鄭州地鐵1號線基于客流的行車調(diào)度研究

牛紅霞，王麗紅

（鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，1.副教授，2.講師，河南 鄭州 450052）

城市軌道交通是以滿足乘客出行需求為目標(biāo)的，由于城市軌道交通客流具有時(shí)間、空間的不均衡性，這種不均衡性可以用相應(yīng)的不均衡系數(shù)來描述，這種不均衡性必然影響影響行車組織和車輛調(diào)度形式。為此對客流特征進(jìn)行分析是行車組織、運(yùn)營調(diào)度的基本前提。通過對客流數(shù)據(jù)的分析，了解客流時(shí)空分布特征，計(jì)算時(shí)間、斷面、方向和站點(diǎn)不均衡系數(shù)，為編制行車計(jì)劃，確定列車運(yùn)行間隔、調(diào)度形式提供依據(jù)，從而選擇調(diào)度優(yōu)化方案以更好地滿足乘客出行需求。

1 客流的時(shí)空不均衡性分析

客流的變化主要體現(xiàn)在時(shí)間和空間分布變化兩個(gè)方面，其變化的規(guī)律性可用時(shí)間、斷面、方向和站點(diǎn)不均衡性進(jìn)行說明〔1〕。

1.1 客流在時(shí)間上的不均衡性 客流量在軌道交通運(yùn)營時(shí)間內(nèi)各個(gè)小時(shí)的分布是不均衡的。這種不均衡性一般用時(shí)間不均衡系數(shù)（Kt）表示，其計(jì)算方法是線路運(yùn)營時(shí)間內(nèi)第j小時(shí)的線路客流量與平均每小時(shí)線路客流量之比。即：

式中：Kt為線路運(yùn)營時(shí)間內(nèi)第j個(gè)小時(shí)不均衡系數(shù)；

Qj為線路運(yùn)營時(shí)間內(nèi)第j個(gè)小時(shí)客流量；

一般線路的Kt為2～3。線路往往以高峰小時(shí)的客流量作為確定配備車輛數(shù)的依據(jù)。高峰小時(shí)客流量的比重越大，需投入的車輛數(shù)越多。

1.2 客流在斷面上的不均衡性 根據(jù)客流的空間分布特征分析可知，在同一時(shí)間段內(nèi)線路的一個(gè)方向上，各個(gè)路段的客流量不完全相同。同一時(shí)間段內(nèi)一條線路各路段通過的斷面客流量，可以顯示出該線路在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)各路段的客流動態(tài)，這種斷面的不均衡性，一般用斷面不均衡系數(shù)（Ks）來表示，其計(jì)算方法是單位時(shí)間內(nèi)城市軌道交通線路某斷面客流量與平均斷面客流量之比。即：

式中：Ksi為線路分時(shí)斷面不均衡系數(shù)；

Qsi為線路單位時(shí)間內(nèi)第i個(gè)斷面客流量；

1.3 客流在方向上的不均衡性 城市軌道交通線路上下行的客流量在同一時(shí)間內(nèi)一般是不相等的。有的線各方向的運(yùn)量幾乎相等，而有的線路則差異很大。如通過郊區(qū)或通往工廠區(qū)的線路，上班時(shí)間從居住區(qū)到工廠方向的客流量較大，相反方向的客流量較小。在方向上的不均衡性一般用方向不均衡系數(shù)（Ka）表示，其計(jì)算方法是單位間內(nèi)某條線路最大單向斷面客流量與雙向平均客流量之比。即：

式中：Ka為線路各個(gè)方向的不均衡系數(shù)；

1.4 客流在站點(diǎn)上的不均衡性 在城市軌道交通線路上，全線各站進(jìn)、出站總和的大部分往往集中在少數(shù)車站上，造成線路各個(gè)站點(diǎn)客流量的不均衡性，一般用站點(diǎn)不均衡系數(shù)（Ki）表示，其計(jì)算方法是運(yùn)營線路在i站乘客集散量與沿線各停車站平均乘客集散量比。即：

式中：Ki為線路各個(gè)站點(diǎn)的不均衡系數(shù)；

Qi為統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)站點(diǎn)i的進(jìn)、出站客流數(shù)；

2 基于客流的行車調(diào)度方案

2.1 解決客流時(shí)空不均衡性的行車組織原則

2.1.1 客流時(shí)間不均衡的行車組織原則 一般情況下，行車組織計(jì)劃是根據(jù)日客流分布時(shí)段的客流量計(jì)算開行相應(yīng)的列車對數(shù)，全線按照日單位小時(shí)最大客流量配屬運(yùn)營車輛。但是這樣便造成在全日非高峰運(yùn)營時(shí)段，列車空載的情況比較嚴(yán)重。為了避免上述情況的發(fā)生，有以下2種解決方案：

1）在非高峰小時(shí)時(shí)段減少列車開行對數(shù)，加大列車的間隔時(shí)間。但這種方案會增加乘客的候車時(shí)間，降低了整個(gè)運(yùn)營系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。

2）在非高峰運(yùn)營時(shí)段可以開行小編組列車，既可以保證列車的最大間隔時(shí)間不超過合理的時(shí)間，確保整個(gè)系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量，又不至于空載率過高，造成資源浪費(fèi)，可以節(jié)約運(yùn)營成本。運(yùn)行小編組列車在車輛的選型和實(shí)際運(yùn)營組織方面的可行性在文獻(xiàn)〔3〕中有詳細(xì)論述。

2.1.2 客流空間不均衡的行車組織原則 對于Ka較大的線路，環(huán)形的軌道線路上可以考慮上行和下行線路安排不同的運(yùn)力方法來解決。對于Ki較大的線路，一般采取在客流量大的區(qū)段加開區(qū)段列車的措施，即采用長短交路結(jié)合的行車組織方案〔2〕。但隨著行車密度的增加，此方案對運(yùn)營組織和車站的折返設(shè)備提出了新的要求。

2.2 車輛調(diào)度形式的確定方法

2.2.1 區(qū)間車調(diào)度形式的確定 區(qū)間車調(diào)度形式可通過計(jì)算斷面不均衡系數(shù)的方法來確定。判斷區(qū)間車的運(yùn)行區(qū)間，可按照以下步驟進(jìn)行：

1）分別計(jì)算線路各斷面不均衡系數(shù)；

2）當(dāng)斷面不均衡系數(shù)Ksi＞Ks0（一般取1.2～1.5）時(shí)，可考慮加開區(qū)間車。

3）綜合考慮線路站距、折返點(diǎn)位置以及調(diào)度工作方便等因素，擬定可行的運(yùn)行路段及站點(diǎn)；

4）確定區(qū)間車和全程車的運(yùn)行參數(shù)，包括區(qū)間車、全程車的發(fā)車間隔、配備的線路車輛數(shù)、車型等；

5）編制區(qū)間車和全程車的行車計(jì)劃。

2.2.2 大站快車調(diào)度形式的確定 大站快車調(diào)度形式可通過計(jì)算站點(diǎn)不均衡系數(shù)或方向不均衡系數(shù)的方法來確定?？紤]在線路上是否開行大站快車，可按照以下步驟進(jìn)行：

1）計(jì)算線路上站點(diǎn)不均衡系數(shù)或方向不均衡系數(shù)；

2）當(dāng)站點(diǎn)不均衡系數(shù) Ki＞Ki0（Ki0一般取 1.4～2.0）時(shí)；或當(dāng)方向不均衡系數(shù) Ka＞Ka0（Ka0一般取1.2～1.4）時(shí)，可考慮大站快車。

站點(diǎn)不均衡系數(shù)準(zhǔn)則：判斷滿足條件的站點(diǎn)，若滿足條件，則大站快車在該城市軌道交通行車計(jì)劃優(yōu)化站點(diǎn)?？?。這種處理方法的目的主要是疏導(dǎo)大站點(diǎn)的集中客流。

方向不均衡系數(shù)準(zhǔn)則：先判斷開辟大站快車的方向，若滿足條件，則在客流量低的方向開通快車，然后根據(jù)該方向的客流量分布情況，選定大站快車沿途?？康恼军c(diǎn)。這種處理方法的目的主要是加快客流量較小方向的車輛周轉(zhuǎn)。

3）確定大站快車和全程車的運(yùn)行參數(shù)，包括大站快車、全程車的發(fā)車間隔、配備的線路車輛數(shù)、車型等；

4）編制大站快車和全程車的行車計(jì)劃。在采用上述方法確定區(qū)間車或大站快車調(diào)度形式時(shí)，除了考慮客流因素以外，還需要結(jié)合路段條件、運(yùn)營部門自身的組織與技術(shù)條件以及運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量要求等多項(xiàng)因素作綜合的分析，才能使得調(diào)度方案和措施具有良好的經(jīng)濟(jì)性、服務(wù)性和實(shí)用性。

3 鄭州地鐵1號線客流分析

3.1 鄭州1號線路客流分布特點(diǎn) 根據(jù)鄭州1號線路客流數(shù)據(jù)繪制該線路斷面客流的時(shí)間客流分布（見圖1）和站點(diǎn)客流分布（見圖2）。

圖1 鄭州地鐵1號線分時(shí)客流分布

圖2 鄭州地鐵1號線站點(diǎn)客流分布

從圖1和圖2可以發(fā)現(xiàn)1號線有以下特點(diǎn)：線路斷面客流的時(shí)間分布變化較大，主要表現(xiàn)為雙峰型。早高峰時(shí)間發(fā)生在7:0～9:00，晚高峰發(fā)生在17:00～19:00。斷面客流的空間分布呈現(xiàn)中間大、兩端小的特點(diǎn)，客流中心略偏東，全線28個(gè)區(qū)間中，有17個(gè)區(qū)間高峰量超過2萬人，主要分布于凱旋路站-新鄭州站站之間。

3.2 鄭州1號線客流時(shí)空分布不均衡系數(shù) 下面結(jié)合實(shí)際客流數(shù)據(jù)計(jì)算1號線客流時(shí)空分布不均衡系數(shù)。

3.2.1 時(shí)間不均衡系數(shù)的確定 根據(jù)式1計(jì)算1號線時(shí)間不均衡系數(shù)，結(jié)果如表1所示。

表1 鄭州軌道交通1號線時(shí)間不均衡系數(shù)

線路客流時(shí)間不均衡系數(shù)最大為3.18，且客流分布呈雙峰型，在全日行車計(jì)劃的編制過程中，應(yīng)該對時(shí)間不均衡系數(shù)加以考慮。在不同時(shí)段安排不同的發(fā)車頻率。

3.2.2 斷面不均衡系數(shù)的確定 根據(jù)式2計(jì)算1號線早高峰小時(shí)上行斷面不均衡系數(shù)，結(jié)果如表2所示。

表2 1號線早高峰上行斷面不均衡系數(shù)

1號線列車從首發(fā)站發(fā)車后逐站增加上車人數(shù)，中途各站的客流集散量較大，從而形成了線路中間客流量大，兩端客流量小的正態(tài)分布現(xiàn)狀，表現(xiàn)為斷面的不均衡性。

1號線上行方向早高峰小時(shí)最大斷面客流出現(xiàn)在紫荊山站—東明路站和東明路站—民航路站斷面，斷面客流不均衡系數(shù)為1.85。表明其斷面客流的不均衡程度比較大。

以同樣的方法計(jì)算1號線早高峰小時(shí)下行斷面不均衡系數(shù)，得到下行方向最大斷面客流量出現(xiàn)在紫荊山至東明路段。

3.2.3 方向不均衡系數(shù)的確定 根據(jù)式3計(jì)算方向不均衡系數(shù)為1.009。Ka接近1，表明上下行方向客流比較均衡，可以認(rèn)為在雙向可以按照同樣的運(yùn)營間隔安排列車運(yùn)行。

3.2.4 站點(diǎn)不均衡系數(shù)的確定 根據(jù)式4計(jì)算1號線早高峰小時(shí)站點(diǎn)不均衡系數(shù)，結(jié)果如表3所示。

表3 1號線高峰小時(shí)站點(diǎn)不均衡系數(shù)

1號線全線各站客流集散量總和的大部分集中在個(gè)二七廣場站、紫荊山站、體育中心站，站點(diǎn)客流的不均衡決定了各個(gè)站點(diǎn)的客運(yùn)工作量、設(shè)備容量，在站點(diǎn)不均衡系數(shù)較大時(shí)需要合理安排AFC系統(tǒng)運(yùn)營模式及工作人員，加強(qiáng)乘客進(jìn)、出站的疏導(dǎo)。

4 1號線車輛調(diào)度形式選擇與優(yōu)化

4.1 車輛調(diào)度形式選擇

4.1.1 區(qū)間行車調(diào)度形式的確定 區(qū)間行車調(diào)度形式的確定采用斷面不均衡系數(shù)的方法確定。因其客運(yùn)高峰期間計(jì)劃滿載率較高，所以其判定條件取較小值1.2。由表2可知在路段12～22上，即鄭州大學(xué)站至七里河站段斷面不均衡系數(shù)Ksi＞K0s。結(jié)合運(yùn)營部門現(xiàn)狀、路段長度和路段環(huán)境分析，為了改善服務(wù)水平，可以考慮開設(shè)區(qū)間車。

4.1.2 大站快車調(diào)度形式的確定 因1號線不存在客流的方向不均衡性，故大站快車調(diào)度形式采用站點(diǎn)不均衡系數(shù)的方法確定。

因其客運(yùn)高峰期間計(jì)劃滿載率較高，所以其判定條件取較小值1.4。由表3可知僅在站點(diǎn)15、17、18、20上，即二七廣場、紫荊山、東明路站、會展中心站4個(gè)站點(diǎn)，站點(diǎn)不均衡系數(shù)Ki＞K0i。結(jié)合運(yùn)營部門現(xiàn)狀、乘客出行距離和線路的其他一些因素分析，可以不考慮大站快車。

4.2 行車調(diào)度優(yōu)化 從圖1中可知鄭州地鐵1號線全日客流呈雙高峰形態(tài)，最大單位小時(shí)客流量約占全日客流量的17%左右。若取判定條件Kt0=2，由表1可知在 7:00～9:00 以及17:00～8:00 時(shí)段 ，Kti＞Kt0，所以如有必要可以在這2個(gè)高峰時(shí)段增加列車開行對數(shù)，提高軌道交通服務(wù)水平。

在運(yùn)營的第一個(gè)小時(shí)及全日第二個(gè)高峰的后3個(gè)小時(shí)的運(yùn)營時(shí)段，由于時(shí)間太早或偏晚，客流稀少，單位小時(shí)客流量約占全日客流量的2.7%，可以考慮在這4個(gè)運(yùn)營時(shí)段開行小編組列車。

在解決空間不均衡性的運(yùn)營調(diào)度方案方面，早高峰斷面不均衡系數(shù)較大，考慮開行區(qū)間車，由于方向不均衡系數(shù)約等于1，在雙向可以按照同樣的運(yùn)營間隔安排列車運(yùn)行。

5 結(jié)束語

本文以鄭州地鐵1號線客流為基礎(chǔ)，通過計(jì)算分析其客流在時(shí)間和空間上的不均衡系數(shù)，確定了鄭州地鐵1號線車輛調(diào)度形式，對于客流時(shí)間上的不均衡性，如在非高峰時(shí)段可采取開行小編組列車或減少列車開行對數(shù)的車輛調(diào)度行車；對空間不均衡性如早高峰斷面不均衡系數(shù)較大的區(qū)間采取大小交路的運(yùn)營組織模式。

客流是確定地鐵行車計(jì)劃的基礎(chǔ)，地鐵開通前、運(yùn)營中的客流是不斷變化的，城市軌道交通運(yùn)營部門要不斷對客流進(jìn)行分析，適時(shí)調(diào)整行車組織方案，以確保地鐵較高的服務(wù)水平。

〔1〕季 令，張國寶.城市軌道交通運(yùn)營組織.北京:中國鐵道出版社，2005.35

〔2〕李宇東.城市軌道交通系統(tǒng)開行“短列”可行性分析〔J〕.鐵道工程學(xué)報(bào)，2002（1）:20～22

〔3〕方蕾，龐志顯.城市軌道交通客流與行車組織分析〔J〕.城市軌道交通研究，2004（5）：42