城市轨道交通列车运行仿真系统设计.doc

本科学生毕业设计

城市轨道交通列车运行仿真系统设计

系部名称： 汽车与交通工程学院
专业班级： 交通工程 B09-1班

黑 龙 江 工 程 学 院
二〇一三年六月

The Graduation Design for Bachelor's Degree

Design of Urban Rail Transit Train Running Simulation Module

Candidate： Ye Shihan

Heilongjiang Institute of Technology
2013-06·Harbin

黑龙江工程学院本科生毕业设计

摘 要

随着计算机技术和系统仿真技术水平的提高，以及世界各国轨道交通事业的复兴，计算机系统仿真技术在轨道交通运输中的应用日益广泛。本文以哈尔滨地铁一号线为背景，对列车运行过程及行车组织进行研究并开发了软件系统。
文章首先分析了城市轨道交通列车运行仿真的研究现状，以及进行列车运行仿真软件设计的目的和意义，并给出了软件设计的技术路线。介绍和分析了列车运行过程的原理和城市轨道交通行车组织计划的制定方法，以及行车组织计划的评价指标。介绍了软件的开发环境、用户目标、设计原则和运行环境，并以哈尔滨地铁一号线相关数据信息为基础，建立数据库，进行软件的结构和功能设计，并运用Visual Basic编程语言完成软件的编写，列举实际数据对软件的各部分功能进行测试和验证，并对软件的继续开发进行了展望。

关键词：城市轨道交通；列车运行；运营组织；数据库；仿真

II

ABSTRACT

Along with the rise of computer technology and systen simlulation technology,as well as the revival of rail transport services around the world,computer systen simulation technology and its application in rail transportion increased.With Harbin subway of Line 1 in the background of this article,on train running processes and operation Organization for research and development of software systems.
Article first analyzes the current situlation ofresearch on urban mass transit train operation simulation of, as well as purpose and meaning of train running simulation software design and software design techniques are given.Introduction to the principles and the analysis of train running and establishment method of traffic organization in urban mass transit plan,and the Organization of train operation scheme evaluation indicators. Introduces software development environment,usergoals,design principles and operating environment,and to Harbin Line 1 subway-lelated data based on information,establishing a database,a software design of structure and function,and Visual Basic programming language compilation of the complete software.Lists the actual data to test and validate the parts of software functions,and give a prospect to continue developing.

Key words：Urban Mass Transit；Train Operation；Operation Organization
Database；Simulation

黑龙江工程学院本科生毕业设计

目 录

摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.1.1 背景 1
1.1.2 目的 1
1.1.3 意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 国外研究现状 2
1.2.2 国内研究现状 3
1.2.3 国内外研究方法综述 5
1.3 研究内容和技术路线 6
1.3.1 研究内容 6
1.3.2 技术路线 6
第2章 列车运行过程与行车组织分析 7
2.1 城市轨道交通系统列车运行的基本原理 7
2.1.1 列车运动原理 7
2.1.2 城市轨道交通站间运行模式 10
2.1.3 列车运行过程的影响因素 11
2.2 城市轨道交通运行计划以及运行方案 11
2.2.1 列车运行计划 11
2.2.2 列车运行方案 12
2.3 行车闭塞法 15
2.3.1 行车闭塞法概述 15
2.3.2 固定闭塞 16
2.3.3 准移动闭塞 16
2.3.4 移动闭塞 16
2.4 列车运行图的编制 18
2.4.1 列车运行图绘制的指标及相关内容 19
2.4.2 列车运行图绘制原则与步骤 19
2.4.3 系统输出的列车运行图 20
2.5 本章小结 23
第3章 列车运行控制仿真系统数据库的建立 24
3.1 线路数据 24
3.2 车站数据 24
3.3 车辆数据 25
3.3.1 车型数据 25
3.3.2 列车编组数据 25
3.4 客流数据 26
3.5 本章小结 27
第4章 列车运行仿真系统的功能设计与实现 28
4.1 系统概述 28
4.1.1 系统开发环境 28
4.1.2 系统用户目标 30
4.1.3 系统设计原则 30
4.1.4 运行环境 30
4.2 列车运行仿真系统整体结构 31
4.3 列车运行仿真系统主要模块结构 31
4.4 本章小结 33
第5章 城市轨道交通列车运行仿真系统测试与实现 34
5.1概述 34
5.2安装说明 34
5.3软件使用说明 34
5.3.1软件登陆与用户管理 34
5.3.2列车运行图铺画部分 35
5.3.3列车正线运行仿真 38
5.3.4列车折返运行仿真 39
5.3.5列车运行过程仿真 40
5.4 本章小结 42
结论 43
参考文献 44
致谢 46
附录 47

3

黑龙江工程学院本科生毕业设计

第1章 绪 论

1.1课题研究的背景及意义
1.1.1 背景
随着经济的快速发展，我国开始进入城市化和机动化的加速发展阶段。城市轨道交通以其大运量、高效率、低污染等优势，迅速成为许多大城市解决交通问题的首要选择，并在我国形成以地铁、城市快速铁路、高架轻轨等为主的多元化发展趋势。轨道交通由大型城市向中型城市蔓延，北京、天津、上海、广州、武汉、长春、大连、深圳、重庆、南京等10个城市已有城市轨道交通，杭州、沈阳、成都、哈尔滨、西安、厦门、苏州、青岛、东莞、宁波、佛山、石家庄、郑州、长沙、兰州等33个城市正在建设、筹建或规划中。武汉、天津、大连等城市建成了连接市中心区的快速轻轨交通系统；长春、大连进行了有轨电车交通的现代化改造；重庆建成了国内第1条用于城市轨道交通的跨座式单轨交通系统；上海浦东龙阳路至浦东机场开通了磁悬浮高速线；广州和北京已建成或正在建设直线电机驱动的城轨车辆交通线路；北京机场内正在建设全自动化的新交通系统（APM）等。
本文以正在建设中的哈尔滨地铁一号线为背景，设计仿真模块，模拟运营后的地铁列车运行过程及行车组织过程。
1.1.2 目的
研究本课题的目的在于通过vb软件对列车运行过程的仿真设计，研究城市轨道交通系统行车组织过程，最终达到对行车计划进行优化的目的。
1.1.3 意义
研究城市轨道交通列车的运行过程，对我国城市轨道交通的发展具有重要的实用价值，主要体现在以下几个方面：
（1）在城市轨道交通的规划设计时期，通过对规划设计线路的列车运行过程仿真，可以验证列车的性能，优化使用车辆，指导线路的选线设计和平纵断面设计工作。同时，也为合理编制列车运行图，安排牵引供电系统的布局和容量，提高运行质量，节约能源等方面都提供理论依据和参考。
（2）在城市轨道交通的运营管理时期，通过对列车运行过程的研究，可以发现列车运行过程中的影响因素，调整列车运行方案，这样有助于提高列车控制水平，节约能耗，提高运行正点率，减少停站误差以及增加旅客舒适度等一系列的问题。列车运行图是轨道交通运输工作的综合性计划和行车组织工作的基础,正确地编制列车运行图对保证行车安全、车辆周转、提高运输效率和运输能力，完成和超额完成运输计划，具有重要的意义。如果通过现场实验来对预编制的列车运行图性能进行检测和评估，无论从经济还是安全方面都不可行。因此，进行城市轨道交通列车运行仿真模块设计的目的，就是通过仿真模拟列车运行过程，检验列车运行图可行性，缩短实验周期，节约成本。
1.2 国内外研究现状
随着计算机技术和系统仿真技术水平的提高，以及世界各国轨道交通事业的复兴，计算机系统仿真技术在铁路运输中的应用日益广泛，日本、德国、英国、意大利、西班牙、美国、瑞典等[1]国家在新线建设及既有线路的改造、扩建工程的方案选择、新型设备的安装及试运行、运营过程中列车运行调整策略的制定、基本时刻表的可行性验证等方面都大量地利用这一新技术手段来提供决策支持脚[2]。
用计算机仿真技术模拟复杂的机车设备环境和列车运行环境，以研究列车运行监督和运行控制理论与方法，并作为一种实验手段来完成对各种车载设备的测试和评价，是一种十分经济而又安全可靠的方法[3]。
1.2.1 国外研究现状
国外城市轨道交通系统发展得较早，列车仿真方面研究的理论和实践的成果也比较丰富[4]。计算结果的有效性主要取决于计算模型的合理性、计算方法的精度和分析方法的合理性。在这方面国内外许多学者做了大量有益的工作。不仅在建模的前处理化和后处理的可视化方面，还在模型的优化方面、在计算方法的可行性等方面做了大量的工作。
这方面较成熟的研究成果有：
德国Vrr公司的RailPlan是一个基于列车牵引计算的仿真软件，它可以根据线路基础数据和列车牵引数据来模拟列车的运行。软件包括了列车延误分析，列车时刻表可靠性量化分析，非正常运行下运输能力的计算等功能。
德国汉诺威大学的RailSys可以实现新线或既有线时刻表编制，还可以对基础设施状况和列车运行图进行评估，以及对正常和非正常下的运行图可靠性进行分析[5]。
英国的RailPlanTM也是一个基于线路与车站基础数据的运输组织仿真系统，它通过分析列车延误的概率和数量来测试出由于列车之间的相互作用而传递所造成的延误情况，从而对列车开行方案的可靠性进行了分析。
国际著名动力学分析软件如NUCARS（美）、SIMPACK（德）、ADAMS（美）等具有规范化、常规模型计算有效性等特点。
对于列车运行仿真领域，国外比较成熟的系统有北美的TPC（TrainPerformance Calculator）系统，RAILSIM系统（铁路模拟系统），欧洲的TrainStar系统，日本的UTRAS系统等。
国外在铁路列车运行仿真方面的研究起步较早，而且这类软件已经非常成熟了[6]。
目前国内外轨道交通仿真研究中比较成熟的有德国汉诺威大学研发的铁路运输微观模拟系RailSYS、瑞典皇家技术学院的OpenTrack铁路运营仿真软件、德国亚深RwTH技术大学的STRESI仿真程序。
早在20世纪60年代，美国铁路就开发了TPC train performance calculator计算包，它是一个列车牵引计算的通用计算器。它可以根据线路平纵断面和编组，计算分析列车运行时分，评价机车牵引性能，评价各因素变化后产生的效果。通过加载该计算包，又开发了较多的辅助模拟系统，如RailSim、RailPlan、OnTrack、RailTraffic Controller等。
比较成功的有英国Incontrol研究所和Rai1ned等铁路部门合作研究的Simone铁路路网能力仿真系统、SYSTRA公司开发的RAILSIM铁路线路能力优化仿真系统、AEA-Technology RAIL公司开发的VAMPIRE轮轨关系仿真系统等[7]。
RailSim是列车操纵与运行仿真系统，既可进行列车牵引计算相关的列车性能计算如牵引能力、制动能力、能耗等，也用来进行多列车网络模拟NetworkSimulator。电力机车荷载跟踪分析Load Flow Analyzer等诸多相关功能[8]。
TrainStar系统是美国一个机车工程师辅助系统，它的目标是改善机车操纵、降低能耗、增加安全性等。因此，TrainStar系统实际上是操纵模拟指导系统。所以，其关键技术是提供了自适应的列车行为预测，可以在当前运营条件下，预测列车的运行行为并预测牵引和制动等问题[9]。
UTRAS系统是同本交通控制实验室20世纪80年代开始研制的一个具有通用意义的铁路模拟系统，并在20世纪90年代开始得到应用。该系统从研究新干线的交通控制系统出发，通过列车牵引计算，不同列车模型对运营影响分析，不同信号制式的影响分析，延误恢复与分析，多列车运行仿真等，为列车牵引计算、运行控制、运营分析提供系统的指导。
1.2.2 国内研究现状
国内对于列车运行过程的研究相对落后于国外，但其发展速度是很快的。
世界上许多国家早已将计算机模拟应用在列车运行控制研究中，以准确的行为模拟及精确的控制为列车运行控制系统的研究提供仿真平台．近年来国内在这方面的研究也有了比较显著的进步。
国外的仿真模型不一定都适用于中国国情。因此，国内的仿真软件必须在国外软件的基础上开发适应中国自己特色的仿真系统[10]。
我国从20世纪80年代开始铁路运输计算机仿真的研究，早期的研究主要集中在自动闭塞区间列车追踪间隔计算、驼峰溜放车组的速度控制仿真、驼峰峰高设计：线路或车站通过能力计算等方面瞠。20世纪90年代以后，在大型编组站技术作业过程实时仿真、铁路调度区段列车运行仿真等方面有了较大进展，部分成果已经应用到相关科学研究和人员培训中，其中比较典型的例子是北京交通大学研究推出的铁路编组站技术作业仿真系统、列车接发车与调度指挥仿真教学实验系统。
国内的学者在列车运行仿真及其相关领域进行了大量研究。在列车运行仿真、节能操纵研究和列车自动控制的研究等方面较国外普遍起步晚，理论和应用研究与国外均有一定差距[11]。
列车运行仿真研究在牵引计算理论的基础上，从单列车运行仿真到多列车追踪的运行仿真开始研究，如毛保华、丁勇、刘海东等人的列车运行仿真研究。
从最初的人工计算，发展到现在的以列车动力学模型为基础的自动计算。而且列车的运行模型已经开始应用于列车自动运行和自动控制中。总的来说，国内关于列车运行过程的研究主要在以下几个方面：
1）关于牵引计算理论的研究
对于牵引计算的理论研究主要表现在牵引计算的基础数据研究上，如萨殊利等人的附加阻力研究，黄问盈等人的列车运行阻力函数的标定等。
2）列车运行过程的仿真研究
在牵引计算理论的基础上，国内的研究从单列车运行仿真到多列车追踪运行过程仿真研究。如毛保华、丁勇、刘海东等人的列车运行过程仿真研究，以及彭其渊、石红国等人的城市轨道交通列车牵引计算研究。单列车的运行过程研究主要是以列车动力学模型为基础，根据列车运行的约束条件，如限制速度、区问运行时分、道岔限速、车站信号等因素变化的情况下，动态调整列车的运行工况，从而研究列车的运行过程等。多列车的运行过程研究，是建立在单列车的运行过程基础上，根据列车追踪间隔的要求，研究列车之间的运行相互影响关系，从而为运营和设计部门提供参考。因此，国内的关于列车运行过程的研究主要是针对大铁路线路和机车进行设计的，专门针对城市轨道交通的列车运行过程仿真系统比较少。而且，一般相关单位在进行城市轨道交通列车运行过程研究时，主要是从工程设计的角度来专门针对地铁或者轻轨线路设计一个专门的牵引计算软件，当项目结束时，这种软件也就没有使用价值了。
我国有关列车运行过程仿真主要集中于以下两个方面：
1）对列车群的运行状态的仿真，以此为基础确定列车运行调整计划、计算区段通过能力、研究铁路运营参数。
2）对列车运行中的机车牵引、制动计算层面的仿真研究，主要研究目的是探索行车安全、线路技术改造和节能等问题。
典型的例子有：北京交通大学交通运输学院和香港理工大学电机系共同研究的通用列车运行模拟系统系统旧，重点探讨了给定时分条件下列车操纵策略优化的模型及其启发式解法，初步实现了不同条件下列车运行的优化。同济大学研发的基于牵引和制动计算的列车实验仿真系统，它在列车运行和纵向动力精确模型的基础上，提出了集列车牵引、制动计算功能于一体的试验仿真软件的设计实现方法，为线路的设计、列车速度的提高与线路运输能力的增强提供科学的验证依据。
1.2.3 国内外研究方法综述
国外的列车运行仿真研究主要应用于列车运行控制、线路能力分析、研究时刻表、列车调度指挥及行车计划等方面。列车运行仿真已经成为现代化铁路运输生产和研究的理论验证、方案评估、重大决策过程中不可缺少的重要支持工具。
国外在列车运行方面的研究主要还是针对大铁路或者城际铁路的，并没有针对城市轨道交通的列车运行仿真软件。 但是，大铁路和城市轨道交通在某些方面是有区别的，同时国外的列车运行仿真软件存在以下的缺陷：
1）没有较为通用的列车模拟软件，主要体现在上述的仿真系统不能既可用于科研分析论证，又可用于教学培训演示。
2）国外的软件无法做到基于用户指定的目标进行系统自身的优化[12]。
国内的列车运行仿真的研究范围已经涉及到行车调度、行车安全、人员培训等，研究相关对象主要集中于运行图、牵引计算、闭塞制动、信号联锁，采用的技术已经开始向先进的面向对象技术、启发式算法、可视化仿真、分布式仿真等方面发展。
列车运行过程仿真作为列车运行仿真系统的主要组成部分，为了满足不同应用系统的需要，应涉及到不同层次、不同规模、不同粒度的仿真．以增加通用性。所以，需要将列车运行仿真向大规模、细粒度作扩充，并采用适当的技术来提高大规模仿真的精度、速度和细粒度仿真的可视化表达[13]。
列车运行仿真在国内研究尚处于发展阶段，研究适于城市轨道交通和高速客运专线的列车运行仿真系统很少。另一方面，关于运行仿真模型的优化的研究较少，优化目标相对单一，考虑节能较多，对于准确停站、工况合理约束等问题考虑偏少[14]。1.3 研究内容和技术路线
1.3.1研究内容
（1）城市轨道交通列车运行控制仿真系统的框架研究。
（2）城市轨道交通列车运行过程的仿真。实现不同交路条件下的列车运行过程仿真的理论方法，以及多列车在区间的追踪运行过程仿真。
（3）列车运行环境的仿真。包括各种闭塞条件和各种交路条件下列车运行环境的仿真，主要考虑线路、折返站、车辆段、信号系统以及车站客流组织等列车运行的环境因素，提出其模块化仿真实现的方法。
（4）根据所给客流数据和线路数据等铺画列车运行图，可以依据不同组数据，对比列车运行过程中的差异。
1.3.2 技术路线
本项目研究首先对列车运行的影响因素进行分析，在此基础上研究城市轨道交通列车运行控制仿真系统的总体结构，随后研究该系统的各功能实现的理论方法，最后提出对城市轨道交通列车运行控制进行仿真的相关理论方法。必须注重理论框架的构建，进行理论研究。本题目的实证，主要采用仿真的手段进行。以哈尔滨地铁一号线为背景，建立数据库，运用Visual Basic 6.0编程平台，设计仿真程序，研究列车运行过程及行车组织。技术路线如图1.1所示。
构建框架
建立数据库
列车运行条件
运行方案设定
列车运行仿真
列车控制仿真

输出运行结果并分析
成功
不成功
绘制列车运行图
收集资料和数据
仿真程序调试

图1.1 技术路线图

第2章 列车运行过程与行车组织分析

对列车运行过程进行良好的设计是更好地满足运输需求并管理好城市轨道交通系统的基本要求。由于列车运行过程涉及到许多因素，如何准确、快速地计算出列车在个各种不同条件下的运行效果并予以评价是研究列车运行过程的主要任务。本章主要介绍列车运行过程的影响因素、列车运行的基本原理。
2.1 城市轨道交通系统列车运行的基本原理
2.1.1 列车运动原理
列车运行过程中，受到多种力的作用，主要包括：①动车/机动车牵引动力F；②列车基本阻力；③线路附加阻力W，包括坡道、曲线、坡道等附加阻力；④列车制动力B；⑤列车制动力P；⑥车钩制动力；⑦其他作用力。
一般地，在进行列车运行设计时，暂不考虑列车的横向作用力，而只研究列车沿轨道前进方向的作用力。
城市轨道交通车辆在线路上运行时有三种工况：牵引、惰行及制动。
牵引运行时，作用于列车上的合力为：
（） （2.1）
单位合力为：
（） （2.2）
式中：—轮周牵引力，；
—列车运行的总阻力，；
—动车计算总质量，；
—拖车几钻总质量，；
—单位轮周牵引力，。
惰行时，牵引力为零，作用在列车上的合力为：
（） （2.3）
单位合力为：
（） （2.4）
制动时，列车上的合力为：
（2.5）
单位合力为：
（2.6）
以上之中：—列车制动力；
—列车单位制动力。
显然，当时，列车将减速运行；时，列车将加速前进；时，列车则会做匀速运行。
不过，列车的速度将会发生怎样的变化，还需要按列车运行方程来推导。根据牛顿定律可知：
（2.7）
式中：—列车加速度；
—列车质量；
计算方法为：
（2.8）
从而，列车的加速度：
（2.9）
若将加速度表示为，有：
（2.10）
亦即：
（2.11）
换言之，作用于列车上的每一个合力会使列车得到12.96 的加速度。
实际上，考虑到车轮转动过程中需要消耗掉一部分动能，列车上每一单位合力所得到的加速度较上述值要低，一般在11.5～12.7 左右。在进行列车牵引计算时一般取12.2，即：
（2.12）
为得到列车运行的距离-时间曲线，由式 可得：
（2.13）
进一步地有：
（2.14）
列车运行过程中，合力是列车速度和位置的函数，故要直接求解上述方程还比较困难。牵引计算时，一般采用简化方法，即将列车速度分为多个间隔，用有限小的速度增量代替理论上应当无限小的速度增量，正在这个增量 范围内，假定列车受到的合力不变。从而，对列车运行时间与速度，有：
（2.15）
所以 （2.16）
（2.17）
对列车运行距离与速度，有：
（2.18）
所以 （2.19）
或 （2.20）
上述各方程称为列车运动方程。从列车初始速度（如，）开始，可以计算出列车在各位置的速度与所需时间，得到s与t、v与t之间的关系，进而得到站间运行时分；这一工作称为列车牵引计算。不难看出：所取的越小，计算得到的速度与时间就越精确。

2.1.2 城市轨道交通站间运行模式
城市轨道交通系统站间距离较短，一般有以下两种模式：
（1）牵引-恒速-制动模式。该模式下，列车运行到某一经济速度之后，保持该速度不变，直到列车进站停车前开始采用制动为止。列车保持某一恒定速度的运行模式也称为巡航（Cruising）模式，它是以列车的牵引与制动能力足以维持列车在一般线路条件下的可能运营状态为前提的。
（2）牵引-惰行-制动模式。当列车牵引运行到某一速度后，改为惰行，直到列车进站前制动停车。
图2.1为牵引-恒速-制动模式[15]。
速度（m/s）

固定速度
24

惰行

功率限制加速度

12

固定减速度

固定加速度

时间（s）
300
200
100

图2.1 站间牵引模式
考虑到旅客舒适程度与货物运输的安全，列车牵引运行过程中，对加、减速度的极限有一定限制[16]。表2.1和表2.2分别给出了北美铁路推荐的列车起动与停车时的最大加、减速度范围。
表2.1 列车加速度极限
列车种类
最大设计加速度（）
城市间列车
0.4～0.6
市郊列车
0.6～0.8
地铁
0.8～1.0
货物列车
0.2～0.4
列车种类
最大设计减速度（）
城市间列车
0.10
市郊列车
0.25
地铁
0.4～0.5
货物列车
0.6
国外实践表明：从人体舒适角度出发，当所有旅客均有座位时，最大加速度极限不宜超过2.41；有乘客站立时，最大加速度极限不宜超过1.52。
2.1.3 列车运行过程的影响因素
列车的移动是在一个复杂多变的环境下，由多因素作用的结果。这些环境既有静态的，也有动态的[17]。在环境因素中，主要包括下列因素：
（1）线路条件。线路是列车运行的基础，它涉及到坡道、曲线、桥梁、隧道、道口等土木方面的问题，也有轨道电路等电器方面的问题。
（2）列车条件。列车是研究的主要对象之一，单列车的内容本身又是多变的因素之一。它涉及到机车类型、车辆类型及数量（影响列车质量、长度及制动性能）等。
（3）信号条件。当存在多列车时，信号影响着列车的运行，列车运行特性又是确定信号机位置的重要方面。
（4）供电参数。包括牵引供电方式、供变电所的位置及主要参数，重点针对电力牵引环境。
（5）计算原则。列车运行有许多计算前提条件，如注重成本的经济性节能操纵，注重效率的节时操纵，以及其他因素等。
2.2 城市轨道交通运行计划以及运行方案
城市轨道交通行车管理是城市轨道交通生产组织最核心的组成部分，是综合运用各种专业设备、组织协调运输生产活动的技术业务[18]。它采用先进的行车方式和组织方法，密切城市轨道交通内部各专业部门和乘客间的联系，建立正常稳定的客运生产秩序，充分发挥各种运输技术设备的效能，以保证安、正点、优质、高效的完成乘客运送任务。
城市轨道交通一般只办理客运业务，不办理货运业务。城市轨道交通行车管理工作首先确定列车运行计划：包括全日行车计划、列车交路方案、列车编组方案、列车停站方案和车辆配备计划，再编制列车运行图，最后由各部门组织列车运行，包括控制中心的列车运行组织，停车场的列车出入库作业、调车作业，车站的行车组织作业及正线的列车驾驶等。
2.2.1 列车运行计划
轨道交通运输系统都要通过列车的开行才能实现对乘客的运送。列车的开行是一个系统工程，为了保证列车安全、快速、有序的运行，客运部门在做好客运组织工作的前提下，行车部门必须做好有关行车工作组织。城市轨道交通运输系统的行车工作主要包括编制列车开行计划、绘制列车运行图、车站接发列车工作等。
1、列车开行数
小时列车开行数是根据小时内最大客流方向的最大客流区间的客流量确定。因为上下行列车是成对开行，列车开行只要能满足小时内最大客流方向的最大客流区间的客流量运输需求，同时就能满足另一方向以及各区间的客流运输需求。小时列车开行数的计算公式为：
（2.21）
式中：—小时列车开行数（对）；
—小时最大区间断面客流量（人）；
—列车定员（人），计算公式为：
（2.22）
式中：—车辆定员（人）；
—列车编成数量；
—小时列车平均满载率，计算公式为：
（2.23）
式中：—小时列车平均载客数（人）。
2、全日列车开行数
列车开行数是根据小时列车开行数或全日最大客流断面区间客流量来确定，其计算公式为：
（对） （2.24）
式中：—全日最大客流断面区间客流量；
—全日列车平均满载率。
2.2.2 列车运行方案
列车运行方案包括列车交路方案、列车编组方案、列车停站方案三部分。在列车运行方案中，列车交路方案规定了列车的运行区间与折返车站；列车编组方案规定了列车是固定编组还是非固定编组，以及列车的编组辆数；列车停站方案规定了列车是站站停车还是非站站停车，以及非站站停车的方式。此外，列车运行方案还规定了按不同编组、交路和停站方案开行的列车数[19]。
列车运行方案是日常运营组织的基础。列车运行方案的必选应遵循客流分布特征与运营经济合理兼顾的原则，以实现既能维持较高的乘客服务水平，又能提高车辆运用效率的目标。
1、列车交路方案
（1）列车交路方案规定了列车运行区段、折返车站以及按不同交路运行列车数量。
列车交路分为长交路、短交路和长短交路3种。
① 长交路是指列车在线路的两个终点站间运行，到达线路终点站后折返，如图2.2所示。
长交路列车运行组织简单，对中间站折返设备要求不高，适合于全区段客流量比较均衡的线路，但在各区段客流量不均衡程度较大的情况下，会产生部分区段运能的浪费。
② 短交路是指列车在线路的某一区段内运行，在指定的中间折返，如图2.3所示。短交路能提高断面客流较小区段的列车满载率，但需要设置中间折返站，并且该折返站为双向折返，增加了折返作业的复杂性，跨区段出行的乘客需要换乘，服务水平有所降低。

图2.2 长交路

图2.3 短交路
③ 长短交路是指列车在线路上运行，既能够在两个终点站间折返，也能够在某一中间站折返，如图2.4所示。长短交路方案可提高长交路列车满载率加快短交路列车周转，部分乘坐长交路列车的乘客候车时间增加，需要设置中间折返站。

图2.4 长短混合交路
（2）列车折返方式
列车折返是指列车通过进路改变，道岔转换，经过车站德调车进路由一条进路至另一线路运营的方式。具有列车折返条件的车站成为折返站。根据车站折返线的布置，列车折返主要有站前折返、站后折返和混合折返3种。
① 站前折返
列车在中间站或终点站利用站前渡线进行折返作业称为站前折返。站前布置的折返线如下图所示。其中图2.5是终点站站前交叉渡线折返，图2.6是中间站站前单渡线折返。

图2.5 终点站站前折返示意图

图2.6 中间站站前折返示意图
采用站前折返方式，列车无空驶折返走行；乘客上下车一起进行能缩短停站时间；车站正线兼折返线、以及站线长度缩短，有利于车站造价的节省。站前折返方式的缺点是出发列车与到达列车存在敌对进路；因列车进站或出站侧向通过道岔，列车速度受到限制、影响乘坐的舒适感；在大客流的情况下，站台秩序会受到影响。
② 站后折返
列车在中间站、终点站利用站后渡线进行折返作业称为站后折返。站后布置的折返线如下图所示。其中，图2.7是终点站站后尽端折返，图2.8是中间站站后单渡线折返。
采用站后折返方式，出发列车与到达列车不存在敌对进路；列车进出站速度较高，有利于提高旅行速度；列车进出站不经过道岔区段、乘客无不舒适感；此外，采用尽端线折返设备，折返线既可供列车折返，也可供列车临时停留检修。因此，站后折返方式被广泛采用。站后折返方式的缺点是列车的折返走行距离较长[20]。

图2.7 终点站站后折返示意图

图2.8 中间站站后折返示意图
2、列车编组方案
（1）大编组方案：大编组是指在运营时间内列车编组辆数固定且相对较多，如地铁列车采用6辆或8辆编组的情形。
（2）小编组方案：小编组是指在运营时间内列车编组辆数固定且相对较少，如地铁列车采用3辆或4辆编组的情形。
（3）大小编组方案：大小编组是指在运营时间内列车编组辆数不固定。大小编组有两种情形，一种是在客流非高峰时段编组辆数相对较少，在客流高峰时段编组辆数相对较多。
决定列车编组方案的因素主要是高峰小时最大断面客流与分时客流不均衡程度，另外与车辆的选型、列车的间隔、乘客的服务水平、车辆运用的经济性和运营组织的复杂性等有关[21]。
3、列车停站方案
（1）站站停车：列车在全线所有车站均停车。与其他非站站停车相比，线路上开行列车种类简单、不存在列车越行，乘客无需换乘、也无须关注站台上的列车信息显示。目前，城市轨道交通大多数采用这种方式。
（2）区段停车：区段停车在长短交路情况下采用，长交路列车在短交路区段外每站停车，但在短交路区段内不停车通过；而短交路列车则在短交路区段内每站停车，短交路列车的中间折返站同时又是乘客换乘站。
采用非站站停车方案通常有利