鄭州地鐵1號線基于客流的行車調度研究

牛紅霞，王麗紅

（鄭州鐵路職業技術學院，1.副教授，2.講師，河南 鄭州 450052）

城市軌道交通是以滿足乘客出行需求為目標的，由于城市軌道交通客流具有時間、空間的不均衡性，這種不均衡性可以用相應的不均衡系數來描述，這種不均衡性必然影響影響行車組織和車輛調度形式。為此對客流特征進行分析是行車組織、運營調度的基本前提。通過對客流數據的分析，了解客流時空分布特征，計算時間、斷面、方向和站點不均衡系數，為編制行車計劃，確定列車運行間隔、調度形式提供依據，從而選擇調度優化方案以更好地滿足乘客出行需求。

1 客流的時空不均衡性分析

客流的變化主要體現在時間和空間分布變化兩個方面，其變化的規律性可用時間、斷面、方向和站點不均衡性進行說明〔1〕。

1.1 客流在時間上的不均衡性 客流量在軌道交通運營時間內各個小時的分布是不均衡的。這種不均衡性一般用時間不均衡系數（Kt）表示，其計算方法是線路運營時間內第j小時的線路客流量與平均每小時線路客流量之比。即：

式中：Kt為線路運營時間內第j個小時不均衡系數；

Qj為線路運營時間內第j個小時客流量；

一般線路的Kt為2～3。線路往往以高峰小時的客流量作為確定配備車輛數的依據。高峰小時客流量的比重越大，需投入的車輛數越多。

1.2 客流在斷面上的不均衡性 根據客流的空間分布特征分析可知，在同一時間段內線路的一個方向上，各個路段的客流量不完全相同。同一時間段內一條線路各路段通過的斷面客流量，可以顯示出該線路在這個時間段內各路段的客流動態，這種斷面的不均衡性，一般用斷面不均衡系數（Ks）來表示，其計算方法是單位時間內城市軌道交通線路某斷面客流量與平均斷面客流量之比。即：

式中：Ksi為線路分時斷面不均衡系數；

Qsi為線路單位時間內第i個斷面客流量；

1.3 客流在方向上的不均衡性 城市軌道交通線路上下行的客流量在同一時間內一般是不相等的。有的線各方向的運量幾乎相等，而有的線路則差異很大。如通過郊區或通往工廠區的線路，上班時間從居住區到工廠方向的客流量較大，相反方向的客流量較小。在方向上的不均衡性一般用方向不均衡系數（Ka）表示，其計算方法是單位間內某條線路最大單向斷面客流量與雙向平均客流量之比。即：

式中：Ka為線路各個方向的不均衡系數；

1.4 客流在站點上的不均衡性 在城市軌道交通線路上，全線各站進、出站總和的大部分往往集中在少數車站上，造成線路各個站點客流量的不均衡性，一般用站點不均衡系數（Ki）表示，其計算方法是運營線路在i站乘客集散量與沿線各停車站平均乘客集散量比。即：

式中：Ki為線路各個站點的不均衡系數；

Qi為統計時間內站點i的進、出站客流數；

2 基于客流的行車調度方案

2.1 解決客流時空不均衡性的行車組織原則

2.1.1 客流時間不均衡的行車組織原則 一般情況下，行車組織計劃是根據日客流分布時段的客流量計算開行相應的列車對數，全線按照日單位小時最大客流量配屬運營車輛。但是這樣便造成在全日非高峰運營時段，列車空載的情況比較嚴重。為了避免上述情況的發生，有以下2種解決方案：

1）在非高峰小時時段減少列車開行對數，加大列車的間隔時間。但這種方案會增加乘客的候車時間，降低了整個運營系統的服務質量。

2）在非高峰運營時段可以開行小編組列車，既可以保證列車的最大間隔時間不超過合理的時間，確保整個系統的服務質量，又不至于空載率過高，造成資源浪費，可以節約運營成本。運行小編組列車在車輛的選型和實際運營組織方面的可行性在文獻〔3〕中有詳細論述。

2.1.2 客流空間不均衡的行車組織原則 對于Ka較大的線路，環形的軌道線路上可以考慮上行和下行線路安排不同的運力方法來解決。對于Ki較大的線路，一般采取在客流量大的區段加開區段列車的措施，即采用長短交路結合的行車組織方案〔2〕。但隨著行車密度的增加，此方案對運營組織和車站的折返設備提出了新的要求。

2.2 車輛調度形式的確定方法

2.2.1 區間車調度形式的確定 區間車調度形式可通過計算斷面不均衡系數的方法來確定。判斷區間車的運行區間，可按照以下步驟進行：

1）分別計算線路各斷面不均衡系數；

2）當斷面不均衡系數Ksi＞Ks0（一般取1.2～1.5）時，可考慮加開區間車。

3）綜合考慮線路站距、折返點位置以及調度工作方便等因素，擬定可行的運行路段及站點；

4）確定區間車和全程車的運行參數，包括區間車、全程車的發車間隔、配備的線路車輛數、車型等；

5）編制區間車和全程車的行車計劃。

2.2.2 大站快車調度形式的確定 大站快車調度形式可通過計算站點不均衡系數或方向不均衡系數的方法來確定。考慮在線路上是否開行大站快車，可按照以下步驟進行：

1）計算線路上站點不均衡系數或方向不均衡系數；

2）當站點不均衡系數 Ki＞Ki0（Ki0一般取 1.4～2.0）時；或當方向不均衡系數 Ka＞Ka0（Ka0一般取1.2～1.4）時，可考慮大站快車。

站點不均衡系數準則：判斷滿足條件的站點，若滿足條件，則大站快車在該城市軌道交通行車計劃優化站點停靠。這種處理方法的目的主要是疏導大站點的集中客流。

方向不均衡系數準則：先判斷開辟大站快車的方向，若滿足條件，則在客流量低的方向開通快車，然后根據該方向的客流量分布情況，選定大站快車沿途停靠的站點。這種處理方法的目的主要是加快客流量較小方向的車輛周轉。

3）確定大站快車和全程車的運行參數，包括大站快車、全程車的發車間隔、配備的線路車輛數、車型等；

4）編制大站快車和全程車的行車計劃。在采用上述方法確定區間車或大站快車調度形式時，除了考慮客流因素以外，還需要結合路段條件、運營部門自身的組織與技術條件以及運輸服務質量要求等多項因素作綜合的分析，才能使得調度方案和措施具有良好的經濟性、服務性和實用性。

3 鄭州地鐵1號線客流分析

3.1 鄭州1號線路客流分布特點 根據鄭州1號線路客流數據繪制該線路斷面客流的時間客流分布（見圖1）和站點客流分布（見圖2）。

圖1 鄭州地鐵1號線分時客流分布

圖2 鄭州地鐵1號線站點客流分布

從圖1和圖2可以發現1號線有以下特點：線路斷面客流的時間分布變化較大，主要表現為雙峰型。早高峰時間發生在7:0～9:00，晚高峰發生在17:00～19:00。斷面客流的空間分布呈現中間大、兩端小的特點，客流中心略偏東，全線28個區間中，有17個區間高峰量超過2萬人，主要分布于凱旋路站-新鄭州站站之間。

3.2 鄭州1號線客流時空分布不均衡系數 下面結合實際客流數據計算1號線客流時空分布不均衡系數。

3.2.1 時間不均衡系數的確定 根據式1計算1號線時間不均衡系數，結果如表1所示。

表1 鄭州軌道交通1號線時間不均衡系數

線路客流時間不均衡系數最大為3.18，且客流分布呈雙峰型，在全日行車計劃的編制過程中，應該對時間不均衡系數加以考慮。在不同時段安排不同的發車頻率。

3.2.2 斷面不均衡系數的確定 根據式2計算1號線早高峰小時上行斷面不均衡系數，結果如表2所示。

表2 1號線早高峰上行斷面不均衡系數

1號線列車從首發站發車后逐站增加上車人數，中途各站的客流集散量較大，從而形成了線路中間客流量大，兩端客流量小的正態分布現狀，表現為斷面的不均衡性。

1號線上行方向早高峰小時最大斷面客流出現在紫荊山站—東明路站和東明路站—民航路站斷面，斷面客流不均衡系數為1.85。表明其斷面客流的不均衡程度比較大。

以同樣的方法計算1號線早高峰小時下行斷面不均衡系數，得到下行方向最大斷面客流量出現在紫荊山至東明路段。

3.2.3 方向不均衡系數的確定 根據式3計算方向不均衡系數為1.009。Ka接近1，表明上下行方向客流比較均衡，可以認為在雙向可以按照同樣的運營間隔安排列車運行。

3.2.4 站點不均衡系數的確定 根據式4計算1號線早高峰小時站點不均衡系數，結果如表3所示。

表3 1號線高峰小時站點不均衡系數

1號線全線各站客流集散量總和的大部分集中在個二七廣場站、紫荊山站、體育中心站，站點客流的不均衡決定了各個站點的客運工作量、設備容量，在站點不均衡系數較大時需要合理安排AFC系統運營模式及工作人員，加強乘客進、出站的疏導。

4 1號線車輛調度形式選擇與優化

4.1 車輛調度形式選擇

4.1.1 區間行車調度形式的確定 區間行車調度形式的確定采用斷面不均衡系數的方法確定。因其客運高峰期間計劃滿載率較高，所以其判定條件取較小值1.2。由表2可知在路段12～22上，即鄭州大學站至七里河站段斷面不均衡系數Ksi＞K0s。結合運營部門現狀、路段長度和路段環境分析，為了改善服務水平，可以考慮開設區間車。

4.1.2 大站快車調度形式的確定 因1號線不存在客流的方向不均衡性，故大站快車調度形式采用站點不均衡系數的方法確定。

因其客運高峰期間計劃滿載率較高，所以其判定條件取較小值1.4。由表3可知僅在站點15、17、18、20上，即二七廣場、紫荊山、東明路站、會展中心站4個站點，站點不均衡系數Ki＞K0i。結合運營部門現狀、乘客出行距離和線路的其他一些因素分析，可以不考慮大站快車。

4.2 行車調度優化 從圖1中可知鄭州地鐵1號線全日客流呈雙高峰形態，最大單位小時客流量約占全日客流量的17%左右。若取判定條件Kt0=2，由表1可知在 7:00～9:00 以及17:00～8:00 時段 ，Kti＞Kt0，所以如有必要可以在這2個高峰時段增加列車開行對數，提高軌道交通服務水平。

在運營的第一個小時及全日第二個高峰的后3個小時的運營時段，由于時間太早或偏晚，客流稀少，單位小時客流量約占全日客流量的2.7%，可以考慮在這4個運營時段開行小編組列車。

在解決空間不均衡性的運營調度方案方面，早高峰斷面不均衡系數較大，考慮開行區間車，由于方向不均衡系數約等于1，在雙向可以按照同樣的運營間隔安排列車運行。

5 結束語

本文以鄭州地鐵1號線客流為基礎，通過計算分析其客流在時間和空間上的不均衡系數，確定了鄭州地鐵1號線車輛調度形式，對于客流時間上的不均衡性，如在非高峰時段可采取開行小編組列車或減少列車開行對數的車輛調度行車；對空間不均衡性如早高峰斷面不均衡系數較大的區間采取大小交路的運營組織模式。

客流是確定地鐵行車計劃的基礎，地鐵開通前、運營中的客流是不斷變化的，城市軌道交通運營部門要不斷對客流進行分析，適時調整行車組織方案，以確保地鐵較高的服務水平。

〔1〕季 令，張國寶.城市軌道交通運營組織.北京:中國鐵道出版社，2005.35

〔2〕李宇東.城市軌道交通系統開行“短列”可行性分析〔J〕.鐵道工程學報，2002（1）:20～22

〔3〕方蕾，龐志顯.城市軌道交通客流與行車組織分析〔J〕.城市軌道交通研究，2004（5）：42