国内图书分类号：Ｕ２９２．国际图书分类号：硕邀直轨道童通运萱组织垡丝丛窒年级三雯委２∑级姓名史遄洼申请学位级别工堂亟士专业交通运捡趣型量筐理指导老师但坐拯教援二零一一年六月十六日ＣｌａｓｓｉｆｉｃｄＩｎｄｅｘ：Ｕ２９２．４Ｕ．Ｄ．Ｃ：ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＭａｓｔｅｒＤｅｇｒｅｅＴｈｅｓｉｓＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＳｔｕｄｙｏｎＯｐｅｒａｔｉｏｎＯｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎｏｆＵｒｂａｎＲａｉｌＴｒａｎｓｉｔＧｒａｄｅ：２００８Ｃａｎｄｉｄａｔｅ：ＳｈｉｒｕｉｊｉｅＡｃａｄｅｍｉｃＤｅｇｒｅｅＡｐｐｌｉｅｄｆｏｒ：ＭａｓｔｅｒＳｐｅｃｉａｌｉｔｙ：Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ＆ＰｌａｎｎｉｎｇｏｆＴｒａｆｆｉｃａｎｄＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：ＰｒｏｆｅｓｓｏｒＮｉｓｈａｏｑｕａｎＪｕｎｅ．１６，２０１１西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，’允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于１．保密Ｉ－１，在年解密后适用本授权书；２．不保密０使用本授权书。（请在以上方框内打“寸’）学位论文作者签名：史蜘ｉ名日期：少ｊ『．∥－＞孑指导老师签名：劬极日期：妄妇，，、∥．≥。西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：１介绍城市轨道交通概况，对运营组织概念进行描述，在分析国内外研究现状的基础上，确定本文的主要研究方向。２对城市轨道交通客流随时间和空间分布情况进行描述，并对客流预测方式进行了分析，介绍了国内外客流预测的新成果，客流预测数据的准确性将直接影响城市轨道交通运营组织的合理性。３概括了城市运营组织的方式方法，包括全日行车计划、列车编组方案、列车交路计划和列车停站方案等，特别分析了不同情况下列车编组、列车交路计划和停站方案的运营组织方式，为下文的优化研究奠定了基础。４站在乘客和运营企业双方利益的角度，对城市轨道交通列车编组方案和行车间隔提出优化方案，建立优化模型，最后用实例对优化模型进行论证。５对列车的停站方案进行优化，分析了与传统站站停方案相比，非站站停方案的优缺点，在此基础上，提出以提高总体运营效率为目标优化停站方案的思路。以快慢车组合的快车跳站停车的方案为例，给出了以节省乘客出行时间和降低企业运营成本为目标的双目标优化模型，并初步探讨了模型的求解方法。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文拓者签名：史ｊ却沾日期：沙ＩＪ．歹．）秒西南交通大学硕士研究生学位论文第ｌ页摘要近年来，随着城市化进程的加快，面对巨大的城市人口出行和环境污染压力，优先发展城市快速公共交通，尤其是城市轨道交通己成为全世界解决城市交通问题有效途径。我国城市轨道交通发展速度也非常快，发展城市轨道交通的必要性、重要性已经成为人们的共识。城市轨道交通系统的发展日新月异，随着城市规模的不断扩大，轨道交通在城市居民生活中的作用越来越重要，这就使其面临更严峻的考验。怎样高效率的运营好轨道交通系统，是大家共同关心的话题。论文在充分借鉴国内外轨道交通运输组织理论成果和运营实践的基础上，采用系统思想，针对轨道交通客流特点，对运营组织中的若干问题进行研究。本文的研究正是基于城市轨道交通系统的运营模式，寻找客流时空分布规律、合理编制运营计划的基本思路进行的，针对轨道交通运营的特点，以客流为基础，对轨道交通运营组织进行优化。本文所做工作有如下几部分：（１）介绍城市轨道交通概况，对运营组织概念进行描述，在分析国内外研究现状的基础上，确定本文的主要研究方向。‘（２）对城市轨道交通客流随时间和空间分布情况进行描述，并对客流预测方式进行了分析，介绍了国内外客流预测的新成果，客流预测数据的准确性将直接影响城市轨道交通运营组织的合理性。（３）概括了城市轨道交通运营组织的方式方法，包括全日行车计划、列车编组方案、列车交路计划和列车停站方案等，特别分析了不同情况下列车编组方式、列车交路计划和停站方案的几种形式，为下文的优化研究奠定了基础。（４）在客流分析的基础上，对列车编组和行车间隔提出优化措施，建立以运能最佳匹配和运营企业利益最大化为目标的优化模型，并用实例对该优化模型进行验证；针对轨道交通线路客流空间分布明显不均衡的特点，对列车交路和停站方案进行研究，分析非站站停方案对乘客和运营企业的优缺点，并针对快慢车组合运行的停站方案提出优化思路，建立优化模型，并对模型的算法做了初步探讨。关键词：城市轨道交通；运营组织；客流分析与预测；优化西南交通大学硕士研究生学位论文第１｜页ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ，ａｓｔｈｅｑｕｉｃｋｌｙｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｃｉｔｙａｎｄｔｈｅｈｕｇｅｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｐｏｌｌｕｔｉｏｎ，ｉｔｄｅｍａｎｄｓｔｏｄｅｖｅｌｏｐｔｈｅｓｐｅｅｄｙｐｕｂｌｉｃｔｒａｆｆｉｃｆｉｒｓｔ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｕｒｂａｎｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔ．Ｉｔｈａｓｂｅｃｏｍｅａｌｌｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒｔｈｅｗｈｏｌｅｗｏｒｌｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｕｒｂａｎｔｒａｆｆｉｃｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｕｒｂａｎｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔｓｙｓｔｅｍｃｈａｎｇｅｓｗｉｔｈｅａｃｈｐａｓｓｉｎｇｄａｙ．Ａｌｏｎｇｗｉｔｈｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓｃａｌｅｏｆｃｉｔｙ，ｔｈｅｕｒｂａｎｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔｐｌａｙｓｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｏｆｃｉｔｙｌｉｆｅ．Ｓｏｉｔｉｓｆａｃｉｎｇｄａｕｎｔｉｎｇｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ．Ｈｏｗｔｏｏｐｅｒａｔｅｕｒｂａｎｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔｓｙｓｔｅｍｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙｉｓａｃｏｍｍｏｎｃｏｎｃｅｒｎｅｄｔｏｐｉｃ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｏｒｙａｎｄｐｒａｃｔｉｃｅｏｆｏｐｅｒａｔｉｎｇ，Ｓｅｖｅｒａｌｉｓｓｕｅｓｏｆｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎｏｆｕｒｂａｎｒａｉｌｌｉｎｅｈａｓｂｅｅｎｐｒｏｐｏｓｅｄｂｙｔｈｅｓｙｓｔｅｍｔｈｅｏｒｙ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｏｆｔｈｅｐａｓｓｅｎｇｅｒｆｌｏｗｉｎｕｒｂａｎｒａｉｌｌｉｎｅｓ．ＴｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｓｊｕｓｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍｐｒｏｇｒａｍｏｐｅｒａｔｉｏｎｐａＲｅｒｎ，ｓｅａｒｃｈｔｈｅｓｐａｃｅ－ｔｉｍｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｒｕｌｅｏｆｐａｓｓｅｎｇｅｒｆｌｏｗ，ａｎｄｅｓｔａｂｌｉｓｈｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｐｌａｎ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｆｏｃｕｓｅｄｏｎｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｒａｉｌｔｒａｎｓｐｏｒｔｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅＲａｉｌＴｒａｎｓｉｔＯｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎｉｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｐａｓｓｅｎｇｅｒｆｌｏｗ，ｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｓｅｃｔｉｏｎｓａｒｅｉｎｃｌｕｄｅｄｉｎｔｈｉｓｗｏｒｋ：（１）ｎｌｅｇｅｎｅｒａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔａｎｄｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｉｏｎｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎｉＳｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒｉＳｆＬｘｅｄ，ｂａｓｅｄｏｎｔｌｌｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓｑｕｏｏｎｄｏｍｅｓｔｉｃａｎｄｏｖｅｒｓｅａｓ．（２）Ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｖｅｒｔｉｍｅａｎｄｓｐａｃｅｏｆｕｒｂａｎｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔｆｌｏｗｉｓｄｅｐｉｃｔｅｄ．ａｎｄｔｈｅｐａｓｓｅｎｇｅｒｆｌｏｗｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉＳａｎａｌｙｚｅｄ，ｎｅｗａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｏｆｔｒａｆｆｉｃｆｌｏｗ，ｂｏｔｈｈｅｒｅａｎｄａｂｒｏａｄ．ｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙｏｆｔｈｅｕｒｂａｎｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎｉｓｄｉｒｅｃｔｌｙｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄｂｙｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｔｒａｆｆｉｃｆｌｏｗｆｏｒｅｃａｓｔｓ．（３）Ｔｈｅｗａｙｓａｎｄｍｅａｎｓｏｆｔｒａｎｓｐｏｒｔｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｒａｉｎｒｕｎｎｉｎｇｐｌａｎ、ｔｒａｉｎｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ，ｔｒａｉｎｒｏｕｔｉｎｇｐｌａｎ，ｓｔｏｐｓｃｈｅｄｕｌｅｐｌａｎａｎｄＳ０ｏｎ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｒａｎｓｐｏｒｔｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍ，ａｎｄｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｓａｒｅｌａｉｄｏｎｈｏｗｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｒａｎｓｐｏｒｔｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ．（４）Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｅｍｐｏｒａｌａｎｄｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆ订ａｆｆｉｃｆｌｏｗ．Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｒａｉｎｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｔｒａｉｎｏｐｅｒａｔｉｎｇｉｎｔｅｒｖａｌａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｔａｋｉｎｇａｎｅｓｔｅｄｒｏｕｔｉｎｇｍｏｄｅａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｌｓｏｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｔｈｅｔｒａｉｎｒｏｕｔｉｎｇｍｏｄｅ，ｍａｋｅａｎａｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｆｏｒｍａｎｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆＥｘｐｒｅｓｓ／Ｓｌｏｗｔｒａｉｎｐｒｏｇｒａｍａｎｄｓｋｉｐｒｕｎｎｉｎｇｐｒｏｇｒａｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄ：ｕｒｂａｎｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔ；ｔｒａｎｓｐｏｒｔｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ；ｐａｓｓｅｎｇｅｒｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｐｒｅｄｉｃａｔｉｏｎ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ西南交通大学硕士研究生学位论文第１Ｉｆ页目第１章绪论…………………………………………………………………………………．１１．１研究背景…………………………………………………………：……………………１１．２国内外研究现状………………………………………………………………………．２１．３研究意义………………………………………………………………………………．５１．４研究内容………………………………………………………………………………６第２章城市轨道交通客流特征和客流预测…………………………………………………。７２．１城市内轨道交通客流形成的时间分布特性…………………………………………７２．２城市轨道交通各站点客流的空间分布特性………………………………………．．１１２．３客流预测概述…………………………………………………………………………．１２２．３．１轨道交通的客流预测模式………………………………………………………１２２．３．２国内外轨道交通客流预测研究现状……………………………………………。１３第３章城市轨道交通运营组织方法………………………………………………………１５３．１城市轨道交通全日行车计划………………………………………………………．．１５３．２城市轨道交通列车运行组织方式……………………………………………………１６３．２．１列车编组方案……………………………………………………………………。１７３．２．２列车交路计划……………………………………………………………………２０３．２．３列车停站设计……………………………………………………………………２２第４章车辆编组和行车间隔的优化研究…………………………………………………．２５４．１运营组织方法分析…………………………………………………………………．．２５４．１．１基于不同客流特征的运营组织方法……………………………………………２５４．１．２行车间隔时间的确定……………………………………………………………．．２６４．２优化模型………………………………………………………………………………２７４．２．１模型假设…………………………………………………………………………．．２７４．２．２模型的建立………………………………………………………………………．．２８４．２．３模型算法探讨……………………………………………………………………．．３０４．３实例分析………………………………………………………………………………３０４．３．１客流分析……………………………………………………………………………３１４．３．２模型的应用计算过程……………………………………………………………．．３３第５章轨道交通列车开行方案的优化研究………………………………………………３６５．１列车交路计划的研究………．．．………………………………………………………３６５．１．１交路方式的确定………………………。…………………………………………３６＿ｌＵｌ皇｜置—置■量皇置皇量曼量曼皇鼍皇蔓量量量量量曼曼曼曼曼鼍鼍曼量曼曼曼量量曼鼍曼量舅量■奠量曼曼量曼曼舅舅皇曼量曼曼量舅墨皇量量—■皇皇■｜曼皇量皇墨—Ｉ西南交通大学硕士研究生学位论文第１Ｖ页５．１．２中间折返站的选择………………………………………………………………．３８５．１．３多交路方案对乘客服务水平的影响分析………………………………………．３９５．２列车停站方案的优化…………………………………………………………………。３９５．２．１停站方案的优缺点分析…………………………………………………………，４０５．２．２停站方案的优化目标………………………………………………………………一４１５．２．３模型建立…………………………………………………………………………．４２５．２．４模型算法探讨……………………………………………………………………４３结论与展望………………………………………………………………………………………．４５至曼谢………………………………………………………………………………………………………………………．４６参考文献………………．．ｊ…………………………………………………………………．．４７攻读硕士学位期间发表的论文……………………………………………………………５０西南交通大学硕士研究生学位论文第１页第１章绪论１．１研究背景一百多年前，英国伦敦成功建成世界上第一条地下铁道。地铁具有速度快、运输能力大、准时、安全舒适等一系列优点。目前，全世界已有相当多的国家和地区的１２０多座发展快的大中型城市建设了城市铁下铁道，总线路共有２５０多条，运营的总里程达到７０００ＫＭ以上ＩｌＪ。地下铁道已成为了大城市的重要交通工具，在相当大的程度上缓解了交通堵塞和拥挤等一系列问题。我国城市轨道交通发展较快，很多城市已建成了相当数量的中低运量的地面轻轨系统、高架跨座式单轨系统、城市高架轨道交通系统、地下铁道系统、快速市郊铁路系统和高速磁悬浮系统等。我国的发达城市，如北京、广州、上海、南京、深圳、天津、成都等城市已经拥有和正在建设地铁。重庆、成都、北京、上海、武汉等城市已建成了高架轨道交通系统，大连、天津等城市建设了市郊铁路，上海建成了磁悬浮系统，长春等城市建成了地面轻轨系统。城市要发展，交通要先行。城市公共交通系统在不断的发展，从人拉车时期、马车时期、有轨电车时期、ＣＮＧ公共交通汽车时期，逐渐向城市快速轨道交通时期发展。城市轨道交通的主要作用就是承担城市内部的主要交通服务。随着城市的发展，城市人口的不断增加，轨道交通凭借运力大、速度快、安全系数高的特点，将在城市交通体系中扮演更加重要的角色。可以说，城市轨道交通是城市现代化交通发展的必然方向。城市轨道交通主要有以下几类１２Ｊ．１、按照轨道所处的不同位置可划分为以下三种：（１）地下铁路：轨道位于地面以下，主要穿行于隧道之中的轨道交通称为地铁或地下铁。（２）地面铁路：轨道刚好在地面上的铁路称为地面铁路。（３）高架铁路：轨道建在地面的高架桥上的铁路称为高架铁路。２、按照轨道车辆的运输能力和车辆种类划分：轨道列车主要有以下九种：索道、单轨列车、带轨道的电车、以客运为主的轻轨、地铁、客运自动轨列车、小型地铁、胶轮地铁、自动导向交通。但是我们最常见、采用最多的是地铁、轻轨、单轨列车、带轨道的电车。（１）地铁：主要修建在大中型城市，通常单方向运力可达到３万人次／小时以上，主要通过地下隧道进行运输。其特点是速度快、安全舒适、运能力大、成本低等。（２）轻轨：它的前身是有轨电车，运输能力较大，通常能达到２万人次／小时，由于它的轴比较轻，对轨道产生的负荷相对较小，所以用于建设轨道的成本较低，同时西南交通大学硕士研究生学位论文第２页具有较大的运输能力和舒适经济的优势。通常轻轨具有专用的线路，因此运行速度较快。（３）单轨：单轨分为两种，一种是悬挂式，另一种是跨座式。单轨的优点是轨道所占用的空间较小，并且运行的噪声低，转弯半径小、抓坡能力强。但它也有自身的不足：运量较小、速度较慢、能耗较高。通常单轨建设在城市的繁华区域，这些区域人流量比较大，道路又不太宽的街道和一些大型公共场所的连接线上。（４）有轨电车：运行速度比较慢，通常只能达到２０ｋｍ／ｈ，但其运输能力较大，可达到２万人次／小时。通常有轨电车轨道建在地面，与目前的轻轨比较接近，只是速度要慢的多，车箱较小。某些城市的有轨电车也有专门的轨道。城市经济和社会在不断发展，人们日益增长的物质和文化生活的需求不断加强，流动人口和道路车辆快速增加，城市客货运输量高速增长，城市道路和客货运输工具的运力严重不足，形成了交通堵塞、事故急剧增长、车速下降等诸多问题。大负荷的客运交通、过饱和的城市公路，造成了行车难、乘车难等社会矛盾。给人们的工作、学习和生活造成了严重的影响，同时也成为了制约城市进一步发展的瓶颈。此外，城市公路上的汽车尾气、振动、噪声等环境污染问题日益加剧，这越来越引起人们的高度重视。为了有效的解决这些问题，国际国内相当多的一、二线城市开始建设立体化的城市轨道交通体系。部分经济发达的城市已建设了如单轨、轻轨、地铁、高架等立体的交通系统来解决拥堵问题。立体的轨道交通是城市发展的必然选择，也只有这种立体的轨道交通系统才能从根本上解决拥堵问题。为出行市民提供方便、安全、准时、迅速、舒适的客运服务，让出行旅客购票方便、乘车方便、乘车安全舒适、准确迅速的到达目的地是城市轨道建设、运营的根本目的。为了实现这些目的，必须要求城市轨道各个系统、各种专业的配套设施、设备全天候的正常、有序、协调的工作。城市轨道建设和运营是一项复杂的系统工程，轨道交通的运营和管理覆盖的专业面广，要素间层次作用关系相当复杂。怎样通过高效系统的整合来实现资源的优化配置，促使系统高效运行是当前城市轨道交通运营和管理系统工程中急待探索和研究的课题。为了实现以上目标，必须从基础入手，以实现目标为根本，结合空间、时间等诸多的因素，研究出系统、协调的轨道交通运行组织模式和实施方案。１．２国内外研究现状伴随着城市轨道交通的规划和建设，国内外学者对轨道交通运营组织相关理论与方法的研究也在不断发展，相关组织方法和实施技术得到逐步深入的探讨。Ｓｉｇｕｒｄ［３】以美国纽约大都市圈范围内的轨道交通系统运输组织为研究对象，对包括轻轨、地铁、通勤地铁等子系统的城市轨道交通线网的发展历史、系统构成、运营模西南交通大学硕士研究生学位论文第３页式、客流组织、安全预警管理、运输能力计算、运营成本核算、列车开行方案等方面进行了系统的阐述，形成了都市圈轨道交通系统运营管理的理论体系。日本有专门针对城市轨道交通运营管理的信息系统，包括列车运营计划编制、信息统计、责任监督安排、信息检测等功能，为整个城市轨道交通的安全和通畅运行提供了必要的技术条件【４】。Ａｓｓｉｓ等１５Ｊ研究了城市轨道交通线路的客流时间动态特性以及车站乘客候车时间和乘降时间，据此提出了分时段列车时刻表的优化排定方法。Ｃａｓｔｅｉｌｉ等１６Ｊ研究了城市轨道交通线网内换乘站衔接的各条线路的客流量、客流时间分布特性和方向特性，据此提出适应各线客流特征的列车时刻表的优化方法。Ｍｉｇｎｏｎｅ等【７Ｊ在保证某条线路各站列车时刻表稳定的前提下，建立数学模型计算不同时段开行的快慢列车的跨站组合，使运输供给满足沿线断面不均衡的旅客乘降量。我国的城市轨道交通运营研究起步于上世纪六十年代，当时对平衡运营需求和设备系统规模等进行了较系统的研究，但缺乏对城市轨道交通系统性的研究和考虑，在设计过程中子系统常常只从自身的角度进行研究和考虑，在设计完后就会发现照应不周的问题。常常出现整体性不够，系统控制较差，难以实现系统间的平衡。通过对城市轨道交通运营组织的研究和改进，大大提高了运营的效率，轨道交通方式的吸引力进一步的提高，人们对运营研究的意义和重要性也更加重视。我国研究和建设轨道交通的运营组织上取得以下成果：（１）系统整体介绍张国宝主编的《城市轨道交通运营组织》对城市轨道交通的运营进行了全方位的研究和叙述１１Ｊ，何宗华等人编写新的《城市轨道交通运营组织》，结合了轨道交通新的发展，对行车组织、客运管理等进行了系统的分析和研究阳１。毛保华等【２】以城市轨道交通系统运营管理为研究对象，对城市轨道交通的运营管理模式、客运组织、运输计划、运行图编制、运输能力计算、列车运行控制、运营安全管理、列车运行过程模拟与分析、运营经济效果分析等方面进行了深入的研究，在传统的以客运需求与行车组织为核心的运输组织理论基础上，开发了基于牵引动力理论的列车运行过程仿真软件来模拟列车操纵策略，提高列车运行预期效果和运行过程控制的精度，形成了新的理论体系。（２）列车编组及行车间隔时间的研究施仲衡ｐＪ介绍了巴黎地铁１４号线采用小编组、高密度的行车方式，通过调节行车密度满足不同时期和不同时段客流量变化上的需要，形成了较为完备的理论体系和研究结构。当列车选型与编组方案确定后，线路输送能力则主要由列车开行间隔决定。郑晓龙ｌｌｏＪ对列车最小开行间隔的影响因素进行分析和理论研究，并在此基础上推导出固定闭塞和移动闭塞系统下的列车间隔的计算公式。在满足最大能力需求下，不同时段合理的列车开行间隔具有提高列车运营效益的作用。严波…】借鉴城市公共交通运营管理优西南交通大学硕士研究生学位论文第４页化的研究方法和部分理论，建立了以乘客满意度和企业满意度为目标的行车间隔优化，模型。方蕾和庞志显１１２ｊ研究了城市轨道交通系统客流在线路方向上和断面上的空间分布不均衡性和时间上的动态分布特性：在此基础上，依据分布特性设计行车组织原则。王修志和宋建业【１３】研究了城市轨道交通系统客流在时空分布特性，据此提出了以交路选择和编组选择为核心的行车组织方案的确定方法。（３）有关多交路运营的研究列车交路方案是影响整个系统功能和效率的重要因素。在城市轨道交通线路多交路的设计方面，国内已经有相当深入的研究。在多交路线路的通过能力方面，徐瑞华等【１４】基于长短交路套跑对城市轨道交通线路通过能力和车底运用的影响，提出设定小交路的“运行图周期分析法’’，建立多种交路条件下城轨交通通过能力损失和车底数量的数学模型，并给出实例计算。有学者则围绕城市外围区线路近远期客流需求的不同，提出了不同阶段采用不同交路模式以适应客流变化的观点【１５】。（４）有关列车开行方案设计（快慢车结合为主）的研究袁博晖【ｌ６】基于城市轨道交通客流的时空不均衡特性，分析了改变行车组织方式的条件，以节省旅行时间为目标，建立了采用分站停车的行车组织方式满足乘客需求的数学模型。郭丽丽【ｌ７】针对环放结构城市轨道交通线路的客流特点，以运营成本最小化为优化目标，结合大小交路的开行比例研究了列车停车方案模型，并应用于成都市地铁一号线的运输组织。史峰等【ｌ８】通过分析与旅客列车开行方案相关的铁路旅客运输需求影响因素，构造旅客运输弹性需求函数关系，将旅客对不同停站序列的高速、中速列车的选择归结为弹性需求下的用户平衡分配问题，建立了基于弹性需求的旅客列车开行方案的双层规划模型，并给出模拟退火算法求解方法。这一针对高速铁路中高速列车混跑模式下的开行方案优化研究，对于城市轨道交通线路的快慢车开行方案的研究，有很高的借鉴意义。祝晓波【１９】针对市域线的郊区区段，以乘客节省时间最多为优化目标，提出案例线路的最佳停站方案，并据此铺画运行图，比较不同快慢车组合对数条件下开行快车节约的旅客出行时间的差异，最终得到最佳的快慢车组合对数及相应的越行站。’尽管如此，我们应该看到我国城市轨道交通的运输组织研究还不完善，在很多问题上还有待进一步研究，尤其是对轨道交通客流空间时间波动性较大的线路，其合理开行间隔时间和列车交路模式的选择具有重要的研究价值。对于快车跨站方案的研究，主要以建成后的轨道交通线路为研究（假想）背景，更多地着眼于某一方向某一距离的客流特征（特别是快车所服务的客流特征），设计快车跨站方案以适应该运输需求，除了考虑乘坐快车乘客节省的时间之外，同时应考虑运营成本和设备能力限制条件等，更加具有可实施性。西南交通大学硕士研究生学位论文第５页１．３研究意义目前，我国的一、二线城市交通压力问题非常突出，部分发展较快的三线城市交通压力也在近两年突显。国内外相当多的城市已出现地面公路交通严重拥堵问题，虽然有些城市采取公交先行、公交优先、一周少开一天车、汽车实施单双号行驶的办法，但都不能从根本上解决交通堵塞问题。为了解决城市交通压力，我国在城市轨道交通方面的投入不断加大，发展速度很快，部分中心城市在十二五规划中已提出，中心城市建几纵几横的地下交通网络，在辖区内各卫星城实施县县通快铁的目标【２０】。只有迅速发展城市轨道交通才能有效的缓解城市化进程中我国日益突出的交通矛盾。城市轨道交通体系建成了，运营方面的问题出现了，怎样高效率的运营好轨道交通系统，就成为当今社会必须加快研究探索和迅速实践的课题。只有研究和探索高效运营的管理体制和模式，才能有效的缓解城市化进程中出现的交通压力问题。基于城市轨道交通越来越快的发展现实，运营组织的重要性和加强运营组织的必要性不言而喻。最近几年国内外在这方面也取得了很多研究成果，但仍存在不完善的地方。尤其是对于客流量断面变化较大的轨道交通线路，如何更好地确定列车交路计划和停站方案，以及如何确定更为合理的编组方案和行车间隔时间，都需要在前人研究的基础上，做进一步的思考和探讨。本论文就是在这样的思路下展开的。对轨道交通系统现状进行探讨，并分析其线路特点和客流需求特性，然后基于轨道交通系统优化的目标，对轨道交通运输组织进行优化研究。车辆选型和列车编组问题是城市轨道交通运输组织优化的基础，不同城市不同线路状况其列车选型和编组具有不同的适应条件，因此对车辆选型和列车编组问题进行研究时要基于特定的线路客流特点。列车合理开行间隔、列车交路计划和列车停站方案是进行城市轨道交通运输组织优化问题的三个重要组成部分。本论文主要从这三个方面进行探讨。在各运营区段各计算时段内，确定合理的列车开行间隔是提高服务水平，增加客流吸引，降低运营支出和提高运营效率的主要手段。此外，在轨道交通线中，列车交路模式选择对中间折返站折返能力和折返站前期设计具有一定影响。中间折返站一般位于客流断面变化较大的区域，因此对列车交路模式要进行综合比较。为提高车底利用效率，缩短旅客在途时间，在轨道交通超长线可以考虑开行快慢车和跳站运行的方案。应站在乘客和运营企业两个角度考虑，建立停站方案优化模型。西南交通大学硕士研究生学位论文第６页１．４研究内容本论文在这样的背景下，着力于城市轨道交通运营组织方式的研究，针对目前现有的运营组织方案，提出优化意见和建议，给轨道交通运营企业和轨道交通设计规划人员的决策提供参考。，轨道交通的运营组织包括全日行车计划的编制、列车运行组织、车辆运用计划、列车运行图编制等很多方面。本论文将对轨道交通运营组织的几个重要方面如车辆选型和编组、行车间隔时间、列车交路方式、列车停站方案等展开探讨。本论文针对轨道交通运营的特点，以客流为基础，对轨道交通运营组织进行优化，研究的内容主要有以下几个方面：（１）第一章绪论，分析国内外城市轨道交通的研究现状，结合轨道交通的特点，对运营组织优化的相关问题进行说明。（２）第二章对城市轨道交通客流随时间和空间分布情况进行描述，并对客流预测方式进行了分析，介绍了国内外客流预测的新成果，成为下一步运营组织优化的基础。（３）第三章概括了城市轨道交通运营组织的内容，包括全日行车计划、列车编组方案、列车交路计划和列车停站方案等，特别分析了不同情况下列车编组、列车交路计划和停站方案的运营组织方式。（４）第四章在客流分析的基础上，对列车编组方案和行车间隔提出优化方案，提出兼顾乘客和运营企业的利益的目标，建立多目标优化模型，并结合实例对模型的实用性和可行性进行验证。（５）第五章对列车的开行方案进行优化，包括对列车交路计划的研究，以及对列车停站方案的优化。以乘客节省时间最大化和运营企业成本最低为目标，建立多目标的列车停站方案优化模型，并对模型算法进行了初步探讨。西南交通大学硕士研究生学位论文第７页第２章城市轨道交通客流特征和客流预测客流是指在单位时间内，轨道交通线路上乘客流动人数和流动方向的总和。客流的概念既表明了乘客在空间上的位移及其数量，又强调了这种位移带有方向性和具有起讫位置【ｌＪ。“客流＂的形成就是乘客从不同的地方汇集到城市轨道交通系统。满足乘客出行需求是城市轨道交通的目标，更是满足城市居民出行服务的主要公共设施。乘客是城市轨道交通的主要使用者，因此，城市轨道交通系统的建设和运营必须以乘客为基础。客流并不是静止的，而是动态变化的，我们对现有的轨道交通客流量进行数据统计和分析，可以了解和撑握客流在时间、．空间上的动态变化规律，可以为将来实施线路路网的规划和升级提供数据参考。客流数据分析和调查可以为实现合理安排运输能力提供理论依据。要实现合理的安排城市轨道交通的运力，必须对客流数据进行分析，它是编排列车行车方案和优化行车组织的基础。对客流的统计和研究分析，对优化行车组织方案和最大程度的发挥城市轨道交通网络的运力有重要的指导意义。分析客流的时空分布规律是客流分析的核心和基础。本文将对城市轨道交通的客流时空分布特性进行分析，同时介绍目前关于城市轨道交通客流预测的若干成果，为城市轨道交通的运营优化提供依据。２．１城市内轨道交通客流形成的时间分布特性城市轨道交通的各站点的客流是变化的，表面上看是没有规律，但在特定的时间段内和范围内是可以找出规律的。城市轨道交通运营必须掌握客流动态的变化规律，这是安排运输活动的基础１２¨。１列车日小时客流分布规律客流在２４小时各个时间点上的动态是不同的，客流的分布可分为以下几种形式口Ｊ，如图２．１所示。（１）单峰型。城市轨道交通的站点位于轨道交通网络的射线上，交通站点周边区域的功能单一，车站的人流分布在特定的时间点上非常的集中，形成上班和下班时间的上车或下车高峰。这种交通走廊通常会出现我们常说的潮汐客流特征。（２）双峰型。站点在一天内形成两个高峰期，这两个高峰通常出现在上、下班的时间点上，形成客流的主要原因是上班和上学需求。通常站点位于城市综合功能区，也可能是在轨道交通网络的环线换乘点上。（３）全峰型。整条轨道交通线路沿线都是城市的成熟区域，这段区域的功能基本一样并且已经进行了高度的开发，或者轨道交通经过其它交通系统的换乘点或公共活西南交通大学硕士研究生学位论文第８页动场所、建筑、公共机构较集中的区域，上车和下车的客流都处于高峰，全天候客流都非常大，基本无明显的变化。’二利劣．１１—下．丌Ｉ｛ｆ『ｌ上车啊何们…Ｍｉ●‘８ｌＯ１２１４１６ｌＩ■抓ｌ彳ｆ夕．２０笠翻●‘８ｌＯ１２ｌ●ｌ‘１０ＩＯ２２黝Ｎ．【，一流都较小。刖山山山山下车‘ｅ）图２－ｌ客流全日随时间分布形式图（４）突峰型。站点位城市的公共娱乐、活动和教育比较集中的区域，这些活动场所具有特殊时间特性，有一个持续时间较短的突变的上车高峰。在特定较短的时间点上有个突然出现的上车高峰客流。经过一定的时间段后，在特定的站点上又可能出现一个突然的下车高峰客流，形成突峰型。（５）无峰型。城市轨道交通站点位于城市的新区，此部分区域的常住人口和城市公共配套设施比较少，客流全天都无明显的变化，基本无高峰时段，上车和下车的客城市轨道交通客流的形成，主要由城市居民的出行而产生，居民的出行规律即轨道交通客流时间分布规律。通常在城市中，轨道交通的客流量呈双驼峰形分布，主要集中在上学上班高峰和放学下班高峰。平常时间段则是客流平峰期。城市轨道交通的平峰期主要出现在上学上班后和放学下班之前。一天里，每个不同时间点形成的实际客流分布情况就是全日客流分布变化的规律。各个城市出现高峰时段不太相同，以北京市为例，通过对全日内各小时的客流量统计，再将某小时的统计量与全日的客流量相比，可以得出早高峰时段。即８：００．９：ＯＯ这个时间段的高峰客流比率为１１．７％，下班放学时间点１７：００．１８：ｏｏ高峰客流比率为１０％左右【２３１。西南交通大学硕士研究生学位论文‘第９页在同一条城市轨道交通线路上，不同路段和集散点，其客流量是不同的，因此客流高峰比率也是有差异的。同样，在不同的交通轨道线路上，更是不同。在城市的商业中心（ＣＢＤ）和对外的交通枢纽（车站），由通勤和通学客流形成量较小，引起高峰的可能性不大，所以形成高峰客流比率较低。通常城市ＣＢＤ和车站两个地方客流在时间分布上相对均衡。通勤、通学线路，也就是通往学校、综合写字楼、工厂、公司等较集中的路段，主要服务于上班、上学客流，因此其客流高峰比率较高。由于车站所处区域不同，受城市功能的影响，通常城乡结合部的车站高峰期客流和平峰期客流存在非常大的差异。高峰时段与平峰时段，位于商业区、城市中心区域的乘降客流高峰与平峰的差异比较小。而在城市内部的车站，由于各种基础设施较完善，区域功能属于综合性质的，平峰期客流和高峰期客流基本是处于平衡状态，只会出现相对的两个高峰，即早高峰和晚高峰。相反，在城市基础配套设施不健全，城市功能比较单一的地方，就会在早高峰和晚高峰出现所谓的潮汐现象，其主要有两种情况：第一种情况是车站位于纯居住区为主的客流形成区，主要表现在上下班时间出现两个高峰。早高峰上客量较大，晚高峰下客量较大。通常早高峰时期，客流的方向基本以进站为主，晚高峰的客流方向以出站为主。第二种情况是车站位于写字楼较集中、商业较集中的客流吸引区。出现的情况是，早上上客量明显很小，下客量非常大。而在下班时间就恰恰相反，上客量非常大，下客量明显很小。即早上的客流以出站为主，晚上以进站为主。像这种最大的客流量分别发生在不同的时间点，出现潮汐现象的车站，为了有效的利用资源，我们不能在进站设施和出站设施都按照高峰时间的需求来配置，而要采取比较灵活的方式来配备进出站闸机，即安装部分双向闸机。选择的自动扶梯最好也是能双向运行的。在不同高峰时段满足双向客流的需求，提高设备的利用率，从而降低运营成本。针对全日不同的小时客流分布类型，可以采用线路单向分时客流不均衡系数口．来描述其全日客流分布状况，计算公式如下：通常用线路单向分时客流不均衡系数口，来对全日不Ｎ４，时的客流分布情况进行描述，计算公式为１２Ｊ：％暑４撒／∑４／Ｊｌ，式中：口．——单向分时客流不均衡系数４——单向分时最大断面客流量（人）以。——单向最大断面客流量（人）ｈ——全日营业小时数（个）２一周七日客流的分布规律（２－１）城市大多数的居民工作、学习是以七天为循环周期的。通常工作五天休息两天。居民每天的出行规律虽然不太一样，但都反映到七天中的每日客流量的变化趋势上。西南交通大学硕士研究生学位论文第１０页在经过商业网点和旅游景点的城市轨道交通线路上，周一至周五通常人流相对较少，但在双休日客流会出现相当大的增加。在通勤、通学为主的城市轨道交通线上，客流恰恰相反，在周一至周五客流量较大，在双休日较大程度的减少，通常会形成早晚两个高峰。针对客流的不均衡和有规律的变化，为实现最有效的运营考虑，城市轨道交通应该实行不同的日行车计划，和同日内不同时间段的列车运行数量。星期一星期二星期三星期四星期五星期六星期日（ａ）星期一星期二星期三星期四星期五星期六星期日（ｂ）图２．２一周内客流分布规律图３季节对客流的影晌和特殊时期对客流的影响出现的不均衡客流还会因季节性的变化，比如在春节前后，节前客流会因外出务工人员的回流，以及外地在本城市生活工作的人员离开，短期内突然形成较多流动人口。另外，在每年的寒、暑期，由于学生的放假和开学，也可能形成两个高峰，但都是短期的。我国每年６月份，客流量通常是全年的低谷。每年的旅游旺季，也会形成较大数量的流动人口。在举办全球性或全国性的重大赛事、重大展览活动等也会形成较大的流动人口，西南交通大学硕士研究生学位论文第１１页Ｉ如世博会、亚运会、奥运会、西博会等或遇到天气突变，也会形成相当数量的流动人口，从而形成较大客流。２．２城市轨道交通各站点客流的空间分布特性通常情况下，不同区间和站点上客流是动态均衡的。这正是城市轨道交通客流在空间上的动态特性。这种特性即包括整条线路区段和轨道交通不同线路的动态特性。１上下行客流的不均衡特征在城市轨道交通的各线路上，通常上下行的乘客数量是不相等的，在城市轨道交通网络中，位于放射线位置的轨道交通线路上，上、下班或上学、放学的两个高峰小时的上下行方向形成的客流差较大，不均衡性十分的明显。通常情况下，我们采用交通线路上下行方向不均衡系数对上下行方向客流均衡程度进行描述，其计算公式如下【２】：嘞＝２以／（以＋４）（２－２）式中：口ｄ——上下行方向客流不均衡系数以——上行方向最大断面客流人数４——下行方向最大断面客流人数．同一城市轨道交通线路上不同方向上的客流分布情况，可用这条线路的方向不均衡系数来客观真实的反映。通常情况下，早高峰时期进入城市内部的人较多，而出城的人较少：在下班时间则正好相反。可以看出不同时间高峰，表现不同方向客流性。不同方向最大客流断面差较大的情况下，要想做到城市轨道线路上长时间保持两方向的运力分配比较合理是相当困难的。可以这么讲，是基本实现不了的。在射线型线路上，要想兼顾不同方向差异很大的客流安排运力是非常难实现的。为了减少运力的浪费，针对线路中，不同方向上出现断面客流差最大的时候，通常我们在环形线路上应采用内、外环线路分配不等的运力措施，以满足不同方向的运输需求。２线路断面不均衡客流分布特征由于城市轨道线路经过不同的地段，这些地段成熟度和土地开发性质不同，形成客流的规模和数量是有差异的，所以会出现各城市轨道交通站点上下车的人数差异很大，线路单向各个断面的客流存在不均衡性就难以避免。单向各个断面客流不均衡系数计算公式为隅】：％＝‰／∑４／ｎ（２－３）其中：口。——单向断面客流不均衡系数４——单向断面客流量（人）：ｎ——单向全线断面数（个）。西南交通大学硕士研究生学位论文第１２页断面客流不均衡系数是对不同断面客流的反映，当断面客流不平衡系数较大时，为了更有效的配置运能，就应利用一切可行的办法，来实现断面客流量的平衡，合理的减小运能或增大运能，以满足不同方向客流需求。３各个车站上下行客流的分布特征城市轨道交通线路上的不同站点的乘车人数和下车人数是不等的，有时候可能会出现相当大的数据差。相当多的线路上，大多数的乘客是集中出现在几个特定的站点上。除此之外，我们新规划形成的居民定居点和新的城市轨道交通线路加入网络进行运营后，可能会形成上下行客流发生相当大的变化，从而造成不均衡的加剧或新的不均衡。２．３客流预测概述客流预测是运营组织的基础和关键，客流预测值是否准确，决定了运营组织是否合理。下面对轨道交通客流预测做简要介绍。２．３．１轨道交通的客流预测模式我们仔细分析客流产生的机理不难发现，转移客流和诱增客流是城市轨道交通客流量的主要组成部分。因为城市轨道交通比其它许多常规的公共交通方式和其他通行方式更安全、快速、舒适等一系列优点，使得乘客自动转移到城市轨道交通系统中来，形成转移客流。当交通条件得到改善和城市轨道带动周边物业的开发进一步加强，就会形成诱增客流；当郊区开通地铁、轻轨、单轨等轨道交通工具后，周边可能会建设大型公共活动设施，如博物馆、体育中心、科技馆等，也会吸引大量的客流形成，从而形成诱增客流。通过长期的分析和总结不难得出，其实诱增客流在大中城市建成区中所占的比例一般较小。同时，我们对未来年度人口的自然增长、岗位数的增长、新大型公共场馆建设、新建道路网的规划建设等特征数据均采用了规划数据，其中就已经包含了所谓的诱增客流，所以在城市轨道交通客流预测中，一般不考虑诱增客流，只考虑转移客流。客流的两种预测方式：一种是对现状客流分布的预测模式，另一种是对客流目前分布情况的预测模式。第一种预测模式是把相关的其它公共交通线路的客流和采用其它交通方式向轨道线路进行转移的客流进行相加，得到一个虚拟的基年客流。最后按照相关线路客流量的增加规律来计算轨道交通客流的增长率，从而得到远期的客流量；也可运用公交预测方法，再乘以一个转移系数，直接算出远期轨道交通的客流量。另一种预测的方法是，入户对居民进行较细仔的出行调查，对人们的常出行方向的进行分析。在这些数据的基础上对未来年的方式出行分布进行预测，然后通过出行的方式对客流进行划分，西南交通大学硕士研究生学位论文第１３页确定可能选择轨道交通的客流，得到轨道交通的站间ＯＤ，对轨道客流进行计算。这样的预测方式就是我们通常所说的交通需求分析中的四阶段法。２．３．２国内外轨道交通客流预测研究现状对城市的交通预测较早的国家有美国、日本、德国等轨道交通发展达的国家，他们大多从上世纪六十年代开始研究。美国的开创了城市综合交通规划开发预测先河。其中芝加哥的城市轨道交通规划运用了四阶段交通需求预测法，此后许多城市在建设和运营轨道交通都对其进行了学习和研究。目前四阶段预测法是我们交通规划领域中应用最广泛的方法。它从四个阶段分析城市交通的现状和未来。即交通生成预测、交通分布预测、交通方式划分和交通分配【２５１。最近几年，出现了将两个或两个以上的阶段合并预测的分析法，这是对四阶段中预测模型研究的深入，它是从宏观的角度来掌握城市居民出行的特点，进而用分阶段法进行分析的一种思路。这与四阶段预测法仍是一致。现在有一种交通需求预测法叫非集计模型法，这个方法的研究对象是以出行个人为基础，而不是以整个小区的住户为研究对象。它是构造交通需求预测模型全新方法。这种方法是以出行者效用最大化理论为指导思想并采用随机效用理论，它有效提高了数据利用率，能有效地深入探讨很多意想不到的影响因素，同时它能有效提高预测的精度，曾经还成为各种城市交通规划方面研究和应用的典范，它相对四阶段分析法有过之而无不及。但是到现在为止，国内还未正式系统展开非集计模型的研究，更谈不上实际投入使用。部分发达国家，在上世纪七十年代就展开了研究的探索，它们已研究和开发了一系列的模型。如ＨＬ、ＭＮＰ、ＮＬ等一系列非集计模型。由于非集计方法的成果还未成熟，还不够完善。在实际应用中不可能完全的替代四阶段分析法。因此还需要在实际的工程和研究中进一步探索，但它可能广泛的应用于方式划分领域。因此，非集计模型分析法的实用性还不像四阶段法那样应用的普遍。轨道交通客流预测和整个城市交通客运的分析和预测是相近或相似的，因为轨道交通客流是城市交通客流的组成部分，两个具有相通性，或者说城市客流就是轨道客流放大版。只是城市客流的影响因素更多更复杂些。最近几年，许多大中型城市开始筹建城市公共轨道交通系统，尤其是我国的一线、二线城市突现出来的城市交通拥堵情况十分严重，已严重制约城市的进一步发展，为解决这些发展带来的矛盾，大家都把目光投向了城市轨道交通系统。对任何一条轨道交通线路的设计和规划，都必须对每一个特定区域进行客流数据的详细分析，只有得出准确客观的数据作为依据，才能进行科学合理的规划。在我们的建国初期，建设各种轨道交通的目的还是以战备为主，乘客通行为辅。很少对客流进行分析，即使有所分析也是不深入的。随着我国经济和社会的发展，８０年代我们进入了改革开放的年代，西南交通大学硕士研究生学位论文第１４页以经济建设为中心，战备的需求不在首要的位置，对轨道交通的建设主要服务和服从于经济建设，战备为辅。开始更多的考虑和分析客流形成。技术领域上和世界发展发达国家有了更深层次的接触和交流，开始引入客流预测方法和数学模型。并随着计算机技术发展，运算能力的不断增强，逐步的完善这个领域，使轨道交通客流的分析和预测真正成为专门独立的技术学科进行研究。西南交通大学硕士研究生学位论文第１５页第３章城市轨道交通运营组织方法城市轨道交通运营组织是运营企业为了有效完成乘客运输任务，通过计划、组织、指挥与控制等过程，运用人力、设备和运能等资源所进行的一系列活动。运营组织的主要内容是：客流分析、行车组织、客运管理、站段工作组织、票务管理、设备保养维修、运营安全管理、服务质量管理和成本控制等【ｌ】。运营组织的目标是提高运输生产效率，取得最佳服务水平与企业经济效益。建设城市轨道交通，是为了满足乘客的出行需求，所以首先必须保证运营组织的合理性，以便更好地为社会服务。运营组织必须考虑两方面因素，一是最大限度满足乘客的出行需求，二是尽可能降低运营企业的运输成本。轨道交通的运营组织包括全日行车计划的编制、列车运行组织、车辆运用计划、列车运行图编制等很多方面。要想达到运营组织的优化，必须从以下各因素的优化进行考虑，包括车辆选型和编组、列车交路方式、列车停站方案等。本章将对这些因素逐一展开讨论。３．１城市轨道交通全日行车计划全日行车计划是城市轨道交通营业时间内各个小时开行的列车对数计划，它规定了城市轨道交通线路的日常运输任务，是编制列车运行图，计划运输工作量和确定车辆运用的基础资料，全日行车计划编制的基础是客流计划【２６１。１全日行车计划编制资料（１）客流计划在新线投入运营时，客流计划根据客流预测资料进行编制；在既有线运营线路的情况下，客流计划则根据客流统计资料或客流调查资料进行编制。客流计划主要包括车站间的到发客流量，各个车站在上下行方向的上下车人数，全日高峰时段和低谷时段的断面客流量，全日分时最大客流量等。（２）营业时间城市轨道交通系统的营业时间因城市而异，营业时间的安排主要考虑的两个因素：一是方便乘客，满足城市生活的需要，即需考虑城市居民出行活动的特点；二是满足城市轨道交通大系统的各项检修和养护的需要。（３）全日分时最大断面客流量全日分时最大断面客流量的确定，通常是先统计出高峰小时断面客流量，然后画出全日客流分布模拟图，再根据图来计算。如条件许可，采用分时断面客流量分布计算所得的全日分时最大断面客流量数据更为准确可靠。（４）列车定员数西南交通大学硕士研究生学位论文第１６页列车定员数是列车编组辆数和车辆定员数的乘积。其中列车编组辆数的确定以高峰小时最大断面客流量作为基础依据，在客流量一定的情况下，可采用增加列车编组辆数，或缩减行车间隔时间的措施达到预定的运能要求。但如果在行车密度已经较大的情况下，为了适应客流需求的不断增长，往往会采用增加列车编组辆数的措施。（５）线路断面满载率线路断面满载率是指单位时间内特定断面上的车辆载客能力利用率，在实际工作中，线路断面满载率通常是指早高峰小时，单向最大客流断面的车辆载客能力利用率【２６‘。计算公式如下：夕２老灯ｏｏ％．＠?）。式中，∥——线路断面满载率‰——单向最大断面客流量（人）Ｃ－眦——高峰小时线路输送能力（人）线路断面满载率既说明了高峰小时开行列车在最大客流断面的满载程度，同时也反映了乘客乘坐的舒适程度【卸。为了提高车辆运用效率、同时降低运输成本和提高经济效益，在编制全日行车计划时，轨道交通系统在高峰小时一般可以适当超载。２全日行车计划编制程序（１）计算运营时间内每小时开行的列车对数（２）计算列车行车间隔（３）对各行车间隔进行微调（４）最终编制出全日行车计划３．２城市轨道交通列车运行组织方式城轨运营列车开行方案可以按编组方式、交路方式和停站方式进行分类，见图３．１。编组方式主要侧重于列车高峰平峰和初近远期的编组情况，有全线统一编组、多种编组混跑、初期小编组远期大编组的形式。交路方式主要侧重列车走行方式，有单一交路、大小交路、嵌套交路、衔接交路、共线交路、环形交路等方式。停站方式主要侧重列车停站方案和旅行速度，有站站停运行、跳站运行和快慢车组合运行等方式。西南交通大学硕士研究生学位论文第１７页图３．１城市轨道交通列车运行组织方案３．２．１列车编组方案’１列车选型轨道交通车辆选型时影响线路工程和输送能力的重要指标，建设部颁布了《城市快速轨道交通工程项目建设标准》，推荐车辆类型有三种，分别为Ａ，Ｂ，Ｃ，这三种车型的定员人数如表３．１所示：表３．１ＡＢＣ三种车型的定员人数’定员人数Ａ型Ｂ型Ｃ型四轴六轴八轴单司机室２９５２３０２００２４０３ｌ５无司机室３１０２４５２ｌＯ２５０３２５一般来说，高峰小时单方面最大断面流量为５．７万人次的城市轨道交通线路应选用Ａ型车，而高峰小时单方面最大断面流量为３．５万人次的城市轨道交通线路应选用Ｂ（或Ａ）型车，高峰小时单方面最大断面流量为１．３万人次的轻轨线路应选用Ｃ（或Ｂ）型车【２８】。西南交通大学硕士研究生学位论文２列车编组形式第１８页城市轨道交通车站间距小，列车启动和制动频繁，为了使列车具较大的启动加速度和制动减速度，受轮轨间粘着的限制，城市轨道交通线路的列车编组一般要进行动力分散。车辆的编组种类不同，联挂形式也有差别，可以依此将列车编组分为三种形式ｎ钔：①长编组长编组一般是８辆车编组，一般来说，首尾车是带司机室的动车，其他是不带司机室的动车，除了司机室，每个车辆是独立的，且设备配置基本相同。该编组的优缺点并存，优点是编组较灵活，每列车重量和动力分配都很均匀，粘着利用好因而动力较大，很适合人口密集的大城市轨道交通线路，或者客流量大的高峰时段。但其缺点是列车的设备数量多、车辆购置费较高、且其维修工作量较大、能量耗费也较大。②短编组短编组一般以４辆车编组为主，两动两拖编组。短编组的优点是允许使用较短的站台，一定程度上减少工程费用，同时由于编组灵活，行车间隔可以适当缩短，对客流量较少的平峰期非常适用。但其弊端在于，动车比例低，从而粘着利用系数很高，此编组列车容易空转滑行，动力性不好，适应线路的能力较差。⑨动拖单元编组动拖单元编组中，列车拥有两个以上动拖单元，各单元由动车和拖车固定编组，设备按单元配置，各单元之间相对独立。运用动拖单元编组，可减轻动车的重量，整个列车的重量分布均匀，并且能充分利用设备，降低制造成本，减少维修工作量，不过与全动车编组相比较，动拖单元编组的灵活性较差。从以上分析来看，动拖单元编组的优点较多，我国近期建设的城市轨道交通系统中，上海、广州及深圳均采用这种形式。运用动拖单元编组，可以降低车辆的平均单价，减少维修工作量，所以一般优先考虑采用此种列车编组形式１２９１。３编组车辆数的计算及分析在城市轨道交通运营组织中，车辆编组数一般按照以下公式进行计算【３０ｌ：ｚ＝志ＡＸ（３－２）ＮＸ口式中，Ｚ——编组辆数，辆；’Ｎ一列车额定载客量，人；Ｂ——满载率。Ｑ一单向高峰小时最大断面客流量，万人／ｈ；Ａ——某一断面每小时通过的列车数量，列；因为客流在全天分布表现出的不均衡性，全天内不同时间点的客流量是不同的，从动能和客流量匹配的角度考虑，也是从经济性的角度出发，就要求不同的时间点上要匹配不同的运力，高峰和低峰时间点有所区别。高峰期加大运力，低峰期减小运力西南交通大学硕士研究生学位论文第１９页的投入，从而达到最合理的全日行车计划安排。城市轨道交通线路高峰小时客流大时，就调配更多的车辆进行运营，较少时就减少配备的车辆，配备的车辆数主要依据高峰小时的客流量进行调节。，调解行车的密度是实现运力调配的重要方式，对行车密度的调解来适应全天变化起伏的客流量，高峰时期增加行车密度，平峰期减少运力。在平峰时期，采用短编组、较高行车密度。由于单列车的运力较小，可以实现满载，提高运力利用率。高密度的行车，可能大大缩短乘客等车的时间，两方面的优势综合，可以大大降低单位乘客的平均运输成本，同时也为乘客节约了时间。４编组方式编组方式主要侧重于列车高峰平峰和初期远期的编组情况，有全线统一编组、多种编组混跑、初期小编组远期大编组的方式，见图３．１．（１）全线统一编组是指所有列车采用相同编组数量的车辆（４辆、６辆、８辆），在高峰和非高峰时段采用不同的行车间隔来调整运能以满足客流需求。该编组方式运营管理较为容易，但在运营初期和非高峰期时段的行车间隔较大，服务水平较低。（２）多种编组混跑城市轨道交通线路的客流特征在时间上具有不均衡性的特点，在诸多线路上存在着“高峰时间短但客流大、平峰时间长但客流小”的现象。如果仅考虑满足高峰时期的运力，而用某一单向高峰最大断面客流量来确定车辆的编组数量，将会造成平峰时列车满载率降低。根据上述现象和问题，可考虑采用“高峰时段开行大编组列车、平峰时段开行小编组列车＂的方案，以满足线路不同时段的客流需求。该列车编组方式根据运量合理分配运能，在平峰时期采用“高密度、小编组’’的开行方式缩短了乘客候车时间，有利于提高平峰时段的服务水平。大小编组两种列车混跑问题有两种解决办法：一种是同时准备两种编组的列车，但配属车较多，闲置率较高，车辆成本较高；另一种是全部购置可以灵活拆解和组装的小编组列车，但每日存在两次解体和编组，日常运营管理难度较大。（３）初近期小编组，远期大编组轨道交通线路的高峰小时最大断面客流量在不同时期具有较大不同，初期、近期的高峰客流量一般为远期的１／３和２／３。如果各时期列车编组相同，那么在初期近期的２５年内列车只能以较大的运行间隔和较低的满载率运行，服务水平低，运行成本高旧¨。因此可考虑采用“初近期３辆编组（或４辆编组）、远期组合成６辆编组（或８辆编组）”的方案。该方案提高了初近期的服务水平，但列车的改编费用较高，司机室资源浪费，动拖比关系重新协调：由于带司机室和不带司机室的车辆长度不同，连挂对有屏蔽门的车站可能造成车门与屏蔽门错位的现象。西南交通大学硕士研究生学位论文第２０页‘３．２．２列车交路计划列车交路计划是指根据运营组织的要求及运营条件的变化，按列车运行图或由行车调度指挥列车按规定区间运行、折返的列车运行计划【１】。列车交路方式的选受线路长度、换乘节点、客流数据、运营管理、折返能力、最低列车对数等因素综合影响。从形式上看，列车运行交路一般有单一交路、衔接交路、嵌套交路和环形交路等几种形式：（１）单一交路该交路形式最简单，折返站设在线路两端的终点站，运营管理便利，全线贯通运营一般采用此交路。如目前的上海轨道交通２号线和５号线的交路方式（２）大小交路和嵌套交路大小交路，如图３．２所示，线路中间至少具备１个或２个折返站，适用于小交路区段内的客流量与两端相差较大的情况；嵌套交路，如图３．３所示，线路中间至少具备２个折返站，适用于线路两端客流量数值相差较大的情况。这两种交路方式分别适应不同的客流特点，与单一交路相比可以节省运用车数。图３．２大小交路示意图图３－３嵌套交路示意图在相同客流条件下，同一线路的大小交路与嵌套交路所需的运用车数是不相同的，一般情况下选择大小交路，若两端客流数值相差较大时可考虑嵌套交路，下面提供一种进行必选的简便方法。前提条件：①各交路编组情况相同；②中间段运能相等，即日＋Ｄ２＝Ｑｌ＋Ｑ２（Ｄｌ、Ｄ２、ｇ、Ｑ２为各交路每小时的开行对数）。经研究论证，在大小交路先确定的情况下是否选择嵌套交路有以下结论：西南交通大学硕士研究生学位论文第２１页①当各交路对数都相同（ｑ＝岛＝ｇ：幺）时，两种方式的运用车数相同；②当大小交路开行比例为１：１时，嵌套交路开型比例不为１：１时，如果要选择嵌套交路，须看嵌套交路中开行对数较少的交路里程是否较长，即开行对数少里程长的则选择嵌套交路：③当大小交路开行比例为１：１３时（ｎ≥２），无论嵌套交路比例如何，大小交路的运用车底数始终较少；④当大小交路开行比例为１３：１时（ｎ＞－２），无论嵌套交路比例如何，嵌套交路的运用车底数始终较少。（３）衔接交路衔接交路是若干长短交路的组合衔接或交错衔接，如图３－４所示。列车只在线路的某一区段内运行、在指定的中间站折返。采用衔接交路可以灵活制定各交路的列车时刻表，从而提高各交路的列车装载率，从而加快列车的周转。图３－４衔接交路示意图该交路适用于两个区段客流量级差较大的长大交路情况。由于长大交路线路里程较长，连接着市区与郊区，市区段与郊区段的客流量数量级差较大，若市区地铁列车直接开到郊区段上会造成列车满载率低，空驶里程较高的问题。因此衔接交路适合在长大线路上采用。（４）共线交路共线交路，是指在客流需求条件下根据线路情况组织的共用一段轨道的交路方式，如上海轨道交通１１号线的Ｙ形运营交路，上海轨道交通３号线和４号线的共线运营交路。（５）环形交路图３．５环形交路示意图环形线路，如图３．５所示，是轨道交通路网基础上提出来的，顾名思义指列车在环形线路上运行的交路，列车无需折返始终向一个方向运行。路网中的中心环线适合采用此种交路。如日本、伦敦、莫斯科都有环形线路，上海４号线环形交路也已经与２００７年底正式运营。西南交通大学硕士研究生学位论文第２２页符合客流的空间分布特征是列车交路方案实施的主要依据，只有在线路各区段断面客流分布不均衡程度较大时，才有必要对常规交路和特殊交路方案进行必选。对列车交路的优化主要是根据客流的分布规律，对常规交路和特殊交路方案进行比选，从而改变传统的单一交路方式，根据客流需求合理配置资源，减少常规交路造成的运能浪费。交路选优时需要考虑的问题包括中间折返站的选择和确定，以及由此带来的对折返线、道岔等设备的要求，要从运营经济性和运营组织复杂性等多个方面综合考虑。３．２．３列车停站设计在传统的城市轨道交通列车停站设计中，一般规定列车须站站停车，但为了提高列车旅行速度和节约乘客出行时间，根据具体线路的客流特点，还可采用其他不同的列车停站方案。列车停站方案和旅行速度有着直接关系，主要有站站停车、跳站停车和快慢车组合运行等方式。１童占站停运行站站停运行指列车在每个车站停车进行上下客作业的运行方式，其运输组织方式和运营管理简单，应用广泛，一般适用于客流比较密集的市区段轨道交通线路。其运行方式如图３－６所示●为列车停车站图３－６站站停车运行方式示意图２跨站停车运行跳站运行指在不另设置避让线条件下列车跳站交错停车、后续列车不超越前车列车的一种短期的、临时的运行方式。ＣＢＡＣＢＡＣＢＡＣＢＡＣＡ势眸◆—弋卜＿叫｝—●卜－—≯—１卜＿—◆—℃卜＿—｝—◆—●）＿—◆１Ｂ努峰◆—＿．卜＿—ｏ—１卜—◆—＿（＞＿—◆——卜—ｏ——卜—◆—＜）＿—●●蝴Ｏ此拈不停图３．７交替跳站方式跳站停车能提高列车的旅行速度，缩短列车的运营效率，减少运营车辆数，但对被跳车站的乘客的服务水平有所下降，线路的通过能力降低，对折返站折返线的数量西南交通大学硕士研究生学位论文第２３页以及折返方式提出更高的要求。跳站运行方式按照组合方式不同或客流特征不同分为以下几类：①按照组合方式：交替跳站方式和快慢车组合方式交替跳站方式指列车有Ａ类车和Ｂ类车两种，车站有Ａ类车站、Ｂ类车站和Ｃ类车站三类，Ａ类车只在Ａ类车站和Ｃ类车站停，Ｂ类车只在Ｂ类车站和Ｃ类车站停，即Ａ类车和Ｂ类车交替跳站，见图３．７。快慢车组合方式指列车有快车和慢车两种，快车为跳站停列车，慢车为站站停列车，两者组合运营，但不发生越行，见图３．８。跳站停歹Ｉ庠◆—＿Ｃ卜－—卜—ｏ—－．卜叫≯—１卜叫了—◆—－（＞＿—◆—弋一站鲜樗歹Ｉ庠◆——卜—◆——◆—１卜—◆——卜—●卜—◆—１卜—◆—－．卜—●●此站停０此糯图３．８快慢结合方式②按客流特征：全线跳站、区间跳站、方向跳站全线跳站指在全线两个方向上都存在跳站：区间跳站指在线路某一端存在跳站，在另一端都为站站停；方向跳站指在上下行的始端或终端存在跳站，如图３－９所示。●卜＿—＿（）＿——◆——●卜＿—＜）＿——◆——●——Ｃ卜—●卜——◆——ｏ——●卜１全线跳Ｉ●叫＞－—＿．Ｉ＿——－＿——３—ｒ●——●——●——●——●——◆——●——●ｒ一一一一一一一一一一１区段跳ｌ．Ｌ一………．Ｊ『●——●卜一—一（＞＿—＿．Ｉ＿——●—Ｌ●——●——●卜—●卜—＿．Ｉ－——◆——●——●ｒ一一一一一一一＿１◆——◆——◆——｜—＿．卜—１卜．—●卜一—●］—●——◆—一＜）＿．．．上行。●——●——●——●卜－—●卜—１卜—一．卜—１卜卜＿．卜—－（）一—．．卜１方向跳。…一…。Ｉ●叫）＿—１卜—一．卜１＿１卜—●卜—１卜—●卜＿—●卜－—●卜—●——●上行ＪＩ●——●一）＿—＿．卜十＿．卜—１卜—１卜—●卜—●——●——●—１Ｌ－……一．．．Ｊ◆此站停。此站不停图３－９按客流特征分的三种跳站方式西南交通大学硕士研究生学位论文第２４页３快慢车组合运行快慢车组合运行指在部分车站设置避让线的条件下开行两种或两种以上不同旅行速度列车，后续列车超越前行列车的一种长期的、永久性的运行方式。快慢车组合运行方式有以下几类：①最高速度相同的快慢车组合运行方式该方案采用相同最高速度的列车，通过停站个数的不同来提高快车的旅行速度，停站个数越少，旅行速度越高，快车越快。快车越行慢车一般发生在车站，因此需在部分车站设置避让线。该方案可为轨道交通线路提供多种不同旅行速度的快慢车服务，以满足不同乘客的出行需求，见图３．１０。／特快车◆—℃卜＿＜）一—ｏ—－Ｃ卜叫≯—Ｃ卜＿－（）＿—ｏ—℃卜＿＜＞—０１１曼车◆——卜—●卜一—◆——卜—●卜．—●——Ｉ＿—１卜＿—◆——卜—１卜．—●●此站睁０此椭图３．１０最高速度相同的快慢车组合运行方式②最高速度不同的快慢车组合运行方式该方案的快车一般为最高运行速度较大的列车，慢车为最高运行速度较小的列车，快车在中间停站个数较少或一站不停，慢车一般是站站停。快车越行慢车一般发生在车站，因此需在部分车站设置避让线。该方案由于采用两种不同最高运行速度的列车，快车与慢车的旅行速度相差较大，有利于节省长距离出行乘客的乘车时间，可在郊区至市区、市中心至机场的长距离线路中采用，见图３．１１。快－车（高速）◆—＿Ｃ卜－—》—Ｃ卜＿—≯—℃卜—》—Ｃ卜—＞—ｏ—＿＜）＿—０１慢车（彳隧）◆—－．卜—◆——｝—＿．卜—◆——｜—１卜＿—◆—１卜—●——｜１●此站停０此站不停图３－１１最高速度不同的快慢车组合运行方式⑧设快车专用线的快慢车组合运行方式该方案的快车和慢车在各自专用线上分别独立运行，快车可在线路的任何位置越行慢车，无需另设避让线。该方案快车与慢车之间无干扰，运行组织灵活，提高了乘客的出行效率，但在前期规划和建设时需要在全线增设第三条轨道和第四条轨道，建设成本较高。西南交通大学硕士研究生学位论文第２５页第４章车辆编组和行车间隔的优化研究通过第二章的介绍，我们了解了客流的时空分布情况，而客流是城市轨道交通运营组织的基础和依据，因此我ｆ门有必要根据客流的时空分布不均衡的特点，对轨道交通的运营组织方式展开讨论。在此基础上，充分考虑系统的设备能力，站在节约运能，降低运营成本的角度建立优化模型，提高运营效率。本章主要研究车辆编组方案和行车间隔的优化。‘４．１运营组织方法分析４．１．１基于不同客流特征的运营组织方法１客流时间分布不均衡的运营组织通过第二章的介绍，我们了解了客流的时空分布情况，而在一些里程较短的初期线路，其客流的时间分布不均衡情况较空间分布不均衡更为突出，因此，有必要针对客流的时间分布不均衡情况进行分析，进而对其运营组织进行优化。针对客流时间不均衡情况的优化主要表现为根据全天客流变化情况，对列车编组辆数和行车间隔进行优化。为避免根据全天客流高峰时段编组列车造成的平峰时段列车空载严重，一般采取以下两种措施【矧：①全天客流高峰过后的其他时段，减小车辆对数，增大行车间隔，但这会造成旅客等待时间过长，造成运营服务水平的降低，不利于吸引客流，从长远发展来看，考虑到大部分乘客的现实利益，行车间隔时间应分时段确定，高峰期较小，平峰期可以相应增大，但最终确定的行车间隔时间应不超过ｌＯｍｉｎ为宜。②在非高峰时段开行小编组列车，高峰时段进行小编组“合二为一，，，从减小车底运用成本的角度，这种方式可充分保证行车间隔时间不会过长，减少乘客的等待时间，但是这种方式会因为大小编组间列车的重组，给设备系统及维修带来考验。２客流空间分布不均衡的运营组织客流的空间分布不均衡，在线路上具体表现为上下行方向客流的不均衡和区间断面客流分布不均衡，第二章已经探讨过各个不均衡系数的计算方法，分别针对方向不均衡和断面不均衡情况加以说明：①对线路客流分布方向不均衡指数ａｄ较大的线路（一般为口≥１．２时），直线线路上，经济合理地配备运力比较困难，无法避免断面客流量较小方向因车辆满载率过低而引起的运能闲置；但在环形的轨道线路上，可以将上行和下行线路安排不同的运力措施，避免断面客流量较小方向的运能浪费。西南交通大学硕士研究生学位论文第２６页②对断面不均衡系数Ⅸｈ较大的线路（一般为％≥１．５时），一般采取的措施为，在客流量大的区段加开区段列车，即采用长短交路结合的行车组织方案。但随着行车密度的增加，此方案对运营组织和车站的折返设备要求较高∞１。４．１．２行车间隔时间的确定行车间隔时间是指相邻两列车向同一方向发车的最小间隔时间，它是一个综合性指标。行车间隔时间与轨道系统运输能力成反比，行车间隔时间越短，每小时所能通过的列车数就越多，其所需车辆数量也就越多，而轨道的运输能力也就越大。行车间隔时间的确定，取决于信号系统、车辆性能、折返能力、停站时间等诸多因素，最小行车间隔时间是列车开行间隔的最主要的影响因素。线路的设备和行车作业水平不同，列车在任意ｋ时段的开行间隔不能小于保证线路运行安全作业的行车间隔时间‰嗍，即：吃≥‰（‰＝ｍａｘ｛樱，群，磴｝）式中：磕，——区间最小行车间隔时间（４．１）群——车站最小行车间隔时间：群——折返站最小折返间隔时间。在对行车间隔进行优化之前，必须先确定线路、区间和车站等设备条件下，能够达到的最小行车间隔，根据限定的最小行车间隔，再进一步根据客流情况对全天行车间隔时间进行优化。为了减少乘客的等待时间，也为了进一步吸引客流，城市轨道交通应该尽量组织小编组、小间隔行车，所以必须努力降低系统的最小行车间隔，这要求轨道交通系统在规划建设期，就要充分考虑未来可能出现的客流及设备运用情况，减小最小行车间隔给运营组织带来的限制。我国城市快速轨道交通工程项目建设标准规定，每条线路远期设计最大通过能力，在全封闭型路段为３０对／ｈ，行车间隔为２ｒａｉｎ，近年来列车运行普遍采用ＡＴＣ系统，最小行车间隔时间可以达到７５．９０ｓｔｌ０１。在编制全日行车计划时，首先根据已知的预测客流量计算出全日编组列车数，根据编组辆数计算出各个时段的行车间隔。由于全天客流量在时间上分布有很大不同，计算出的行车间隔时间存在很大差异，高峰时段较小，平峰和其他时段相对较大。在保证最小行车间隔的情况下，为满足高峰期的巨大客流量，应该尽量减小该时段的行车间隔，而平峰期和其他时段客流量相对较小，为提高车辆满载率，可适当增大该时段的行车间隔。但如果行车间隔过大，则会增加乘客候车时间，不利于轨道交通吸引客流，因此，为了既方便乘客，又提高运营企业的服务水平和效率，最终确定的高峰时段的行车间隔不宜大于６ｒａｉｎ，其他时段则不宜大于１０ｒａｉｎ。西南交通大学硕士研究生学位论文第２７页４．２优化模型从上文的研究来看，根据客流的时间分布特征制定轨道交通运营组织方案，可以遵循一定的规律。为了节省运营成本、缩短候车时间、提高运营效率等，需要优化传统的单一的运营方式，根据客流的时间分布特征，针对全日客流随时间分布情况，分高峰期、平峰期和低谷期等几个时段，对列车编组和行车间隔时间进行优化。轨道交通之所以具有较强的吸引力，是因为载客量大、舒适度高、速度快。轨道交通运营企业所需要的，是保持这些优势的同时，增加企业收益，提高运营效率。我们通过分析可以发现，运营企业的运营收益取决于两个方面，一是运营满足客流的情况下，编组车辆数最少；二是全天运营时段内票价总收入最高。而在满足一定服务水平的条件下，列车编组车辆数是影响运营企业效益的重要环节，所以本节研究的主要内容是，根据客流随时间分布不均衡的特点，编组合理的车辆数，设置相应的行车间隔时间，达到企业收益最大化，运营服务满意度较高的目的。研究的主要目的是对全天的车辆编组辆数和行车间隔时间进行优化。对车辆编组和行车间隔的优化的目标是考虑运营企业效益的同时，保证乘客的利益。因此以车辆编组数和行车间隔时间为变量，建立一个多目标规划模型。４．２．１模型假设影响车辆编组的因素较多，需要分析轨道交通线路的特点、根据客流需要等很多因素来考虑，会产生一些可变因素不好确定，因此建立模型前必须对这些可变的值加以预先约定，概括和简化实际情况。本文建立模型前，作如下假设：（１）编制全日行车计划时，依客流变化将全日划分为几个时段，如高峰时段、次高峰时段、高平峰时段、低平峰时段和低谷时段，各时段内的运营组织方法一致；（２）各车站客流到达分布情况在无限小的时间段内符合正态分布，为此我们假设在各计算时段内各车站的旅客均匀到达车站；（３）同一时段内，列车发车间隔相同；（４）各时段内乘客可以忍受的候车时间为定值，超过该候车时间的情况下，乘客会产生不满。根据交通调查中的数据，早高峰时段乘客可以耐受的等待时间不大于６ｍｉｎ，其它时段不超过ｌＯｍｉｍ（５）假设区间内列车匀速运行，且途中未发生突发情况；（６）达到较高服务水平，乘客没有滞留情况：（７）线路上车辆选型和列车编组辆数固定，列车标准荷载和列车最大容量为定值：车辆载客量小于最大载客量。２、变量及符号说明西南交通大学硕士研究生学位论文第２８页ｎ——全日划分时段数；ｉ——车站号，ｉ＝（１，２，…１３１），共ｍ个车站；丑，——ｊ时段ｉ站到ｉ＋１站的区段客流密度，单位人／ｒａｉｎ；７，——列车在．ｊ时段的行车间隔，单位ｍｉｎ；ｈ．——乘客在Ｊ时段的可以耐受的最大等待时间；Ｃ——选用某种特定编组方式下，列车的标准载客人数；Ｒ——人公里票价，单位元／人／ｋｍ；Ｐ——人公里运营成本，单位元／人／ｋｍ；口，∥——分别为利润率和税费率。４．２．２模型的建立模型中企业利益表现为两方面，一是用最低的运营成本满足特定客流量，二是全．天企业收益最大。就这两方面建立目标函数，第一个目标为车辆满载率最高，即供求的最佳匹配，只有在这种情况下，才能最大限度降低企业运营成本。目标函数中表现为所有运营时段内，车内人员和列车定额人数之间差的平方和最小；第二个目标是运营企业在全天运营时段内，总票价收入最高，目标函数中用总票价收入和总运营成本比来表示。模型中乘客利益也表现为两方面，一是车内拥挤程度不能太高，二是等待时间不能过长，这两方面作为约束条件对目标函数进行约束。。企业利益和乘客利益部分相互冲突，如满载率过高，就会造成车厢拥挤，考虑到轨道交通的运营特点，模型为保证冲突程度最小，假设乘客在＿定拥挤范围可以承受。全天每个时段乘客能忍受的最大候车时间不同，根据调查数据确定，早高峰期乘客能耐受的最大候车时间是６ｒａｉｎ，其他时段为１０ｍｉｎ。目标函数Ｉ的建立思路：以供求最佳匹配为目标，即车内实载人数与车厢定额人数最为接近。在模型中可用差的平方和表示，即车内实载人数相对于车厢定额人数的偏离程度最小。由此，ｚｌ＝ｙ（ｓ—ｃ）２。●＿ｌ式中：Ｓ——车内实载人数；Ｃ——列车定额人数。Ｚ１的量纲为人的平方，即人２。目标函数ＩＩ的建立思路：在计算时段内，使运营企业的效益最大，模型中表达为运营企业的收益成本比最大。ｚ’为无量纲函数。由以上分析，列出目标函数Ｉ和目标函数ＩＩ的表达式如下：西南交通大学硕士研究生学位论文第２９页目标Ｉｍｉｎｚ，＝∑∑（‘气－ｃ）２（４－２）ｔ－ＩＪ。ｌ∑∑九‘尺目标ＩＩｍａｘＺ，等三Ｌ士一（４．３）’ｎＣＰ目标函数Ｉ的意思是与采用一定编组方式时，车内人数与列车标准载客的差的平方和最小，其目的是在保证旅客乘车舒适度的同时，提高车辆满载率，这样车内既不?会过于拥挤，也不会造成运能过大浪费，兼顾了乘客和企业的利益。其中，‘＝，，丑，表示各区间第ｊ计算时段的平均车载人数。由假设条件可知，各时间段内车载人数相同，因此供求匹配可以简化为各时段各车匹配状态的总和，这样求解问题的关键可以转化为各计算时段内各车站区间在不同行车间隔条件下的断面客流量问题。、其中，各区间断面客流密度丑，可由下式（４．４）求得：Ｆｎ冗，＝兰￡卫９（４．４）２ｊ‘式中，Ｑ，——第Ｊ计算时段内，站点ｉ至站点ｉ＋ｌ区间各小时客流量；ｚ——第ｊ计算时段的时长。目标函数ＩＩ的意思是运营企业的收益成本比最大，该目标保证了企业利益的最大化，是运营企业最终追求的目标。这里的运营收入主要为票价收入，成本包括运营支出、车辆折旧费等，模型中票价用人公里票价表示，成本用人公里运营成本表示。其中，按照轨道交通票价制定的原则，人公里票价＝人公里运营成本，Ｉｃ（１＋利润率＋税费率），即Ｒ＝尸×（１＋口＋∥）（４．５）约束条件：‘Ｉｍａｘ（Ｉｊ乃，）≤１．３２Ｃ眠｛（４．６）【ｌｏ＜ｔ＜哆５Ｃｓｃ．雌约束条件１的含义是车内实载人数不能超过列车最大载客人数，这里列车最大载客人数定为列车定额人数的１．３２倍，即满载率为１３２％１２１】，反映了车内乘客的舒适性指标，避免车内过度拥挤，保证了一定的服务水平；约束条件２的含义是乘客在ｊ时段的等待时间不应超过乘客在该时段的耐受时间；约束条件３中Ｃ为列车编组后的列车载客量，对应可行的列车编组方案。约束条件１和约束条件２的设置，保证了一定的服务水平，不会造成车内过度拥挤，或者乘客候车时间过长。约束条件３的设置是在轨道交通的线路特点的基础上，满足车辆选型的条件。通常根据轨道交通的不同类别，选用不同的车辆选型。综上所述，该优化模型结合了轨道交通运营特点，充分考虑了城市轨道交通各方参与者的利益，具有很强的实用性。?西南交通大学硕士研究生学位论文第３０页４．２．３模型算法探讨多目标规划的模糊最优解：一般情况下，多个目标函数不可能同时达到最优解，只能求得使各个目标函数都比较“满意＂的模糊最优解，下面给出一种多目标规划的模糊最优解的获取方法【１１】【２３１。首先求出每一个目标函数在约束条件下的最优值ｚｉ（ｉ＝ｌ，２），在此基础上给出反映各目标函数重要性的伸缩指标Ｐｉ卸，并做出相应的模糊目标集Ｇ。，其隶属函数可定义为：ｆ??ｏＧ（ｘ）＝｛１－（ｚｉ－ｚ，）／ｐ，【１刁＜彳－ｐ，Ｚ－ｐ，≤ｚ，≤Ｚ刁＞刁（４—７）ｌ令Ｇ＝ｎｑ?ｂ＝ｌＡ为满足约束条件的可行解集，接下来根据最大隶属度原则，求出ｘ’，使得＋Ｇ（ｘ’）＝ｍ，。ａ。ｘ｛Ｇ（ｘ）），它等价于以下线性规划问题：ｍａｘｇ＝允（４－８）Ｉ１一（刁一刁）／只≥旯ｓＪ．｛■≤０旯≥０（４—９）【更重要，可以适当缩小伸缩变量只。式中，刁为原问题各目标函数的值，勺≤０为原问题的约束条件。如果认为目标刁４．３实例分析为了验证上文提出的行车组织优化方法，利用某城市地铁２号线路。２号线路基本运营情况：Ａ站为起始站，Ｍ站为终点站，途经１２个车站。列车采用６辆编组方案，列车运行最小间隔为２ｒａｉｎ。通过２号线路历史数据，对客流数据进行预测，得到该线路的预测客流数据，并计算其各个参数，利用上述讨论运营组织优化模型，对２号线路的车辆编组和行车间隔时间进行优化，以下是２号线得到的目标年预测客流数据。西南交通大学硕士研究生学位论文第３１页表４．１２号线目标年预测客流数据表断面流量上行上行车站下行下行断面流量上客数下客数下客数上客数０３５６０Ａ０３３２ｌ３３２１３５６０３７９０３６５６Ｂ９６１３４５７６２２８３３４０４０６４５４３９Ｃ３４５７８３５６１０７６５４３５０６４２１１７０８９Ｄ６９０５１７５００２２３６７１６８３４５７８９１３６５０Ｅ９６７８１８５９６３１６６３２５６７０１０８６４１８５２３Ｆ１１２４６１９７７５３８０３７３４８００１２５７９１７８２３Ｇ１１２４５１９５６３２４９８０３９６９０１６５４３１６ｌ１２Ｈ１８００９１７４５６５０３４２４００８７１５４３７１５０５１Ｉ１５８９８１３４５０４３６２１４０９０３１７８９０９２５９Ｊ１７４６３６５７３３３０１７３２００５１８４３２５６５７Ｋ１８８７６５４０９１９１２５１９２３０１９２３００Ｍ１９１２５０４．３．１客流分析通过全日客流量表，下面计算其不均衡系数，分别从时间和空间两个方面对其进行计算。根据客流随时间分布量，可以画出客流随时间分布图，可以看出客流时间分布呈现明显的双峰型特征，见图４－１。图４．２２号线目标年客流随时间分布表时间段５６７８９１０１１１２１３上车１６７９３６９３４５７３４３１０３０１３１３８９１１２５１８７４１５１２客流量时间段１４１５１６１７１８１９２０２１２２上车１９８０２４５７２６９０４５６８３４５０２５９３１２４５１１７８１３４９客流量西南交通大学硕士研究生学位论文１４．００％第３２页１２．００＿１０．００＿８．ＯＯ％６．００＿．量．００＿２．００＿０．００＿峙毋‘毋，、ｐ龟ｐ嚆９，◆毋，Ｓ一◆毋÷毋ｊｐ≤夺◇ｐ枣妒母毋夺毋痧ｐｐ妒图４．１２号线客流随时间分布图（１）从客流分布看属于双峰型，对其时间分布不均衡系数进行计算，见表４．３。表４．３客流时间不均衡系数计算计算公式厶。（人／１１）Ｏｔｔ；ｋ／∑４Ｉｈ４８３１２１３５５：００—－２２：００∑４／五（ｈ／ｈ）运营时间（ｈ）口ｆ２．２６客流时间分布不均衡系数为２．２６，客流分布呈双向峰型，所以编制全日行车计划时，应当考虑时间不均衡性。（２）计算客流在方向上的不均衡系数％，其计算过程及结果见表４－４。表４－４客流方向不均衡系数计算计算公式Ａｄ（人／ｈ）％＝２Ａｄ／（Ａａ＋４）１３８９０１３２１６１．０２４（人／ｈ）口ｄ从上表可以看出，客流在方向上分布较为均衡，在编制全日行车计划时，可以将双向的行车计划编制基本相同。西南交通大学硕士研究生学位论文第３３页（３）计算空间分布不均衡系数由基础数据可以看出，客流密集分布在Ｄ站和Ｍ站之间，即主要分布在Ｄ站到Ｍ站的９个站之间，可以得知客流在空间分布上不均衡，其不均衡系数的计算过程和结果见表４．５。表４．５客流断面不均衡系数的计算计算公式％＝帆戤／∑４上行下行厶。（Ａ／ｈ）４１５０４４８１２７罗４／ｎ（ｈＰａ）２１８９７２４５６２Ｊｒ一‘ａｈ１．９１．９６由上表可以看出，客流在空间上的不均衡系数较大，如果采用全线单一的交路方式，必然会造成运能的浪费，会出现从Ａ站到Ｄ站的车辆满载率过低，所以从客流数据的分析来看，该线路运行交路方式有必要进行优化。４．３．２模型的应用计算过程１参数取值线路首班车５：００发车，末班车２３：００收车：根据客流大小整个运营过程可以被分为５个时段，分别为高峰时段（７：００＂－－９：００、１７：００－～１９：００）、次高峰（９：００＂－＇－－１０：００、１６：００＂－－１７：００）、高平峰（１０：００＂－－１２：００、１４：００＂－１６：００）、低平峰（６：００＂－－７：００、１２：００＂－－１４：００、１９：００＂－－２１：００）、低谷（５：００＂－－＇６：００、２１：００＂２３：００），取ｎ－－５，线路站点数ｍ－－１２。规定乘客可耐受的候车时间为，高峰时段为４ｍｉｎ，低谷时段为１０ｍｉｎ，其他时段为６ｍｉｎ．已知车辆的最大载客量限制为３２８０，最小载客量限制为１２４０，假定运营企业利润率和税费率分别为２０％和５％，将上述参数和线路预测断面客流量值代入行车间隔优化模型，可得到模型计算如下：’２模型计算目标函数Ｉｍｉｎｚｌ＝２７８４３２．５７１１２＋８５９４．９３１５２＋５６４８．１６１ｓ２＋４５０５．６２１３２＋５２８．９６１４２＋６３９．０５厶２－７１４．６５１ｌＣ一５２６．９８１２Ｃ一３６４．５２ＩＳＣ－２９８．４２１＋Ｃ一９８．２２１５２Ｃ＋２２Ｃ２目标函数ＩＩｍａＸ…．Ｚ．＝－＿＿—＿－——＿三一＿?－＿＿＿－－－－——＿—＿－————－＿——二—?＿－?－??————－—－————＿－二５２８．１５‘＋３９６．３２１５＋２３６．９４厶＋１９６．３７／，＋８２．３１厶１２９３．７正≤１．３２Ｃ１０２１．３９≤１．３２Ｃ７８６．５６≤１．３２Ｃ４５３．８≤１．３２Ｃ约束条件：ｓ，．１３４．６２≤１．３２Ｃ２≤‘，厶≤４２ｓ１３，１４Ｓ６２≤Ｌ≤１０１２４０≤Ｃ≤３２８０模型的求解运用了非线性规划专业软件ｌｉｎ９０９．０，在约束条件下，目标函数Ｉ的最优解为：厶：２．６，厶＝３．２，厶＝４．７，Ｌ＝５．４，厶＝８．２，Ｃ＝１７９０，ｚｌ’＝６９５８３７６，ｚ２。３０。在约束条件下，目标函数ＩＩ的最优解为：厶＝２．９，厶＝３．８，厶＝５．３，厶＝６．６，厶２９．１，Ｃ＝２３６０，ｚｌ＝１２４６４５５２，ｚ：＝２１ｏ根据上文讨论的多目标函数的算法，同时考虑两个目标，合理的方案是使毛∈（６９５８３７６．１２４６４５５２），磊∈（２１，３０），可取伸缩性指标Ａ＝１２４６４５５２—６９５８３７６＝５５０６１７６，／＇２＝３０．２１－－９，这时两个模糊目标集Ｇｌ，Ｇ２的隶属函数分别为ｆ【０毛＞１２４６４５５２６９５８３７６＜毛＜１２４６４５５２互＜６９５８３７６ｚ２＞３０Ｇｊ（厶，厶，厶，厶，厶．ｃ）＝｛１一（６９５８３７６一毛）／５５０６１７６１Ｇ２（厶，Ｌ，厶，厶，厶．ｃ）＝｛ｌ一（２１一ｚ２）１９ｆ【ｏ２１＜五≤３０乞＜２１ｌｕ＾２ｕｌ／１＾／’ｌＩｕ２，等价于求解如下线性规划问题：目标函数ｍａｘｇ＝Ａｆ１－（６９５８３７６－而）／５５０６１７６≥Ａ盯．１．Ｉｌ一（２１一ｚ２）／９≥力ｓ，≤０【太。该规划的最优解为‘＝２．６，厶＝３．４，Ｌ＝４．７，Ｌ＝６．５，Ｌ２９．０，Ｃ２１９２０。因此在这条线路上，要选择载客量接近１９２０的标准，因此采用６辆编组形式。可以计算高峰、次高峰、高平峰、低平峰、低谷等５个时间段的行车间隔分别为２．６ｒａｉｎ，３．４ｍｉｎ。４．７ｍｉｎ，６．５ｍｉｎ，９ｒａｉｎ。西南交通大学硕士研究生学位论文第３５页３优化后的运营方案以上对目标年客流预测数据分析的基础上，可知客流密集分布在Ｄ和Ｍ站之间，经过计算得知客流在空间分布的不均衡系数较大，如果全线采用单一的编组方式，则会造成Ａ站到Ｄ站满载率过低，造成运能浪费，因此提出在早高峰及次高峰时段，采用大小交路的运行方式，大交路为Ａ站至Ｍ站，小交路为Ｄ站至Ｍ站，其余时段采用单一长交路运行方式。对以上各项指标分析计算后，可以根据计算结果进行优化，提出一套合理的编组数和行车间隔运营方案如下：（１）全线列车采用６辆编组形式。（２）行车间隔时间，高峰期２．６ｒａｉｎ，次高峰期３．４ｍｉｎ，高平峰期４．７ｍｉｎ，低平峰期６．５ｍｉｎ，低谷期９ｍｉｎ。西南交通大学硕士研究生学位论文第３６页第５章轨道交通列车开行方案的优化研究我国城市轨道交通的列车开行方案大多采用单一交路、站站停车方案。随着既有线轨道交通线路的延伸和城市轨道交通网络的形成，列车运行组织面临着新的问题和挑战。在线路各区段客流相差悬殊时，如何根据现有的客流、设备条件，采用合理的列车交路计划和停站方案，是本章着重研究的问题。５．１列车交路计划的研究在轨道交通线路上，各个区段客流量分布不均衡，尤其是长距离线路中，客流在各区间的分布不均衡情况尤为明显。在这种情况下采用合理的多交路安排运营，可以提高运营效率，节约运营成本，为运营企业提高经济效益。下面分几个方面介绍多交路运营的可行性：５．１．１交路方式的确定只有在线路各区段断面客流分布不均衡程度较大时，才有必要研究设置多交路运营组织。一般而言，在线路客流断面客流分布为单向递减型时，可选用嵌套交路（ａ）或衔接交路（ａ）：在线路断面客流分布为先增后减型（凸型）时，可选用嵌套交路方案（ｂ）或衔接交路方案（ｂ）。见下图（ａ）（ｂ）图５－１嵌套交路示意图西南交通大学硕士研究生学位论文第３７页（ａ）（ｂ）图５－２衔接交路示意图线路各区段断面客流分布不均衡，仅仅是多交路运营组织的必要条件而非充分条件，还需进一步从乘客服务水平和运营经济性两个主要方面，进一步确定使用多交路方案的可行性。以东京地铁３号线银座线为例，银座线全长１４．３ｋｍ，全线位于东京都内，连接台东区的浅草站和涉谷区的涉谷站。从走向上看，银座线在东京都内南北贯穿中心城区后分别南端向西、北段向东延伸。从地理位置上看，线路可分为中心区段（涉谷一上野）和近郊区段（上野一浅草）。在中心区，银座线途径日本桥、银座、新桥、赤坂、青山、涉谷等商业街，客运需求大，２００８年全线日均客运量１０７．３万人【３３】。银座线早高峰的多交路运营组织形式，如图５－３所示。涉上谷野浅站站草站图５．３东京地铁银座线（３号线）早高峰交路示意图根据线路客流统计数据，涉谷一上野段，平均高峰小时断面客流量超过２万人，其中赤坂见附一溜池山王区间的断面流量达到３０６８２人：上野一浅草段，平均高峰小时断面流量为１．２－１．４万人。相应地，早高峰时段，涉谷一上野区段开行短交路，发车间隔６ｍｉｎ，高峰小时发车ｌＯ对；全线开行长交路，平均发车间隔３ｍｉｎ，高峰小时发车２０对。从而，使短交路的高峰小时列车开行对数达到３０对，平均追踪间隔２ｍｉｎ，小时断面运输能力为１８２４０西南交通大学硕士研究生学位论文第３８页人：上野一浅草段高峰小时列车开行对数达到２０对，平均追踪间隔３ｒａｉｎ，小时断面运输能力为１２１６０人。银座线的运营数据表明，全线断面客流分布不均衡，当高峰小时某区段断面客流超过２万人时，而其他区段的客流低于１．５万人时，可考虑在该段独立设置短交路，与全线的长交路结合运营。５．１．２中间折返站的选择多交路运营组织的复杂性，集中体现在短交路中间折返站的选择上。一般而言，从运营组织经济性考虑，中间折返站应选择在断面客流出现明显落差的车站。其计算式如下ｆ蚓Ｄ＝［（１００％一丑）＋（２００％一罡）】／２（５－１）式中：只——指车站下行方向两端区间断面客流比，％；只——指车站上行方向两端区间断面客流比，％。Ｄ与置、最的函数关系，如下图所示。０．５０．５．图５－４断面客流落差函数关系图西南交通大学硕士研究生学位论文第３９页显然，Ｄ值越大，对应车站的断面客流落差也越大。从东京地铁银座线的经验数据可知，当Ｄ≥７５％时，可考虑以该站为中间折返站设置短交路，从而提高短交路的运能和车底运用，提高经济效益。然而，Ｄ值的增大往往伴随着该站乘降客流量的增大。这类车站往往是沿线最主要的乘客集散点，到发客流量巨大（远超过上游和下游的各站），如果设为中间折返站将加剧该站的负荷，容易造成乘客上下车、进出站的延误，进而影响列车站停时间，严重时会导致到发晚点，会降低运营效益和社会经济效益。因此，当Ｄ值超过１００％时，可以考虑将折返站设于该站的下游车站。此外，列车进入折返线作业是不允许带客的，因此，在选择中间折返站的位置时，必须考虑站停清客时间对列车开行方案的影响。一般地，可以考虑将其选择在断面客流出现明显落差的前方车站，以降低车站的负荷程度，同时缩短站停清客时间和折返出发时间间隔。５．１．３多交路方案对乘客服务水平的影响分析与普通交路相比，采用嵌套交路时，由于短交路占用的列车数和运行区间，在开行列车对数总量不变（列车追踪时间固定）的情况下，部分乘坐长交路列车的乘客的候车时间将增加。与嵌套交路相比，采用衔接交路时，跨交路（区段）出行的乘客需要换乘，由此增加全程的旅行时间。总之，从乘客服务水平的角度看，无论是嵌套交路还是衔接交路，都会从不同方面增加乘客的出行时间，从而降低服务水平。对于采用短交路的线路而言，乘坐长交路列车或跨区段出行旅客的数量占全线旅客的比例越高，服务水平降低的程度越高。因此，必须做好开行全线各区间分断点的客流分析与预测，确保长交路或跨区段乘客的比例在合理的范围。此外，从运营组织的角度，对该问题的解决方法有以下两种：①针对长交路列车的乘客候车时间延长和跨交路的乘客增加换乘时间的情况，往往在长交路开行快车，以缩短长距离区间的运行时间；而在短交路则仍开行慢车，适应沿线的客流需求。②针对跨交路出行的乘客换乘时间增加的情况，往往通过优化设计换乘组织，来大幅度地缩短旅客的换乘走行时间和候车时间。５．２列车停站方案的优化通过第三章对列车停站方案的分析，对于客流断面不均衡系数较大的超长线路，可以通过优化列车的停站方案，来提高列车的旅行速度，节约运能，为出行的长途旅西南交通大学硕士研究生学位论文第４０页客节约时间，提高轨道交通的运营服务质量。在传统的城市轨道交通列车停站方案中，一般为站站停，这必然会降低列车的运行速度，这对于客流断面不均衡的线路，如果其中某几个车站有较大的客流乘降量，而站站停的列车车速过慢，必然会造成大部分旅客等待时间过长，导致整体服务水平的下降。为了扭转这种局面，进而吸引更多的客流，很有必要对列车停站方案进行优化。５．２．１。停站方案的优缺点分析要对停站方案进行优化，就是改变传统的站站停方案，采用非站站停的停车方案。因此就有必要对两种方案的优缺点进行分析。与传统的站站停方案相比，非站站停方案明显的特点是列车的停站次数减少了，这就对乘客造成两方面的影响：从车上乘客的角度看，停站次数减少，意味着减少了出行中途停留时间，提高了旅行速度，对其而言节省了总出行时间，提高了服务质量和运输效益。从车外乘客的角度看，尤其是在被跨越车站等车的乘客，意味着等待时间增加，运营服务质量降低。而对运营企业来说，总停站次数减少，可以提高总运营速度，减少平均运营时间，‘有利于压缩列车的周转时间，从而减少车辆运用，降低运营成本。下面站在乘客（Ｐ）和运营企业（Ｏ）两方面，对非站站停方案的优点和缺点进行分析，“＋’’表示优点，“一＂表示缺点。如图５．５所示。动车组非站站停的停车方案减少停站数量＋缩短停站数量多的车站的发车间隔．卫笨增加不停站车站的不是所有的车站发车间隔都能直达土￡减少部分缩短部分加乘客的候乘客的乘次数车时间空时间忑未知瓜由际南际采赢梦⑨Ｑ蛰审ｑｌＰ０ＰＩＰＩ减少出行时间ＩＩ减少列车数量ｌＩ增加出行时间ｌｌ增加出行复杂性图５－５非站站停的停车方案与传统站站停方案相比的优缺点分析西南交通大学硕士研究生学位论文第４１页在此基础上就停站方案的优化展开分析，以开行快慢车结合的运行方案为例，快车跳站停车，一般而言只在某些客流量大的车站停车，而慢车站站停车，以此减少长途旅客的旅行时间，提高运营服务水平。快慢车结合的停站方案如图５－６所示：◆—－．卜—◆——卜—１卜—◆——｜—＿．卜—◆——－卜—１卜—◆１●燃０此站不停图５－６快慢车结合的跳站停方案示意图５．２．２停站方案的优化目标确定合理的停站方案，首先要明确停站方案的优化目标。对城市轨道交通系统而言，停站方案必须能提高总体的运营效率，包括两个方面：停站方案变化时，乘客所变化的出行时间，和运营企业所变化的车底费用消耗，都会影响城市轨道交通系统的运营效率。因此确定该停站方案优化模型的目标为：目标函数Ｉ：采用该停站方案后，乘客所节省的出行时间最大，表现为乘坐快车乘客所节约的总时间和乘坐慢车乘客所损失的总时间之差最大：目标函数ＩＩ：采用该停站方案后，运营公司的列车消耗费用节省最多。列车消耗费用等于单车运营成本、列车数量和运行公里的乘积，这里用列车消耗费用的变化量来表示。单向运营所需的列车数与运营时段单向开行的最大列车次数、列车的运营速度等有关，如下式Ｎ＝％蕾。‰车／６０（５－２）Ⅳ——运营所需的列车数，列，，运蕾——运营时段内平均一小时开行的列车次数，与运营时段长度名蕾、列车发车间隔ｈ有关，如下式所示：％蕾＝％蕾／ｈ（５?３）‰车——列车往返一次的运营周期，ｍｉｎ，包括列车在区间的运行时间，运和列车在中间站的停留时间ｋ，如下式所示：蜀车＝∑‰＋∑≮（５－－４）西南交通大学硕士研究生学位论文第４２页考虑到列车在区间的运行时间不受停站方案的影响，在相同的运营时段内，列车数量的变化与列车在中间站总停留时间的变化相关。用下式来计算企业运营成本的变化。ｚ２＝Ｆ?△Ⅳ心，’蠢．△（∑ｋ）?Ｌ（５－５）式中，Ｚ，——采用非站站停的停站方案列车消耗费用的变化，元；ＡⅣ——采用非站站停方案与传统站停方案列车数量的变化；Ｆ——单位列车的消耗费用，元／Ｎ公里；三——列车运行距离，公里。５．２．３模型建立１模型假设影响停站方案选优的因素较多，为了对问题进行简化，模型做如下假设：①将营运时间分为若干个时段，同一时段客流量稳定；②同一时段采用相同的运营方案；③输送能力能满足客运需求；④快车只有一种停车方案，在每个时间段内慢车至少开行一列，停车方案在确定后不会改变；⑤乘客如果可以乘坐快车直达，则不会乘坐慢车；而乘客位于快车不直达的两站间时，不会先乘坐快车，再转乘慢车。⑥列车对数没有增加。２模型中各变量描述Ｎ．一线路车站数；Ｔ－一营运时间段数，ｔ＝ｌ，２，…，Ｔ：而，——第ｔ时间段内，从ｉ站到ｊ站的乘客人数；，：——快车在ｉ站停车与否，停车取１，不停车取０；脚，——快车ｉ站不停车时，车上平均每位乘客由此所节约的时间；啊——快车ｉ站不停车时，ｉ站上平均每位乘客由此所损失的等待时间；ａｔ，６．——第ｔ时间段内，分别开行快车和慢车的对数；ｇ，——不开行快车时，ｔ时段内的运营车对数。ｒ站，——表示列车在ｉ站的停留时间；ｈ，九——分别表示列车的发车间隔和追踪间隔：ｃ——列车的额定载客量。