城市轨道交通运营客流交通状态评价*

王雪梅 陈 莹 张 宁

(1.同济大学浙江学院,314051,嘉兴; 2.苏州轨道交通集团有限公司运营分公司,215101,苏州;3.东南大学教育部ITS工程研究中心,210096,南京∥第一作者,讲师)

城市轨道交通运营客流交通状态评价*

王雪梅1陈 莹2张 宁3

(1.同济大学浙江学院,314051,嘉兴; 2.苏州轨道交通集团有限公司运营分公司,215101,苏州;3.东南大学教育部ITS工程研究中心,210096,南京∥第一作者,讲师)

客观评价客流交通状态对于改善城市轨道交通运营服务水平、提高运营管理效率具有重要意义。在定义城轨运营客流交通状态的基础上,以乘客流的均衡程度和顺畅程度为准则,构建了客流交通状态的三层评价指标体系;根据某城市地铁1号线运营实际客流数据,计算各评价指标,并用层次分析法对客流交通状态进行评价。评价结果与实际情况相吻合,验证了城轨运营客流交通状态评价体系的合理性,能够为城市轨道交通运营管理提供理论支持。

城市轨道交通; 运营客流; 交通状态; 评价

城市轨道交通运营状态是指在轨道交通系统在提供运输服务过程中所表现出的整体运输性能和服务质量。而城市轨道交通运营客流交通状态是指在相应运营状态下,伴随轨道交通系统运行而产生的一种动态乘客交通流状态。

目前,国内外针对轨道交通乘客交通流状态的研究主要分为两大类。一类研究基于速度、密度、流量等乘客交通流基本参数,研究其变化规律或相互之间关系,对交通流状态进行分析,对拥堵的发生、性质及变化规律进行识别[1],该类研究多侧重于乘客交通流的短期判断、预测、控制和诱导等。例如,文献[2]对行人流量-密度模型进行研究;文献[3]构建了城市轨道交通枢纽内楼梯通道等交通设施的乘客密度与速度模型,并对这些不同设施的服务水平进行等级划分;文献[4]研究了伦敦地铁站行人的速度-流量关系。另一类研究是在利用乘客交通流基本参数的同时,通过引入通行能力等衍生参数,利用层次分析、模糊数学、聚类算法等方法,建立一个涉及多个变量的、多层次的综合评价指标体系,从多个角度对乘客交通流状态进行更加全面的定量或定性评价。该类研究侧重于从时间和空间角度对乘客交通流的拥挤程度、强度、持续时间等方面的研究,是一种整体的、非实时的宏观评价。例如,文献[5]从车站和区间考虑,构建了城市轨道交通运行状况的评价指标体系,并用层次分析法对其运行状况进行评价;文献[6]对城市轨道交通枢纽内乘客交通流的状态进行定义和划分,结合熵理论建立了评价指标体系,提出“三维立方体层”评价方法对乘客流交通状态进行综合评判;文献[7]提出了基于乘客集散的城市轨道交通枢纽动态评价指标,并用仿真软件对枢纽集散能力进行评估;文献[8]分级、分类总结了车站客运组织服务水平,构建层次结构的评价指标体系,并应用模糊层次分析法比选和优化客运组织方案;文献[9]分析了城市轨道交通的服务状况,从方便性、迅捷性、舒适性和经济性出发,建立了服务质量的评价指标体系。

目前,国内外有关轨道交通运营客流交通状态研究仍处在初始阶段,其研究内容往往只局限于单一方面。鉴于此,本文以乘客流均衡性和顺畅性为准则构建客流交通状态的三层评价指标体系;利用自动售检票系统获得实际客流数据,计算评价指标值,采用综合评价方法对城市轨道交通运营客流交通状态进行评价,形成以评价指标体系构建和综合评价方法为一体的城市轨道交通运营客流交通状态评价体系。本文研究不仅可以帮助运营管理者准确把握客流交通状态,提供运营调度的决策支持,同时也为站台拥挤管理、应急响应及发布诱导信息提供重要依据,还有助于指导站厅内和车厢内乘客选择合适路径换乘,减缓严重拥堵车站或列车的运输压力,最终达到资源配置最优化和服务质量最大化的目标。

1 客流交通状态评价指标体系

1.1 评价指标选取

评价指标的选取和计算结果会直接影响到综合评价结果的准确性和有效性。指标过多可能存在相关性指标,指标过少又无法实现对评价对象、全面和客观的描述。因此,本文在遵循科学性、系统性、实用性、可比性及相对独立性原则的基础上选取评价指标。

1.1.1 乘客流的均衡程度

1.1.1.1 时间均衡性

反映轨道交通乘客流均衡程度的指标主要是站点客流、断面客流和线路客流时间不均衡系数。本文采用客流时间分布不均衡系数来描述站点、断面和线路客流当前运营时段与历史运营日平均客流分布状况,计算式为:

(1)

式中:

KT——客流时间分布不均衡系数，0≤KT≤1;

Qi——当前运营日第i个时段的客流量;

Qj——历史运营日第j天的客流量;

n——历史运营天数,取决于客流数据的样本容量。

1.1.1.2 空间均衡性

从断面客流和线路客流的空间分布和方向分布出发,分别采用断面客流空间分布不均衡系数和线路客流方向分布不均衡系数反映轨道交通区间和线路当前时段客流运行的均衡程度,计算式为:

(2)

式中:

KS——单向断面客流空间分布不均衡系数，1/n≤KS≤1;

Qj——第j断面单向客流量;

Qmax——单向断面最大客流量;

n——单向全线断面数。

(3)

式中:

KD——线路客流方向分布不均衡系数，0.5≤KD≤1;

Q1,max——上行方向最大断面客流量;

Q2,max——下行方向最大断面客流量。

1.1.2 乘客流的顺畅程度

1.1.2.1 密度

采用立席密度作为乘客流运行顺畅程度的评价指标。站台立席密度是指在站台处除去黄色警戒线以外空间,当前时段乘客有效站立面积内所聚集的人数;而列车立席密度是指在车厢中除去坐席空间,当前时段乘客在有效站立面积内所聚集的人数。列车立席密度为:

(4)

式中:

Q——当前时段列车内实际承载的乘客数;

A站——有效站立面积。

1.1.2.2 负荷度

负荷度是当前时段内设施实际通过的客流量与设施的设计通过能力之比,是交通需求与实际供给关系的反映[5]。用负荷度来表征轨道交通站点内客流运行过程中乘客在进出站闸机、通道和楼梯中的密集程度,计算式为:

(5)

式中:

Qr—— 当前时段使用闸机、通道或楼梯的实际客流量;

Q0—— 闸机、通道或楼梯的设计通行能力。

1.2 评价指标体系建立

从轨道交通运行过程中客流状态的顺畅性和均衡性考虑,根据指标选取的原则,建立基于线路的轨道交通运营客流交通状态三层评价指标体系(见图1),为运营客流交通状态评价提供依据。

目标层主准则层分准则层指标层

图1 城轨运营客流交通状态评价指标体系

2 客流交通状态评价方法

对城市轨道交通运营客流交通状态进行科学评价,建立评价指标体系是基础,而好的评价方法是进行科学评价的又一关键。层次分析法(AHP)是将研究对象作为一个系统,按照分解、比较判断及综合的思维方式进行定量与定性分析的一种决策方法。该方法的特点是利用少量信息,将思维过程数学化系统化,从而将多目标多准则且难以全部量化处理的决策问题化为多层次单目标问题。因此,本文采用层次分析方法对城市轨道交通运营客流交通状态进行评价,根据需要全面地考察城轨运营客流交通状态各个方面,使综合评价结果更接近于客观实际。

2.1 AHP基本步骤

AHP将一般决策问题相对于目标的重要性以数量表示出来,从而排出大小次序,为决策者依据。该方法比较容易对任意两个因素作出精确判断,并给出相对重要性之比的数量关系。本文按照建立评价指标、建立评语、建立评价指标权重以及层次总评价的步骤[7],应用AHP进行综合评价。

2.1.1 建立评价指标

根据上文分析,从轨道交通运行过程中客流状态的顺畅性和均衡性考虑,建立了评价指标体系。评价指标如表1所示。

2.1.2 建立评语集

在城市轨道交通运营客流交通状态评价中,选取的综合评语集V={优、良、中、差},并将评语量化为“优”=4,“良”=3,“中”=2,“差”=1。同时,对于各指标还有各自的单因子评语集,其量化阈值范围如表1。

表1 城市轨道交通运营客流交通状态各评语等级的评价指标阈值表

2.1.3 建立评价指标权重

AHP的核心是评价指标权重的确定。评价城市轨道交通运营客流交通状态的指标有主次之分。利用AHP计算各评价指标的权重,可较大幅度的减少主观因素的影响;用CR指标(中间意原指标,也称能量指标)检验主观判断偏离客观实际的程度,通过对判断矩阵的调整,可使权重分配趋于合理。建立评价指标权重的详细步骤如图2所示。

2.1.4 层次总评价

层次总评价是在单因子评价结果的基础上,对总目标进行的最终评价。本文建立的评价指标体系的指标层都是定量指标,为了便于计算,将定性的评语集转化为量化值V={4、3、2、1},继而通过各指标实际值的等级归类和权重可以得到综合层次总评价的结果。

图2 建立评价指标权重的基本步骤

2.2 实例分析

实例计算采用某地铁自动售检票系统获取的进出站交易记录,即乘客通过进站闸机和出站闸机的刷卡交易记录。以2010年9月1日06:00至2010年9月29日23:00(除中秋节假期9月22日至24日外)的某地铁1号线客流数据为基础,按30 min为统计周期,根据评价指标计算方法,对2010年9月29日8:00—9:00早高峰时段内各站点、各断面及线路客流进行指标计算,以评价1号线当前时段的客流交通状态。

利用式(1)—(5)求出各指标值。其中,D1、D2及D6、D7取平均值,D8、D9及D10按客流强度最大的新街口站取值,并以该站为最不利情况的代表。将以上各评价指标计算结果、评分等级和评分整理汇总于表2。

表2 评价指标结果汇总表

计算所建立的评价指标体系中各指标(D1～D10)的权重,得到评价指标的组合权重为:

结合指标权重,对各个评语加权平均后得到运营客流交通状态评分:

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

可见,当前时段客流交通状态综合评价的结果为“良”。观察指标评价结果发现,乘客流的均衡性较好,而其顺畅性较差。这是造成综合评价结果值不高的主要原因。另外,选择评价的时段为早高峰时段,而且,D8、D9及D10等表征乘客流顺畅性的指标,均采用客流强度最大的站点数据,导致其评价结果偏保守。从整体来看,目前1号线在研究时段内运营客流交通状态是良好的,与实际情况相吻合。该评价结果验证了本文中评价指标选取及评价方法的合理性。

3 结语

近年来,随着我国城市轨道交通的迅速发展,轨道交通运营管理的重要性日益突显。轨道交通运营客流交通状态评价除能实时反映系统当前状态外,还应能体现运行状态的变化趋势。其评价结果值应直观、易于发布,从而发挥信息发布的导向作用和轨道交通服务质量提高、运营效率改进的指导作用。

本文从城市轨道运营客流交通状态评价指标体系和综合评价两个方面进行了分析与研究。由于数据采集的限制,本文研究的内容局限于单线。伴随我国城市轨道交通的进一步发展,运营阶段逐步由单线转向网络化,必然产生换乘客流。这将大大影响运营客流的宏观交通特性,尤其是在发生换乘的站点，以及与之密切联系的断面与线路，其客流特征有较大变化。此时,需要进一步优化完善评价指标体系。从外部线网环境考虑,应增加体现客流在线网中重分配和换乘强度的指标,以便更全面地对整个城市轨道交通系统的运营客流交通状态进行综合评价。

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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

* 浙江省教育厅纵向科研项目(Y201534856)

U 293.13

10.16037/j.1007-869x.2016.12.029

2016-03-13)