地铁列车运行图编制系统的设计与实现-刘庆磊

2017.5总第242期53RCA收稿日期：2016-12-14作者简介：刘庆磊，工程师；赵疆昀，高级工程师。文章编号：1005-8451（2017）05-0053-06地铁列车运行图编制系统的设计与实现刘庆磊，赵疆昀，曾小旭，王其才（天津市地下铁道运营有限公司,天津300392）摘要：为解决地铁人工编制运行图效率低、工作量大、易出错等弊端，结合运行图编制业务现状特征，分析并提出了列车运行图编制系统的功能需求与建设目标。基于SQLite数据库、运用VisualStudio开发工具，设计并开发完成了列车运行图编制系统，实现了运行图基本图铺画、在线优化调整、时刻表一键生成等功能。该系统已在天津地铁行车管理工作中进行了实际应用，效果良好，有效提升了运行图编制效率与质量。关键词：地铁；城市轨道交通；列车运行图；编制系统中图分类号：U231.92∶TP39文献标识码：AMetrotraindiagramcompilationsystemLIUQinglei,ZHAOJiangyun,ZENGXiaoxu,WANGQicai(TianjinMetroOperationCo.Ltd.,Tianjin300392,China)Abstract:Inordertosolvethedisadvantagesoflowefficiency,largeworkloadandeasytomakemistakes,thisarticlecombinedwiththecurrentsituationoftraindiagramcompilation,analyzedandputforwardthefunctionalrequirementsandconstructionobjectivesofthetraindiagramcompilationsystem,designedanddevelopedtheSQLitedatabasebasedtraindiagramcompilationsystembyusingVisualStudiodevelopmenttools,implementthefunctionssuchasbasicdrawingoftraindiagram,onlineoptimizationandadjustment,traintimetablekeygeneration.ThesystemhasbeenappliedintheoperationmanagementofTianjinMetro,effectivelyimprovedtheefficiencyandqualityoftheoperationdrawing.Keywords:metro;urbanrailtransit;traindiagram;compilationsystem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，Automatictrainsupervision）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异。1运行图编制业务现状1.1运行图编制基本流程运行图编制的相关工作环节主要包括行车方案的制定、运行图的铺画、运行图的下发执行等环节。其中，运行图铺画环节包括基本图的编制、基本图的优化调整、时刻表的生成等工作内容。1.2既有系统功能现状以天津地铁为例，天津地铁1号线的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。2、3号线的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。1.3人工编制运行图基本流程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，其基本流程第26卷第5期Vol.26 No.5轨道交通信息技术Urban Rail Transit Information Technology  54RCA2017.5总第242期如图1所示。行图各项指标要素对其编制形成基本约束，各要素主要包括：列车区间运行时分、站停时分、折返时分、运行交路、列车出入库方式及时间、全天对外运营时间、运用车数、高平低峰时段、列车追踪间隔、运营期间列车下线整备方式等[8]。系统应在各项要素约束下，实现基本图的自动铺画，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。2.2运行图在线优化调整系统应提供基本图的在线可视化编辑功能，编图人员可对基本图进行灵活调整与优化。可视化编辑功能应重点包括列车早晚高峰时段上下线、折返作业时间调整、行车间隔调整、运行交路变更等项目。2.3时刻表的一键生成系统应针对运行图建立结构规范的基础数据表，调整优化后的运行图终稿，应以数据形式存储至后台数据库。编图人员可根据需求，查询生成固定格式的列车运行时刻表，避免人工摘录数据、人工编辑时刻表。3运行图编制系统功能需求3.1系统功能模块依据运行图编制业务的基本流程，运行图编制系统应包含的功能模块如表1所示。（1）在编制好的行车方案基础上，编图人员运用Excel或AutoCAD为画图工具，逐条铺画符合计划要求的运行轨迹，形成基本图。运行图基本图的铺画原则是首先满足高峰时段的开行列车对数，兼顾效率[5]。（2）基本图铺画完成后，根据行车间隔要求及列车上下线计划，对基本图进行优化调整，形成运行图终稿。（3）依据运行图终稿，编图人员摘录ATS系统所需的时刻表数据，并将数据逐项录入系统。（4）同时，编图人员摘录时刻表数据，编制形成不同格式的列车运行时刻表，下发至乘务、车务、车辆等部门作为运行图执行依据。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、出错率高等弊端。因此，开发软件功能灵活、操作具有统一性、结果输出多样化、系统便于扩展的第三方运行图编制软件，是行车管理部门的必然选择[6]。2系统建设目标及关键功能结合人工编制列车运行图的现状及弊端，运行图编制系统的基本建设目标为：以专用的列车运行图编制系统为基本工具，代替人工编图，最大程度减少人工编图工作量，提高编图效率与质量，提升地铁精细化管理水平。为实现该目标，应重点考虑以下各项关键功能。2.1基本图的自动铺画城市轨道交通列车在周期时间段内一般是按规律重复运行的,将周期运行图复制到轨道交通全天运营时段内,可以得到初始全天列车运行图[7]。列车运图1运行图编制业务流程分析客运需求变化铺画基本图人工优化调整研讨行车调整计划确定基础参数形成运行图终稿制定基础计划1.运行交路2.行车间隔3.运用车数4.运营时间……新建编图计划形成运行图基础参数导出格式数据录入ATS系统下发执行机构表1运行图编制系统功能模块功能模块子功能模块数据管理基础数据添加基础数据管理运行图管理新建或打开运行图参数管理基本图编制自动编制基本图运行图优化调整快速增加运行计划表增加运行计划表调整列车运行计划调整列车停站时间合并运行计划调整列车车次时刻表/运行图生成保存运行图文件导出运行图图片导出运行图时刻表在此功能结构下，运行图编制流程如图2所示，以下将对各功能模块需求进行论述。2017年5月轨道交通信息技术铁路计算机应用2017.5总第242期55RCA3.2基础数据管理功能（1）基础数据添加基础数据是指列车在线运行的基础时间参数，主要包括运行标尺、停站标尺、追踪间隔时间、折返时间等[9]。该子模块主要完成此类基础数据的添加，以作为列车在线运行的基本标尺。该功能可在系统所预设的几个模板基础上进行快速修改，也可针对每个区间、车站作自定义添加。（2）基础数据管理该子模块可对已添加的基础数据进行查看、编辑等管理操作。3.3运行图管理功能（1）运行图新建或打开该子模块用于建立新的运行图文件，或打开既有运行图文件。（2）运行图参数管理该子模块可查看、管理运行图的参数及指标信息，可查询运行图所有计划表所对应的详细信息，例如该计划表对应的各列车车次。3.4基本图编制功能该模块用于铺画列车运行图的基本图。通过输入段场上线车数、折返作业时间、行车间隔等基础约束条件，系统可在运营时间范围内自动铺画列车运行轨迹，形成基本图。3.5运行图优化调整功能该模块在基本图的基础上，通过安排列车上下线、调整折返作业时间、停站时间等，实现行车间隔的调整，最终形成符合运营实际需求的终版运行图。（1）快速增加运行计划表该子模块通过输入发车时间、初始运行方向、运行单程数、折返时间等参数，可快速创建单个列车运用计划。（2）增加运行计划表该子模块通过手动添加车次的方式创建列车运用计划，可添加、删除、修改列车运用计划中的单个车次的车次号、车次类型、始发时间、运行方向、折返时间、始发站编号和到达站编号等。（3）调整列车运行计划该子模块可采用图形化方式调整列车运行轨迹，实现人机直接交互。列车运行计划的调整主要涉及运行时刻的前后移动、列车下线、运行计划删除等。（4）调整列车停站时间通过检索列车车次号，系统选择相应的列车运行轨迹，并在列表框中列出相应的车站到达、出发及停站时间数据，并具备可编辑性。（5）合并运行计划输入两个运用计划的任意一个车次即可检索相应的运用计划，可将两个运用计划进行合并。（6）调整列车车次对运行图的列车车次按照上下行、车次类型等进行调整。3.6时刻表生成功能（1）保存运行图文件保存已编辑好的运行图数据文件。（2）导出运行图图片将已编辑的运行图数据文件保存为图片。（3）导出运行图时刻表根据自定义的格式导出时刻表。4运行图编制系统功能的实现4.1系统框架设计（1）操作系统Win7。（2）开发工具VisualStudio2013。结束构造基本图运行图调整形成终稿输出运行图构造车次构造计划表基础数据运行图数据二进制文件运行图时刻表开始基础数据维护新建运行图文件图2运行图编制系统功能流程ADO轨道交通信息技术第26卷第5期刘庆磊等：地铁列车运行图编制系统的设计与实现56RCA2017.5总第242期（3）数据库SQLite3.0。（4）编程语言VisualC#。（5）框架Microsoft.NETFramework4.0。（6）系统软件功能框架系统采用单机C/S结构，其系统框架如图3所示。4.2系统操作界面此节主要结合系统操作界面，以系统关键功能为例，对系统开发完成情况进行介绍。4.2.1基础数据添加“基础数据添加”功能界面如图4所示，可通过左侧文本框和列表框单个添加基础数据模板中所需的编图信息，也可通过调用右侧1、2、3号线的快捷标签快速设置模板信息，并通过点击列表框中相关信息进行修改、更新。信息录入完毕后可通过点击“保存”控钮将模板保存至系统中，系统将自动调用该模板信息。运行图编制界面逻辑判断与运算处理运行图数据维护与存储表示层业务逻辑层数据访问层（SQLite）图3系统软件功能框架4.2.2创建基本图“创建基本图”功能界面如图5所示，通过输入段场运用车数量、折返时间、发车间隔等基础数据，系统可自动根据运营时间创建基本图。4.2.3创建列车运行计划图4基础数据添加功能界面图5基本图创建功能界面“创建列车运行计划”功能如图6所示，可通过手动添加车次的方式创建列车运行计划，可添加、删除、修改列车运行计划中的单个车次的车次号、车次类型、始发时间、运行方向、折返时间、始发站编号和到达站编号。图6创建列车运行计划功能界面4.2.4调整列车运行线“调整列车运行线”功能如图7所示，根据列车车次号选择需进行调整的运行轨迹，当选中该运