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。將列車運行圖自動編制及優(yōu)化系統(tǒng)分為數據庫子系統(tǒng)和運行圖調圖子系統(tǒng)兩部分，闡述了整個系統(tǒng)的框架結構及其優(yōu)化算法，給出了開發(fā)結果。
關鍵詞： 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度效率，增強了軌道交通的安全性和準確性。
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列車安全、正點運行的基礎，另一方面也是其經濟有效地組織地鐵運輸工作和列車運行生產計劃的根據[1]。列車運行圖自動編制的實現，將有效地減輕編圖人員勞動強度、縮小編圖周期、提高運行圖編制質量。而在此基礎上對運行的優(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)結構
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：數據庫子系統(tǒng)和運行圖調圖子系統(tǒng)。其中數據庫子系統(tǒng)包括數據管理和數據存儲兩個模塊，它是編圖的基礎又是編圖的歸屬，負責存儲、組織、管理整個排布系統(tǒng)的數據信息。調圖子系統(tǒng)包括運行圖自動編制、運行圖調整、運行圖輸出模塊，它是系統(tǒng)的核心部分。根據地鐵運營情況，通過求解模型中的函數，得到編制列車運行圖的數據，自動完成列車運行圖的排布并經人工介入調整后輸出使用。運行圖自動編制系統(tǒng)結構如圖1所示。
2 調圖子系統(tǒng)結構設計與實現
2.1 調圖子系統(tǒng)中的文檔/視圖結構
微軟MFC的文檔/視圖結構為實現運行圖自動編制系統(tǒng)提供了方便、實用的框架結構，便于程序的設計、分工、調試和系統(tǒng)維護，所以本系統(tǒng)采用文檔/視圖結構[3]。所用到的幾個非常重要的成員函數如下：
?。?）CView：：GetDocument函數：該函數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及公共數據成員進行訪問。
?。?）CView：：OnInitialUpdate函數：對視圖對象進行初始化。當應用程序啟動或用戶從File菜單中選擇了New或Open時，該CView虛函數會被自動調用。
?。?）CDocument：：UpdateAllViews函數：文檔數據改變時通知所有視圖對所顯示的數據進行相應的更新。
?。?）CView：：OnUpdate函數：對文檔進行訪問、讀取文檔數據，然后對視圖的數據成員或控制進行更新，以便文檔的變化。應用程序調用CDocument：：UpdateAllViews時，應用程序框架會相應地調用該函數。
（5）CDocument：：OnNewDocument函數：當用戶從File菜單中選擇了New時，框架將首先構造一個文檔對象，然后調用該虛函數，在此設置文檔數據成員的初始值。
2.2 文檔/視圖結構的實現
主要圖形數據放在CMTTDDoc類（從CDocument派生的文檔類）中，在CDynSplitView2視圖（運行圖顯示與調圖視圖）中用圖形數據對象提供的接口對圖形數據進行顯示輸出，即顯示/打印運行圖。在CMTTDview視圖（站名與區(qū)間信息視圖）中，同樣調用圖形數據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據進行統(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據，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圖操作，而前者在與后者對應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。
實現時采用的結構如圖2所示。
3 數據庫子系統(tǒng)的設計與實現
由于地鐵運行圖的特點，開發(fā)時采用微軟的Access作為平臺，共分為三個數據庫：系統(tǒng)數據庫、基本數據庫及結果數據庫。其中系統(tǒng)數據庫包含了地鐵線路表和運行參數表，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；基本數據庫則可以存儲該線路的所有參數：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據字典；而結果數據庫則保存了經過計算后該線路的旅客時刻表、查錯記錄表及質量指標表。
由于本系統(tǒng)的所有重要數據都存儲在全局變量中，因此數據庫子系統(tǒng)的數據管理工作主要是通過全局變量來傳遞窗口和界面的數據到數據庫，即要時時保持數據庫中數據與全局變量的一致。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=%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
數據庫子系統(tǒng)實現了數據操作簡便快捷，所用基礎數據輸入后便可自動生成部分關鍵編圖的特點。不僅減少了部分輸入數據的工作量、提高了數據的準確度，而且經檢查、查詢、修改、保存，形成了比較準確、穩(wěn)定、可靠的運行圖數據庫子系統(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，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，設計開發(fā)了供地鐵調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、提高運行圖編制質量。在此基礎上對運行的優(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.