城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)限流方案的制定與評(píng)估及其應(yīng)用

軌道交通網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)大和延伸，在大大提升城市交通的可達(dá)性、便捷性、可靠性，提高居民出行效率的同時(shí)，也帶動(dòng)了軌道交通沿線商業(yè)、物業(yè)的發(fā)展，逐漸形成以交通線路為中心、規(guī)?；拇笮蜕倘Α＼壍澜煌ňW(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正在打破城市傳統(tǒng)圈層結(jié)構(gòu)，對(duì)重塑城市形態(tài)起到巨大的推動(dòng)作用；構(gòu)建以軌道交通引領(lǐng)的開(kāi)放型運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)和多樞紐交通體系，通過(guò)軌道交通系統(tǒng)的建設(shè)促進(jìn)城市交通運(yùn)輸供給服務(wù)能力和水平的提升，更好滿足居民出行需求，更好支撐引領(lǐng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，是推進(jìn)城市交通供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的有效途徑之一。

城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)是城市公交系統(tǒng)的重要組成部分。以北京地鐵和深圳地鐵為研究對(duì)象，建立兩個(gè)城市的軌道交通網(wǎng)絡(luò)模型，利用兩個(gè)城市的地鐵乘客刷卡數(shù)據(jù)，估計(jì)城市軌道交通需求od；基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論分析兩個(gè)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提出城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)脆弱性的評(píng)價(jià)指標(biāo)；建立城市公共交通雙層網(wǎng)絡(luò)，對(duì)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的脆弱性進(jìn)行更深層次的分析。研究結(jié)果表明：北京市與深圳市軌道交通網(wǎng)絡(luò)脆弱邊地理分布很相似，深圳市軌道交通網(wǎng)絡(luò)平均而言更加脆弱；軌道交通網(wǎng)絡(luò)的脆弱性與其網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度密切相關(guān)；城市常規(guī)公交網(wǎng)絡(luò)可以降低城市軌道交通系統(tǒng)的脆弱性。

對(duì)我國(guó)主要城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)魯棒性進(jìn)行仿真研究,有助于保證我國(guó)軌道交通網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定安全運(yùn)營(yíng)。魯棒性需要著重研究樞紐站點(diǎn)相對(duì)于全局的作用,傳統(tǒng)方法直接將地理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浠赐怀鲋匾军c(diǎn),或者直接忽略一般站點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的作用來(lái)突出樞紐站點(diǎn),兩者均存在一定偏差?；趫D論和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論,提出一種改進(jìn)的賦權(quán)網(wǎng)絡(luò)魯棒性評(píng)價(jià)方法,全面考慮一般站點(diǎn)與重要站點(diǎn),從多個(gè)靜態(tài)指標(biāo)衡量網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)魯棒性,并動(dòng)態(tài)仿真站點(diǎn)受到破壞后網(wǎng)絡(luò)性能的變化。結(jié)果顯示,深圳軌道交通網(wǎng)絡(luò)綜合魯棒性能較強(qiáng),杭州和西安軌道交通建設(shè)發(fā)展較均衡,鄭州軌道交通網(wǎng)絡(luò)魯棒性最差。通過(guò)增強(qiáng)軌道交通網(wǎng)絡(luò)的集聚效應(yīng),增加可換路徑,縮短換乘距離能夠提高網(wǎng)絡(luò)魯棒性。

針對(duì)目前軌道交通運(yùn)營(yíng)管理無(wú)法實(shí)時(shí)掌握客流情況的現(xiàn)狀,在全網(wǎng)各站點(diǎn)閘機(jī)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合agent仿真技術(shù)對(duì)進(jìn)站客流建模,建立全網(wǎng)絡(luò)條件下軌道交通客流分布模型.快速、全面地對(duì)軌道交通各個(gè)站點(diǎn)、線路之間的客流分布、運(yùn)行情況進(jìn)行直觀仿真.通過(guò)向運(yùn)營(yíng)企業(yè)提供列車實(shí)時(shí)客流參數(shù),使其可以全面把握全網(wǎng)各站點(diǎn)、各列車的實(shí)時(shí)客流情況,以此及時(shí)調(diào)整列車運(yùn)行方案.另外,出行者也可以通過(guò)手機(jī)客戶端了解網(wǎng)絡(luò)客流狀況,根據(jù)自身情況選擇合適的出行方案.

針對(duì)網(wǎng)絡(luò)換乘性能,提出了計(jì)算城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)換乘次數(shù)的矩陣算法。利用圖論建立網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型,利用可達(dá)矩陣計(jì)算了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的平均換乘次數(shù)。在此基礎(chǔ)上考慮客流量的影響,通過(guò)挖掘地鐵afc（自動(dòng)售檢票）數(shù)據(jù),計(jì)算按客流量加權(quán)的平均按乘次數(shù)。定義網(wǎng)絡(luò)換乘效率為實(shí)際按乘次數(shù)與理論換乘次數(shù)的比值,并以北京地鐵為例進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了算法的有效性。

軌道交通網(wǎng)絡(luò)初步形成后,客流會(huì)呈現(xiàn)出幾何倍數(shù)的增長(zhǎng),線網(wǎng)客流之間的關(guān)聯(lián)性越來(lái)越強(qiáng),時(shí)空分布上會(huì)出現(xiàn)極度的不均衡性,如何從根源上解決網(wǎng)絡(luò)客流均衡的問(wèn)題成為了軌道交通企業(yè)、政府、設(shè)計(jì)院等重點(diǎn)研究的問(wèn)題,文章從運(yùn)營(yíng)組織、乘客需求、城市綜合管理3個(gè)角度對(duì)網(wǎng)絡(luò)客流均衡方法進(jìn)行了初步探討和闡述。

城市的軌道建設(shè)不斷地發(fā)展，傳統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)管理方法及理念，已經(jīng)不能夠滿足現(xiàn)在的發(fā)展，需要對(duì)管理理念進(jìn)行創(chuàng)新，用發(fā)展的眼光去明確網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)的管理需求，所以本文對(duì)現(xiàn)在城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)的對(duì)策提出了一些建議。

對(duì)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的客流動(dòng)態(tài)估計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，可以為城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的順暢運(yùn)行和社會(huì)的安全穩(wěn)定奠定基礎(chǔ)。突發(fā)事件會(huì)引起市民的恐慌，使城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中客流分布時(shí)刻發(fā)生變化，導(dǎo)致傳統(tǒng)的估計(jì)模型不能準(zhǔn)確把握客流動(dòng)態(tài)分布規(guī)律，無(wú)法對(duì)不確定因素進(jìn)行預(yù)判，降低了估計(jì)的準(zhǔn)確率。為提高準(zhǔn)確率，提出一種基于拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)模型的突發(fā)事件下城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)客流的動(dòng)態(tài)估計(jì)方法。根據(jù)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的原理建立城市軌道網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)各車站起始點(diǎn)客流的歷史數(shù)據(jù)獲得受到突發(fā)事件影響的評(píng)價(jià)模型，能夠得到突發(fā)事件下隨著時(shí)間變化受到影響的客流量，實(shí)現(xiàn)突發(fā)事件下城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)客流動(dòng)態(tài)的準(zhǔn)確估計(jì)。仿真結(jié)果表明，改進(jìn)算法能夠提高突發(fā)事件下城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)客流動(dòng)態(tài)估計(jì)的準(zhǔn)確率和效率。

通過(guò)對(duì)封閉系統(tǒng)理論研究,建立適用于網(wǎng)絡(luò)化客流組織模型,從而便于動(dòng)態(tài)客流分析、組織、控制.

隨著城市軌道交通路網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性越來(lái)越高,od間乘客出行路徑更加多樣化.但是,由于路網(wǎng)中各條線路在換乘站之間的銜接性不太完善,經(jīng)常會(huì)發(fā)生乘客無(wú)法經(jīng)換乘抵達(dá)目的地或者等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題.本文在分析軌道交通網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性影響因素的基礎(chǔ)上,對(duì)兩種類型的可達(dá)性算法進(jìn)行了研究,并基于此進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn),證明了算法的可行性.可達(dá)性算法和系統(tǒng)的投入運(yùn)營(yíng)將對(duì)提高軌道交通出行效率、出行的便捷性和準(zhǔn)確性起到非常重要的作用.

隨著城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性越來(lái)越高,od間乘客出行路徑更加多樣化.但是,由于線網(wǎng)中各條線路在換乘站的銜接不太完善,經(jīng)常會(huì)發(fā)生乘客須多次換乘抵達(dá)目的地或者換乘時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題.本文在分析城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性影響因素的基礎(chǔ)上,對(duì)網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性計(jì)算系統(tǒng)架構(gòu)及實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了探討,希望為后續(xù)的具體規(guī)劃建設(shè)工作提供參考.

本文以城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)問(wèn)題為研究對(duì)象,將交通線路合理性和可達(dá)性作為限制條件,建立交通網(wǎng)絡(luò)的多目標(biāo)優(yōu)化模型。此模型以總出行時(shí)間最少、線路總長(zhǎng)度最小以及總換乘次數(shù)最少為目標(biāo)建立多目標(biāo)函數(shù),并對(duì)模型進(jìn)行求解。該模型可對(duì)可能的軌道交通線路進(jìn)行篩選,得到最優(yōu)的線路網(wǎng)絡(luò)布局。

針對(duì)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃影響決策因素的多樣性,通過(guò)應(yīng)用多層次分析法和模糊數(shù)學(xué)理論優(yōu)選綜合評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法對(duì)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃進(jìn)行決策評(píng)價(jià),提出了適合城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的多層模糊優(yōu)化決策方法模型.該模型通過(guò)專家決策將各個(gè)因素層次化篩選,并構(gòu)建模糊矩陣計(jì)算出各層的權(quán)重.采用歸一法經(jīng)過(guò)模糊化運(yùn)算得出最終結(jié)果.并應(yīng)用實(shí)例驗(yàn)證其可行性.

通過(guò)對(duì)上海市軌道交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分析,獲得了基于l空間和p空間視角的軌道交通網(wǎng)絡(luò)所具有的不同性質(zhì):在l空間下網(wǎng)絡(luò)的度值相對(duì)較小,80%以上節(jié)點(diǎn)的度為2,度分布很集中,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的平均最短路徑反映了從任意站點(diǎn)到任意站點(diǎn)的實(shí)際需要通過(guò)的平均站點(diǎn)數(shù),最短路徑長(zhǎng)度相對(duì)較大,網(wǎng)絡(luò)的聚類系數(shù)很小,接近于0;而在p空間下,網(wǎng)絡(luò)整體的度值很高,且分布區(qū)域也很廣,而網(wǎng)絡(luò)的平均最短路徑很小,它反映的是從一個(gè)站點(diǎn)到任意一個(gè)站點(diǎn)平均需要換乘的次數(shù),網(wǎng)絡(luò)的聚類系數(shù)很大,超過(guò)了0.9,上海市軌道交通網(wǎng)絡(luò)超過(guò)85%的節(jié)點(diǎn)的聚類系數(shù)為1。

本文對(duì)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)安全現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，介紹了城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)的工業(yè)控制系統(tǒng)，并提出針對(duì)軌道交通網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)系統(tǒng)的安全預(yù)防措施。

本文以圖論為基礎(chǔ),忽略城市軌道交通線網(wǎng)中的普通車站,重點(diǎn)關(guān)注線網(wǎng)的終點(diǎn)站、換乘站及連接終點(diǎn)站和換乘站的邊,對(duì)線網(wǎng)的基本網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì),分析線網(wǎng)的復(fù)雜特性,并提出適合城市軌道交通線網(wǎng)的復(fù)雜特性評(píng)價(jià)指標(biāo),并以北京市城市軌道交通的三個(gè)建設(shè)階段(2009年線網(wǎng)、2010年線網(wǎng)和2015年線網(wǎng))為分析案例,驗(yàn)證評(píng)價(jià)指標(biāo)的適用性,為今后的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)分析提供參考.

針對(duì)目前國(guó)內(nèi)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)服務(wù)質(zhì)量評(píng)估仍是通過(guò)關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)(kpi)來(lái)監(jiān)控,不能全面描述某一條線路/區(qū)域的運(yùn)作質(zhì)量的現(xiàn)狀,通過(guò)論證分析,綜合了平衡計(jì)分卡、層次分析法與模糊綜合評(píng)估方法,建立了一套城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)服務(wù)質(zhì)量評(píng)估模型.闡述了流程建立過(guò)程和具體的實(shí)施步驟,并以廣州地鐵線網(wǎng)為例,驗(yàn)證了該評(píng)估模型的有效性和實(shí)用性.

為預(yù)防突發(fā)事件對(duì)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的影響,提高應(yīng)變能力、增強(qiáng)運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定性,有必要對(duì)其網(wǎng)絡(luò)可靠性進(jìn)行分析。以上海市軌道交通網(wǎng)絡(luò)為實(shí)證對(duì)象,基于l空間和p空間方法建立兩種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),分析其復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)特性。提出針對(duì)車站刪除方法的4種攻擊策略,并對(duì)各種攻擊策略下網(wǎng)絡(luò)可靠性的變化進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明,軌道交通車站網(wǎng)絡(luò)和換乘網(wǎng)絡(luò)對(duì)隨機(jī)攻擊具有魯棒性,對(duì)蓄意攻擊具有脆弱性;動(dòng)態(tài)攻擊策略對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響比靜態(tài)攻擊策略更大。

城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的趨勢(shì)和已經(jīng)顯現(xiàn)出來(lái)的特點(diǎn)表明,網(wǎng)絡(luò)化管理對(duì)于城市軌道交通的穩(wěn)步推進(jìn)和安全管理都十分有利

結(jié)合城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)發(fā)展條件和趨勢(shì)以及北京城市軌道交通的發(fā)展現(xiàn)狀,本著\"創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)理念,提高運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量\"的原則,分析城市軌道交通在進(jìn)入大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)階段后,客流分析、行車組織和客運(yùn)組織服務(wù)將面臨的問(wèn)題,探討北京面對(duì)這些問(wèn)題做出的相關(guān)對(duì)策,研究相關(guān)問(wèn)題的解決辦法和思路。

科學(xué)制定城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)力配置計(jì)劃,應(yīng)在深入分析網(wǎng)絡(luò)中各線客流的隨機(jī)變化規(guī)律、各線運(yùn)力之間的關(guān)聯(lián)性、乘客服務(wù)需求的基礎(chǔ)上,不斷提高運(yùn)輸設(shè)備能力的利用率、運(yùn)力配置計(jì)劃的魯棒性以及運(yùn)力計(jì)劃編制過(guò)程的高效性。結(jié)合以上問(wèn)題,分析列車運(yùn)行模式、客流分布特點(diǎn)、乘客服務(wù)水平、企業(yè)運(yùn)營(yíng)成本、列車定員和線路通過(guò)能力等制約軌道交通運(yùn)力優(yōu)化配置的影響因素,研究網(wǎng)絡(luò)運(yùn)力配置優(yōu)化的方法。在計(jì)劃優(yōu)化過(guò)程中,同時(shí)考慮運(yùn)營(yíng)企業(yè)的列車運(yùn)行成本、乘客換乘等待時(shí)間費(fèi)用等具體需求,結(jié)合客流變化的不確定性,建立運(yùn)力配置優(yōu)化機(jī)會(huì)約束模型。本文最后以北京軌道交通網(wǎng)絡(luò)及其客流為背景,利用模型計(jì)算得出基于\"獨(dú)立運(yùn)行\(zhòng)"、\"同網(wǎng)同間隔\"和\"周期化運(yùn)行\(zhòng)"等3種運(yùn)營(yíng)模式下的網(wǎng)絡(luò)工作日運(yùn)力優(yōu)化配置方案,并對(duì)各方案進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明:模型運(yùn)算效率高,能反映實(shí)際情況,可為軌道交通運(yùn)營(yíng)管理人員提供實(shí)用優(yōu)選方案。

分析了城市軌道交通由單線管理向網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)轉(zhuǎn)變過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題,提出了分析網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)組織協(xié)調(diào)關(guān)系的必要性。從路網(wǎng)運(yùn)輸能力均衡配置角度,闡述了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)協(xié)調(diào)的主旨,對(duì)影響運(yùn)營(yíng)組織的多個(gè)關(guān)鍵要素做定性分析。采用解釋結(jié)構(gòu)模型法,根據(jù)推移律特性,建立網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)協(xié)調(diào)要素的多級(jí)遞階結(jié)構(gòu),對(duì)層次劃分結(jié)果進(jìn)行要素間的關(guān)聯(lián)性分析。該結(jié)構(gòu)模型可作為協(xié)調(diào)準(zhǔn)則應(yīng)用于運(yùn)營(yíng)組織過(guò)程,為網(wǎng)絡(luò)列車運(yùn)行計(jì)劃的制定提供理論依據(jù)。