（交通运输规划与管理专业论文）基于城市轨道交通网络运营的客流分布预测研究.pdf

摘要 摘要 随着一些大城市轨道交通整体网络的逐步形成，运营管理也将逐步过渡到 网络化运营的新阶段。客流作为轨道交通运营组织的基础，其大小和分布特征 决定了整个系统的运营组织方案。轨道交通网络形成之后，单线运营的客流分 布将会随着线路的增加呈现新的特点，引起线网的客流分布随之相应变化，特 别是在“一票换乘”实施的条件下，乘客在轨道交通系统中的出行路径由于存 在不同的换乘选择而具有更明显的多样性。同时，在新线接入、运营异常等情 况下，整个网络客流分布也将随之发生相应的变化。 因此，本文希望通过对轨道交通网络客流分布的研究，为他们提供网络化 运营条件下的客流时空分布特点及规律的相关信息作为参考，来更加合理地安 排未来网络化运营计划，提高运输组织水平和客运服务水平。 首先，本文分析了国外典型大城市( 东京、首尔) 的轨道交通系统和典型 线路的客流情况，得出具有较长历史的城市轨道交通系统客流成长的一般趋势 规律。然后，分析了网络化下客流分布变化的原因，着重研究了刚络客流分布 的时空特征和变化规律。 同时，本文借鉴城市道路网的相关理论，建立了多概率选择客流分布模型 及算法，以计算出o d 对间各有效路径的客流分配比例。根据目前“一票通”票 务清分系统所能积累的基础客流数据，计算车站、断面、线路和线网客流量， 建立网络化下客流指标体系。 最后，本文以上海为例，将根据现有客流统计资料，分析上海轨道交通网 络客流分布的时空特征和客流波动规律，并运用n e t p i a s 系统计算出来的o d 对客流分配比例结果，研究客流在断面和线路上的分配。 关键词：城市轨道交通，网路化运营，客流分布，客流指标 a b s t r a c t w i t ht h eg r a d u a lf o r m a t i o no fu r b a nr a i lt r a n s i tn e t w o r ki ns o m el a r g e c i t i e s - t h e o p e r a t i o nm a n a g e m e n tw i l l a l s ot a k eag r a d u a lt r a n s i t i o n t oan e ws t a g eo t n e t w o r k 。b a s e do p e r a t i o n t h ep a s s e n g e rf l o wi s t a k e na st h eb a s i so ft h er a i l w a y o d e r a t i o no r g a n i z a t i o na n di t ss i z ea n dd i s t r i b u t i o nd e c i d e st h eo p e r a t i o no r g a n i z a u o n s c h e m eo fw h o l es y s t e m 。a f t e rt h ef o r m a t i o no ft h et r a f f i cn e t w o r k ，t h ep a s s e n g e r f l o wd i s t r i b u t i o no fo n e w a yo p e r a t i o nw i l l s h o wn e wc h a r a c t e r i s t i c sw i t ht h e i n c r e a s eo ft h er a i ll i n e sa n db r i n gt h ec o r r e s p o n d i n gc h a n g e so ft h en e tp a s s e n g e r f l o wd i s t 衲u t i o na c c o r d i n g l y e s p e c i a l l yu n d e r t h ec o n d i t i o n so ft h ei m p l e m e n t a t i o n o fo n e t i c k e tt r a n s f e r , t h ep a s s e n g e r st r i pr o u t ei nt h en e t w o r kw i l l t a k eo nm o r e o b v i o u sd i v e r s i t yb e c a u s eo ft h ed i f f e r e n tt r a n s f e rc h o i c e s m e a n w h i l et h ew h o l e n e t w o r kp a s s e n g e rf l o wd i s t r i b u t i o nw i l la l s oc h a n g ec o r r e s p o n d i n g l y w i t ht h en e w l i n ea c c e s sa n da b n o r m a lo p e r a t i o nc o n d i t i o n t h e r e f o r e i no r d e rt om a k ed i a g r a mr e a s o n a b l ya n di m p r o v et h eo p e r a t l o n q u a l i t y , t h i sp a p e rp r o v i d e su s e f u li n f o r m a t i o n a b o u tt h et i m e 。s p a c ed i s t r i b u t l o n c h a r a c t e r i s t i cb ys t u d y i n gt h ep a s s e n g e rf l o wd i s t r i b u t i o nu n d e r n e t w o r ko p e r a t l o n f i r s to fa 1 1 t h i sp a p e ra n a l y s e st h em a s st r a n s i ts y s t e m si nt y p i c a lm a j o rc i n e s s u c ha st 0 k v oa n ds e o u la n dt h ep a s s e n g e rf l o ws i t u a t i o no f t h et y p i c a lr a i ll i n e s ， e d u c e st h eg e n e r a lt r e n do ft h ep a s s e n g e rf l o wg r o w t h i nt h eu r b a nm a s st r a n s i tw i t ha 1 0 n gh i s t o r y t h e n ，i ta n a l y s e st h er e a s o n sf o rt h ec h a n g e so ft h ef l o wd i s t r i b u t i o n ， f o c u s e so nt h et i m e s p a c ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c sa n dc h a n g e r u l e so ft h en e t w o r k p a s s e n g e r f l o w m e a n w h i l e 1 e a r n i n gf r o mt h eu r b a nr o a dn e t w o r kt h e o r y , t h ep a p e r e s t a b l i s h e s m em u l t i r o u t ec h o i c ep r o b a b i l i t ym e t h o d ，i no r d e r t of i g u r e so u te v e r yv a l i d r o u t e s p a s s e n g e ra s s i g n m e n tp r o p o r t i o nb e t w e e nt h eo d i tg i v e st h e m e t h o do fc a l c u l a t i n g m ep a s s e n g e rf l o wi ns t m i o n s ，s e c t i o n ，l i n ea n dn e t w o r k o nt h eb a s i cp a s s e n g e rf l o w d a t am 锄嘶z e db yo n e - t i c k e tt r a n s f e rf a r ec l e a rs y s t e m a n da l s os e t su pi n d e xs y s t 锄 o fu r b a nr a i ln e t w o r kp a s s e n g e rf l o w i i a b s t r a c t i nt h ef i n a l i t y , a c c o r d i n gt ot h ec u r r e n tp a s s e n g e rf l o ws t a t i s t i c ，t h ep a p e r a n a l y s e st h ep a s s e n g e rf l o wt i m e s p a c ed i s t r i b u t i o na n du n d u l a t i o nr u l e so f t h eu r b a n m a s st r a n s i ti ns h a n g h a i ，p r o v e st h ev a l i d i t yo ft h ed i s t r i b u t i o nm o d e lw i t ht h e p r o p o r t i o no fp a s s e n g e rf l o ws h a r e db y d if f e r e n tv a l i dr o u t e so fo dc a l c u l a t e db yt h e n e t p i a s ，a n ds t u d i e st h ep r o p o r t i o nd i s t r i b u t e do i lt h es e c t i o na n dl i n e k e yw o r d s ：u r b a nr a i lt r a n s i t ，n e t w o r ko p e r a t i o n ，p a s s e n g e rf l o wd i s t r i b u t i o n ， i n d e xs y s t e mo f p a s s e n g e rf l o w i i i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者虢 铆确嘲 纠彩年；月喀日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导帅指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位做储签名：琊砀啊 7 萨g 年多月f 8 日 第1 章绪论 1 1 研究背景 第1 章绪论 近年来，随着改革开放政策的贯彻执行以及经济建设世纪目标的实现，我 国的国民经济得到了蓬勃发展，城市化进程逐步加快，城市人口急剧增加，大 量流动人口流入城市，人员出行和物资交流频繁，城市交通面形势严峻。 由于轨道交通与其他交通相比，具有运量大、速度快、安全、准时、环保 等特点，随着人们对地铁这一新型交通工具认识的不断加深、运营设施的完善 及管理水平的不断提高，越来越多的出行者会选择地铁这一安全畅达交通工具， 它现己成为市民出行不可或缺的交通工具，大容量轨道交通的重要性和优势正 初步显现。截至2 0 0 6 年9 月，中幽内地有l o 个城市拥有城市快速轨道交通运 营，总运营里程近5 0 0 公里。从2 0 0 3 年年底开始，北京、上海、深圳等有关城 市丌始编制和申报轨道交通建设规划，目前已有1 5 个城市上报了建设规划报告。 深圳、杭州、哈尔滨、广州、上海、成都等城市的规划己通过国家审批。根据 统计，1 5 个城市在近期规划建设6 5 条线路，线路单程达到1 7 0 0 公里，投资规 模约6 0 0 0 亿元【5 1 。 随着城市建设的迅猛发展，我国已有大城市逐渐形成了轨道交通网络雏形。 如北京市为适应城市发展的要求，迎接奥运会的举办，正加快建设城市轨道交 通网络。近期规划方案中包括8 条市区线路，建设旱程1 6 9 7 公里，3 条通往郊 区的市郊铁路线路，建设罩程1 0 9 4 公里，建设总里程为2 7 9 1 公里。预计2 0 0 8 年北京市区轨道交通线路运营罩程将达到2 6 4 7 公里，加上3 条郊区线路，全市 轨道交通运营总里程将达到3 7 4 1 公里。而在上海，随着2 0 0 7 年年底6 、8 、9 号线等投入试运营，己形成8 条线、2 3 6 公罩、1 6 2 座车站的轨道交通摹本网络 雏形，其中，“1 条环线+ 8 处换乘+ 9 站共线”的线网布局，将令广大乘客的换 乘更为便捷，网络化运营优势将初步够现。上海将2 0 1 2 年左右，形成1 3 条线 路，共3 0 0 多座车站投入使用，运营总长度超过5 0 0 公里的轨道交通基本网络。 第1 章绪论 1 2 研究意义 随着城市轨道交通整体网络的逐步形成，未来的轨道交通网络将呈现出线 路形式、功能和制式的多样化、网络结构和规模的复杂化、列车运行方式的多 样化、其它交通方式衔接需求的多重性、客运需求的高增长和波动性等特点， 运营管理也将逐步过渡到网络化运营的新阶段。 轨道交通网络化运营条件下，做好网络上各线路间运营组织的相互协调是 保障网络运营组织优化、提高整个网络系统能力和效益的根本途径，而对客流 信息的准确统计分析和预测则是做好网络上各线路问运营组织的相互协调的重 要保障。客流作为轨道交通运营组织的基础，其大小和分布特征决定了整个系 统的运营组织方案。轨道交通网络形成之后，单线运营的客流分布将会随着线 路的增加呈现新的特点，引起线网的客流分布随之相应变化。特别是在“一票 换乘”实施的条件下，乘客在轨道交通系统中的出行路径由于存在不同的换乘 选择而具有更明显的多样性，同时，在新线接入、运营异常等情况下，整个网 络客流分布也将随之发生相应的变化。因此，准确、合理地确定和n i i ) 1 0 网络化 运营条件下的客运需求、客流性质、时空分布特点及规律，并获得轨道交通相 应的线路、断面、车站等客流数据，对于制订列车运行计划、进行合理的运能 配置和运营成本控制、提高运输组织水平和客运服务水平具有极其重要的作用。 1 3 国内外研究现状 本文研究内容涉及到以下儿个方面：1 ) 网络化条件下的运营组织和管理； 2 ) 网络化下的客流分布特征；3 ) 网络客流分配模型，在城市公共交通网络客 流分配方面圈内外的研究和成果都比较成熟，可以为我们借鉴。现根据以上方 而，总结如一f ： ( 1 ) 网络运营与管理方面。以上海城市轨道交通网络为背景，周淮等专家 对网络化运营管理的相关问题做了综合分析，顾伟华等专家分析了轨道交通网 络化的技术特征，围绕管理体系和技术体系提出了网络化建设的具体解决方案。 朱沪生等专家提出了以网络整体最优，实现资源共享、高服务水平为目标进行 网络化建设。在运营组织和管理方面，国内的研究主要集中在单线运营组织方 面。王印富、雷志厚等学者对城市轨道交通行车组织方法做了探讨。方蕾在分 2 第1 章绪论 析轨道交通客流动态演变规律的基础上，总结了都市圈的轨道交通运输能力和 运输组织方法，对正常运营状态和特殊状态( 非正常、紧急) 下的列车运行组 织进行了深入研究。徐瑞华等专家分析了举办世博会条件下的上海市轨道交通 网络的运输需求，对相关的运输组织问题进行了研究。陶志祥等在研究中分析 了影响轨道交通需求变化的因素和客流在时间和空间上的变化形态，并提出了 相关行车组织和客运组织的建议。张铭、徐瑞华等专家采用解释结构模型法， 进行了城市轨道交通网络运营组织协调性研究。 而在国外二十世纪七十年代，随着大规模轨道交通线路网络的建成，国外 学者就开始研究网络运营过程涉及的相关问题，尤其是西方发达国家，对这方 面的研究非常深入。v a n s t e e n w e g e n 和v a no u d h e u s d e n 对小型网络列车开行时间 排定做了深入研究，根据客流的分布时间和将网络内开行列车划分不同层次， 使其与实际线网运行状态相互匹配。r i c a r d og a r c i a 等研究了非对称成本因素的 网络均衡的模型和算法，以出行需求为基础考虑网络客流的分配和时空分布。 这些成果对我们研究城市轨道交通网络运营中能提供有益的参考。 ( 2 ) 客流分布特征方面。周淮，王如路在上海轨道交通运营客流简析中研 究了上海轨道交通的客流分布特点；聂英杰专家分析了城市轨道交通的客流特 性分析，张戎在硕士论文城市轨道交通客流特征分析中分析了客流分柿特征， 但是以上的特征分析侧重于各条单独的线路，适用于轨道交通网络初期。另外 张知青，吴强，徐瑞华专家运用仿真的手段研究了随机故障对线路及车站客流 分布的影响；陈菁菁，朱效沽等研究了上海市域轨道交通线路客流分布以及与 此相对应的列车开行交路方式。 ( 3 ) 网络客流分配研究。城市轨道交通网络客流分配技术属于交通分配问 题研究的范畴。交通分配技术的发展源于w a r d r o p 于1 9 5 2 年提出的道路网平衡 的概念和定义。此后如何求解平衡成了研究者的重要课题。直到1 9 5 6 年 b e c k m a n n 等提出了求平衡交通分配问题的解得一种数学规划模型。经过2 0 年 后，即19 7 5 年l e b l a n c 等将f r a n k w o l f 算法用于求解b e c k m a n n 模型获得成功， 从而形成了现在实用的解法。这三点突破是交通分配问题研究的重大进步。从 8 0 年代以来以b e c k m a n n 模型为基本数学模型的交通分配模型向着随机模型、 动态交通分配模型等方向发展。 d a g a n z o 和s h e f f i ( 1 9 7 7 ，1 9 7 9 ) 提出了一种概率分配模型( p r o b i tm o d e l ) ， 该模型需要枚举所有的超级路径。基于出行策略的理论最典型的客流分配模型 3 第1 章绪论 是s p i e s s 和f l o r i a n ( 1 9 8 4 ，1 9 8 9 ) 提出的以优化出行策略为目标，适用于非拥 挤公交网络的客流分配方法。g e n d r e a u ( 1 9 8 4 ) 也以出行策略为基础，提出了适 用于拥挤公交网络的分配方法。l a m 等( 1 9 9 9 ) 提出了一种适用于拥挤公交网 络的随机用户平衡分配模型，并给出了相应算法。 对于城市轨道交通的路网客流分配问题，国内主要借鉴城市公交网络分配 理论。比较简便易用的方法是是基于最短路径的客流分配方法，目前许多关于 地铁路网票务清分问题的研究采用该方法。但是，选择最短路径没有考虑轨道 交通网络化条件下存在多条路径，在网络复杂时分配结果存在较大误差。四兵 锋，毛保华等专家研究了基于随机用户平衡原则的无缝换乘条件下城市轨道交 通网络客流分配模型及算法，流量分配模型及优化算法；吴祥云，刘灿齐研究 了在基于用户平衡原理下建立了城市轨道交通网络的客流量平衡分配模型，并 采用f r a n k w o l f e 算法对模型进行求解。这些方法有较强的理论支撑，便于建模 和参数标定，但不能很好地反映拥挤因素和系统动态。 1 4 研究内容和技术路线 1 4 1 研究内容 本文在对大量相关资料进行总结分析的基础上，从国外典型大城市轨道交 通客流发展规律出发，采用定性分析和理论研究相结合的研究方法，提出了网 络化下客流分布模型及算法，并运用实例加以验证。本文的研究内容主要包括 以下几个方面： ( 1 ) 分析国外典型大城市轨道交通客流变化趋势，总结出大城市轨道交通 客流成长的一般规律。 ( 2 ) 从网络化下客流分布变化的形成机理出发，分析了网络化下客流分布 变化的原因，并针对网络化条件下，着重分析了网络客流分布的时空特征和变 化规律。 ( 3 ) 在网络客流分布理论分析的基础上，建立多路径概率选择的网络客流 分布模型及算法，进行o d 问路径客流分配比例的计算；根据目前“一票通”票 务清分系统能积累大量的基础客流数据，计算车站、断面、线路和线网客流量 等基础数据并研究网络化下的客流指标体系。 4 第1 章绪论 ( 4 ) 以上海为例，将根据现有客流统计资料，分析上海轨道交通网络客流 分布的时空特征和变化规律，并采用实例验证网络客流分布模型，研究客流在 断面和线路上的分配。 1 4 2 技术路线 、本文采用理论研究和实例分析相结合的研究方法。首先从宏观上开展网络 客流分布的理论分析，然后从微观上建立网络分布模型及算法，并结合上海轨 道交通的实际情况，分析网络化后客流变化规律，对以上理论和模型加以验证。 本文的结构和主要研究技术路线如图1 1 所示。 5 第1 章绪论 图1 1 本文的研究技术路线 6 第2 章国外大城市轨道交通客流变化趋势分析 第2 章国外大城市轨道交通客流变化趋势分析 国外有些大城市的轨道交通相对来说修建得比较早，到现在已经形成了一 个比较稳定的网络，因而分析国外一些大城市的城市轨道交通网络客流的规律， 对我国城市轨道交通网络客流有很好的指导意义，下面将分别介绍东京和首尔 的轨道交通客流变化趋势。 2 1 东京轨道交通客流变化趋势 东京市的行政区域面积2 1 5 5 k m 2 ，人口约1 2 2 9 万。东京中心城区，2 3 区面 积6 2 l k m 2 ，人口约8 1 l 万。东京圈则包括神奈川县、琦玉县，千叶县行政区等 ( 以东京火车站为中心，半径为5 0 k m 区域) ，面积1 3 4 9 7 k m 2 ，人口3 1 2 0 万。 东京圈总职位数1 5 2 1 万，中心区( 2 3 区) 职位数6 0 8 万，以山手线内为界的东 京核心区职位数就达4 2 0 万，从而产生了极大的向心通勤交通吸引力。 东京轨道交通网络由1 3 条地铁线路，1 7 条j r 公司线路和1 3 条民营铁路构 成，总的轨道交通线路长度从1 9 6 5 年的1 5 6 7 k m ，发展到了1 9 9 5 年的2 1 2 2 k m ， 其中地铁总长度2 8 6 2 k m ，市域铁路1 8 4 6 k m 。1 9 9 4 年的轨道交通同均客流量为 3 6 5 0 万人次，轨道交通在全交通方式中的分担率达到了5 6 。 为了满足通勤客流的需求，东京市域铁路列车运行分“各停 ( 每站都停) ， “急行”( 只停大站) ，“快急”( 停的站更少) ，“通勤准急”( 只在上下班高峰期 开行) 等，相比“各停”列车，“通勤准急 列车的旅行速度高出近一倍。 j r 山手线( 环线) 是东京整个换乘系统的关键，运营线路全长3 4 5 k m ，设 2 9 个车站，其中2 4 个是与其他线路的换乘站，全线最短半径3 6 k m 、最长半 径6 9 k m ，最大的r 双向客流量近1 0 0 万人次。地铁线路大多于山手线内布置， 私铁线路大多位于环线外侧，向市郊呈放射状分布。 为保证铁路的吸引力，私铁的经营者自身拥有总数约5 0 0 0 的公交汽车，形 成高密度的汽车公交网络支持，承担着向铁路站点集散客流的作用。 东京市中心与郊区间的各个方向上都有市域铁路相连，西向线路尤为密集 ( 与上海市比较相似) ，在距市中心约2 0 至3 0 k m 处，有j r 线路将各条辐射线 路连接起来，形成近郊环线，这也是其它大城市的共同特点。东京轨道交通网 7 第2 章国外火城市轨道交通客流变化趋势分析 如图2 1 所示。 图2 1 尔京轨道交通网 东京城市中心区轨道交通网络山1 3 条地铁线构成，而私铁线路是彳i 能进入 城市中心区，只能在城市外刚运营。城i h 中心的地铁线从功能角度可定义为需 求满足型，其特点是满足城市中心区人口的出行需求，当城市中心规划稳定后， 人们的出行也会趋于稳定。城市外围的私铁线可概括为引导丌发型，当城市人 口向外扩散时，起到引导城市外幽丌发并满足城m 外围人i 卜h 行的j 力能。为了 使客流分析更具有借鉴意义，下面分别选取地铁、私铁一些，通1 1 限较早的线 路，对其各自的客流发展趋势进i j 二分析。 蚓2 2 和图2 3 分剔地尔京地铁毽，弘线路，择；t - l 蔓r 1 均客流，豳势和东京私铁腆 型线路备f f 度l1 均客流变化趋辨图。从i 到2 2 可以看到，锹座线、丸内线、门比 谷线、东曲线等建设年代相埘较o i l 的地铁线路存1 9 5 5 1 9 8 7 年期| 、白j ，i _ 1 均客流均 旱- 现总体l s t 。趋势，其中东两线由于地铁周边城市丌发不够，在j f ：通的最初1 0 年内增长幅度很小，但从1 9 6 5 年丌始，由于阁边的丌发，客流增k 幅度急剧变 大，并日随着城市_ 十地利用的充分丌发和稳定，h 均客流晕逐渐与其它线路持 平；在1 9 7 5 1 9 8 5 年期问，四条线的同均客流彳i 仅发展趋势致，而且客流水甲 8 第2 章国外人城市轨道交通客流变化趋势分析 也比较接近，在1 9 8 5 1 9 8 7 年间在一个比较稳定的范围内小幅度变化；但从1 9 8 8 年开始同均客流均呈现总体下降趋势。 从图2 3 可以看到，东武东上线、京王线、井头线、东京急行东横线等早期 建设的私铁线路在1 9 5 5 1 9 9 5 年期间，日均客流均呈现总体上升趋势，其中 1 9 5 5 1 9 7 5 年期问上升幅度较大，尤其在1 9 5 5 1 9 6 5 年期间上升幅度最大，而从 1 9 9 5 年开始，各条线路各年度客流基本持平，年同均客流变化幅度很小。除京 王线的日均客流略有上升外，其余线路的日均客流均呈现总体小幅度卜降趋势。 图2 2 东京地铁典线路各年度日均客流变化趋势图 图2 3 东京私铁典型线路各年度日均客流变化趋势图 9 第2 章国外人城市轨道交通弈流变化趋势分析 2 2 首尔轨道交通客流变化趋势 首尔地铁是1 廿界自，j 五人载客最最高的地铁系统，臼从1 9 7 4 年l 号线f 酋尔 站一清凉里站，全长7 8k m ) 丌通营运以来，一卣到2 0 0 0 年j i ：通的8 号线， 地铁总长度为2 8 7 公里，使首尔成为世界城市地铁排名的第“名。首尔轨道交 通线网服务首尔和剧边京畿道的首都罔，同时也和仁川i 的地铁系统相连， 1 平 均客流量已突破6 0 0 儿人次。肖尔轨道交通的修建分二个阶段，第1 阶段的修 建从1 9 7 1 年到1 9 8 5 年，开通了轨道交通1 4 号线，共1 1 5 站，总计线路长达 1 3 5 k m ；第二阶段的修建从1 9 9 5 年到2 0 0 0 年，开通了轨道交通5 8 号线，共1 4 8 站，总计线路长达1 5 2 k m ；第三阶段的修建从2 0 0 0 年剑f 1 前，定于2 0 0 7 年丌 通地铁9 号线，地铁3 号线和7 号线的延长工程也存建设中。首尔轨道交通例 如图2 4 所示。 h2 j 前尔地铁线足引纠 a 从1 9 7 4 年1 号线丌通营运以来，首尔轨道交通1 4l 线l z 订3 0 多年的悠 久历史，因而刈这4 条线路的客流发展趋势进行分析具有典型意义，图2 5 是首 尔轨道交通l 一4 号线客流量的历年变化情沙【1 1 】。 1 0 第2 章国外大城市轨道交通客流变化趋势分析 图2 5 首尔轨道交通1 - 4 号线的客流量变化趋势图 从图2 5 可以看出：( 1 ) 1 9 7 5 1 9 9 5 年间，首尔轨道交通1 号线客流总体上 处于平稳上升趋势。其中，1 9 7 5 1 9 7 9 年期间各年度日均客流曲线斜率较大，呈 高速增长态势；1 9 8 0 1 9 8 5 年期间年度同均客流曲线相对较小，变化相对平缓； 1 9 8 5 1 9 9 5 年间客流曲线又变陡，增长较快；1 9 9 5 年由于外部因素的影响，客流 有个急剧的变化，之后从19 9 5 2 0 0 5 年客流一直处于比较稳定的状态，且逐年有 减少的趋势。( 2 ) 1 9 8 7 1 9 9 5 年间，1 4 号线各线客流呈总体上均处于一个稳定、 大幅度的增长时期，而且1 、3 和4 号线的客流变化曲线呈现几乎平行的状态， 这表明在这段时间内，这3 条线的客流增长速度是差不多的；而2 号线是环线， 在其衔接线路客流增长的影响下呈现出“网络效应，客流增长迅速，客流增长 速率明显大于其它线路的客流增长率。以上这一现象的出现，一方面与地铁客 流开始由培养期丌始步入成熟期有关，另外1 9 8 6 年的亚运会、1 9 8 8 年的奥运会 也为客流的激增产生一定程度的影响。( 3 ) 1 9 9 6 年c & c 公司为首尔地铁提供了 信用卡支付系统，对1 号线的票价进行上调，直接导致1 9 9 6 年1 号线客流有大 幅度的下降。( 4 ) 从1 9 9 6 年起，各条线路陆续进入相对平缓的变化时期，各线 日均客流年度变化率在5 5 浮动。 2 3 国外典型大城市轨道交通客流变化趋势总结 由此可见，具有较长轨道交通发展历史的大城市，其轨道交通客流变化趋 第2 章国外大城市轨道交通客流变化趋势分析 势有一定的规律可循。 从上述对东京和首尔这两大城市的轨道交通客流的对比分析，可以发现： 1 在城市轨道交通运营初期，即丌通前3 年左右时间内，客流增长过程中 基本上会经过一个客流培育的阶段，须经历一个居民认知、适应、熟悉并搭乘 直至形成一个合理的客流吸引区域的过程，客流的增长比较平缓。当城市轨道 交通的运营进入成熟期后，一般在1 0 年左右的时问，客流开始高速增长，经过 1 0 2 0 年左右的时问后又会趋于平缓，之后进入稳定期。从首尔和东京的客流发 展规律中都可以发现，在运营的前1 0 年客流增长的幅度相对较大。当城市轨道 交通的运营进入稳定期后，一般在3 0 年甚至更长的时间里，客流的变化幅度变 小并且还可能会出现小幅度下降的趋势，东京的大多数轨道交通和首尔的1 号 线的客流发展规律中就可以体现这一点。 2 从东京的例子可以看到，城市内部需求满足型轨道交通在经过几十年发 展后客流会有小幅度下降或维持平缓发展的趋势，由于城市内部的开发逐渐趋 向稳定，人们的出行也随之稳定，而外部引导开发型的私铁线路，如京王线， 在其6 0 年的历史中依然保持增长的趋势。这与城市外围轨道交通沿线的土地开 发分阶段实施有关。 3 票价是客流成长过程中极其敏感的因素，对客流的影响程度大且直接。 票价历来是杠杆，且票价有一个相对的临界点，可以通过调整票价对客流直接 构成吸引和分流作用。调低票价，可充分吸引客流，调高票价，会抑止或失去 一部分经常乘坐地铁的客流，将其分流到其他交通方式上。当轨道交通与其他 交通工具的性价比凸显优势时，客流仍将回归，但恢复到原有客流水j f 需要经 过一段时问。 4 城市轨道交通客流总体上是呈上升的趋势，在首尔和东京这样具有很长 运营历史的线路中依然如此。 1 2 第3 章网络客流分布的理论分析 第3 章网络客流分布的理论分析 城市客流的流量流向是由城市客运交通结构、交通设施的服务水平、出行 者的出行距离、经济水平和价值观念以及城市所采取的宏观控制政策和诱导措 施等因素综合决定的。同时轨道交通的客流输送过程还涉及城市内其他交通方 式的衔接和协调关系，因此，轨道交通客流的产生、分布和状态变化不是单向 作用的，而是具有相互反馈的动态平衡关系，并与城市空间分布、不同区域空 间相互影响及城市发展有关。轨道交通网络的客流分布和动态变化的研究是一 项十分复杂的工作，包含因素众多，数据量大，不但受到社会环境和经济发展 等多方面的综合影响，而且还需考虑线网内部多条线路之1 8 j 的相互协调和制约 的关系。因此，只有在对轨道交通网络客流分布合理预测和分析的基础上，才 能对未来网络化运营组织，旅客运输能力供应进行清晰地把握和有效地指导。 3 1 网络化下客流分布变化的原因 目前城市轨道交通由多条单线组建同趋形成网络形式，线网结构复杂化， 单线运营的客流量分布将会随着线路的增加呈现新的特点，引起线网的客流分 布随之相应变化。网络客流分布的变化主要体现在三个方面：一是网络规模的 扩展改变了线路沿线的可达性，相应地会对土地利用空间布局产生一定的影响， 包括城市郊区化进程的加快和沿线土地开发强度的加大等，扩大轨道交通的吸 引范围，从而影响轨道交通客流的产生和分布；二面是网路联通性的增强，使 得乘客可供选择路径增多，从而网络上客流分御的变化；三是轨道交通在运营 期问发生运营异常，导致某些车站或线路的某一部分运营中断，进而引起网络 客流的变化。以下将从网络规模的扩展、网络连通性的增强和运营异常这三方 面的原因进行分析。 3 1 1 网络规模的扩展 城市轨道交通主要通过可达性来影响它沿线站点土地利用的功能、强度以 及价格，可达性是土地利用与交通相互关系的纽带，这是在中观层次的影响。 1 3 第3 章网络客流分布的理论分析 可达性度量人们从一个交通小区到其它小区或其它交通小区到某- - 4 , 区的难易 程度，在这里套用道路网络的可达性指标来表示。 时间可达性、空间可达性，分别用以下两个指标： s 2 善丢g7 善蔷绋 ( 3 1 ) ( 3 2 ) 式中，q 。分区j 分区间的出行量； 勋，舌，厂一分区j 分区间的最短路径长度或最小走行时间。 上面两式中文，的物理意义就是居民出行的平均最短距离和时间，分别称 作路网的空间易达度、时间易达度。文丁越高，可通达性越差，反之，通达性 越好。一般而言，可通达性好的地点出行量和吸引量也越大。 轨道交通作为城市公共交通的一种模式，具有旅行速度快，容量大，不受 地面拥挤的干扰、准点率高的优势，与其他运输方式相比能够缩短乘客的出行 时间，提高线路沿线地区的可达性，提高吸引率。 下面来研究一下在一个完全使用道路交通的地块引入轨道交通( 一条线) 后，该地块对居民和投资者所产生的吸引力的变化。 假设在一个单中心城市中有一块商业用地，且这块土地位于城市中心区外 围。在城市经济发展的驱动下，城市用地要向外扩张。假定未来这块土地的用 地性质不变，那么在没有引入轨道交通线下的情况是：假定该地块开发强度的 增高，该地块的地价将逐渐增高，该地块上的道路交通网的负荷将逐渐加大。 投资者根据该地块的影响范围内的居民收入结构来估算其收益，当投资者的预 期收益不足以抵消其开发成本时，投资者便会停止对该地块的投资开发。这时 该地块的丁i ：发强度与陔地块道路交通网的负荷达到了一种动态平衡，该地块的 吸弓l 范闱也确定了下来，暂时不会有大的变动，如图3 1 所示。 1 4 第3 章网络客流分布的理论分析 图3 1 地面交通条件下研究地块的吸引范用 这时，如果在该地块引入一条轨道交通线，由于轨道交通的快速性和大运 量，将会对该地块及其周边造成一系列积极的影响。在新引入的轨道交通线方 向将极大地增加地块的可达性，并且如果道路交通的其它方式与轨道交通有很 好的接驳，那么在其它方向的吸引范围也将适当增大。国外学者通过对全世界 大量城市调查表明，每人每天花在交通上的时间的平均在世界范围内的各种收 入水平、地理条件、文化背景下都比较固定，变化不大【25 1 。这就表明，由于轨道 交通的快速性使得出行者，尤其是长距离出行者，在权衡总的出行时间的前提 下，并且考虑使用公共交通方式出行时，将更倾向于使用轨道交通，该地块对 居民将更具吸引力。由此将打破原有的土地利用和交通的平衡状态，更多的开 发商将涌入该地块投资。结果是该地块的吸引范围将增大，并且该地块的开发 强度将提高、建设用地范围也将扩大，地价将升高，直至进入新的平衡状态， 如图3 2 所示。 1 5 第3 章网络客流分布的理论分析 、 图3 2 引入轨道交通线后地块的吸引范围的变化 当然单独一条轨道线路很难发挥良好效益，只有一个高效的轨道网才能充 分发挥轨道交通的优势，于是在轨道交通网络规模扩展的过程中，地铁沿线的 地块吸引范围得到极大扩大，吸引大量客流。在对网络客流的影响上表现为： 由于网络线路里程和车站数黾的增加以及原有线路部分车站的吸引范围的扩 大，网络客流在总体上肯定是增加的。 3 1 2 路径选择多样化 轨道交通网络上任意一对o d 节点( 即车站) 之间的一串连通的路段的有序 排列叫做这对节点之f h j 的路径。网络化运营条件下，网络的连通性增强，一对 节点之间可以有多条路径。 下面来研究新增线路对网络上某些o d 对出行路径的影响。在图3 3 中的网 络结构示意图中，当环线没有接通时，从。一d 的出行路径2 条，分别为路径 1 和路径2 ，其中路径1 虽然比路径2 的线路长，但是只要换乘1 次，与路径2 1 6 第3 章网络客流分布的理论分析 相比，多花费了路上走行时f u j ，但是节省了1 次换乘时间，因而2 条路径都会 有乘客选择，只是被乘客选中的概率不同而己。当网络中增加新线路使环线连 通时，这时从。一d 的有效出行路径会增加，如图3 3 巾的新增路线3 所示， 并且路径3 与路径1 相比，换乘次数一样，但路上消耗时间的节省有较明显的 优势，原来路径1 和路径2 上的客流会转移到路径3 上来，打破原来网络的客 流分布平衡，引起客流在各线路上的重新分布，达到新的平衡。 国 毪 。 锄 图3 3 新增线路引起山行路径变化示意图 囚而随着网络的形成和“票换乘”的实施带来的换乘的便利，各车站之 间路径选择呈现出多样性，乘客可以选择距离最短的路径和时间，综合费用最 少的走行方式。 在网络化运营条件下，乘客的流向随着线路的延长和衔接l i 的增加而增加， 会显现“网络效应”，乘客乘坐轨道交通出行的线路出现了多样化选择，使轨道 客流走向出现新变化。新丌通线路既叮能对原有线路产生分流作用，也- 叮能增 加原先线路二次吸引力的作用。 3 1 3 运营异常 在地铁讵常运行中突然发生严重影响或可能影u 向运营安全与秩序的事件， 如大客流、火灾、通信中断、接触网故障等等的突发事件时，这时会造成某一 1 7 第3 章网络客流分布的理论分析 部分线路或车站的运营中断。 轨道交通系统发生运营中断时，列车不能按照运行图到达和离开车站，车 站的客流量会因此而不断地增加，从而形成与正常情况下不同的客流分布形态。 一方面由于故障会导致列车运行延误，列车延误具有传播的性质，将导致故障 发生地点前方的一系列连续车站的客流数量逐渐增加，另一方面，发生故障后 可能需要进行列车清客工作，会使得列车清客所在车站的乘客数量急剧增加， 给车站的客运组织：l 作带来更大的压力。当故障发生引起的客流变化很大的车 站为两条或多条线路的换乘枢纽站时，发生故障的线路客流变化会引起相衔接 线路上的客流发生相应的变化，依次传播，引起整个网络上客流的变化。 3 2 网络化下客流时间分布形态的变化 城市轨道交通的客流是动态性质的，它因时因地而变化，但这种变化归根 结底是有关地区的社会经济活动、生活方式以及轨道交通系统本身特点的反映。 轨道交通线路上的客流分布情况主要由以下三个因素决定：客流随时间到达规 律、客流的空间分布规律和列车运行图【2 9 1 ，因而研究轨道交通的客流分布特性 可以从客流时间分布特性和客流空间分布特性这两个方面去进行。客流的时间 分布即研究全同客运量在全同各时问段上的分布；而客流的空间分布侧重研究 客运量在各车站和各路段的分布情况。 轨道交通客流的时间分布与城市居民出行时间的规律有着密切的关系。随 着城市居民生活节奏的变化，轨道交通小时客流量呈起伏状分布，分别有早高 峰和晚高峰两个高峰期。轨道交通的运能、线路走向、所处交通通道的特点及 车站所在地的用地性质是影响轨道交通客流时段分布的主要因素。一般市中心 商业区和对外交通枢纽的高峰比率比较低，客流在时间分布上相对均衡；而郊 区线路、通往市区外围的居民区和工业区路段则正好相反。 轨道交通车站一同内的乘降量也有类似的起伏状分布。位于市中心和商业 区的车站乘降客流的峰值和平值差异较小；位于居民区的车站早高峰的上客量 明显偏大，下客量较小，晚高峰与之相反；位于就业区的车站早高峰下客流量 偏大，上客流量则很小，晚高峰也正好有相反的分布。 城市轨道交通客流在时i 日j 上的不均匀性主要体现在以下3 个方面： 1 小时客流量在一日内的变化 1 8 第3 章网络客流分布的理论分析 小时客流量是用以确定城市轨道交通出入口、通道等设备容量的基础数据， 尤其是在计算全日行车技术和车辆配备计划时。 小时客流量随城市生活的节奏变化在一r 之内呈起伏波状图形，夜问客流 量稀少，黎明前后渐增，上学或上班时间达到高峰，以后客流渐减，至下班或 放学时间又出现第二个高峰，进入晚间客流又逐渐减少，如此起伏骤增骤减， 显示了程度不同的客流规律