铁路客运站列车运行图资料自动编制方法与应用

Method and Application of Automatic Compilation of Train Working Diagram Data at Railway Passenger Stations

摘要

随着中国铁路的高速发展，铁路运能的利用越来越精细化，国铁集团对站段列车运行图调整优化提出了更高的要求。目前，基层客运站主要采用人工编制核对列车运行图资料，存在工作量大、效率低、易出错且文档不规范等问题。如何提高铁路列车运行图资料编制效率，保证结果的准确性，是目前客运站从业人员面临的一项重要挑战。基于VBA，使用excel工具实现客运站列车运行图资料的自动编制，包括列车时刻表自动编制、列车时刻表新旧对比、动车组接发列车固定股道表自动编制及基本进路图自动编制4个功能。结果表明，借助自动编制软件生成的运行图相关资料不仅正确率为100%，工作效率提高98%以上，而且能够保证各个车站编制资料的规范化和标准化，具有一定的应用价值。

Abstract

With the rapid development of China's railways, the utilization of railway transportation capacity is becoming increasingly refined,and China Railway Group has put forward higher requirements for the adjustment and optimization of station and depot train operation diagrams. At present, grassroots passenger stations mainly rely on manual compilation and verification of train operation diagram data, which results in issues such as heavy workload, low efficiency, error prone, and non-standard documentation. Enhancing the efficiency of compiling railway train diagram data and ensuring the result accuracy are currently important challenges faced by passenger station practitioners. Based on VBA, the automatic compilation of train operation diagram data at passenger stations is achieved using Excel tools, which encompass four functions: automatic compilation of train timetables, comparison of new and old train timetables, automatic compilation of fixed track tables for Electric Multiple Unit (EMU) arrivals and departures, and automatic compilation of basic route maps. The results show that the accuracy rate of the train diagram related data generated by the automatic compilation software is 100%, and the work efficiency is improved by more than 98%. Furthermore, it can ensure the standardization and uniformity of compilation data for each station, possessing a certain degree of practical value.

Graphical abstract

关键词

铁路 / 客运站 / 列车时刻表 / 运行图 / 自动编制

Key words

Railway / Passenger Station / Train Timetable / Operation Diagram / Automatic Compilation

0　引言

铁路列车运行图是根据国民经济发展的需要和铁路运输能力的情况而编制的，是表示列车在铁路区间运行及在车站到发或通过时刻的技术文件，是全路组织列车运行的基础，体现了铁路工作的各种质量指标和数量指标^[1]。随着中国铁路的高速发展，中国国家铁路集团有限公司（以下简称“国铁集团”）对铁路运能的利用越来越精细化，对铁路站段列车运行图调整优化也提出了更高的要求^[2]。目前国铁集团主要采用季度调图的形式，根据不同时段的运能需求调整列车运行图^[3]。国铁集团运行图调整大多采用二级编图模式，编制数据量巨大，通常有数百个excel工作表；而大部分基层客运站仍采用人工编制核对列车运行图相关资料，编制核对往往需要耗费数天时间，效率极低，耗时耗力且容易出错；同时不同的客运站编制结果不统一，不符合规范化和标准化要求。因此，如何提高铁路客运站列车运行图资料编制效率，保证结果的准确性，是目前客运站从业人员面临的一项重要挑战^[4]。

铁路列车运行图资料的编制过程不仅需要技术人员严谨的工作态度和扎实的专业技能，同时还应具备足够的细心，编制结果对列车运行安全具有重要影响^[5]，目前国内对列车运行图编制技术及管理进行了相关研究，包括面向铁路局集团公司、站段两级管理的列车图管理研究^[6]，开发基于列车运行图技术资料的LKJ数据编制系统^[7]，提出高速铁路列车运行图一体化编制方法等^[8]。但是现有的一些编制软件对于基层车站而言，不仅软件成本投入高，且功能实现并未完全满足基层车站需求。因此，结合当前人工编制列车运行图资料的现状及问题，基于VBA，利用excel可以很好地满足基层客运站列车运行图资料的自动编制，不仅可以提高工作效率和正确率，而且使用方便、简单，很好地解决了由于人工编制核对所带来的效率低、易出错等问题。

1　设计目标与要求

1.1　设计目标

基于VBA语言，利用excel实现客运站列车运行图相关资料的自动编制，包括车站列车时刻表自动编制、列车时刻表新旧对比、动车组接发列车固定股道表自动编制及基本进路图自动编制4个功能，编制结果按照规范化要求输出。列车运行图资料自动编制功能模块如表1所示。

在设计前期，首先进行需求分析，对各个客运站运行图资料编制存在的问题进行收集^[9]。基于问题导向，明确设计思路和预期目标；其次，通过对客货运列车时刻总表（以下简称“列车时刻总表”）分析，制定设计方案，针对各个功能模块进行相关算法设计及算法实现，对站段内所有客运站进行测试，进一步改进优化并完善功能；最后，对测试结果进行效果评价，确认符合使用条件下进行发布推广。总体技术路线如图1所示。

1.2　设计要求

操作系统采用Windows系统，开发工具与语言使用Excel与VBA。以铁路局集团公司下发的列车运行图中的列车时刻总表为数据源，一个工作簿包含300~400张工作子表，每个工作表数据包括始发站、终到站、车次、车站及时刻等信息，列车时刻总表数据格式如图2所示。表中前2行为始发站和终到站，可以由此判断当前列车运行区段。车次形如“XXX/X”则根据后期列车运行的上下行信息进行确定，例如：车次为“D931/4”的车次，若该趟列车为上行列车，则车次信息为“D934”，反之若为下行列车，则车次信息为“D931”。此外，数据表中显示了每趟车次到达或离开各个车站的时间，每个时间单元格都包含2行时间数据，其中第1行表示到点时间，第2行表示开点时间，例如车次“G197”到达福鼎站的时间为“17时26分03秒”，停站2 min，发点时间为“17时28分03秒”，其中“…”表示此趟列车在该车站不停站，只有发点，无到点。

2　功能设计

2.1　列车时刻表自动编制

列车时刻表是列车在运行区段以及在车站到发或通过时刻的技术文件，是旅客出行的指南，也是运输企业服务水平的体现^[10]。列车时刻表是运行图资料编制的基础，为编制基本进路图、股道表等提供数据基础，其质量直接影响运输效率和安全可靠性能^[11]。该功能主要从文件读取到数据筛选、处理、分析、整理汇总，实现对客运站列车时刻表的自动编制。首先，输入需要查找的车站名，通过数据挖掘，对符合条件的数据进行前期处理与分析，包括车次、运行区段、到点/开点、邻站到点/开点、停站时间、出发方向等信息。同时，根据各个客运站股道设置情况所编制的接发车进路基础信息表，结合股道运用计划完成列车时刻表中的接发车进路信息，最终以铁路局集团公司下发的标准化要求生成车站列车时刻表。列车时刻表自动编制业务流程如图3所示。

2.2　列车时刻表新旧对比

为了更加方便地完成对车站列车信息管理，往往需要对不同季度的列车时刻表中列车信息进行逐一对比，查找存在变更的列车信息，但是传统的人工检查工作量大且繁琐，难以保证人工校对的零失误。列车时刻表新旧对比功能可以自动实现不同季度的列车时刻表信息的新旧对比管理，挖掘不同季度的列车是否存在包括车次、运行区段、到点、开点等基本信息的更新，例如是否存在车次的删除或增加、运行区段、到点或开点的修改等。列车时刻表新旧对比业务流程如图4所示。

2.3　动车组接发列车固定股道表

动车组接发列车固定股道表自动编制功能主要基于车站列车时刻表进行数据采集，实现对固定股道信息的管理。主要包括车站名、股道信息、车次等信息。基于列车时刻表，获取当前车站名，对符合模式匹配的车次信息进行股道分类汇总，从中采集符合条件的股道信息和车次信息。动车组接发列车固定股道表业务流程如图5所示。

2.4　基本进路图

传统人工绘制基本进路图是在编制好的车站列车时刻表基础上，使用excel或CAD逐条铺画符合计划要求的列车进路图，工作量大且繁琐^[12]，而基于VBA自动编制基本进路图可以快速、准确、清晰地一键绘制客运站列车基本进路信息。该功能主要根据不同的车次、运行方向、停站时间、股道信息、上下行等信息实现列车基本进路图的绘制，绘制中横坐标为时间轴，自18:00至翌日18:00，每10 min为1个单位，依据列车上下行信息绘制邻站站名，基于股道数据汇总股道种类，并在运行图对应位置进行标记，结合车次、到点、开点以及停站时间等信息，定位当前股道位置并绘制对应长度的停站时间线，根据判断列车运行方向添加车次信息。基本进路图业务流程如图6所示。

3　功能实现

3.1　列车时刻表自动编制

以2021年第3季度列车时刻总表为测试数据查询宁德车站。输入站名，运行程序，自动生成宁德站列车时刻表，包括车站名、车次、运行区段、股道信息、邻站出发时间、邻站到达时间、本站到点、本站开点、站停时间统计、接发车进路信息、是否营业、站台及出发方向等信息。同时，程序中对列车停靠站时间以及存在疑义的列车数据均进行提示，以方便后期人工校对，每条列车记录按到点时间进行排序。宁德站列车时刻表自动编制实现结果(部分)如图7所示。从图7中可以看出，途经宁德车站的所有车次信息按照开点时间进行了排序，若无到点，则站停时间以“---”显示，由于各个车站站台信息不同，该信息由人工后期进行补充。

3.2　列车时刻表新旧对比

以宁德站2021年第3季度和2021年第4季度列车时刻表为测试数据，进行新旧对比，运行程序，自动生成宁德站2个季度中所有车站变化的列车信息，包括新图中新增和删除的车次，运行区段和时间的调整，结果准确清晰。为了方便后期人工校对检查，在对应季度的列车时刻表中，依次对列车存在的变化信息进行标注。宁德站不同季度列车时刻表对比结果如图8所示，从图8中可以清晰地看出不同季度车次信息的变化情况。结果不仅针对新图增加和删除的车次进行汇总，同时对有变化的车次信息依次输出，例如车次为K804的列车，到点和开点都进行了调整，到点由原来的9:01调整至9:00，开点由原来的9:06调整至9:07。新旧对比可以更加快捷、方便地帮助车站调图技术人员进行车次信息的新旧管理，同时也可以辅助完成列车时刻表的校对工作。

3.3　动车组接发列车固定股道表

该功能基于列车时刻表，可以快速生成动车组接发列车固定股道表。宁德站动车组接发列车固定股道表实现结果如图9所示。从图9中可以看到，根据宁德站列车时刻表中所有办理客运业务的股道及动车组车次信息，快速有效地汇总在同一股道办理客运业务的列车车次，并按要求自动生成，结果高效、准确，大大节省了人力成本。

3.4　基本进路图

基于VBA的列车基本进路图自动编制功能，较传统的人工编制效率显著提高，且使用简单、方便。通过软件自动编制的宁德站基本进路图实现结果如图10所示，其中图10a为18:00至次日6:00的进路图，图10b为次日06:00至18:00的进路图。从图10中可以看到，为了避免出现靠近图形两端的列车运行线出现断开的情况，时间轴自18:00开始向右延伸，直至次日18:00^[13]。根据列车不同客货类型绘制不同的线型及颜色，例如办客列车以红色线条绘制，货物列车以黑色线条绘制。通过列车停靠时长及停靠的股道位置的判断，对该位置的实线加粗并计算时间长短绘制相应长度的线条，若无停靠则不存在停靠时间长度，直接根据发点完成该趟列车进路线的绘制^[14]。此外，基本进路图中该车站的邻站信息、各个车次信息以及上下行关系均进行了体现，结果清晰、准确，使用方便。

4　结果与分析

软件测试阶段从2021年第3季度至2022年第2季度，共测试30个车站，测试总次数约200次，并统计各个车站在同一季度、不同季度测试结果，验证了该软件能够有效地提高工作效率，保证结果的正确性。

4.1　同一季度不同车站列车时刻表编制结果分析

以2021年第3季度中国铁路南昌局集团有限公司（以下简称“南昌局集团公司”）下发的列车时刻总表为测试数据，列举了宁德等8个车站在使用软件前后完成编制工作的时长及结果正确率，2021年第3季度不同车站列车时刻表编制用时及正确率对比如表2所示。从结果统计中可以发现，传统的人工编制平均用时2.06 d，平均正确率为99.775%。而使用自动编制软件，平均用时10.13 min（包括后期人工校对时间），平均正确率为100%。

从结果中分析，使用自动编制软件进行列车时刻表编制所用时间大大降低。以平均2.06 d计算，全段30个车站完成1个季度调图编制总计需要61.8 d，以每天工作时长8 h计算，合计2.06×30×8=494.44（h），使用软件自动编制完成全段1个季度调图总计需要10.13×30÷60=5.065（h），效率整体提高为（494.44-5.065）÷494.44×100%≈98.97%，并且编制结果正确率均达到100%。

4.2　不同季度各个车站列车时刻表编制结果分析

以2021年第3季度到2022年第2季度南昌局集团公司下发的列车时刻总表为测试数据，同样列举了宁德等8个车站使用自动编制软件的平均用时情况（包括后期人工校对用时）和平均正确率，不同季度各个车站列车时刻表编制结果比较如表3所示。从结果中可以发现，不同车站从2021年第3季度到2022年第2季度使用软件完成编制平均耗时分别为10.13 min，10.37 min，9.44 min和10.25 min，4个季度整体平均耗时为10.047 min；正确率分别为100%，100%，98.63%和100%，其中2021年第4季度正确率为98.63%，造成该结果的主要原因是车站调图人员后期核对过程中，按个人经验主观添加了2趟本季度已删减的车次，而软件自身运行结果并不存在任何问题。从数据结果分析中，进一步说明了该软件运行效率高、结果准确且稳定。不同季度各个车站列车时刻表编制结果比较如图11所示。

4.3　使用软件前后运行调图相关考核情况分析

依靠人工编制运行图相关资料工作量大、过程繁琐、效率低，并且容易造成漏序或结果错误，存在一定的风险^[15]。对比2021年1月至2021年12月全段所有客运车站使用自动化编制软件前后月考核情况，软件使用前后考核数量结果比较如图12所示。各月考核主要包括A类和B类2种考核类型，2021年1—8月为使用该软件前A类、B类考核数量情况。其中，2月B类考核数量达到最多，累计4个，6月同时存在A类考核和B类考核，分别为1个和3个。2021年9—12月为使用软件后考核情况，9—12月曲线呈下降趋势，考核数量减少，12月当月A类、B类考核数量均为0。从考核情况分析中可以说明使用自动编制软件完成运行图相关资料编制可以有效地降低漏序和错误的风险。

5　结束语

基于VBA的车站列车运行图资料自动编制软件的开发与应用，实现了车站列车时刻表、动车组接发列车固定股道表、列车时刻表新旧对比以及基本进路图的一键生成，软件操作简单、方便，有效地解决了运行图资料编制效率低的关键问题。不仅大大降低了编图人员的工作量，提高工作效率，还可以对可能存在的数据问题进行及时提示，提高数据的准确性，同时又能保证各个车站编制的结果符合标准化和规范化的要求。通过车站使用编制软件前后相关考核情况分析，进一步说明了使用自动编制软件的实际效果，在保证数据安全、准确及文档规范化上具有一定的可靠性。在后续的相关研究中，将继续完善功能，开发一套更加人性化和智能化的运行图相关资料自动编制软件。

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基金资助

福建省教育厅中青年教师教育科研项目(JAT210599)