摘 要： 地鐵列車運行圖是地鐵運輸中十分重要的組成部分，它是地鐵行車組織的工作計劃和工作基礎(chǔ)。將列車運行圖自動編制及優(yōu)化系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)和運行圖調(diào)圖子系統(tǒng)兩部分，闡述了整個系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)及其優(yōu)化算法，給出了開發(fā)結(jié)果。
關(guān)鍵詞： 列車運行控制；運行圖；運行優(yōu)化
中國城市軌道交通正處于快速發(fā)展階段，尤其在上海，軌道交通已成為公共交通的主要方式。大量軌道交通ATS（Automatic Train Supervision）系統(tǒng)的使用，有效地提高了地鐵調(diào)度效率，增強了軌道交通的安全性和準(zhǔn)確性。
而列車運行圖是ATS系統(tǒng)的重要組成部分，一方面列車運行圖是軌道交通運輸部門實現(xiàn)列車安全、正點運行的基礎(chǔ)，另一方面也是其經(jīng)濟有效地組織地鐵運輸工作和列車運行生產(chǎn)計劃的根據(jù)[1]。列車運行圖自動編制的實現(xiàn)，將有效地減輕編圖人員勞動強度、縮小編圖周期、提高運行圖編制質(zhì)量。而在此基礎(chǔ)上對運行的優(yōu)化將進一步提高列車的運行效率，節(jié)約運行成本。
1 列車運行圖自動編制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
城市軌道列車運行圖的要素包括：列車區(qū)間運行時分、列車停站時間、列車在折返站停留時間、列車折返出發(fā)間隔時間、列車出入車輛段作業(yè)時間、追蹤列車間隔時間和連發(fā)間隔時間[2]。
整個系統(tǒng)有兩個主要組成部分：數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)和運行圖調(diào)圖子系統(tǒng)。其中數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)存儲兩個模塊，它是編圖的基礎(chǔ)又是編圖的歸屬，負(fù)責(zé)存儲、組織、管理整個排布系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息。調(diào)圖子系統(tǒng)包括運行圖自動編制、運行圖調(diào)整、運行圖輸出模塊，它是系統(tǒng)的核心部分。根據(jù)地鐵運營情況，通過求解模型中的函數(shù)，得到編制列車運行圖的數(shù)據(jù)，自動完成列車運行圖的排布并經(jīng)人工介入調(diào)整后輸出使用。運行圖自動編制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2 調(diào)圖子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn)
2.1 調(diào)圖子系統(tǒng)中的文檔/視圖結(jié)構(gòu)
微軟MFC的文檔/視圖結(jié)構(gòu)為實現(xiàn)運行圖自動編制系統(tǒng)提供了方便、實用的框架結(jié)構(gòu)，便于程序的設(shè)計、分工、調(diào)試和系統(tǒng)維護，所以本系統(tǒng)采用文檔/視圖結(jié)構(gòu)[3]。所用到的幾個非常重要的成員函數(shù)如下：
（1）CView：：GetDocument函數(shù)：該函數(shù)返回的是指向文檔的指針，利用它就可以對文檔類成員函數(shù)及公共數(shù)據(jù)成員進行訪問。
（2）CView：：OnInitialUpdate函數(shù)：對視圖對象進行初始化。當(dāng)應(yīng)用程序啟動或用戶從File菜單中選擇了New或Open時，該CView虛函數(shù)會被自動調(diào)用。
（3）CDocument：：UpdateAllViews函數(shù)：文檔數(shù)據(jù)改變時通知所有視圖對所顯示的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的更新。
（4）CView：：OnUpdate函數(shù)：對文檔進行訪問、讀取文檔數(shù)據(jù)，然后對視圖的數(shù)據(jù)成員或控制進行更新，以便文檔的變化。應(yīng)用程序調(diào)用CDocument：：UpdateAllViews時，應(yīng)用程序框架會相應(yīng)地調(diào)用該函數(shù)。
（5）CDocument：：OnNewDocument函數(shù)：當(dāng)用戶從File菜單中選擇了New時，框架將首先構(gòu)造一個文檔對象，然后調(diào)用該虛函數(shù)，在此設(shè)置文檔數(shù)據(jù)成員的初始值。
2.2 文檔/視圖結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)
主要圖形數(shù)據(jù)放在CMTTDDoc類（從CDocument派生的文檔類）中，在CDynSplitView2視圖（運行圖顯示與調(diào)圖視圖）中用圖形數(shù)據(jù)對象提供的接口對圖形數(shù)據(jù)進行顯示輸出，即顯示/打印運行圖。在CMTTDview視圖（站名與區(qū)間信息視圖）中，同樣調(diào)用圖形數(shù)據(jù)對象接口顯示車站和區(qū)間信息。
由于車站信息也是運行圖的一部分，因此，兩視圖顯示的位置必須一致，二者都依賴于文檔類中的圖形數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一。m_TrainGraph是一個CTrainGraph類的對象，而CTrainGraph類封裝了運行圖的圖形數(shù)據(jù)，并提供操作接口，基本上所有的運行圖操作都圍繞該類進行。與CMTTDDoc類相關(guān)聯(lián)的有CMTTDview類和CDynSplitView2類兩個視圖類，后者用于運行圖的顯示和調(diào)圖操作，而前者在與后者對應(yīng)的位置顯示車站和區(qū)間信息。OnLButtonDown（）等操作都必須做類似：CMTTDDoc*pDoc=GetDocument（）；的操作，最后通過pDoc進行操作。
實現(xiàn)時采用的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
3 數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
由于地鐵運行圖的特點，開發(fā)時采用微軟的Access作為平臺，共分為三個數(shù)據(jù)庫：系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫、基本數(shù)據(jù)庫及結(jié)果數(shù)據(jù)庫。其中系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包含了地鐵線路表和運行參數(shù)表，如表1所示。該表決定了排哪一條線路的運行圖以及對該線路運行圖的基本要求；基本數(shù)據(jù)庫則可以存儲該線路的所有參數(shù)：車站、股道、道岔、區(qū)間、列車、上下行客流、車庫、日行車計劃等多個數(shù)據(jù)字典；而結(jié)果數(shù)據(jù)庫則保存了經(jīng)過計算后該線路的旅客時刻表、查錯記錄表及質(zhì)量指標(biāo)表。
由于本系統(tǒng)的所有重要數(shù)據(jù)都存儲在全局變量中，因此數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理工作主要是通過全局變量來傳遞窗口和界面的數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫，即要時時保持?jǐn)?shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)與全局變量的一致。如要更新某條記錄示例如下：
CString strSQL；
strSQL.Format（“update station_table站名=’%s’，\
代碼=’%s’ ，\
站型=%d，\
站臺中心X坐標(biāo)=%d\
站臺類型=%d\
停站時間=%d\
折返時間=%d\
存車線入正線時間=%d\
where代碼=’%s’”，”火車站”，”srs”，2，0，1，50， 60，60，”srs”）；
myDAO.DBExcuteSQL（strSQL，0）；
//myDAO是一個CDAO類的對象
數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)操作簡便快捷，所用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入后便可自動生成部分關(guān)鍵編圖的特點。不僅減少了部分輸入數(shù)據(jù)的工作量、提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，而且經(jīng)檢查、查詢、修改、保存，形成了比較準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠的運行圖數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)。
4 運行圖優(yōu)化方法的探討
在此重點探討由各折返段行車密度確定最少列車使用數(shù)的方法。
以此可以容易地推廣到m個折返區(qū)段以及環(huán)形路的情況，在此不再贅述。運行圖的優(yōu)化可以從多個角度考慮，此處討論的只是其中的一種情況。
對運行圖的優(yōu)化是有必要的，通過優(yōu)化可以確定最少的列車使用數(shù)，得到最優(yōu)的日班行車計劃，對提高地鐵運能、節(jié)約運輸成本起到積極的作用。
本研究以上海軌道交通8號線為原型，設(shè)計開發(fā)了供地鐵調(diào)度人員使用的運行圖自動編制及優(yōu)化系統(tǒng)。列車運行圖自動編制的實現(xiàn)將有效地減輕編圖人員的勞動強度、縮小編圖周期、提高運行圖編制質(zhì)量。在此基礎(chǔ)上對運行的優(yōu)化將進一步提高列車的運行效率，節(jié)約運行成本。該系統(tǒng)也可以作為ATS系統(tǒng)的一部分，可大量節(jié)省ATS系統(tǒng)二次開發(fā)的成本。
參考文獻
[1] Binarne Stroutrup. The c++ programming language[M]. 北京：高等教育出版社，2001.
[2] 姜堅華.上海軌道交通線ATC系統(tǒng)的比較[J].城市軌道交通研究，2003（2）：56-59.
[3] 莊巍，陳永生.上海地鐵列車運行圖自動編制系統(tǒng)[J]. 計算機工程，2003，29（21）：11-16.