CN104192177A - 一种基于离散事件模型的城市轨道交通列车运行的自动调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种城市轨道交通列车运行的自动调整方法，方案考虑列车运行调整系统为一个离散事件系统，对系统进行形式化建模，以列车的总晚点时间和晚点列车数量为指标来决策选择不同的调整法对列车进行调整；调度员在工作站HMI根据提示选择调整模式后以JSON格式的数据告知列车运行调整系统所选择的调整模式信息；列车运行调整系统采用消息订阅机制并以CORBA的方式获取在线列车的到站事件和离站事件；列车到站或离站事件触发系统按照设定的调整模式快速的使列车运行恢复到正常有序的状态。本发明具有科学、合理、简单实现、调整效率高、实用的优点。

Description

一种基于离散事件模型的城市轨道交通列车运行的自动调整方法

技术领域

本发明属于城市轨道交通信号控制领域。

背景技术

在城市轨道交通列车运营的过程中，经常会由于某些特殊原因致使列车的正常运行秩序受到干扰，甚至造成列车运行的大面积紊乱，此时就需要采取一定的方法或策略，使得列车运行恢复到正常有序的状态。

时刻表运营是目前国内城市轨道交通列车运营最常用的运营模式，调整方法以时刻表自动调整和人工调整为主。即在线运行的列车按照事先编制好的运行时刻表进行运行，当出现某种原因致使列车运营出现早晚点偏差时，可通过自动调整或人工调整使列车恢复时刻表运行。时刻表自动调整是当运营中的列车出现偏差时通过调整列车在站台的停站时间和区间运行等级，使列车尽快恢复到按计划时刻表规定的时间运行。人工调整的主要方式是通过调整站台停站时间、区间运行等级、对列车进行扣车、跳停和提前发车等控制方式。时刻表调整可以解决运营中出现的较小偏差，而当涉及到多列车受到严重干扰出现严重的运营偏差时需采用人工调整。人工调整对调度员的专业要求很高且调度员工作强度较大，调整效率也低，同时会影响到旅客的乘坐舒适度。

故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是针对城市轨道交通列车运营出现不同情况的延误时，提供一种高效率的城市轨道交通列车自动调整方法，本方法可根据列车运营的紊乱程度选择不同策略来对列车进行调整，使列车恢复运行秩序。

为实现上述目的，本发明基于离散事件模型的城市轨道交通列车运行的自动调整方法可采用如下技术方案：

一种基于离散事件模型的城市轨道交通列车运行的自动调整方法，包括以下步骤：

步骤(1)、用Petri网对系统进行形式化建模，建立线路车站和列车的模型；

步骤(2)以在线列车的晚点时间之和和晚点列车数量为指标来综合评判当前运营状况的紊乱程度，设定紊乱临界值并与紊乱临界值提示调度员调整模式，调整模式包括等间隔调整法及时刻表调整法，当评判结果为紊乱程度数值大于紊乱临界值，选择等间隔调整法；当评判结果为紊乱程度数值小于紊乱临界值，选择时刻表调整法；

其中时刻表调整法为：触发调整的事件是列车到站停稳和列车离站事件，当列车到达站台停稳后首先计算列车的时刻表中的计划发车时间与列车实际到站时间的差值；如果该差值时间小于最小停站时间，则将最小停站时间作为停站时间；如果该差值时间大于最大停站时间，则将最大停站时间作为停站时间；否则以该差值时间作为本站的停站时间；当列车停站结束离站时，计算列车下一站的时刻表计划到站时间与列车当前站的实际发车时间的差值；然后将该差值与设定的各运行等级时间相比较，为列车选择对应的运行等级；

等间隔调整法为：首先选择列车运行交路，通过交路运行时间以及列车数量计算等间隔时间；等间隔时间为交路总运行时间除以在线列车数量；当列车到达站台时，更新本站台的上一列车到达时间为本车实际到站时间；然后计算本车的到达时间与上一列通过本站的列车的发车时间的时间间隔，并计算等间隔时间与该时间间隔的差值；如果该差值时间小于最小停站时间，则将最小停站时间作为停站时间；如果该差值时间大于最大停站时间，则将最大停站时间作为停站时间；否则以该差值时间作为本站的停站时间；当列车停站结束离站时，更新本站台的上一列车离站时间为本车实际离站时间；然后计算列车当前站的实际发车时间与下一站台的上一列车到站时间的时间间隔，并计算等间隔时间与该时间间隔的差值；然后将该差值与设定的各运行等级时间相比较，为列车选择对应的运行等级；

步骤(3)调度员在工作站HMI根据提示选择调整模式后以JSON格式的数据告知列车运行调整系统所选择的调整模式信息；

步骤(4)列车运行调整系统采用消息订阅机制，通过CORBA中间件获取在线列车的到站事件和离站事件；

步骤(5)列车到站或离站时，系统从实时库获取设定的时刻表信息并与实际到发时间比较偏差，然后通过调整快速的使列车运行恢复到正常有序的状态。

与背景技术相比，本发明的有益效果：在城市轨道交通列车运营过程中，出现运营场景时，系统可自动提示调度员合理选择相应的自动调整方法对列车运营进行调整。而且本发明实现的列车调整方法算法简单，所需要的数据输入量少，调整效果好、速度快。具有较好的实用性，既降低了调度员的劳动强度，减少了恢复到正常运营的时间，同时也提高了运营质量。

进一步的，所述步骤(1)中，将列车运行过程抽象为一系列离散事件，用Petri网来描述各事件的关系，并将Petri网与OO技术相结合采用面向对象语言C++对模型进行设计实现；列车运行过程包括列车区间运行、列车到站、列车停站、列车发车。

进一步的，所述列车运营调整基本模型中库包括：列车、车站、站台控制命令、列车离站时的状态信息、列车到站时的状态信息、初步调整的运行信息、最终的调整运行信息，变迁包括：发送扣车命令、发送跳停命令、发送提前发车命令、列车离站、列车进站、列车与站台信息处理、发送调整信息、当前车与前车信息处理。

进一步的，所述步骤(3)中，采用一种轻量级的数据交换格式JSON来接收调度员设置的调整模式信息。

进一步的，所述步骤(4)中，采用基于“发布/订阅”模型的消息总线来获取列车的到站事件和离站事件，并且采用了COBRA中间件。

进一步的，所述步骤(5)中，实时库负责管理存放在内存中的实时运行数据，实时运行数据中包括列车的列车运行计划时刻表以及列车的实际运行时刻表等

附图说明

图1列车运营调整基本模型图。

图2本发明的时刻表调整策略流程图。

图3本发明的等间隔调整策略流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

一种基于离散事件模型的城市轨道交通列车运行的自动调整方法，包括：

(1)考虑列车运行调整系统为一个离散事件系统，用Petri网对系统进行形式化建模，建立线路车站和列车的模型，并用面向对象语言对模型进行设计实现；

(2)以在线列车的晚点时间之和和晚点列车数量为指标来综合评判当前运营状况的紊乱程度，根据紊乱程度的不同自动提示调度员合理选择时刻表调整法或等间隔调整法对系统中的列车的运行进行调整；

(3)调度员在工作站HMI根据提示选择调整模式后以JSON格式的数据告知列车运行调整系统所选择的调整模式信息；

(4)列车运行调整系统采用消息订阅机制，以CORBA的方式获取在线列车的到站事件和离站事件；

(5)列车到站或离站时，系统从实时库获取设定的时刻表信息并与实际到发时间比较偏差，然后通过调整快速的使列车运行恢复到正常有序的状态。

如图1所示，利用Petri网进行形式化建模，建立列车运营调整基本模型。其中库所包括：TRAIN(列车)、STATION(车站)、CMD(站台控制命令)、Train_Depart_Info(列车离站时的状态信息)、Train_Arrive_Info(列车到站时的状态信息)、Preliminary_Reg_Info(初步调整的运行信息)、Final_Reg_Info(最终的调整运行信息)，变迁包括：HOLD(发送扣车命令)、SKIP(发送跳停命令)、Advance_Depart(发送提前发车命令)、DEPART(列车离站)、ARRIVE(列车进站)、Handle_Train_Station_Info(列车与站台信息处理)、Send_Reg_Info(发送调整信息)、Handle_Train_PreTrain_Info(当前车与前车信息处理)。在此模型的基础上，进行设计实现。

另外，本发明共有两种调整策略来应对运营中出现的不同场景，包括时刻表调整法、等间隔调整法。系统启动后即进入时刻表调整状态，时刻表调整状态为系统默认调整状态，此时系统依照时刻表对每一辆列车进行调整；当列车实际运行时刻与计划时刻表计划时刻存在偏差时，调整其区间运行时间和停站时间，使列车恢复时刻表运行。列车到达站台停稳和列车停站结束发车时计算列车实际运行时刻与时刻表中计划时刻的偏差。

系统实时以在线所有列车的晚点时间之和和晚点列车数量为指标来衡量运营紊乱严重程度，设定紊乱临界值并与紊乱临界值提示调度员调整模式，调整模式包括等间隔调整法及时刻表调整法，当评判结果为紊乱程度数值大于紊乱临界值，选择等间隔调整法；当评判结果为紊乱程度数值小于紊乱临界值，选择时刻表调整法。例如，当列车运营出现大面积紊乱时，系统检测到大量在线列车晚点且晚点时间较大，通过综合评判此时系统处于运营紊乱程度严重，短时间已无法恢复按时刻表运行状态，系统提示调度员将调整状态转为等间隔状态，通过调整区间运行时间和停站时间，使在线列车保持等间隔时间运行；当在线列车按等间隔秩序运行且与时刻表要求相同时，此时评判结果为紊乱程度较低，系统提示调度员可以从等间隔状态转为时刻表调整状态。另外在具体应用时可有无调整状态，系统在无调整状态下，列车按照时刻表设定的或按人工设置的停站时间和区间运行等级运行，系统不对列车进行自动调整。在任何状态可以由人工设置转换为无调整状态，同时也可以由人工设置转换为调度员所需的调整状态。所有的状态转换都需要调度员的确认，调度员确认后HMI将调整模式信息以JSON格式发送给调整系统。

当综合评判运营紊乱程度较低时，执行时刻表调整策略，通过调整列车区间运行时间和停站时间使列车恢复时刻表运行。时刻表调整策略流程如图1所示。当接收到列车到站事件后首先从实时库读取列车的时刻表中的计划发车时间并比较与列车实际到站时间的差值；然后按下述方法根据差值大小，决定停站时间：如果该差值时间小于最小停站时间，则将最小停站时间作为停站时间；如果该差值时间大于最大停站时间，则将最大停站时间作为停站时间；否则以该差值时间作为本站的停站时间。当收到列车离站事件时，计算列车下一站的时刻表计划到站时间与列车当前站的实际发车时间的差值；然后将该差值与设定的各运行等级时间相比较，选择合适的运行等级。通过调整使列车的实际运营状态贴近计划时刻表。例如，假设某列车在车站A的计划到达时间为09:20:40，计划发车时间为09:21:00，在车站B(B车站为A车站的下一站)的计划到达时间为09:22:45,系统设计时指定车站A的列车停站时间取值范围为15到60秒，车站A到车站B的区间运行等级为5级(等级1：80秒，等级2：92秒，等级3：105秒，等级4：114秒，等级5：118秒)；而列车实际到达车站A的时间为09:20:50,那么计划发车时间与列车实际到站时间的差值10秒，则停站时间为15秒；若列车离开车站A的实际时间为09:21:05，那么列车下一站的时刻表计划到站时间与列车当前站的实际发车时间的差值为100秒，则下一区间的运行等级选择为等级2。

当综合评判运营紊乱程度较高时，执行等间隔调整。等间隔调整策略如图2所示。首先调度员选择列车运行交路，通过交路运行时间以及列车数量自动计算等间隔时间；等间隔时间为交路总运行时间除以在线列车数量；HMI以JSON格式将等间隔信息发给调整系统。当收到列车到达事件时，更新本站台的上一列车到达时间为本车实际到站时间；然后计算本车的到达时间与上一列通过本站的列车的发车时间的时间间隔，并计算等间隔时间与该时间间隔的差值；最后按下述方法根据差值大小，决定停站时间：如果该差值时间小于最小停站时间，则将最小停站时间作为停站时间；如果该差值时间大于最大停站时间，则将最大停站时间作为停站时间；否则以该差值时间作为本站的停站时间。当收到列车离站事件时，更新本站台的上一列车离站时间为本车实际离站时间；然后计算列车当前站的实际发车时间与下一站台的上一列车到站时间的时间间隔，并计算等间隔时间与该时间间隔的差值；然后将该差值与设定的各运行等级时间相比较，选择合适的运行等级。通过调整使线路上列车之间保持等间隔运行。例如，假设等间隔时间120秒，站台D为站台C的下一站台，系统设计时指定车站C的列车停站时间取值范围为15到60秒，车站C到车站D的区间运行等级为5级(等级1：80秒，等级2：92秒，等级3：105秒，等级4：114秒，等级5：118秒)；某一列车到达站台C的时间为10:20:10，更新站台C的上一列车到站时间为10:20:10，若上一列车从站台C的发车的时间为10:18:40，那么本车的到达时间与上一列通过本站的列车的发车时间的时间间隔为90秒，等间隔时间与该时间间隔的差值为30秒，则该列车的停站时间为30秒；当列车离开站台C时，若离站时间为10:20:40，更新站台C的上一列车离站时间为10:20:40；若上一列到达站台D的时间为10:20:03，那么下一站台的上一列车到站时间与列车当前站的实际发车时间的时间间隔为37秒，等间隔时间与该时间间隔的差值为83秒，则列车按照运行等级1进行运行。

根据以上实施例可知，本发明实现了一种高效率、高自动化的城市轨道交通列车自动调整方法，可以应对城市轨道交通列车运营出现的不同场景；本方法可根据列车运营的紊乱程度选择不同策略来对列车进行调整，使列车恢复运行秩序。

本发明按照优选实施例进行了说明，应当理解上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于离散事件模型的城市轨道交通列车运行的自动调整方法，其特征在于：

步骤(1)、用Petri网对系统进行形式化建模，建立线路车站和列车的模型；

步骤(2)以在线列车的晚点时间之和和晚点列车数量为指标来综合评判当前运营状况的紊乱程度，设定紊乱临界值并与紊乱临界值提示调度员调整模式，调整模式包括等间隔调整法及时刻表调整法，当评判结果为紊乱程度数值大于紊乱临界值，选择等间隔调整法；当评判结果为紊乱程度数值小于紊乱临界值，选择时刻表调整法；

其中时刻表调整法为：触发调整的事件是列车到站停稳和列车离站事件，当列车到达站台停稳后首先计算列车的时刻表中的计划发车时间与列车实际到站时间的差值；如果该差值时间小于最小停站时间，则将最小停站时间作为停站时间；如果该差值时间大于最大停站时间，则将最大停站时间作为停站时间；否则以该差值时间作为本站的停站时间；当列车停站结束离站时，计算列车下一站的时刻表计划到站时间与列车当前站的实际发车时间的差值；然后将该差值与设定的各运行等级时间相比较，为列车选择对应的运行等级；

等间隔调整法为：首先选择列车运行交路，通过交路运行时间以及列车数量计算等间隔时间；等间隔时间为交路总运行时间除以在线列车数量；当列车到达站台时，更新本站台的上一列车到达时间为本车实际到站时间；然后计算本车的到达时间与上一列通过本站的列车的发车时间的时间间隔，并计算等间隔时间与该时间间隔的差值；如果该差值时间小于最小停站时间，则将最小停站时间作为停站时间；如果该差值时间大于最大停站时间，则将最大停站时间作为停站时间；否则以该差值时间作为本站的停站时间；当列车停站结束离站时，更新本站台的上一列车离站时间为本车实际离站时间；然后计算列车当前站的实际发车时间与下一站台的上一列车到站时间的时间间隔，并计算等间隔时间与该时间间隔的差值；然后将该差值与设定的各运行等级时间相比较，为列车选择对应的运行等级；

步骤(3)调度员在工作站HMI根据提示选择调整模式后以JSON格式的数据告知列车运行调整系统所选择的调整模式信息；

步骤(4)列车运行调整系统采用消息订阅机制，通过CORBA中间件获取在线列车的到站事件和离站事件；

步骤(5)列车到站或离站时，系统从实时库获取设定的时刻表信息并与实际到发时间比较偏差，然后通过调整快速的使列车运行恢复到正常有序的状态。

2.根据权利要求1所述的基于离散事件模型的城市轨道交通列车运行自动调整方法，其特征在于：所述步骤(1)中，将列车运行过程抽象为一系列离散事件，用Petri网来描述各事件的关系，并将Petri网与OO技术相结合采用面向对象语言C++对模型进行设计实现；列车运行过程包括列车区间运行、列车到站、列车停站、列车发车。

3.根据权利要求1或2所述的基于离散事件模型的城市轨道交通列车运行自动调整方法，其特征在于，所述列车运营调整基本模型中库包括：列车、车站、站台控制命令、列车离站时的状态信息、列车到站时的状态信息、初步调整的运行信息、最终的调整运行信息，变迁包括：发送扣车命令、发送跳停命令、发送提前发车命令、列车离站、列车进站、列车与站台信息处理、发送调整信息、当前车与前车信息处理。

4.根据权利要求1所述的基于离散事件模型的城市轨道交通列车运行自动调整方法，其特征在于：所述步骤(3)中，采用一种轻量级的数据交换格式JSON来接收调度员设置的调整模式信息。

5.根据权利要求1所述的基于离散事件模型的城市轨道交通列车运行自动调整方法，其特征在于：所述步骤(4)中，采用基于“发布/订阅”模型的消息总线来获取列车的到站事件和离站事件，并且采用了COBRA中间件。

6.根据权利要求1所述的基于离散事件模型的城市轨道交通列车运行自动调整方法，其特征在于：所述步骤(5)中，实时库负责管理存放在内存中的实时运行数据，实时运行数据中包括列车的列车运行计划时刻表以及列车的实际运行时刻表等。