胡興麗，龍 訊，鄒 雄

(重慶公共運(yùn)輸職業(yè)學(xué)院 運(yùn)輸貿(mào)易系，重慶 400247)

引言

隨著城市軌道交通建設(shè)進(jìn)程的加快，城市內(nèi)的軌道交通運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路增加，線(xiàn)路間逐步成網(wǎng)，城市軌道交通進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)時(shí)代[1]。在網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行條件下，乘客出行更加便捷，城軌客流量日益增加，進(jìn)而出現(xiàn)客流分布不均衡，客流需求與運(yùn)力協(xié)調(diào)匹配難度大等問(wèn)題，在早晚高峰時(shí)段更加突出。換乘站是城市軌道交通的樞紐[2]，換乘站里客流相對(duì)更復(fù)雜，包括進(jìn)站客流、出站客流及換乘客流，客流組織的好壞將影響到整個(gè)車(chē)站的運(yùn)營(yíng)效率。為緩解供需矛盾，保證城市軌道交通運(yùn)營(yíng)安全，提高服務(wù)效率，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)客流特征進(jìn)行分析[3]，研究在網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)條件下?lián)Q乘站客流的協(xié)同控制問(wèn)題，避免大客流可能產(chǎn)生的擁擠、踩踏等安全隱患，實(shí)現(xiàn)科學(xué)的客流組織作業(yè)，提高城市軌道交通系統(tǒng)服務(wù)水平[4]。

1 城市軌道交通車(chē)站網(wǎng)絡(luò)客流特征分析

當(dāng)城市軌道交通線(xiàn)路成網(wǎng)后，各條線(xiàn)路之間相交于換乘站，客流相互作用，乘客通過(guò)對(duì)出行效率的判斷選擇出行線(xiàn)路，客流變化相比于單一線(xiàn)路更加復(fù)雜。由于客流增長(zhǎng)較快，換乘客流增大，客流分布狀態(tài)及客流需求出現(xiàn)多樣化特點(diǎn)，客流組織方式復(fù)雜化。以重慶軌道為例，通過(guò)對(duì)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)客流特征進(jìn)行分析，研究客流的變化情況[5]。

1.1 客流時(shí)間分布

通過(guò)對(duì)重慶軌道交通工作日分時(shí)段進(jìn)出站客流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)隨著網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)路的增加，線(xiàn)路或車(chē)站的吸引能力增強(qiáng)，高峰小時(shí)的客流強(qiáng)度增大和高峰時(shí)間延長(zhǎng)，部分車(chē)站的早、晚高峰進(jìn)出站客流量占全日客流總量的比例較大，見(jiàn)圖1。

圖1 某車(chē)站分時(shí)段進(jìn)站客流量/人

1.2 客流空間分布

由于線(xiàn)路的走向、輻射范圍、沿線(xiàn)交通組織等不同，不同線(xiàn)路的客流量存在一定的差異。目前重慶市軌道交通處于發(fā)展階段，線(xiàn)網(wǎng)客流存在不均衡性，客流主要集中在某幾條線(xiàn)上，見(jiàn)圖2。隨著路網(wǎng)中線(xiàn)路增加及后期的完善，當(dāng)形成一定的規(guī)模、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日趨合理時(shí)，乘客可以根據(jù)自己的出行需求方便到達(dá)目的地車(chē)站，逐漸將客流在網(wǎng)絡(luò)中的分布推向均衡狀態(tài)。

圖2 各線(xiàn)路全日線(xiàn)路客流/萬(wàn)人

1.3 線(xiàn)網(wǎng)換乘客流

城市軌道交通路網(wǎng)中的換乘站連接著不同線(xiàn)路，在網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行中起著重要作用，也是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化客流組織的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。做好換乘車(chē)站的客流組織，有利于提高軌道交通系統(tǒng)運(yùn)行效率。重慶市各軌道交通線(xiàn)路換乘站的換乘量見(jiàn)圖3。

圖3 重慶線(xiàn)路換乘車(chē)站的換乘量/人

2 換乘站客流控制模型

2.1 換乘站服務(wù)水平分析

服務(wù)水平是指衡量客流運(yùn)行條件及乘客感受的服務(wù)質(zhì)量的綜合指標(biāo)，對(duì)于車(chē)站而言包括換乘站的服務(wù)水平即車(chē)站設(shè)施設(shè)備服務(wù)能力，影響著線(xiàn)路的通過(guò)能力，車(chē)站設(shè)施設(shè)備服務(wù)能力是指能夠容納旅客的能力，主要與車(chē)站的基礎(chǔ)設(shè)備設(shè)施有關(guān)，如車(chē)站布局、站臺(tái)面積、安檢、自動(dòng)售檢票以及電梯等通過(guò)能力。對(duì)于城市軌道交通換乘站設(shè)施設(shè)備服務(wù)水平包括走行區(qū)設(shè)施服務(wù)水平、等待服務(wù)水平。走行區(qū)設(shè)施服務(wù)水平由進(jìn)出站口服務(wù)水平、通道服務(wù)水平、站臺(tái)等待走行水平等組成，等待服務(wù)水平包括人工售票、自動(dòng)售票、安檢機(jī)、進(jìn)出站閘機(jī)服務(wù)水平等，設(shè)施服務(wù)水平分級(jí)見(jiàn)表1[6]。當(dāng)線(xiàn)路服務(wù)能力與客流需求出現(xiàn)不匹配時(shí)，就會(huì)造成客流擁堵，因此，為了提高線(xiàn)路服務(wù)能力，在一定的線(xiàn)路通行能力及客流需求下，可以通過(guò)降低客流擁堵概率，使車(chē)站滿(mǎn)足一定的服務(wù)水平，同時(shí)協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中換乘客流，通過(guò)改變客流在時(shí)間上和空間上的分布來(lái)達(dá)到提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效率。

表1 設(shè)施服務(wù)水平分級(jí)

2.2 換乘站客流控制模型

網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行條件下城市軌道交通多站客流協(xié)同控制是為了均衡路網(wǎng)出行客流量，使路網(wǎng)服務(wù)能力最大限度滿(mǎn)足乘客出行需求，同時(shí)，對(duì)于車(chē)站實(shí)行了客流控制將會(huì)延長(zhǎng)旅客的出行時(shí)間，城市軌道交通服務(wù)質(zhì)量就會(huì)降低，因此在建立協(xié)同控制模型時(shí)需要考慮到乘客的平均等待時(shí)間，同時(shí)充分運(yùn)用線(xiàn)路的運(yùn)輸能力及將車(chē)站設(shè)備設(shè)施的服務(wù)水平控制在一個(gè)分級(jí)[7]。因此，對(duì)需要客流控制的換乘站選取客流最大作為控制目標(biāo)，同時(shí)結(jié)合人均延誤時(shí)間最小來(lái)建立目標(biāo)函數(shù)，避免乘客超長(zhǎng)等待，這樣能夠有效滿(mǎn)足其他時(shí)間段的客流出行需求。對(duì)于客流控制需要結(jié)合到車(chē)站本身的服務(wù)能力、換乘服務(wù)能力及區(qū)間輸送能力等約束條件，保障整個(gè)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行下的運(yùn)營(yíng)安全，實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益最大化。

2.2.1 模型假設(shè)及參數(shù)設(shè)置

為簡(jiǎn)化模型計(jì)算強(qiáng)度，對(duì)相關(guān)影響因素進(jìn)行假設(shè)：（1）列車(chē)按既定運(yùn)行圖運(yùn)行，不發(fā)生變化，不存在突發(fā)事件。（2）乘客能夠快速進(jìn)出車(chē)站，對(duì)站內(nèi)候車(chē)乘客影響較小，不在站內(nèi)逗留。（3）乘客按照先到先上車(chē)原則，同時(shí)遵循先下車(chē)后上車(chē)原則。（4）研究的換乘站以?xún)删€(xiàn)換乘為主，進(jìn)站客流、出站客流以及換乘客流對(duì)車(chē)站內(nèi)線(xiàn)路熟悉，不產(chǎn)生客流沖突。

定義H為路網(wǎng)換乘車(chē)站集合，為區(qū)間集合，，換乘車(chē)站的換乘通道視為區(qū)間，且分方向描述；T為客流控制時(shí)段，ti為控制時(shí)段編號(hào)，

2.2.2 目標(biāo)函數(shù)

城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行下客流控制，將從兩個(gè)方面進(jìn)行考慮，一個(gè)是從乘客方面，保證乘客出行效率，延誤時(shí)間越小越好[8]，另一個(gè)方面就是從企業(yè)方面，達(dá)到運(yùn)輸效率最大，使車(chē)站單位時(shí)間內(nèi)所服務(wù)的乘客數(shù)量最大化，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)收益最大。目標(biāo)函數(shù)：

式中: △t—控制時(shí)段的時(shí)長(zhǎng)，s；時(shí)間段內(nèi)hi車(chē)站的最佳進(jìn)站客流量，人；時(shí)間段內(nèi)hi車(chē)站的實(shí)際進(jìn)站客流量，人；客流通過(guò)率。

2.2.3 約束條件

在ti時(shí)間段內(nèi)hi車(chē)站的實(shí)際進(jìn)站客流量，包括ti時(shí)段內(nèi)新到達(dá)的客流，ti-1時(shí)段內(nèi)的滯留乘客以及ti時(shí)段內(nèi)換乘客流TFti hi三部分。換乘站hi在ti時(shí)間段內(nèi)的最佳進(jìn)站客流不能超過(guò)實(shí)際進(jìn)站客流，同時(shí)需滿(mǎn)足最低的進(jìn)站客流需求，即設(shè)定車(chē)站最低進(jìn)站客流為實(shí)際需求的50%。對(duì)于換乘車(chē)站要考慮換乘客流同時(shí)也要考慮本站進(jìn)出站客流。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)化客流控制中，任意區(qū)間的客流通過(guò)量不超過(guò)最大的區(qū)間輸送能力：

式中：T Fhi—現(xiàn)有的換乘客流量，人；θ—減小系數(shù)；—換乘站的承載能力，人；Cdm(ti)—區(qū)間最大輸送能力，人。

2.3 模型求解

針對(duì)多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題求解，需將多目標(biāo)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)問(wèn)題。對(duì)于多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題求解的算法目前都比較成熟，例如粒子群算法、理想點(diǎn)法、約束法等，通過(guò)MATLAB 即可快速求解[9]。采用NSGA-Ⅱ多目標(biāo)遺傳算法[10]求解客流控制模型，該算法具有解集收斂性好，運(yùn)行速度快等特點(diǎn)，算法過(guò)程見(jiàn)圖5。

圖5 NSGA-Ⅱ算法應(yīng)用過(guò)程

通過(guò)求解得到客流控制時(shí)段，客流控制換乘車(chē)站以及客流控制數(shù)量，然后結(jié)合各換乘站本身的特點(diǎn)采取客流控制方法，例如設(shè)置欄桿、鐵馬、閘機(jī)開(kāi)放數(shù)量、電梯運(yùn)行方向、售檢票作業(yè)速度、進(jìn)出站及換乘導(dǎo)向設(shè)置等[11]，提高換乘車(chē)站服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化客流控制的目的。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）通過(guò)對(duì)軌道交通線(xiàn)路客流特點(diǎn)進(jìn)行分析，為客流控制奠定了基礎(chǔ)。（2）目前各城市軌道交通線(xiàn)路逐漸進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化控制狀態(tài)，換乘站作為路網(wǎng)中的重要節(jié)點(diǎn)，客流聚集程度較高，針對(duì)路網(wǎng)中的換乘站的客流控制進(jìn)行研究，具有一定的實(shí)踐意義。（3）考慮乘客延誤最小和企業(yè)運(yùn)輸效率最大兩個(gè)方面建立了換乘站的客流控制模型，對(duì)換乘站客運(yùn)組織起到一定的指導(dǎo)作用，但對(duì)模型的驗(yàn)證需要實(shí)際路網(wǎng)的數(shù)據(jù)才能進(jìn)行進(jìn)一步的探討。（4）網(wǎng)絡(luò)化軌道交通運(yùn)行情況下，客流數(shù)據(jù)是一個(gè)大數(shù)據(jù)，要實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)多站客流協(xié)同控制，需要從多方位角度進(jìn)行研究，同時(shí)需要用于實(shí)際應(yīng)用并得到充分驗(yàn)證。