基于滿載率均衡性的大小交路列車開行優(yōu)化方案

毛嘉欣 王浩亮 張瑞芬 劉帆

摘?要：隨著我國城市軌道交通的快速發(fā)展，日益凸顯的問題也逐漸增多，如客流量與列車運能運力不匹配，早晚高峰旅客出行體驗下降，平峰時間造成運力過剩等，針對如何在解決客流與列車運力相匹配的情況下提高滿載率，文章將通過對于大小交路的模型建立，進行開行交路的參數(shù)設置，組織列車全時段的合理開行，通過分析比對，對于列車運力均衡性的調(diào)整和優(yōu)化可起到關鍵作用。

關鍵詞：滿載率均衡性;大小交路;列車開行方案

中圖分類號：F530.9??文獻標識碼：C

1?緒論

1.1?研究背景

隨著城市軌道交通的迅速發(fā)展，全國開通線路里程的逐年大幅增長，在城市化進程加速推進的同時，人口規(guī)模也大幅增加，客流出行需求與交通供給之間的矛盾越發(fā)凸顯。且隨著交通工具保有量的提升，導致交通擁堵現(xiàn)象嚴重，其伴生的環(huán)境污染、能源消耗等問題已普遍困擾著全球各國，同時嚴重制約著城市的經(jīng)濟建設，與可持續(xù)發(fā)展理念背道而馳。城市軌道交通以其大運量、高速度、準時性、低能耗的優(yōu)勢，對緩解城市交通擁堵、提高城市交通運行效率具有重要意義[1]。

1.2?研究目的

由于我國各大城市之間的地理走勢和區(qū)位規(guī)劃之間存在差異，我國城市軌道交通的初期規(guī)劃難免會產(chǎn)生與現(xiàn)有客流需求不匹配的情況，如線路不斷延長或超長開通運營等情況，使客流的時間和空間分布產(chǎn)生不均衡性，目前單一的交路模式逐漸難以滿足日益復雜的客流需求。地鐵線路在城市不同區(qū)域之間的走向不同導致客流分布不均衡，從而導致車輛運用效率不高，而目前大部分線路采用的是大交路的開行方案，在早晚高峰小時內(nèi)旅客在站等待時間較長，出行舒適度也有所下降。因此，可根據(jù)客流情況在不同時間段調(diào)整發(fā)車間隔和列車開行對數(shù)、調(diào)整列車運行速度等方法，以此縮短旅客出行總時間，實現(xiàn)地鐵列車滿載率的均衡性，提高城市軌道交通企業(yè)的運營效率。

1.3?研究意義

以大小交路列車滿載率的均衡為目標之一，研究大小交路列車與開行方案的優(yōu)化，對于乘客和企業(yè)來講都有一定的現(xiàn)實意義：對于乘客來講，在不降低原有服務水平的基礎上，可以有效提高小交路運行車站的客流運轉(zhuǎn)，以此提高所以乘客的出行效益;對于企業(yè)來講，可以在控制列車原有編組均衡的基礎上，來提高大小交路列車間的滿載率，最大化地利用線路通過能力，科學合理地分配運能，提高客流輸送效率，減少運用車總量，合理控制企業(yè)最低運營成本，顯著提高城市軌道交通在客流運輸市場中的競爭力。

2?國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和優(yōu)缺點

2.1?國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)學者結(jié)合各城市的運營實踐，探索研究了軌道交通多交路運營組織方案。代存杰等人以客流需求時間、空間不均衡，以及列車交路模式為前提，以減少旅客平均等待時間、提高列車平均滿載率以和減少列車總公里數(shù)為最終優(yōu)化目標，建立了多目標混合整數(shù)非線性優(yōu)化模型[2]。陳福貴也基于地鐵客流，并結(jié)合既有線的運輸組織對大小交路列車的運行組織進行了研究，對大小交路的列車運行編制具有重要意義[3]。同時有多位學者運用多種方法對模型進行研究，尋找能夠滿足旅客出行需求和滿足企業(yè)運營收益需求的列車運行方式，為我國軌道交通開行方案的制訂提供了新的方向。

綜上，國內(nèi)學者針對列車開行方案的優(yōu)化的研究主要集中在客流需求、空間均衡及列車編組方案等方面，而模型的主要優(yōu)化目標為列車最大載客量、企業(yè)最小運營成本。優(yōu)化模型的主要約束條件為線路的客流量、運營企業(yè)的車輛數(shù)與列車的擁擠度等。

2.2?國外研究現(xiàn)狀

國外早期的研究主要集中在區(qū)域運營模式，Canca等以馬德里某條通勤線路為例，研究了客流突增情況下用小交路分擔最大客流為目標的開行方案[4]。Y.JI等人考慮了公交車座位可用性以及旅客擁擠度來設計公交車的大小交路，開發(fā)了Markov模型來描述旅客的座位選擇過程，并結(jié)合Markov模型建立以運營成本最優(yōu)、旅客等待時間最短為目標的小交路方案優(yōu)化模型[5]。

綜述國外的研究現(xiàn)狀，國外學者對于列車開行方案中大小交路的研究相對較少，研究重點集中在大小交路模式的優(yōu)化方案上。

2.3?存在問題

通過對現(xiàn)有文獻的綜合分析整理，發(fā)現(xiàn)關于開行方案的優(yōu)化措施還存在一些不足，比如對大小交路模式下的列車開行方案的研究不夠深入。在大小交路實踐中，若將客流量較大的地區(qū)作為小交路折返站，則會延長清客時間，降低列車運行效率。此外，關于區(qū)域運營模式的研究最為常見，但此類研究的重點主要集中在確定運營段數(shù)、車站數(shù)等方面。因此，需要綜合考慮列車的交路、發(fā)車頻率和列車編組，對大小交路進行深入研究。并以減少旅客等待時間以及提高列車滿載率為優(yōu)化目標。

2.4?優(yōu)勢所在

隨著城市軌道交通網(wǎng)絡化運營組織技術的發(fā)展，多編組和靈活編組的研究早就受到國內(nèi)學者的關注。在早晚高峰時段若增加全線列車，會造成一定程度上的資源浪費。降低中間車站進站列車滿載率，但也會提高中間車站對旅客的接納能力。“大小交路”是一種基本的交通組織形式，即小交路列車在相應的站點清客后，經(jīng)渡線折返到另一條線路繼續(xù)運行。且城市軌道交通是城市建設中最具有公益性的基礎設施，其通過放射狀的線路網(wǎng)連接城市的內(nèi)外環(huán)，能夠有效地緩解城市人口密度、居住環(huán)境、綠化面積、空氣污染等一系列問題。

3?大小交路設置方案優(yōu)化分析

當城市軌道交通線路運營長度過長，且伴隨客流不均衡等問題時，可以通過設置科學合理的交路方案，在充分利用既有資源控制運營成本的同時提高運輸組織服務水平，均衡滿載率與乘客乘車體驗之間的矛盾關系。這種需要考慮列車交路的方法，叫作編制列車交路計劃，而線路斷面客流量就是制定交路方案的基礎，因此大小交路設置模型是以客流量為基礎進行制定的[6]。