束的情况原理上与上方一样。在进行判断以后，要进行连接的列车都会进行标示，在判断成功以后根据这些标示对列车进行实际连接。

若折返模式为站前交叉渡线折返，不光要满足上述条件，另外相邻出发运行线和到达运行线一般需满足2min的时间间隔。

5.运行线的收发车

运行线在进行连接之后，由于大部分的车辆段位置并不是设定在该线路的起点站和终点站，列车的运行开始、结束位置不一定为该线路的起点站和终点站，因此需要进行列车的收发车操作。方法为：遍历所有车次一遍，对每辆车添加收发车的运行线。

当只存在一个车辆段，且接轨站在该线路的起点站时，根据给定的车辆段到起点站的作业时间，添加每辆车的收发车时间。

当只存在两个车辆段，且接轨站在该线路的起点站和终点站时，根据给定的车辆段到起点站和终点站的作业时间，添加每辆车的收发车运行线。在添加每辆车的收发车运行线时，需要保证两个接轨站的收发车车辆数必须一致。

当车辆段的位置不在线路的起点站和终点站时，添加出收发车运行线的时候需要考虑车辆段的位置以及发车方向，过晚的出车和过早的抽车会影响到列车的实际开行对数。另外还要考虑车辆段存车能力的限制和同一车辆段收发车数量一致的问题。还需要根据出车的先后顺序对上下行列车。

具体步骤：

用户输入运营开始时间、结束时间；

用户根据需要，设定当天需要运行的行车路线；

用户输入运行的各行车路线的运行开始时间、结束时间、初始行车间隔；

通过运营开始时间、结束时间及所有行车路线设定的时间段，将时间分割成多个时间段；

用户输入大交路在各个时间段的行车间隔；

用户输入依次输入各小交路的行车间隔。

初始时间段同时存在大小交路时，优先铺画大交路；

计算大交路从始发站点到折返站点的全程运行时间；

计算大交路按照行车间隔在全程运行时间段内需要的车次对数；

计算大交路运行线铺画初始时间；

计算大交路的上行车次、下行车次各站点的进出站时间；

依据大交路的发车间隔，绘制大交路的上行车次、下行车次；

将大交路的上、下行车次进行连接；

计算小交路按照行车间隔在全程运行时间段内需要的车次对数；

计算小交路运行线铺画初始时间；

计算小交路的上行车次、下行车次各站点的进出站时间；

将小交路的上下行车次进行连接；

计算所有运行路线发车、收车的运行线；

检查所有运行线的发车、收车情况；

检查所有运行线的车站停站时间、站间行车时间情况；

检查所有运行线行车间距情况；

统计全天各行车路线最大车辆数；

统计全天运营所需的最大车辆数；

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。