城市軌道交通運(yùn)營客流交通狀態(tài)評價*

王雪梅 陳 瑩 張 寧

(1.同濟(jì)大學(xué)浙江學(xué)院,314051,嘉興; 2.蘇州軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司,215101,蘇州;3.東南大學(xué)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(yùn)營客流交通狀態(tài)評價*

王雪梅1陳 瑩2張 寧3

(1.同濟(jì)大學(xué)浙江學(xué)院,314051,嘉興; 2.蘇州軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司,215101,蘇州;3.東南大學(xué)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(tài)對于改善城市軌道交通運(yùn)營服務(wù)水平、提高運(yùn)營管理效率具有重要意義。在定義城軌運(yùn)營客流交通狀態(tài)的基礎(chǔ)上,以乘客流的均衡程度和順暢程度為準(zhǔn)則,構(gòu)建了客流交通狀態(tài)的三層評價指標(biāo)體系;根據(jù)某城市地鐵1號線運(yùn)營實(shí)際客流數(shù)據(jù),計算各評價指標(biāo),并用層次分析法對客流交通狀態(tài)進(jìn)行評價。評價結(jié)果與實(shí)際情況相吻合,驗(yàn)證了城軌運(yùn)營客流交通狀態(tài)評價體系的合理性,能夠?yàn)槌鞘熊壍澜煌ㄟ\(yùn)營管理提供理論支持。

城市軌道交通; 運(yùn)營客流; 交通狀態(tài); 評價

城市軌道交通運(yùn)營狀態(tài)是指在軌道交通系統(tǒng)在提供運(yùn)輸服務(wù)過程中所表現(xiàn)出的整體運(yùn)輸性能和服務(wù)質(zhì)量。而城市軌道交通運(yùn)營客流交通狀態(tài)是指在相應(yīng)運(yùn)營狀態(tài)下,伴隨軌道交通系統(tǒng)運(yùn)行而產(chǎn)生的一種動態(tài)乘客交通流狀態(tài)。

目前,國內(nèi)外針對軌道交通乘客交通流狀態(tài)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(shù),研究其變化規(guī)律或相互之間關(guān)系,對交通流狀態(tài)進(jìn)行分析,對擁堵的發(fā)生、性質(zhì)及變化規(guī)律進(jìn)行識別[1],該類研究多側(cè)重于乘客交通流的短期判斷、預(yù)測、控制和誘導(dǎo)等。例如,文獻(xiàn)[2]對行人流量-密度模型進(jìn)行研究;文獻(xiàn)[3]構(gòu)建了城市軌道交通樞紐內(nèi)樓梯通道等交通設(shè)施的乘客密度與速度模型,并對這些不同設(shè)施的服務(wù)水平進(jìn)行等級劃分;文獻(xiàn)[4]研究了倫敦地鐵站行人的速度-流量關(guān)系。另一類研究是在利用乘客交通流基本參數(shù)的同時,通過引入通行能力等衍生參數(shù),利用層次分析、模糊數(shù)學(xué)、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(biāo)體系,從多個角度對乘客交通流狀態(tài)進(jìn)行更加全面的定量或定性評價。該類研究側(cè)重于從時間和空間角度對乘客交通流的擁擠程度、強(qiáng)度、持續(xù)時間等方面的研究,是一種整體的、非實(shí)時的宏觀評價。例如,文獻(xiàn)[5]從車站和區(qū)間考慮,構(gòu)建了城市軌道交通運(yùn)行狀況的評價指標(biāo)體系,并用層次分析法對其運(yùn)行狀況進(jìn)行評價;文獻(xiàn)[6]對城市軌道交通樞紐內(nèi)乘客交通流的狀態(tài)進(jìn)行定義和劃分,結(jié)合熵理論建立了評價指標(biāo)體系,提出“三維立方體層”評價方法對乘客流交通狀態(tài)進(jìn)行綜合評判;文獻(xiàn)[7]提出了基于乘客集散的城市軌道交通樞紐動態(tài)評價指標(biāo),并用仿真軟件對樞紐集散能力進(jìn)行評估;文獻(xiàn)[8]分級、分類總結(jié)了車站客運(yùn)組織服務(wù)水平,構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)的評價指標(biāo)體系,并應(yīng)用模糊層次分析法比選和優(yōu)化客運(yùn)組織方案;文獻(xiàn)[9]分析了城市軌道交通的服務(wù)狀況,從方便性、迅捷性、舒適性和經(jīng)濟(jì)性出發(fā),建立了服務(wù)質(zhì)量的評價指標(biāo)體系。

目前,國內(nèi)外有關(guān)軌道交通運(yùn)營客流交通狀態(tài)研究仍處在初始階段,其研究內(nèi)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(zhǔn)則構(gòu)建客流交通狀態(tài)的三層評價指標(biāo)體系;利用自動售檢票系統(tǒng)獲得實(shí)際客流數(shù)據(jù),計算評價指標(biāo)值,采用綜合評價方法對城市軌道交通運(yùn)營客流交通狀態(tài)進(jìn)行評價,形成以評價指標(biāo)體系構(gòu)建和綜合評價方法為一體的城市軌道交通運(yùn)營客流交通狀態(tài)評價體系。本文研究不僅可以幫助運(yùn)營管理者準(zhǔn)確把握客流交通狀態(tài),提供運(yùn)營調(diào)度的決策支持,同時也為站臺擁擠管理、應(yīng)急響應(yīng)及發(fā)布誘導(dǎo)信息提供重要依據(jù),還有助于指導(dǎo)站廳內(nèi)和車廂內(nèi)乘客選擇合適路徑換乘,減緩嚴(yán)重?fù)矶萝囌净蛄熊嚨倪\(yùn)輸壓力,最終達(dá)到資源配置最優(yōu)化和服務(wù)質(zhì)量最大化的目標(biāo)。

1 客流交通狀態(tài)評價指標(biāo)體系

1.1 評價指標(biāo)選取

評價指標(biāo)的選取和計算結(jié)果會直接影響到綜合評價結(jié)果的準(zhǔn)確性和有效性。指標(biāo)過多可能存在相關(guān)性指標(biāo),指標(biāo)過少又無法實(shí)現(xiàn)對評價對象、全面和客觀的描述。因此,本文在遵循科學(xué)性、系統(tǒng)性、實(shí)用性、可比性及相對獨(dú)立性原則的基礎(chǔ)上選取評價指標(biāo)。

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(biāo)主要是站點(diǎn)客流、斷面客流和線路客流時間不均衡系數(shù)。本文采用客流時間分布不均衡系數(shù)來描述站點(diǎn)、斷面和線路客流當(dāng)前運(yùn)營時段與歷史運(yùn)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(shù)，0≤KT≤1;

Qi——當(dāng)前運(yùn)營日第i個時段的客流量;

Qj——?dú)v史運(yùn)營日第j天的客流量;

n——?dú)v史運(yùn)營天數(shù),取決于客流數(shù)據(jù)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(fā),分別采用斷面客流空間分布不均衡系數(shù)和線路客流方向分布不均衡系數(shù)反映軌道交通區(qū)間和線路當(dāng)前時段客流運(yùn)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(shù)，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(shù)。

(3)

式中:

KD——線路客流方向分布不均衡系數(shù)，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(yùn)行順暢程度的評價指標(biāo)。站臺立席密度是指在站臺處除去黃色警戒線以外空間,當(dāng)前時段乘客有效站立面積內(nèi)所聚集的人數(shù);而列車立席密度是指在車廂中除去坐席空間,當(dāng)前時段乘客在有效站立面積內(nèi)所聚集的人數(shù)。列車立席密度為:

(4)

式中:

Q——當(dāng)前時段列車內(nèi)實(shí)際承載的乘客數(shù);

A站——有效站立面積。

1.1.2.2 負(fù)荷度

負(fù)荷度是當(dāng)前時段內(nèi)設(shè)施實(shí)際通過的客流量與設(shè)施的設(shè)計通過能力之比,是交通需求與實(shí)際供給關(guān)系的反映[5]。用負(fù)荷度來表征軌道交通站點(diǎn)內(nèi)客流運(yùn)行過程中乘客在進(jìn)出站閘機(jī)、通道和樓梯中的密集程度,計算式為:

(5)

式中:

Qr—— 當(dāng)前時段使用閘機(jī)、通道或樓梯的實(shí)際客流量;

Q0—— 閘機(jī)、通道或樓梯的設(shè)計通行能力。

1.2 評價指標(biāo)體系建立

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

目標(biāo)層主準(zhǔn)則層分準(zhǔn)則層指標(biāo)層

圖1 城軌運(yùn)營客流交通狀態(tài)評價指標(biāo)體系

2 客流交通狀態(tài)評價方法

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

2.1 AHP基本步驟

AHP將一般決策問題相對于目標(biāo)的重要性以數(shù)量表示出來,從而排出大小次序,為決策者依據(jù)。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(shù)量關(guān)系。本文按照建立評價指標(biāo)、建立評語、建立評價指標(biāo)權(quán)重以及層次總評價的步驟[7],應(yīng)用AHP進(jìn)行綜合評價。

2.1.1 建立評價指標(biāo)

根據(jù)上文分析,從軌道交通運(yùn)行過程中客流狀態(tài)的順暢性和均衡性考慮,建立了評價指標(biāo)體系。評價指標(biāo)如表1所示。

2.1.2 建立評語集

在城市軌道交通運(yùn)營客流交通狀態(tài)評價中,選取的綜合評語集V={優(yōu)、良、中、差},并將評語量化為“優(yōu)”=4,“良”=3,“中”=2,“差”=1。同時,對于各指標(biāo)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(yùn)營客流交通狀態(tài)各評語等級的評價指標(biāo)閾值表

2.1.3 建立評價指標(biāo)權(quán)重

AHP的核心是評價指標(biāo)權(quán)重的確定。評價城市軌道交通運(yùn)營客流交通狀態(tài)的指標(biāo)有主次之分。利用AHP計算各評價指標(biāo)的權(quán)重,可較大幅度的減少主觀因素的影響;用CR指標(biāo)(中間意原指標(biāo),也稱能量指標(biāo))檢驗(yàn)主觀判斷偏離客觀實(shí)際的程度,通過對判斷矩陣的調(diào)整,可使權(quán)重分配趨于合理。建立評價指標(biāo)權(quán)重的詳細(xì)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(jié)果的基礎(chǔ)上,對總目標(biāo)進(jìn)行的最終評價。本文建立的評價指標(biāo)體系的指標(biāo)層都是定量指標(biāo),為了便于計算,將定性的評語集轉(zhuǎn)化為量化值V={4、3、2、1},繼而通過各指標(biāo)實(shí)際值的等級歸類和權(quán)重可以得到綜合層次總評價的結(jié)果。

圖2 建立評價指標(biāo)權(quán)重的基本步驟

2.2 實(shí)例分析

實(shí)例計算采用某地鐵自動售檢票系統(tǒng)獲取的進(jìn)出站交易記錄,即乘客通過進(jìn)站閘機(jī)和出站閘機(jī)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(jié)假期9月22日至24日外)的某地鐵1號線客流數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),按30 min為統(tǒng)計周期,根據(jù)評價指標(biāo)計算方法,對2010年9月29日8:00—9:00早高峰時段內(nèi)各站點(diǎn)、各斷面及線路客流進(jìn)行指標(biāo)計算,以評價1號線當(dāng)前時段的客流交通狀態(tài)。

利用式(1)—(5)求出各指標(biāo)值。其中,D1、D2及D6、D7取平均值,D8、D9及D10按客流強(qiáng)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(biāo)計算結(jié)果、評分等級和評分整理匯總于表2。

表2 評價指標(biāo)結(jié)果匯總表

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

結(jié)合指標(biāo)權(quán)重,對各個評語加權(quán)平均后得到運(yùn)營客流交通狀態(tài)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(dāng)前時段客流交通狀態(tài)綜合評價的結(jié)果為“良”。觀察指標(biāo)評價結(jié)果發(fā)現(xiàn),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(jié)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(biāo),均采用客流強(qiáng)度最大的站點(diǎn)數(shù)據(jù),導(dǎo)致其評價結(jié)果偏保守。從整體來看,目前1號線在研究時段內(nèi)運(yùn)營客流交通狀態(tài)是良好的,與實(shí)際情況相吻合。該評價結(jié)果驗(yàn)證了本文中評價指標(biāo)選取及評價方法的合理性。

3 結(jié)語

近年來,隨著我國城市軌道交通的迅速發(fā)展,軌道交通運(yùn)營管理的重要性日益突顯。軌道交通運(yùn)營客流交通狀態(tài)評價除能實(shí)時反映系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)外,還應(yīng)能體現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)的變化趨勢。其評價結(jié)果值應(yīng)直觀、易于發(fā)布,從而發(fā)揮信息發(fā)布的導(dǎo)向作用和軌道交通服務(wù)質(zhì)量提高、運(yùn)營效率改進(jìn)的指導(dǎo)作用。

本文從城市軌道運(yùn)營客流交通狀態(tài)評價指標(biāo)體系和綜合評價兩個方面進(jìn)行了分析與研究。由于數(shù)據(jù)采集的限制,本文研究的內(nèi)容局限于單線。伴隨我國城市軌道交通的進(jìn)一步發(fā)展,運(yùn)營階段逐步由單線轉(zhuǎn)向網(wǎng)絡(luò)化,必然產(chǎn)生換乘客流。這將大大影響運(yùn)營客流的宏觀交通特性,尤其是在發(fā)生換乘的站點(diǎn)，以及與之密切聯(lián)系的斷面與線路，其客流特征有較大變化。此時,需要進(jìn)一步優(yōu)化完善評價指標(biāo)體系。從外部線網(wǎng)環(huán)境考慮,應(yīng)增加體現(xiàn)客流在線網(wǎng)中重分配和換乘強(qiáng)度的指標(biāo),以便更全面地對整個城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)營客流交通狀態(tài)進(jìn)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(shè)施服務(wù)水平研究[D].北京：北京交通大學(xué),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(yùn)行狀況評估研究[D].南京：東南大學(xué),2011.

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

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

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

[9] 方蕾,鄒哲,龐志顯.城市軌道交通服務(wù)質(zhì)量模糊綜合評判[J].城市基礎(chǔ)設(shè)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(tǒng)規(guī)劃方案評價[J].交通運(yùn)輸工程學(xué)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)