城市軌道交通運營客流交通狀態評價*

王雪梅 陳 瑩 張 寧

(1.同濟大學浙江學院,314051,嘉興; 2.蘇州軌道交通集團有限公司運營分公司,215101,蘇州;3.東南大學教育部ITS工程研究中心,210096,南京∥第一作者,講師)

城市軌道交通運營客流交通狀態評價*

王雪梅1陳 瑩2張 寧3

(1.同濟大學浙江學院,314051,嘉興; 2.蘇州軌道交通集團有限公司運營分公司,215101,蘇州;3.東南大學教育部ITS工程研究中心,210096,南京∥第一作者,講師)

客觀評價客流交通狀態對于改善城市軌道交通運營服務水平、提高運營管理效率具有重要意義。在定義城軌運營客流交通狀態的基礎上,以乘客流的均衡程度和順暢程度為準則,構建了客流交通狀態的三層評價指標體系;根據某城市地鐵1號線運營實際客流數據,計算各評價指標,并用層次分析法對客流交通狀態進行評價。評價結果與實際情況相吻合,驗證了城軌運營客流交通狀態評價體系的合理性,能夠為城市軌道交通運營管理提供理論支持。

城市軌道交通; 運營客流; 交通狀態; 評價

城市軌道交通運營狀態是指在軌道交通系統在提供運輸服務過程中所表現出的整體運輸性能和服務質量。而城市軌道交通運營客流交通狀態是指在相應運營狀態下,伴隨軌道交通系統運行而產生的一種動態乘客交通流狀態。

目前,國內外針對軌道交通乘客交通流狀態的研究主要分為兩大類。一類研究基于速度、密度、流量等乘客交通流基本參數,研究其變化規律或相互之間關系,對交通流狀態進行分析,對擁堵的發生、性質及變化規律進行識別[1],該類研究多側重于乘客交通流的短期判斷、預測、控制和誘導等。例如,文獻[2]對行人流量-密度模型進行研究;文獻[3]構建了城市軌道交通樞紐內樓梯通道等交通設施的乘客密度與速度模型,并對這些不同設施的服務水平進行等級劃分;文獻[4]研究了倫敦地鐵站行人的速度-流量關系。另一類研究是在利用乘客交通流基本參數的同時,通過引入通行能力等衍生參數,利用層次分析、模糊數學、聚類算法等方法,建立一個涉及多個變量的、多層次的綜合評價指標體系,從多個角度對乘客交通流狀態進行更加全面的定量或定性評價。該類研究側重于從時間和空間角度對乘客交通流的擁擠程度、強度、持續時間等方面的研究,是一種整體的、非實時的宏觀評價。例如,文獻[5]從車站和區間考慮,構建了城市軌道交通運行狀況的評價指標體系,并用層次分析法對其運行狀況進行評價;文獻[6]對城市軌道交通樞紐內乘客交通流的狀態進行定義和劃分,結合熵理論建立了評價指標體系,提出“三維立方體層”評價方法對乘客流交通狀態進行綜合評判;文獻[7]提出了基于乘客集散的城市軌道交通樞紐動態評價指標,并用仿真軟件對樞紐集散能力進行評估;文獻[8]分級、分類總結了車站客運組織服務水平,構建層次結構的評價指標體系,并應用模糊層次分析法比選和優化客運組織方案;文獻[9]分析了城市軌道交通的服務狀況,從方便性、迅捷性、舒適性和經濟性出發,建立了服務質量的評價指標體系。

目前,國內外有關軌道交通運營客流交通狀態研究仍處在初始階段,其研究內容往往只局限于單一方面。鑒于此,本文以乘客流均衡性和順暢性為準則構建客流交通狀態的三層評價指標體系;利用自動售檢票系統獲得實際客流數據,計算評價指標值,采用綜合評價方法對城市軌道交通運營客流交通狀態進行評價,形成以評價指標體系構建和綜合評價方法為一體的城市軌道交通運營客流交通狀態評價體系。本文研究不僅可以幫助運營管理者準確把握客流交通狀態,提供運營調度的決策支持,同時也為站臺擁擠管理、應急響應及發布誘導信息提供重要依據,還有助于指導站廳內和車廂內乘客選擇合適路徑換乘,減緩嚴重擁堵車站或列車的運輸壓力,最終達到資源配置最優化和服務質量最大化的目標。

1 客流交通狀態評價指標體系

1.1 評價指標選取

評價指標的選取和計算結果會直接影響到綜合評價結果的準確性和有效性。指標過多可能存在相關性指標,指標過少又無法實現對評價對象、全面和客觀的描述。因此,本文在遵循科學性、系統性、實用性、可比性及相對獨立性原則的基礎上選取評價指標。

1.1.1 乘客流的均衡程度

1.1.1.1 時間均衡性

反映軌道交通乘客流均衡程度的指標主要是站點客流、斷面客流和線路客流時間不均衡系數。本文采用客流時間分布不均衡系數來描述站點、斷面和線路客流當前運營時段與歷史運營日平均客流分布狀況,計算式為:

(1)

式中:

KT——客流時間分布不均衡系數，0≤KT≤1;

Qi——當前運營日第i個時段的客流量;

Qj——歷史運營日第j天的客流量;

n——歷史運營天數,取決于客流數據的樣本容量。

1.1.1.2 空間均衡性

從斷面客流和線路客流的空間分布和方向分布出發,分別采用斷面客流空間分布不均衡系數和線路客流方向分布不均衡系數反映軌道交通區間和線路當前時段客流運行的均衡程度,計算式為:

(2)

式中:

KS——單向斷面客流空間分布不均衡系數，1/n≤KS≤1;

Qj——第j斷面單向客流量;

Qmax——單向斷面最大客流量;

n——單向全線斷面數。

(3)

式中:

KD——線路客流方向分布不均衡系數，0.5≤KD≤1;

Q1,max——上行方向最大斷面客流量;

Q2,max——下行方向最大斷面客流量。

1.1.2 乘客流的順暢程度

1.1.2.1 密度

采用立席密度作為乘客流運行順暢程度的評價指標。站臺立席密度是指在站臺處除去黃色警戒線以外空間,當前時段乘客有效站立面積內所聚集的人數;而列車立席密度是指在車廂中除去坐席空間,當前時段乘客在有效站立面積內所聚集的人數。列車立席密度為:

(4)

式中:

Q——當前時段列車內實際承載的乘客數;

A站——有效站立面積。

1.1.2.2 負荷度

負荷度是當前時段內設施實際通過的客流量與設施的設計通過能力之比,是交通需求與實際供給關系的反映[5]。用負荷度來表征軌道交通站點內客流運行過程中乘客在進出站閘機、通道和樓梯中的密集程度,計算式為:

(5)

式中:

Qr—— 當前時段使用閘機、通道或樓梯的實際客流量;

Q0—— 閘機、通道或樓梯的設計通行能力。

1.2 評價指標體系建立

從軌道交通運行過程中客流狀態的順暢性和均衡性考慮,根據指標選取的原則,建立基于線路的軌道交通運營客流交通狀態三層評價指標體系(見圖1),為運營客流交通狀態評價提供依據。

目標層主準則層分準則層指標層

圖1 城軌運營客流交通狀態評價指標體系

2 客流交通狀態評價方法

對城市軌道交通運營客流交通狀態進行科學評價,建立評價指標體系是基礎,而好的評價方法是進行科學評價的又一關鍵。層次分析法(AHP)是將研究對象作為一個系統,按照分解、比較判斷及綜合的思維方式進行定量與定性分析的一種決策方法。該方法的特點是利用少量信息,將思維過程數學化系統化,從而將多目標多準則且難以全部量化處理的決策問題化為多層次單目標問題。因此,本文采用層次分析方法對城市軌道交通運營客流交通狀態進行評價,根據需要全面地考察城軌運營客流交通狀態各個方面,使綜合評價結果更接近于客觀實際。

2.1 AHP基本步驟

AHP將一般決策問題相對于目標的重要性以數量表示出來,從而排出大小次序,為決策者依據。該方法比較容易對任意兩個因素作出精確判斷,并給出相對重要性之比的數量關系。本文按照建立評價指標、建立評語、建立評價指標權重以及層次總評價的步驟[7],應用AHP進行綜合評價。

2.1.1 建立評價指標

根據上文分析,從軌道交通運行過程中客流狀態的順暢性和均衡性考慮,建立了評價指標體系。評價指標如表1所示。

2.1.2 建立評語集

在城市軌道交通運營客流交通狀態評價中,選取的綜合評語集V={優、良、中、差},并將評語量化為“優”=4,“良”=3,“中”=2,“差”=1。同時,對于各指標還有各自的單因子評語集,其量化閾值范圍如表1。

表1 城市軌道交通運營客流交通狀態各評語等級的評價指標閾值表

2.1.3 建立評價指標權重

AHP的核心是評價指標權重的確定。評價城市軌道交通運營客流交通狀態的指標有主次之分。利用AHP計算各評價指標的權重,可較大幅度的減少主觀因素的影響;用CR指標(中間意原指標,也稱能量指標)檢驗主觀判斷偏離客觀實際的程度,通過對判斷矩陣的調整,可使權重分配趨于合理。建立評價指標權重的詳細步驟如圖2所示。

2.1.4 層次總評價

層次總評價是在單因子評價結果的基礎上,對總目標進行的最終評價。本文建立的評價指標體系的指標層都是定量指標,為了便于計算,將定性的評語集轉化為量化值V={4、3、2、1},繼而通過各指標實際值的等級歸類和權重可以得到綜合層次總評價的結果。

圖2 建立評價指標權重的基本步驟

2.2 實例分析

實例計算采用某地鐵自動售檢票系統獲取的進出站交易記錄,即乘客通過進站閘機和出站閘機的刷卡交易記錄。以2010年9月1日06:00至2010年9月29日23:00(除中秋節假期9月22日至24日外)的某地鐵1號線客流數據為基礎,按30 min為統計周期,根據評價指標計算方法,對2010年9月29日8:00—9:00早高峰時段內各站點、各斷面及線路客流進行指標計算,以評價1號線當前時段的客流交通狀態。

利用式(1)—(5)求出各指標值。其中,D1、D2及D6、D7取平均值,D8、D9及D10按客流強度最大的新街口站取值,并以該站為最不利情況的代表。將以上各評價指標計算結果、評分等級和評分整理匯總于表2。

表2 評價指標結果匯總表

計算所建立的評價指標體系中各指標(D1～D10)的權重,得到評價指標的組合權重為:

結合指標權重,對各個評語加權平均后得到運營客流交通狀態評分:

v=3×0.061 5+3×0.068 5+4×0.022

+3×0.198+4×0.199 8+3×0.200 2

+2×0.062 4+1×0.020 8+2×0.080 8

+4×0.086=3.123

可見,當前時段客流交通狀態綜合評價的結果為“良”。觀察指標評價結果發現,乘客流的均衡性較好,而其順暢性較差。這是造成綜合評價結果值不高的主要原因。另外,選擇評價的時段為早高峰時段,而且,D8、D9及D10等表征乘客流順暢性的指標,均采用客流強度最大的站點數據,導致其評價結果偏保守。從整體來看,目前1號線在研究時段內運營客流交通狀態是良好的,與實際情況相吻合。該評價結果驗證了本文中評價指標選取及評價方法的合理性。

3 結語

近年來,隨著我國城市軌道交通的迅速發展,軌道交通運營管理的重要性日益突顯。軌道交通運營客流交通狀態評價除能實時反映系統當前狀態外,還應能體現運行狀態的變化趨勢。其評價結果值應直觀、易于發布,從而發揮信息發布的導向作用和軌道交通服務質量提高、運營效率改進的指導作用。

本文從城市軌道運營客流交通狀態評價指標體系和綜合評價兩個方面進行了分析與研究。由于數據采集的限制,本文研究的內容局限于單線。伴隨我國城市軌道交通的進一步發展,運營階段逐步由單線轉向網絡化,必然產生換乘客流。這將大大影響運營客流的宏觀交通特性,尤其是在發生換乘的站點，以及與之密切聯系的斷面與線路，其客流特征有較大變化。此時,需要進一步優化完善評價指標體系。從外部線網環境考慮,應增加體現客流在線網中重分配和換乘強度的指標,以便更全面地對整個城市軌道交通系統的運營客流交通狀態進行綜合評價。

[1] 王曦,祝付玲.基于高斯混合分布的交通擁堵評價模型[J].公路交通科技,2011,28(2):127-132.

[2] DAAMAN W,HOOGENDOOM S P,BOVY P H L.First-order pedestrian traffic flow theory[C]//The 84th TRB Annual Meeting,Washington DC:National Research Council,2005.

[3] 張馳清.城市軌道交通樞紐乘客交通設施服務水平研究[D].北京：北京交通大學,2008.

[4] DALY P N,MCGRATH F.Pedestrian speed/flow relationships for undergroundstations[J].Traffic Engineering & Control.1991:75-78.

[5] 陳瑩.城市軌道交通運行狀況評估研究[D].南京：東南大學,2011.

[6] 馬莉.城市軌道交通樞紐乘客交通流狀態分析與評價[D].北京：北京交通大學,2009.

[7] 苗曉娟.基于乘客集散動態仿真的城市軌道交通樞紐評價研究[D].北京：北京交通大學,2008.

[8] 陸奕婧,鄒曉磊.城市軌道交通車站客運組織評價[J].交通科技與經濟,2009,11(1):67-69.

[9] 方蕾,鄒哲,龐志顯.城市軌道交通服務質量模糊綜合評判[J].城市基礎設施,2004(1):28-30.

[10] 張寧,陶志祥,過秀成.城市公共交通一卡多用系統規劃方案評價[J].交通運輸工程學報,2004,4(4):97-101.

Evaluation of Ridership Traffic State in Urban Rail Transit Operation

WANG Xuemei, CHEN Ying, ZHANG Ning

Objective evaluation of ridership traffic state in urban rail transit operation is very important for improving rail transit service level,management and operational efficiency.On the basis of defining the ridership traffic state concept in urban rail transit operation,a three-level index system for evaluating the ridership traffic state in rail transit operation is constructed by taking the balance and smoothness of ridership performance as the criterion.Taking metro Line 1 in a city as an example,the actual ridership data is used to calculate the performance indexes,and evaluate the real ridership traffic state by using AHP (analytic hierarchy process).The evaluation result matches the actual conditions,demonstrates the validity of the developed evaluation system for ridership traffic state in urban rail transit operation.This evaluation system can provide theoretical supports for urban rail transit operation.

urban rail transit; ridership traffic; operational state;evaluation First-author′s address Zhejiang College of Tongji University,314051,Jiaxing,China

* 浙江省教育廳縱向科研項目(Y201534856)

U 293.13

10.16037/j.1007-869x.2016.12.029

2016-03-13)