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摘要：本文针对轨道交通运行过程中存在的运行图处理、列车时刻表类型分析、联锁进路自动执行策略、运行图冲突检测以及运行图仿真等问题，提出了基于大数据的轨道交通进路智能选择分析系统。通过对轨道交通公司公布的运行图编制标准的研究，开发了通用的运行图处理逻辑，并对列车时刻表类型进行了详细分析。同时，设计了联锁进路自动执行策略，运行图冲突检测标准以及运行图仿真功能，为轨道交通运行提供了智能化、高效化的解决方案。

关键词：大数据；轨道交通；运行图处理；智能选择；联锁进路

引言

目前大力发展城市轨道交通已成为国际上一些发达国家和地区解决城市交通问题的有效措施。我国城市交通的技术政策也规定：“大城市和特大城市公共交通的发展方向应该实现电气化和立体化，特大城市交通要以轨道交通为主，其他公共交通（公共汽车、无轨电车）、出租汽车为辅，组成一个完整的综合交通体系[1]”。目前我国的城市轨道交通的类型主要包括有地铁、轻轨、

1有轨电车和磁悬浮列车等。

轨道交通系统作为城市重要的交通组成部分，其运行效率直接影响到城市的经济发展和居民生活。在传统的轨道交通运营管理中，进路的

选择通常由人工规划或简单的预设算法完成，存在着无法充分考虑实时运行环境和乘客需求的不足。因此，开发一种进路智能选择分析系统具有重要的研究意义。

近年来，大数据技术的发展为轨道交通运行管理提供了新的机遇。通过对大量实时数据的收集、处理和分析，可以实现对轨道交通运行过程的实时监控和智能化管理。本文针对轨道交通运行管理中的关键问题，提出了一种基于大数据的轨道交通进路智能选择分析系统，旨在提高轨道交通系统的运行效率和安全性能，推动智能交通系统的发展，促进城市轨道交通的可持续发展。1 运行图通用处理逻辑

1.1运行图编制标准分析

列车运行图的编制要遵循以下基本原则[2]：首先，保证列车运行安全，列车运行图编制必须符合技术规范和行业规范等规则的要求严格遵守行车作业程序和时间标准。其次，快速、准时是轨道交通的主要优势，在保证安全可靠的前提下，提高列车运行速度，缩短列车运行时分适度压缩列车折返时间和站停时间，提高列车运行效率和服务水平。然后，在保证运力和服务水平的情况下做到最经济、最合理有效降低运营成本。最后，最大限度地为乘客提供方便。在高峰时段，尽量缩短行车间隔。在低峰时段，行车间隔不宜过大，减少乘客的候车时间[3]。

轨道交通公司公布的运行图编制标准通常是为了确保列车运行的安全、高效和有序。本文对标准的分析参考《城市轨道交通列车运行图编制规范》[4]，这些标准一般涵盖以下几个方面：

列车运行时刻表：标准会规定列车的发车时间、到达时间以及途经各站的顺序和停留时间。

列车运行间隔：标准会规定列车之间的最小运行间隔，以确保列车之间有足够的安全距离，并避免发生碰撞或其他安全事故。

临时调整规定：由于各种原因，如突发事件、天气影响等，可能需要临时调整运行图。标准会规定临时调整的程序和条件，以确保在紧急情况下能够及时有效地调整列车运行计划。

特殊运行要求：针对特定情况下的列车运行，如节假日运行、特殊活动期间的增开车次等，标准会规定相应的运行要求和安排。

运行图更新频率：标准会规定运行图更新的频率和程序，以确保运行图与实际情况保持一致。

安全标准和规定：运行图编制标准还会包括一系列的安全标准和规定，以确保列车运行过程中的安全性，包括列车速度限制、信号系统要求、车辆检修周期等内容。

综合而言，轨道交通公司公布的运行图编制编制标准标准旨在确保列车运行的安全、高效和有序，同时满足乘客的出行需求。这些标准是保障城市轨道交通运营顺利进行的重要指导和依据。

1.2现有的运行图处理逻辑局限性和不足之处

根据特殊时期的需要，及时对轨道交通的运输计划进行调整，在满足乘客出行需求的同时，还应符合相关规定对于列车满载率及车站拥挤度的要求，如表1所示，据特殊时期客流特点，及时对列车运行图进行调整，以满足特殊时期的需要，及满足乘客出行的需求[5]。

现有的运行图处理逻辑可能存在一些局限性和不足之处，其中主要包括：

（1）大多数运行图处理逻辑是根据历史数据和预测信息制定固定的运行计划。然而，这种静态规划可能无法应对突发事件或交通变化等实时情况，导致列车运行不够灵活和高效。

（2）运行图处理逻辑通常是针对单个线路或区段进行优化的，而缺乏整体的系统性优化。不同线路之间的协调不足，以及换乘节点处的拥堵和延误。

（3）客流因素是城市轨道交通列车运行图编制的重要依据，编制与客流特点相适应的不均衡运输方案，优化列车运行图的调整。列车运行图优化调整流程如图1所示。

（4）处理逻辑通常是基于固定的计划，而缺乏对实时信息的及时反馈和调整。缺乏实时信息可能导致运行图与实际情况不符，从而影响列车运行的准确性和可靠性。

（5）现有的运行图处理逻辑无法快速调整和适应不同的运营需求和变化，在突发情况下无法及时做出有效的调整，影响列车运行的效率和服务质量。

综上所述，现有的运行图处理逻辑存在一些局限性和不足之处，需要进一步改进和优化，以提高列车运行的灵活性、效率和服务质量。

1.3运行图通用处理逻辑

针对现有的运行图处理逻辑局限性和不足的情况，开发适用于各种情况下的运行图通用处理逻辑，可以从以下几个方面着手：

引入实时数据监测和分析模块，实时收集列车运行状态、车站客流情况等信息，基于这些信息动态调整运行图。

设计灵活的运行图生成策略，允许根据不同的运行需求和情况生成不同的运行图。例如，在高峰期和低谷期可以采取不同的运行图策略，以满足不同时间段的乘客需求。

利用机器学习和数据挖掘技术，通过对历史数据的分析和模式识别，可以预测未来运行图的需求和变化趋势，并提前做出相应的调整和优化。

提供交互式的运行图调整界面，允许运营人员根据实际情况进行手动调整和干预。通过与人员的交互，可以更加灵活地应对各种复杂的运行需求和突发情况。

2 列车时刻表类型分析

2.1 列车时刻表

列车时刻表是轨道交通系统运行管理的重要组成部分，它规定了列车在各车站的到发时刻、运行间隔以及线路上的运行速度等信息。城市轨道交通列车时刻表类型通常可以根据列车运行的频率、车站停靠模式以及服务范围等因素进行分类。根据不同的运行需求和场景，列车时刻表可以分为以下几种类型：

基础时刻表：通常用于正常运营情况下，规定了列车在各车站的到发时刻和运行间隔。

调整时刻表：用于应对特殊运营情况，如节假日、高峰期等，对基础时刻表进行调整，以满足增加的客流需求。

临时时刻表：用于应对突发事件，如列车故障、设备维护等，对运行图进行临时调整，以确保运行安全。

2.2时刻表编制方法

基础时刻表的编制主要包括以下几个步骤：

数据收集：收集轨道交通系统的运行数据；客流预测：预测各车站的客流需求；时刻表设计：根据客流预测和运行数据，设计列车在各车站的到发时刻和运行间隔；优化调整：对设计好的时刻表进行优化调整，以提高运行效率和减少列车运行间隔。

而调整时刻表与临时时刻表的编制方法与基础时刻表类似，但在编制过程中需要考虑特殊运营需求和突发事件。分析节假日、高峰期等特殊运营场景的需求，确定列车运行的调整方案。

根据列车故障、设备维护等突发事件的信息，制定临时运行方案。根据特殊运营需求和突发事件信息，对基础时刻表进行调整，生成调整时刻表或临时时刻表。

2.3 时刻表类型应用场景分析

不同类型的列车时刻表适用于不同的应用场景，基础时刻表就适用于客流量相对稳定的线路，例如城市中心区域或者居民密集的区域。

调整时刻表和临时时刻表，则更适用于特殊运营情况和突发事件，如节假日、高峰期，为乘客提供更多的列车运行选择，或者列车故障、设备需要维护时，确保运行安全和服务连续性。

通过对列车时刻表类型的分析，可以为轨道交通运行调度提供科学依据，提高运行效率和服务质量。综合考虑不同时段的客流情况、服务范围和运营成本等因素，制定合适的列车时刻表可以提高列车运行的效率和乘客满意度。

3 联锁进路自动执行策略研究

3.1 联锁进路

联锁进路是轨道交通系统中确保列车安全运行的重要机制。联锁是指为了保证铁路车站行车和调车作业的安全，在信号机、道岔和进路之间通过技术手段建立的相互制约关系。联锁进路的目的是防止列车之间的碰撞和确保铁路基础设施的安全。在轨道交通系统中，联锁进路的正确执行对于保证列车运行的安全和准时性至关重要。

3.2 自动执行策略设计

为了实现联锁进路的自动执行，本文提出了一种基于大数据分析的策略。除却收集轨道交通系统的实时数据，并且对采集到的数据进行清洗、去噪和格式化外，还要利用大数据分析技术，识别可能的进路请求，进行进路识别。冲突检测方面，检查识别出的进路是否存在冲突，如列车之间的冲突、信号与道岔之间的冲突等。基于冲突检测结果，生成联锁命令，确保安全执行进路，并且监控联锁命令的执行情况，确保所有操作按照预定策略进行。

3.3 自动执行策略实现

自动执行策略的实现涉及到软件系统和硬件设备的配合。软件系统需要具备数据处理和分析能力，能够快速响应实时数据，并生成联锁命令。硬件设备包括联锁系统、信号机、道岔等，它们需要能够执行软件系统发出的命令，并实时反馈执行状态。

为了实现高效的自动执行，采用了分布式计算框架和机器学习算法。分布式计算框架能够处理大规模的数据集，并实现快速的数据分析和处理。机器学习算法可以用于训练模型，预测可能的进路请求和冲突情况，从而提高联锁决策的准确性。

4 运行图冲突检测标准研究

4.1 冲突检测概述

运行图冲突检测是轨道交通系统运行管理中的关键环节。它涉及到识别和处理运行图中可能出现的各种冲突，如列车运行时间上的冲突、资源使用上的冲突等。运行图冲突检测的目的是确保轨道交通系统的安全、准时和高效运行。冲突检测主要包括以下三个方面：

时间冲突：检查列车运行时间表是否存在时间上的重叠，可能导致列车在某个区段相遇。

空间冲突：检查列车运行路径是否存在空间上的重叠，可能导致列车在某个区段内的道岔或信号机处相遇。

资源冲突：检查列车运行所需的资源（如轨道区段、道岔、信号机等）是否满足需求，是否存在资源短缺或冲突。

4.2 冲突检测

为了有效地进行运行图冲突检测，需要制定一套冲突检测的标准。这些标准应包括以下方面：

时间方面：规定列车运行的最小时间间隔，以确保列车安全行驶。

空间方面：规定列车运行的最小空间间隔，以确保列车在道岔和信号机处的安全。

资源方面：规定列车运行所需资源的最小数量，以确保资源的充足和有效分配。

4.3 冲突检测算法设计

根据标准涉及的方面，冲突检测算法主要包括以下几个方法：

数据采集和数据预处理：收集轨道交通系统的实时数据（列车位置、速度、信号状态、道岔位置等），对采集到的数据进行清洗、去噪和格式化，以便于后续分析。

冲突检测：利用大数据分析技术，识别可能的冲突，对识别出的冲突进行解析，确定冲突的类型和严重程度，根据冲突的类型和严重程度，生成相应的处理策略，如调整列车运行时间表、重新分配资源等。

4.4 冲突检测算法实现

冲突检测算法通过模式识别技术来识别特定的模式或信号，以发现可能的冲突情况。对于某些特定的冲突类型，可以使用规则引擎来定义和应用规则，以自动识别冲突情况。

结合专家领域知识，建立专家系统来识别冲突，可以将领域专家的知识转化为规则或者知识库，用于冲突检测。通过多种方法的结合，将机器学习算法与规则引擎等相结合，从而能够更全面地识别各种冲突情况。

5 运行图仿真功能研究

5.1 运行图仿真

运行图仿真功能是评估轨道交通运行效果的关键工具。它通过模拟轨道交通系统的运行过程，预测可能的运行状况和结果，为运行调度和优化提供决策支持。运行图仿真主要包括：模拟列车在轨道上的运行过程，包括列车速度、位置、运行时间等；展示轨道交通系统的运行图，包括列车运行时间、运行路线、冲突情况等；统计运行图中的各种数据，如列车运行时间、延误情况、冲突次数等；运行效果评估：评估运行图的运行效果，包括运行安全、准时性、运行效率等。

5.2 仿真模型构建

数据收集：收集轨道交通系统的运行数据，包括列车运行时间表、信号系统数据、道岔数据等。

模型设计：根据收集到的数据，设计列车运行模型、信号系统模型、道岔模型等。

模型参数设定：设定模型的参数，包括列车速度、加速度、制动距离等。

模型验证：通过与实际运行数据的比较，验证模型的准确性和可靠性。

5.3 仿真功能实现

运行图仿真功能的实现需要开发相应的软件系统。该系统应具备列车运行模拟、运行图展示、运行数据统计和运行效果评估等功能。实现这些功能的关键技术包括：采用先进的列车运行仿真算法；采用图形界面和可视化技术，展示列车运行时间、运行路线、冲突情况等；采用数据分析和统计技术，对运行图中的各种数据进行统计和分析；运行效果评估：采用数学模型和评估指标，对运行图的运行效果进行评估。

6 结论

本文针对轨道交通运行过程中存在的问题，提出了一种基于大数据的轨道交通进路智能选择分析系统。尽管本文取得了一定的研究成果，但仍存在一些局限性：目前研究主要基于模拟数据和现有技术，实际应用中可能面临数据不完整、技术不成熟等问题；未考虑轨道交通系统中可能出现的其他复杂因素，如天气条件、设备故障等；研究主要关注了轨道交通系统的安全性和运行效率，未来随着大数据技术、人工智能算法和轨道交通技术的发展，进一步研究复杂因素对轨道交通运行的影响，提高系统的适应性和鲁棒性，不断优化和完善系统，为轨道交通行业的持续发展贡献力量。

参考文献

[1]奚国华，王晓东，龙育才.中国特大城市轨道交通系统的研究与发展[J].机车电传动，1999，（3）：1－4.

Xi Guohua， Wang Xiaodong， Long Yucai. Research and Development of Urban Rail Transit System in China [ J ]. Electric Locomotive Drive， 1999，（ 3 ） ： 1-4.

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Han Jia. Discussion on the compilation of urban rail transit train diagram [ J ].China High-tech Enterprises， 2012（ 26） ： 143-145.

[3]史小俊.关于城市轨道交通列车运行图编制的探讨[J].都市快轨交通，2008（02）：24-27.

Shi Xiaojun. Discussion on the train diagram of urban rail transit [ J ].Urban fast rail transit， 2008（02）： 24-27.

[4]DB31/T 1174-2019，城市轨道交通列车运行图编制规范[S].

DB31/T 1174-2019，Specification for train diagram compilation of urban rail transit [ S ].

[5]张文斌.城市轨道交通列车运行图编制相关问题探讨[J].河南科技，2022，41（03）：91-94.

Zhang Wenbin. Discussion on issues related to the compilation of urban rail transit train diagram [J].Henan Science and Technology， 2022，41（03）： 91-94.

作者简介：张强军（1985.01-），男，汉族，甘肃兰州人，本科，研究方向：从事计算机联锁相关研究。

本文为2022年度甘肃省技术创新引导计划中小企业创新基金项目“基于大数据的轨道交通进路智能选择分析系统的研究”（编号：22CX3GA078）项目成果