（南京地铁运营有限责任公司 江苏南京 210000）
摘要：城市轨道交通是缓解城市交通压力的重要手段，然而受到许多突发情况的干扰，会造成列车的运行偏离原来的计划路线。传统人工的调整随意性大、对操作人员的技术水平要求高，采用智能的自动调整方法能及时、全面的制定优化的调整方案。
关键词：轨道交通；CBTC；列车自动运行调整
1 引言
经济的快速发展带来城市规模逐步扩大，城市科技自动化水平不断提高，大中型城市的发展正迎来新的挑战，工业新区以及新型卫星城得到发展，例如如我国的珠江三角洲、长江三角洲、山东半岛、辽中南、京津塘等地区，已形成一系列城市群。近十几年来，由于土地空间的局限性，道路交通堵塞的问题越来越严重，大容量、与地面交通隔离的城市轨道交通在国内外大城市中受到普遍关注，并快速发展着。
客运周转量大、速度快、安全系数高、受干扰少是城市轨道交通的优点，其在缓解城市交通矛盾中的重要作用越来越受到有关部门和相关学者青睐。在正常的轨道交通运转下，系统中的列车的运行严格按照列车计划运行图，然而由于许多随机干扰因素的存在，造成列车的运行往往不得已偏离计划运行图。特别是在特点为发车间隔短的城市轨道交通系统上，一辆列车的偏离往往会对其它列车带来连锁影响，有时甚至受影响的幅度很大。当列车运行紊乱程度趋于严重时，就会大幅度降低整个系统运行效率，已紊乱的运行线就需要从整体上大范围内调整，使系统尽快恢复正常运行。
2 城市轨道交通列车运行调整发展概况
J.E.Cury等人最先针对巴西圣保罗地铁公司的南北运营线，研究了一种 “最优调度计划”的方法。这种方法采用动态规划的方法来解决问题，为保证大范围求解的准确性，采用了分解—协调技术，将原来整体的问题转化为一些没有联系的的小规模优化问题，由繁化简，进而使问题得到有效的解决。
日本学者S.Araya与S.Sone，f1.Susam与Y.Ohkama在J.E.Cury等人更加全面地对行车动态特性在城市轨道交通行车控制过程中的重要性进行了论述。他们在建立了客流模型和车流模型的基础上，完成了两个行车动态特性的模型描述：Train Sequential Model和Station Sequential Model，同时给出了相应的全局状态反馈控制解。但该模型同样具有需要简化后得出的控制量才能适用于现有调度集中系统的缺点。
3 列车运行自动调整基本思路
现阶段的列车运行自动调整策略主要分为两大类，即行车间隔调整和时刻表调整。其中，行车间隔调整根据追踪间隔的取值不同，又分为2种方式：按规定的目标追踪间隔调整和按等间隔调整。时刻表调整又分为4种方式，分别是折返站调整、停站时间调整、区间运行时间调整、以及虚拟时刻表平移。时刻表调整模式因其能保证列车的准点率和兑现率因而在国内得到了广泛采用，但其调整的时间范围有限。如果列车出现晚点时间严重，需要大范围内进行调整，就要采用行车间隔调整模式，使系统中所有的晚点列车的运营状态尽快恢复正常。如果能够研究出一种新方法可以将以上2种调整模式统一结合在一起，即根据不同的实际应用场景，自动选择与之最为相适合的调整方式，从而使运营服务质量和列车运行效率得到进一步地提高。
伴随城市轨道交通列车行车密度的增大和速度的提高，如何完成列车运行自动调整方式选择和实现，就需要对调整策略以及自动调整问题的模型进行研究和探讨，同时在此基础上讨论具体的优化算法，解决列车运行自动调整中多目标约束、实时性要求、随机性干扰的难点。
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4列车运行调整的目标
列车运行调整的目的是尽快使列车从无序变为有序。评价一个运行调整方案的好坏，无论是人工调整还是自动调整，都可以从以下几个方面来衡量。
4.1 使整个交通系统尽快恢复正常运营
当整个系统因列车故障或意外事故而陷于瘫痪时，这时的目标应是尽快使整个系统恢复正常运营，此时恢复到计划运行图己不是主要矛盾。
4.2 减少旅客平均等待时间
从乘客满意度的角度出发，在列车间隔的期望不变的前提下，列车间隔的方差越小则乘客平均等待时间的期望越小。因此，使列车到站时间间隔尽量均匀也应作为列车运行调整的目标。
4.3 实施运行调整的范围尽量小
在实施调整时，希望不要涉及太多的列车，这也是调整算法搜索最优算法的一个目标。
4.4 减少列车实际运行图与计划运行图的偏差
当某一列车出现晚点或早点时，应使该列车恢复到计划运行图上。运行调整的目标是使实际运行图和计划运行图之间的偏差尽量小。
4.5 使所有列车的总延迟最短
当多列车出现晚点，应使所有晚点列车的延迟时问总和尽量小。运行调整的目标为最小化所有列车的总延迟时间。
4.6 列车运行调整的时间尽量短
当列车运行偏离计划运行图时，总是希望用最少的时间完成调整。有两种因素会影响整个运行调整的时间：一是希望自动调整算法能尽快的找到最优的算法，这是对算法实时性和收敛性的要求，但它不是调整算法的优化目标；另一个是希望自动调整算法搜索得到的调整策略能尽量少的时间完成整个调整，这可以作为调整算法的优化目标。
综上所述，列车自动调整问题是一个多目标优化问题，其中有些目标之间甚至相互矛盾，相互制约，无法同时完成最优化设计。因此，设计列车自动调整算法时需具体选择优化目标。
5 列车运行自动调整的研究方法介绍
5.1 分布式智能控制法
分布式结构和智能排序策略是使用分布式智能控制法研究列车运行自动调整问题的核心。即基于分布式系统结构将单线轨道交通系统简化为3各组成部分：即列车、决策中心（车站）与区间，并在定义车站与列车优先级的基础上，同时结合智能控制技术对列车群进行排序操作，列车运行计算分配时刻表按优先级从高到低的次序进行调整，确定列车在划分的分布式控制区域内每个站台的到发顺序。
5.2 人工智能法
并行方式处理信息与分布式存储信息是人工智能方法的特点，适用于难以建立确定性模型的问题。人工智能方法包含四个分支：即模糊系统、神经网络、专家系统及遗传算法，四个分支各自特点决定了将其应用到列车运行自动调整模型中求解的可能性。所以，近几十年来，人工智能在列车运行自动调整优化中的理论研究成为主流，同时也是发展最快的一种方法。
5.3 离散事件动态系统理论法
离散事件动态系统理论以列车占用区间为一事件，在构造系统状态空间递推模型的基础上，采用分层决策和滚动优化的求解策略，建立基于离散事件动态模型预测的状态空间模型及其相应的冲突疏解优化算法。
5.4 模拟分析法
模拟分析法是在对系统充分了解的基础上构建出一个全面模拟实际系统运作虚拟模型，并且能够对模型的不同设计参数输入、不同方法操作、不同情况输入进行尽可能全面地分析，并且对各种情况进行对比的研究分析方法。模拟分析的方法在列车运行自动调整研究中的作用分为两个方面：（1）在同一仿真环境下测试某些方法，通过实际调整效果评价原有方法和新方法的优劣或者适用范围。（2）研究各模型参数对调整效果的影响；所以在研究列车运行自动调整的模拟分析法主要针对有侧重模型的性能评价，在可供选择的调整方法和模型参数中，得到最为合适的结果。
参考文献：
[1]徐 冬 城市轨道交通列车运行自动调整研究方法综述[J].现代城市轨道交通.2015.01.
[2]何小俊 轨道交通CBTC列车运行自动调整方法研究[J].科技与企业.2012.08.
[3]刘烔 基于专家系统的城轨CBTC列车运行调整研究[D].北京交通大学.2006.12.
[4]周美含 城市轨道交通列车运行调整方法研究[D].北京交通大学.2014.03.
论文作者:祝双龙
论文发表刊物:《电力设备》2015年4期供稿
论文发表时间:2015/12/7
标签：列车论文; 轨道交通论文; 模型论文; 方法论文; 算法论文; 系统论文; 间隔论文; 《电力设备》2015年4期供稿论文;