综合交通枢纽中干线铁路和城市轨道交通运能匹配评价方法研究.pdf

作者简介赖文静()女助理工程师主要研究方向:城市轨道交通运输组织研究综合交通枢纽中干线铁路和城市轨道交通运能匹配评价方法研究赖文静 杨 浩(.西安市城市轨道交通集团运营分公司 西安.轨道交通工程信息化国家重点实验室(中铁一院)西安)摘 要:在区域轨道交通一体化协同发展的背景下随着干线铁路和城市轨道交通的快速发展两种轨道交通制式在综合交通枢纽中的地位也越发重要 本文重点探究综合交通枢纽中干线铁路和城市轨道交通制式之间运能匹配度的计算方法并对运能匹配结果进行评价 首先明确了区域轨道交通一体化背景下综合交通枢纽中不同轨道交通制式运能匹配内涵其次研究了综合交通枢纽中干线铁路和城市轨道交通运能匹配评价方法并给出优化措施最后以西安北站为例验证该评价方法的可行性 该方法可以反映出枢纽站运能匹配的薄弱环节有助于合理分析枢纽站运能匹配的优化措施充分发挥多网融合背景下轨道交通的整体效益关键词:区域轨道交通综合交通枢纽运能匹配整体效益 ():.:青海交通科技 第 期 引言交通一体化与高质量是新时期现代化都市发展的主旋律在交通强国建设纲要等国家战略规划引领下构建城市一体化交通网推进干线铁路、城际铁路、市域(郊)铁路、城市轨道交通“多网融合”已成为区域一体化发展的重要基础也是充分发挥轨道交通经济效益和社会效益的基础 多制式轨道交通具有不同的技术标准、功能定位、服务范围和运营主体我国多层次轨道交通互联互通和融合发展还处于探索阶段在此背景下着眼于多层次轨道交通网络“节点”分析大型综合客运枢纽内各制式轨道的运输能力进而探讨区域内各轨道交通制式间的运能匹配情况是非常有必要的国内外学者已经从多个角度对多层次轨道交通运能匹配方法进行了研究 蒋洁滢基于区域轨道交通背景下多种轨道交通综合运输的方式提出运能匹配度评价模型并构建区域轨道交通综合运能匹配评价指标王睿等针对区域轨道交通综合客运枢纽内多种交通方式的运能协调性问题提出区域轨道交通网络运能匹配优化方法余潇等针对区域轨道交通综合客运枢纽内多种交通方式的运能协调性进行分析提出枢纽内多种交通方式运能协调匹配模型 同时也有学者研究了区域轨道交通一体化协同发展 王明志等分析了区域轨道交通存在的问题从多方面探究多制式一体化未来协同发展的方向汪意涵等构建区域轨道交通系统协同发展评价模型分析并论证了该评价模型的适用性王昊等探究各制式之间的协同主次关系提出以“国铁干线为主、城轨市域为辅”的区域轨道交通协同一体化发展的理念综上可知目前关于区域轨道交通一体化协同发展的研究较多多数研究主要集中在多种轨道交通制式之间的协同运输以及枢纽站多种轨道交通制式运能匹配方法的研究而针对综合交通枢纽中主要交通制式之间运能匹配评价方法的细化研究较少 基于此本文立足于轨道交通一体化背景下综合客运枢纽站干线铁路和城市轨道交通运能匹配评价方法进行研究并以西安北站为例验证该评价方法的适用性和可行性 综合交通枢纽站运能匹配评价方法旅客总是倾向于选择对自身效用最大的方式出行即出行费用最小的方式将旅客交通方式选择影响因素进行量化分析是研究旅客出行选择偏好的基础.旅客出行影响因素的量化.经济性各种交通方式的经济性可以借助其票价来直观反映票价由运价率与运输距离决定 ()式中:为第 种交通方式的经济性指标为第 种交通方式的运价率为第 种交通方式的运行里程.快速性旅客出行所花费的旅行时间可以来衡量其所乘交通方式的快速性 ()式中:为第 种交通方式的快速性指标为第 种交通方式的运行距离为第 种交通方式的平均运行速度.方便性旅客的平均走行时间及平均等待时间可以来描述其乘坐某一种交通方式时的方便性 ()()式中:为第 种交通方式的方便性指标为第 种交通方式的走行时间为第 种交通方式的等待时间.舒适性 ()式中:为第 种交通方式的舒适性指标为第 种交通方式的票价.安全性为第 种交通方式的安全性指标与伤亡事故率成反比例变化根据历年的伤亡事故统计资料 第 期青海交通科技确定 的取值 由于各交通方式的伤亡事故率都很低各交通方式的安全性水平比较接近故很难对各交通方式的安全性进行排序并量化为费用 根据历年对各交通方式伤亡事故的统计资料可知轨道交通的安全性要优于公路交通的安全性但公路上的不同交通方式间基本无差别为方便计算本次轨道交通的安全性取.公路的安全性取值为.轨道交通即指地铁公路交通包括公交、私家车、出租车和自行车.旅客出行广义费用函数基于各影响因素构建旅客广义出行费用函数如式():()()()式中:为第 种交通方式的广义出行费用城市内的旅客交通方式包括地铁、公交、出租车、私家车和自行车 ()为时间价值()地区 地区人口数量 劳动者平均劳动时间、分别为各指标所占的权重系数可通过大量调查数据拟合获得.判断矩阵的归一化处理将干线铁路客运枢纽站所在城市根据经济发展情况划分为 个区域影响旅客出行方式选择的影响因素个数为 求各区域内包含的所有城市内交通方式在各影响因素下指标值的均值得到如式()的原始数据矩阵 其中影响旅客出行方式选择的各因素的取值分别用各因素的量化指标来表示 量化指标分别对应各影响因素 ()式中:为第 个影响旅客交通方式选择的因素 为干线铁路客运枢纽站所在城市的第 个区域 为第 个影响旅客交通方式选择的因素在城市第 个区域内的各交通方式指标值的均值 为第 个影响旅客交通方式选择的因素在该城市第 个区域内的各交通方式指标值的均值 为影响旅客交通方式选择的各因素在干线铁路客运枢纽站所在城市各区域内的各交通方式指标值的均值所构成的矩阵对小者为优的成本性指标而言标准化过程如式():()式中:为指标值 所对应的标准值标准化后的矩阵:()式中:为将矩阵 进行标准化之后得到的标准矩阵 为将指标值 进行标准化之后得到的标准值.定义熵定义第 个影响因素的熵 为公式():()式中:为第 个影响因素在第 个区域内取值的标准值占所有区域标准值之和的比率.定义熵权定义并将得到各个影响因素的熵后每个影响因素的熵权 计算如公式():()式中:结合本文选取的旅客出行影响因素量化指标此处 各影响因素的权重系数分别为:.客流分担率计算对于城市内的 种运输方式运用 模型计算出在干线铁路客运枢纽站换乘市内交通运输方青海交通科技 第 期式的客流分担率(如公式()其中 为城市内交通方式的总个数即:()()()式中:为第 种交通方式的旅客广义出行费用根据所述旅客广义出行费用函数的计算公式以及求出的各影响因素权重系数、共同计算得到.综合交通枢纽站运能匹配度分析.运能计算方法在区域轨道交通枢纽内部某一轨道交通制式所承担的换乘客流是其他轨道交通制式换乘到该制式的客流量总和而各制式能够提供的最大旅客换乘能力则等于枢纽内各制式始发与途经列车的旅客运输能力之和 在区域轨道交通系统内国铁干线子系统的有序度明显比城市轨道交通子系统和市域铁路子系统的有序度高形成以“国铁干线为主、城轨市域为辅”的区域轨道交通协同一体化的协同形式理念 基于此本文重点研究国铁干线到达乘客和城市轨道交通之间的运能匹配度计算方法该方法同样适用于其他轨道交通制式设干线铁路客运枢纽站旅客列车每日到达的高峰时段为 铁高峰时段的到达客流量为 铁轨道交通的客流分担率为 轨则高峰时段从干线铁路客运枢纽站乘至城市轨道交通的客流量计算如公式():轨 铁 轨()设定干线铁路客运枢纽站到达旅客中选择始发站线路 的概率为 选择途径站线路 的概率为 由于最终到该干线铁路客运枢纽站的城市轨道交通列车不再继续承担干线铁路到达旅客的换乘作业因此只研究始发站和途经站两种情况 和 能够通过统计和分析乘客在进站闸机处的刷卡记录得到对于始发站而言地铁列车上无原始旅客铁路到达旅客可以直接换乘该始发站地铁列车的运输能力计算如公式():铁/()对于途经站而言地铁列车上已存在一部分途经旅客该途经站地铁列车的运输能力计算如公式():()铁/()式中:始发站的城市轨道交通列车的运输能力途经站的城市轨道交通列车的运输能力干线铁路客运枢纽站到达旅客中选择始发站线路 的概率干线铁路客运枢纽站到达旅客中选择途径站线路 的概率为线路 上始发每节城市轨道车辆的定员人数人/辆线路 上途经每节城市轨道车辆的定员人数人/辆铁铁路客运站旅客列车每日到达的高峰时段、分别为始发线路、途经线路 上轨道交通列车的拖挂节数辆、分别为始发线路、途经线路 上轨道交通列车的发车间隔时间始发线路 上城市轨道交通的满载率为城市轨道交通列车理论极限满载率为途经线路 到站后的实际满载率为铁路客运枢纽站所衔接的始发城市轨道交通线路的数量为铁路客运枢纽站所衔接的途经城市轨道交通线路的数量 城市轨道交通总的运输能力计算如式():().运能匹配度计算方法采用选择城市轨道交通为换乘方式的铁路到达客流量与城市轨道交通所能提供的运输能力的比值来表示运能匹配度如公式():轨铁铁 轨 铁/()铁/()式中:为运能匹配度指标 在.时表示经济合理运能匹配度最佳当 .时表明城市交通运输满足不了干线到达客流的换乘需求不能及时完全疏散到达客流会造成拥堵与滞留 通过缩短城市轨道交通列车的发车间隔或增加城市轨道交通列车的编组数来提升运输能力以及时疏散干线铁路高峰时段到达客流当 .时表明城市轨道交通的运输能力较大会造成城市 第 期青海交通科技轨道交通能力的浪费 通过减少城市轨道交通列车的编组数或增大城市轨道交通列车的发车间隔来优化干线铁路与城市轨道交通之间的运能匹配性 案例分析.西安北站发展现状西安北站与西安地铁、和 号线相衔接为西安市最大的干线铁路枢纽车站西安北站可以换乘城市轨道交通、公交、出租车等多种交通方式 根据地铁、和 号线近期进站客流计算可得干线铁路换乘城市轨道的客流中换乘 号线的客流分担率最大约为 本文重点研究高铁到站乘客与 号线之间的运能匹配情况.西安北站干线铁路运输情况根据节假日期间西安北站列车时刻表数据以 为单位统计全日到站列车情况其分时段铁路到达列车情况如表 由表可知:为干线铁路旅客列车到达的高峰时段该时段内共有 辆列车到站旅客数量如表 表 分时段铁路到站旅客情况时间段列车数/个时间段列车数/个时间段列车数/个时间段列车数/个:表 :西安北站列车到站情况高速铁路列车(高速动车、动车组)城际铁路列车(城际高速)列车种类通过列车数/个终到列车数/个终到列车数/个列车数量.高峰时段内西安北站换乘量计算根据列车编组表和动车车型资料的列车定员及载客率结合西安北站到站列车统计数据西安北站到站列车的平均定员为 人高峰时段列车平均载客率为 途经列车平均下车人数为 人 结合高峰时段铁路下车旅客换乘量公式计算可得西安北站高峰期铁路下车旅客换乘量为:铁 人故高峰小时断面客流量约为.万人/小时当枢纽站采用以城市轨道交通为主的集疏运模式时根据全面提出的客流分担率计算方法结合已有研究中城市轨道交通、公交、出租车和社会车辆的换乘客流分担率取值情况本文中高铁到站乘客选择城市轨道交通的客流分担率取 故西安北站到达乘客的换乘客流量为 人.铁路与城市轨道交通运输能力衔接协调分析西安北站地铁 号线换乘客流量主要包括三部分:高铁到站换乘客流、地铁线路之间的换乘客流、本地始发客流 近期高峰时段:地铁 号线北客站的高峰小时最大进站量、出站量和换乘量情况如表 此时段 号线发车间隔为 分 秒高峰小时断面运力为.万人次/时青海交通科技 第 期表 号线北客站的高峰小时最大进流量、出流量和换乘信息表地铁客流客流高峰小时上车客流量/人时高峰小时下车客流量/人时换入 号线总量/人 高铁到站乘客占 号线北客站上车客流量的比例为 故本地进站客流比例为 即 号线在承载高铁换乘乘客前的满载率约为.运能匹配结果及优化措施分析采用运能匹配度公式()计算可得西安北站高铁到站乘客与地铁 号线之间的运能匹配度为.此结果表示现阶段西安北站枢纽站城市轨道交通提供的运能较高可以及时疏散干线铁路到达乘客 由于北客站为地铁 号线的始发站该站运力匹配冗余度较大为合理情况随着高速铁路和城市轨道交通的快速发展远期北客站高铁到达乘客会持续增加而现阶段地铁 号线的运力配置情况已处于较高水平届时若运能匹配度超过合理范围建议采取以下措施以提高地铁运能:()缩短地铁列车发车间隔提升运输能力现阶段地铁 号线高峰期最小发车间隔 分 秒可提供的单位小时运能为.万人次/时随着城市轨道交通信号技术及列车折返能力等的不断提升在综合考虑地铁 号线客流变化情况及北客站高铁到达客流的基础上可进一步压缩发车间隔提升单位小时运能进而使得北客站高铁与城市轨道交通的运能匹配度处于合理范围内()增加地铁列车编组数提升车厢载客量现阶段地铁 号线采用 车编组模式列车定员为 人/列通过调整其编组方式例如采用 车编组等可有效提高车厢载客数量进而提升运能使得运能匹配度处于合理范围内 结论区域轨道交通枢纽站不同轨道交通制式间的一体化协同发展是轨道交通研究的重要方向 本文提出的综合交通枢纽干线铁路与城市轨道交通运能匹配评价方法能更好把握枢纽内干线铁路与城市轨道交通之间运能匹配的现状分析现状下不同轨道交通制式运输能力的利用情况及各轨道交通制式在枢纽内衔接配合间存在的问题结合运能匹配评价方法的检算结果进一步分析问题产生的原因明确枢纽内运能匹配优化方向充分利用各轨道交通制式的特点和优势发挥区域轨道交通的整体效益参 考 文 献 蒋洁滢.区域轨道交通综合运能匹配评价方法研究.中国铁路():.王睿马驷.区域轨道交通网络运能匹配方法研究.交通运输工程与信息学报():.余潇黄筱洁薛锋等.区域轨道交通综合客运枢纽运能协调优化模型.武汉理工大学学报(交通科学与工程版)():.王明志王舟帆刘军.区域轨道交通一体化协同发展思考.铁路通信信号工程技术():.汪意涵郝京京黄豪等.区域轨道交通系统协同发展模型.综合运输():.王昊吕红霞赖文静等.基于系统有序度的多制式区域轨道交通协同主次研究.综合运输():.李昂.高速铁路与城市轨道交通衔接换乘问题研究.北京:北京交通大学.于慧东.综合交通枢纽中高速铁路和城市轨道交通的换乘研究.成都:西南交通大学.汪雯文薛锋.综合客运枢纽轨道交通系统运能匹配度研究.交通运输工程与信息学报():.马亚雯.衔接高铁枢纽站的城市轨道交通列车时刻表优化研究.北京:北京交通大学.第 期青海交通科技