（系统工程专业论文）城市轨道新线接入后全网客流分布及成长规律研究.pdf

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同时，几位工程师在工作上的严谨作风、对科研孜孜不倦追求的 态度，都是我在今后工作中需要不断学习的。此外，还要感谢为论文提供技术支 持的p t v 公司j o s f ej a n k o 、p e t e rm o t t 、沈畅等。 感谢在研究生阶段中给予我帮助的同学们：王婉莹、赵佳、朱丽颖、高嵩、 张素芳、李金海、肖华刚，以及同师门的兄弟姐妹：李媛、单庆超、张颖、张朝 锋、孙浩、胡雅岚、朱亚男、孔婷月，在与你们交流和讨论的过程中，使我增长 了见识、开阔了视野，也因为你们的存在，让我研究生阶段的生活感到温暖和幸 福。 感谢父母，我的每一次失落都会有你们的陪伴和鼓励，每一点进步都凝结着 你们的汗水和心血，正是父母在背后的支持和付出才让我走到今天。无私和伟大 的亲情永远是我前进道路上最大的动力，这份厚重的感情我将永记在心。 感谢所有家人及亲朋好友对我的关心、爱护与包容。 最后，谨以此文纪念我在北京交通大学六年的学习时光，祝福交大! 王静 2 0 1 0 年5 月 t rj 中文摘要 中文摘要 摘要：在快速建设轨道交通的同时要注重对轨道客流成长规律和经验的总结，以 及对客流分布及相关特征的研究和把握，是保证提高轨道交通吸引力、最大限度 挖掘公共交通潜力的基础。 本文将轨道交通客流系统划为面、线、点三个层次，即对应线网客流总量、 断面客流分布及站点乘降量，从多角度对新线接入后的轨道客流成长规律进行研 究。 由新建轨道线路产生的供需关系变化入手，在总结国内外大城市轨道交通网 络客流变化趋势的基础上，分析了轨道交通线路及网络客流成长的一般规律。 分析归纳现有网络客流分布理论，提出更为完善的、能反映公共交通特性的 轨道交通客流分布方法，并建立轨道交通网络客流分布模型。以北京为例，收集 不同年份的公交i c 卡数据，并运用德国p t v 宏观软件v i s u m 进行仿真。建立5 号线开通后、1 0 号线开通后和4 号线开通后的北京轨道交通网络客流分布模型， 模拟各研究年份高峰期间的客流分布情况，根据模型计算结果统计分析全网断面 客流、各站吸发量、新建线客流的期望线、换乘站客流来源、终端站客流分布及 轨网客流覆盖区域等值，深入研究新线接入后全网客流分布规律与特征，为今后 指导实际工作提供参考。 关键词：轨道交通：新线；网络：客流分布：成长规律 分类号：u 2 9 3 5 ， a b s t r a c t a bs t r a c t a b s t r a c t ：i ti si m p o r t a n tt oa n a l y z ea n ds u m m a r i z et h ei n c r e a s i n gr u l e sa n dt h e c h a r a c t e r i s t i c so fr a i l w a yn e t w o r kp a s s e n g e rf l o ww h e nu r b a nr a i lt r a n s i ti su n d e rr a p i d d e v e l o p m e n t s u c he x p e r i e n c ea n di n f o r m a t i o nc a nh e l pu st oi m p r o v et h ea t t r a c t i o no f s u b w a ys y s t e ma n de x c a v a t et h ep o t e n t i a lc a p a c i t yo fp u b l i ct r a n s p o r t i n t h i sp a p e r , t h ep a s s e n g e rf l o wo fu r b a nr a i lt r a n s i ts y s t e mi sc l a s s i f i e di n t ot h r e e l e v e l s ：t o t a lp a s s e n g e rf l o wo fr a i l w a yl i n e sa n dn e t w o r k ，p a s s e n g e rf l o wd i s t r i b u t i o no f e a c hs e c t i o n ，r i d ea n ds u r r e n d e ro ft h es t a t i o n t h ei n c r e a s i n gr u l e so fp a s s e n g e rf l o w s a f t e rt h eo p e nan e ws u b w a yc a nb ea n a l y z e df r o mt h e s et h r e el e v e l s s t a r t i n gf r o m a n a l y z i n gt h ec h a n g e si nt h et r a f f i cs u p p l ya n dt r a f f i cd e m a n do fan e wu r b a nr a i ll i n e ， c o m b i n i n gt h es t u d yo f t h ei n c r e a s i n gr u l e so fp a s s e n g e rf l o w si nd o m e s t i ca n df o r e i g n l a r g ec i t i e s ，t h i sp a p e rs u m m a r i z e st h eg e n e r a ll a wo nt h ei n c r e a s i n gr u l e so fu r b a nr a i l n e t w o r kp a s s e n g e rf l o w i n d u c i n gt h et h e o r yo fe q u i l i b r i u mt r a f f i ca s s i g n m e n t ，t h i sp a p e rp r e s e n t sam o d e lf o r t h ea s s i g n m e n to fu r b a nr a il w a yp a s s e n g e rf l o w w i t hi cc a r dd a t ao fb e i ji n gt r a n s i t s y s t e m ，b e i j i n gu r b a nr a i l w a y n e t w o r km o d e lh a sb e e nb u i l ti nv i s u mw i t ht h e s c e n a r i o so fb e f o r ea n da f t e rt h eo p e no fl i n e5 ，l i n e10 ，l i n e4i nv i s u m ；p a s s e n g e r f l o wa tp e a kh o u rh a sb e e na s s i g n e di na l lt h es c e n a r i o st os t u d yt h ec h a r a c t e r i s t i c so f u r b a nr a i ln e t w o r kp a s s e n g e rf l o wa f t e rt h eo p e no fan e ws u b w a yl i n e s i xa s p e c t sh a v e b e e nu s e df o rac o m p r e h e n s i v ec o m p a r i s o na n da n a l y s i s ，w h i c ha r e - t r a f f i cv o l u m eo f t h es e c t i o n ，r i d ea n ds u r r e n d e ro ft h es t a t i o n ，d e s i r el i n eo fn e ws u b w a yl i n e ，s o u r c eo f p a s s e n g e ra tt r a n s f e rs t a t i o n ，p a s s e n g e rd i s t r i b u t i o no ft e r m i n a ls t a t i o n sa n dc o v e r i n g a r e ao fr a i l w a yn e t w o r k t h er e s u l to ft h i sp a p e rh a sr e m a r k a b l er e f e r e n c ev a l u eo nt h e f u r t h e rs t u d yo f p a s s e n g e rf l o wp r e d i c t i o ns t u d ya f t e ro p e n i n gan e wu r b a nr a i ll i n e k e y w o r d s ：u r b a nr a i l w a y ；n e ws u b w a yl i n e ；n e t w o r k ；p a s s e n g e rf l o w d i s t r u b u t i o n ；i n c r e a s i n gr u l e s c i a s s n o ：u 2 9 3 5 v “ k - i r 1 lj1j 1 l j 目录 目录 中文摘要v a b s t r a c t v i i 图目录x i 表目录x i i i l 绪 念1 1 1 问题的提出1 1 - 2 研究背景一l 1 3 研究意义2 1 3 1 学术意义2 l - 3 2 实践意义3 1 4 国内外相关理论综述3 1 5 研究内容与框架5 2 轨道线网客流成长规律研究一9 2 1 新线接入后的影响分析9 2 1 1 客流的概念9 2 1 2 新建轨道线路客流组成及形成机理。9 2 1 3 交通供给对交通需求的影响1 0 2 2 国内外轨道交通网络客流成长历程分析1 2 2 2 1 东京轨道交通客流成长历程1 2 2 2 2 首尔轨道交通客流成长历程1 3 2 2 3 上海轨道交通客流成长历程1 4 2 2 4 广州轨道交通客流成长历程15 2 2 5 北京轨道交通客流成长历程15 2 3 城市轨道交通线路及网络客流成长的一般规律1 7 3轨道交通网络客流分布建模与分析19 3 1 交通分配理论与方法19 3 1 1 交通流分配19 3 1 2 阻抗函数2 0 北京交通大学硕十学位论文 3 1 3 最短路径算法2 0 3 1 4 有效路径算法2l 3 1 5 w a r d r o p 网络平衡理论2 4 3 1 6 路径选择2 5 3 1 7 迭代加权法2 6 3 2 轨道交通网络流量分布模型2 6 3 2 1模型假设2 6 3 2 2 可选路径搜索2 7 3 2 3 连接阻抗2 8 3 2 4 模型算法流程2 9 3 3 算例分析3 2 3 4 本章小结4 2 4新线接入后各站客流分布仿真与特征分析4 3 4 1 建模与仿真：4 3 4 1 1 模型结构4 3 4 1 2 建模流程4 4 4 2 仿真结果分析4 9 4 2 1 全网断面客流o 4 9 4 2 2 新建线客流的期望线一5 0 4 2 3 站点覆盖区域5 2 4 2 4 各站点乘降量5 3 4 2 5 终端站客流分布5 6 4 2 6 换乘站客流来源5 7 5 结论与展望6 5 5 1 结 仑6 5 5 2 展望6 5 参考文献6 7 作者简历6 9 独创性声明7 l 学位论文数据集7 3 图目录 图目录 图1 1 论文流程图7 图2 1 引入轨道交通线后地块的吸引范围变化l l 图2 2 新增线路引起出行路径变化示意图12 图2 3 东京轨道交通运营线路示意图1 3 图2 4 东京轨道典型线路日均客流的变化趋势13 图2 5 首尔地铁线路示意图14 图2 - 61 - - - - 4 号线日均客流量的变化趋势。1 4 图2 7 上海轨道交通示意图1 4 图2 81 9 9 3 2 0 0 8 年各线日均客运量变化图1 4 图2 - 9 广州地铁示意图。l5 图2 1o 广州地铁l9 9 9 2 0 0 9 年各线的客流量变化15 图2 1 1 北京轨道线网建设发展历程16 图2 1 2 公共交通客运量和方式构成比较1 6 图2 13 各线路2 0 0 0 2 0 0 9 年日客运量16 图3 1 模型求解算法流程图3 2 图3 2 地铁5 号线开通前北京轨道交通网络简化图3 3 图3 3 地铁5 号线开通后北京轨道交通网络简化图3 3 图4 1 模型总体框架图4 4 图4 2i c 卡数据的处理过程4 5 图4 3 对各线及车站编码的处理4 5 图4 4 处理结果( 2 0 1 0 年1 月6 日早高峰o d 局部) 4 5 图4 5 地铁5 号线开通后北京轨道网络拓扑结果4 6 图4 - 6 地铁l0 号线开通后北京轨道网络拓扑结果4 6 图4 7 地铁4 号线开通后北京轨道网络拓扑结果4 6 图4 - 8 线路运行信息设置4 7 图4 - 9 线路发车信息设置4 7 图4 10 换乘时间设置4 8 图4 11 有效路径搜索4 8 图4 1 2 连接阻抗设置4 8 北京交通大学硕十学位论文 图4 1 3 路径选择的设置4 8 图4 1 4 模型校对之搜索两站点间的最短路径一4 9 图4 1 5 地铁5 号线开通后全网早高峰客流分布图及断面客流统计结果一4 9 图4 1 6 地铁1 0 号线开通后全网早高峰客流分布图及断面客流统计结果5 0 图4 1 7 地铁4 号线开通后全网早高峰客流分布图及断面客流统计结果一5 0 图4 18 地铁5 号线主要期望线分布51 图4 1 9 地铁1 0 号线主要期望线分布5 l 图4 2 0 地铁4 号线主要期望线分布5l 图4 2 1 地铁5 号线开通后各站8 0 0 米内覆盖范围5 2 图4 2 2 地铁l o 号线开通后各站8 0 0 米内覆盖范围5 3 图4 2 3 地铁4 号线开通后各站8 0 0 米内覆盖范围5 3 图4 2 4 地铁5 号线开通后全网乘降量5 4 图4 2 5 地铁1 0 号线开通后全网乘降量5 4 图4 2 6 地铁4 号线开通后全网乘降量一5 4 图4 2 7 地铁5 号线开通后各站乘降量分布5 5 图4 2 8 地铁l0 号线开通后各站乘降量分布5 5 图4 2 9 地铁4 号线开通后各站乘降量分布5 5 图4 3 0 地铁5 号线北部终端站客流分布。5 6 图4 3l 地铁5 号线南部终端站客流分布5 6 图4 3 2 地铁l0 号线北部终端站客流分布5 7 图4 3 3 地铁1o 号线南部终端站客流分布5 7 图4 3 4 地铁4 号线北部终端站客流分布5 7 图4 3 5 地铁4 号线南部终端站客流分布5 7 图4 3 6 地铁5 号线雍和宫站蛛网图5 8 图4 3 7 地铁l0 号线知春路站蛛网图5 9 图4 3 8 地铁4 号线西单站蛛网图5 9 表目录 表目录 表3 1 简化图阻抗矩阵3 3 表3 2 换乘站走行时间表3 4 表3 3 地铁5 号线开通前( 2 0 0 5 6 ) 各节点o d 矩阵3 4 表3 4 地铁5 号线开通后( 2 0 0 8 4 ) 各节点o d 矩阵3 4 表3 5 轨道网络客流分布计算过程( 5 号线开通前) 3 6 表3 - 6 初次客流分配结果3 7 表3 7 平衡配流结果3 7 表3 8 轨道网络客流分布计算过程( 5 号线开通后) 3 8 表3 - 9 初次客流分配结果4 0 表3 10 平衡配流结果4 0 表3 1 1 编号说明：4l 表4 1 各阶段轨道交通网络路网基本数据统计4 6 表4 2 使用轨道交通的出行方式组合5 3 表4 3 各研究年份上车量前1 5 位的车站( 仿真结果) 6 1 表4 4 各研究年份下车量前l5 位的车站( 仿真结果) 6 2 表4 5 各研究年份乘降总量前l5 位的车站( 仿真结果) 6 3 ， 绪论 1 1 问题的提出 1绪论 改革开放以来，我国城市化进程明显加快，城市化率由1 9 7 9 年的1 7 9 ，提 高到2 0 0 8 年的4 5 6 8 。至2 0 0 8 年底，全国城市总数达6 5 5 个，预计到2 0 2 0 年， 中国的城市化率将达到6 0 。城市化进程加速，促使城市规模不断扩大，城市人 口迅猛增长，从而带来出行需求增加，出行距离拉长，机动车数量激增，导致交 通拥堵时间更长、范围更大，空气污染越来越严重。我国私人汽车拥有量由1 9 8 5 年的2 8 5 万辆，增长至2 0 0 8 年的3 5 0 1 万辆。截止2 0 0 9 到年1 2 月，北京市人口 已达1 7 0 0 万，机动车总量突破4 0 0 万辆，并以每年5 0 6 0 万的速度增长着。 长期以来，人们认为解决城市交通问题的基本对策是加强道路交通设施建设， 提高整个路网的交通容量，以满足交通需求。实践证明，这样的需求追随型交通 发展战略虽然在一定时期内能够缓解城市交通拥堵问题，但也导致了交通需求更 加迅猛地膨胀，道路供给的速度远赶不上居民出行需求的增长速度i l 】。现在，越来 越多的城市管理者意识到：优先发展以轨道交通为骨干的城市公共交通系统，鼓 励人们采用步行、自行车和公共交通等组合的出行模式，是缓解城市交通拥堵的 根本出路。 根据建设计划，北京2 0 1 0 年轨道交通运营里程将达到3 0 0 公里，2 0 1 2 年目标 是4 2 0 公里，2 0 1 5 年建成“三环、四横、五纵、八放射”的网络体系，运营里程 超过5 6 1 公里。公共交通设施供给的迅速增长对缓解道路交通压力、改善空气质 量的效果显而易见，但是轨道交通在发展的同时也面临诸多问题。例如北京地铁5 号线到目前为止开通不到3 年，初期的实际客流就已经超过车站所能承载的远期 最大客流量，不得不采取高峰期间限行措施，从而抑制了部分交通需求转向其它 的交通方式，同时也由于轨道线路过于拥挤导致轨道交通的吸引力下降，这就影 响了城市轨道交通客流量，无法达到鼓励使用公共交通的预期效果。所以在快速 建设轨道交通的同时要注重期望与现实间的相关矛盾，让轨道交通为居民出行发 挥更大的效用。 出现这类问题的原因之一是没能足够重视对轨道客流成长规律和经验的总 结，以及缺乏对客流分布及相关特征的研究和把握，这将是本文试图要解决的问 题。 1 2 研究背景 北京交通大学硕十学位论文 出行结构是反映城市交通发展水平的重要标志，同样的出行总量，不同的出 行方式对城市交通的要求存在很大差异，出行结构合理有利于充分发挥城市交通 基础设施的作用。 一直以来，北京都坚持优先发展公共交通的政策，考虑公众利益优先和效率 最优原则。2 0 0 9 年1 0 月7 日胡锦涛主席在乘坐地铁4 号线时表示：“北京作为一 个特大的国际都市，要解决好城市交通问题，必须充分发挥公共交通的主要作用， 特别是轨道交通，要为广大市民提供快捷、安全、方便、舒适的公交服务，让市 民愿意坐公交。”， 北京市建设人文交通科技交通绿色交通行动计划【2 】指出：全方位深化优先 发展公共交通政策措施，以方便广大市民出行、最大限度减少路网交通负荷为目 标，推进以轨道交通为骨干、地面公交为主体、步行和自行车等多种交通方式协 调运转的绿色出行系统建设，实现交通与城市和谐发展。并提出2 0 1 5 年的总体目 标是：公共交通吸引力明显增强。市区公共交通出行比例达到4 5 ( 不含步行) ， 其中，通勤时段公共交通出行比例达5 0 以上：轨道交通承担公共交通总客运量 的3 5 以上；自行车交通出行比例占2 0 左右。 目前北京交通运输系统仍面临着严峻考验：2 0 0 8 年公共交通出行比例仅为 3 6 8 ，即使规划的5 6 1 公里轨道交通全部投入运营，也仅能达到1 0 0 0 万人次日 左右的运输能力，地面公共交通运行速度慢、换乘不方便、市民出行时间长，面 对小汽车的出行优势和强劲的增长趋势，要进一步提高公共交通吸引力存在很大 难度。 1 3 研究意义 当一条轨道交通新线投入使用后，既有线客流的时间和空间分布会产生一定 变化。城市轨道交通行车组织计划必须以线网客流的变化为前提进行设计，客流 分布结果是决定发车间隔、车辆编组、最大客流量配属运营车辆数、自动售检票 机数量、空调和通风设备能力的主要因素。同时，随着轨道交通网络规模的不断 扩大，特别是当新线接入时，若能对客流成长规律和经验及时总结，将对做好各 线路间运营组织的相互协调、运力部署、优化网络运营组织有很大帮助。但目前 国内关于轨道交通客流预测的研究方向主要集中在单线运营的客流分布，系统化、 网络化、成长性思想还不够深入。 1 3 1 学术意义 在学术上的意义有以下几方面： 绪论 ( 1 ) 搜集大量资料，对国内外城市轨道交通新线接入后全网客流变化趋势进 行分析与研究，总结轨道交通网络客流成长规律； ( 2 ) 理清国内外研究的进程与特点，系统分析地铁乘客出行行为的影响因 素，构建轨道交通对居民出行影响的分析框架，为相关人员进一步研究建立平台 和提供便利； ( 3 ) 利用翔实的资料，分析各时期北京市轨道交通新线运营对乘客路径选择 行为的影响及其表现，并构建轨道交通客流分布模型，应用i c 卡数据进行仿真， 模拟高峰期间客流分布情况，分析网络客流的各项特征，为相关研究提供参考。 1 3 2 实践意义 轨道交通建设对疏解城市交通，引导其向合理交通模式转变的作用明显。因 此，本文具有以下实践意义： ( 1 ) 分析北京市现有轨道网络在服务对象、使用情况、交通换乘等方面特征， 为客流吸引、线网布局建设提供科学依据，以实现轨道交通建设的预期目标； ( 2 ) 做好基于城市轨道交通网络运营的客流分布建模及成长规律研究对保 证行车组织计划制定的科学性、合理性和可行性具有十分重要的意义； ( 3 ) 分析轨道交通新线开通影响下城市整体出行空间分布的变化趋势，提醒 交通管理和决策部门未雨绸缪，做好相应准备。 1 4 国内外相关理论综述 本文研究内容涉及以下几个方面：放射新线建成后全网客流的成长规律；轨 道全网客流的分布特征；网络客流分配模型。现将国内外相关研究和成果总结如 下： ( 1 ) 放射新线建成后全网客流成长规律 同济大学的叶霞飞、明瑞利、李忍相通过对东京、首尔轨道交通运营数据的 分析，重点探讨了东京、首尔轨道交通客流成长的基本规律和东京不同类型轨道 交通线路高峰小时断面客流特征【3 】；广州市交通规划研究所的贺崇明、马小毅对广 州市轨道交通网络发展进行了总结【4 】；武汉市综合交通规划设计研究院的龙宁、郑 猛对比国内城市轨道交通客流成长情况，系统分析了目前武汉市轨道交通客流不 足的原因，并提出改善措施和建议【5 1 。 ( 2 ) 客流分布特征 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 6 i ；聂英杰专家分析了城市轨道交通的客流特性，张戎在硕士论文城市轨道 北京交通大学颌十学位论文 交通客流特征分析中剖析了客流分布特征【7 j ，但以上的特征分析均侧重于单条线 路，适用于轨道交通网络初期。 ( 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，它发展源于 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。交通量的分布反映了小区之间 的交通需求，为了评价这种需求对道路的影响，就要将o d 矩阵的需求量按照流量 的走向分配到道路上，这里就有一个如何分配的问题。在电子计算机还不普及的 时候，o d 矩阵的分配是一件十分繁重的工作，要将o d 矩阵成千上万个数据分配到 几千条路段上，而且要尽量符合出行的习惯，用手工作业非常麻烦。 随着电子计算机的应用，交通量的分配由手工作业变为对计算机算法的研究。 早期的分配方法使用的是最短路算法。也就是说，两个小区之间的出行都要走连 接两个小区之间的最短路径，该o d 量分配到这条最短路的各个路段上，而不在这 条最短路上的其它路段，不分配该流量。因此，最短路算法又叫“全有全无”算法。 最短路算法反映了人们出行的习惯选择，在道路交通量很少的时候，这种选 择能够得到普遍的满足，因此它符合交通量少时的交通分配【8 】o 由于城市交通网络存在阻塞效应，交通网络的流量分配机制不同于其它的复 杂网络。如果所有的出行者都选择初始出行时间最小的路径，这条路径上的出行 阻抗将会增大进而产生拥挤。随着流量的增大，它将不再是最经济的出行路径， 被其它最小出行阻抗的路径代替。部分出行者将会选择这条路径出行，而且随着 交通流量的增大，还会出现其它的最小出行费用路径，这样流量反复地在路网上 进行分配，如果每个出行者都选择自己认为最短的路径出行，最后达到用户均衡 状态，即满足w a r d r o p 第一原则一j 。 按照这个原理，连接两个小区之间的各条路径上分配的流量尽管多少不一， 但是对每个出行者来说，他们支出的费用应该是一样的，也就是用户费用处于某 种平衡状态。而在这两个小区之间，大家都不选择的路径，其费用一定大于这个 平衡费用。 w a r d r o p 提出了平衡原理，但是并没有指出具体的分配算法，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1 9 7 5 年l e b l a n c 等将f r a n k w d f 算法用于 求解b e c k m a n n 模型获得成功【l o 】。这三点突破是交通分配问题研究的重大进步。随 后以b e c k m a n n 模型为基础的交通分配模型向着随机、动态交通分配等方向发展。 d a g a n z o 和s h e f f i i 1 1 2 j ( 1 9 8 0 ，1 9 8 2 ) 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路径。基于出行策略的理论最典型的客流分配模型是s p i e s s 和 f l o r i a n i l j 】i l4 j ( 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 4 绪论 络的客流分配方法。g e n d r e a u ( 1 9 8 4 ) 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 i n l l 5 】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。 由于轨道交通在我国的历史还不长，关于轨道交通客流分配方法的研究相对 于道路交通而言还比较少，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，考虑对其加以改造以适应于轨道交通客流预测工作的 特点。现有研究中，有代表性的轨道交通分配预测思想和模型算法有以下几种。 同济大学的何宁【l6 】在其学位论文中提出交通方式选择交通分配联合选择模 式的客流交通分配方法，通过对传统四阶段规划模型的规划程序和算法的部分改 进，形成了非平衡类的联合选择模式的客流分配预侧方法。该方法认为交通方式 选择和路径选择是不可分、一步完成的决策，而不是简单的顺序性问题。在全方 式o d 矩阵的基础上，将地铁等轨道交通线网植于城市交通网络中，形成一个单独 的扩展路权网，再将全方式o d 客流矩阵分配上去。 东南大学的过秀成等提出由分层交通方式划分得到合作竞争类的o d 矩阵，在 轨道交通线网、公交线网、自行车网组成的网络上，使用联合方式划分交通分配 模型进行轨道交通线网的交通分配。先计算广义最短路出行时间函数，由l o g i t 函 数模型分析轨道交通方式和地面公交方式的分担率，然后用最短路径法在轨道交 通方式或地面公交方式的网络重进行交通分配l l 。 华中科技大学的马鹤龄1 1 8 】介绍了基于随机效用理论的非集聚模型基本公式和 基于非集聚模型基本公式m n l 的客流预测模型及其参数标定方法，探讨了出行各 阶段的选择肢集合和特性变量的选择，最后提出了非集聚模型应用于轨道交通客 流预测需要进一步深入研究的几个问题。 东南大学的牛学勤等采用最短路算法搜索有效路径集，再根据有效路径的广 义费用，由改进的l o g i t 模型确定每条有效路径的选择概率，进而计算每条线路客 流量【19 1 。 同济大学的吴祥云，刘灿齐等在研究现状的基础上，定义了轨道交通的阻抗 函数，基于用户平衡原理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【2 0 1 。 1 5 研究内容与框架 通过对大量相关资料总结和分析，本文将轨道交通客流系统划为面、线、点 三个层次，分别对应线网客流总量、断面客流分布及站点乘降量，从多角度对新 北京交通大学硕十学位论文 线接入后轨道客流的成长规律进行研究。 从国内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 相结合的方法，提出了轨道全网客流分布模型及算法，通过仿真分析了北京轨道 交通网络高峰期间客流分布情况和各项特征，论文的研究流程图如图1 1 所示。本 文的研究内容主要包括以下几个方面： ( 1 ) 对于线网客流总量的成长规律，由新建轨道线路产生的交通供给与交通 需求间的变化入手，在总结国内外大城市轨道交通网络建设历程及客流变化趋势 的基础上，分析了轨道交通线路及网络客流成长的一般规律。 ( 2 ) 对于轨道网络断面客流分布情况，分析归纳现有网络客流分布理论，提 出更为完善的、能反映公共交通特性的轨道交通客流分布方法，并建立轨道交通 网络客流分布模型，并应用运营数据，进行算例分析。 ( 3 ) 对于各站点的乘降量及分类特征，以北京为例，收集不同年份的公交i c 卡数据，运用德国p t v 宏观软件v i s u m 进行仿真。建立5 号线开通后、1 0 号线 开通后和4 号线开通后的北京轨道交通网络客流分布模型，模拟各研究年份高峰 期间的客流分布情况，根据模型计算结果统计分析全网断面客流、各站吸发量、 新建线客流的期望线、换乘站客流来源、终端站客流分布及轨网客流覆盖区域等 值，深入研究新线接入后全网客流分布规律与特征。 绪论 一研? 背荨与掌j _ i l：茎堕塞堕：二二二： 砖求葙警耸刍豳畦堕三 ；从需求和供给角度分析新线接入后产生的影响i 一士 北京轨道交通网络客流分布模型仿真 丫+ 5 号线开通后1 0 号线开通后 4 号线开通后 一一一一上 城市轨道新线接入后各站点分布及特征分析 结论 图1 1 研究技术路线图 f i g 1 1d i a g r a mo f t e c h n i c a la p p r o a c h 7 一 一 轨道线p 日客流成长规律研究 2 轨道线网客流成长规律研究 轨道交通线路建成后各年份的客流规模、分布、特征、规律等相关指标及其 分析是轨道交通建设必要性、系统规模选择、系统建设效益分析、各项专业设计 的基础和前提依据，是轨道交通建设各阶段必不可少的定量依据和参考。我国轨 道建设起步较晚，目前还没有针对客流预测的标准或规范，这就需要分析国外轨 道交通运营较早的国家在其轨道交通快速发展阶段的客流规律，这些客运资料有 助于我们在客流预测中把握城市轨道交通客流成长规律，尤其是初期、远期的客 流发展规律。同时，我国有自己特殊的国情，国外轨道交通线路的成长规律并不 一定能适用于我国，因此，对国内轨道建设较早的北京、上海、广卅i 等城市典型 轨道线路运营资料的分析，有助于我们更好的把握针对于我国国情的轨道线网客 流成长规律。 2 1 新线接入后的影响分析 由于城市规模不断扩大，城市人口迅猛增长，旧城改造导致部分居住用地改 建为商业设施，中心城房价居高不下等原因，促使大量居民向郊区转移，产生大 量长距离往来中心城的需求，促使近年新建轨道线路多，增加里程快。 2 1 1客流的概念 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。城市轨道交通的客流，以断面客流表示时，是指单位时间内，通过 线路某一点的流量。这里的单位时间一般指l 厅、2 办或2 4 h ，且通过某一点的客流 量就是通过该断面所在区间的客流量。 断面客流又可分为上行和下行断面客流。单位时间内，通过各个断面的流量 是不相等的。其中单向断面客流最大的断面称为最大客流断面，其客流量称为最 大断面客流量。上下行的最大客流断面一般不在同一位置。 在以小时为单位计算断面客流的情况下，断面客流量最大的小时称为高峰小 时，与高峰小时相对应的是低谷小时，城市轨道交通的高峰小时有早高峰与晚高 峰之分【2 1 1 。 2 1 2 新建轨道线路客流组成及形成机理 9 北京交通大学硕十学位论文 一般而言，新建轨道交通的客流包括两部分：转移客流和诱增客流。其中转 移客流是指由于轨道交通所具有的快速、准时、安全、方便、票价不贵等优点， 从其它交通方式转移过来的客流，这部分流量通常被称为是模式竞争之后的流量。 转移客流一部分来源是本来选择常规公交以及自行车方式的出行者，还有一部分 客流会从小汽车方式转移过来。因为相对于小汽车的出行，轨道交通的出行成本 较低( 含出行时间) ，且出行距离越大这种优势越为明显。诱增客流是指轨道交通 线路的快速建设促进了沿线土地开发和人口集聚，使区域之间的可达性提高，服 务水平提升，居民出行强度增加，从而诱增了客流量，最直接的体现就是居民选 择“住在郊区，工作在市中心”的职住分离生活方式【2 1 1 。 2 1 3交通供给对交通需求的影响 交通供给影响交通需求，反映到实际运营上就是：由于不断有新线接入，轨 道网络客流分布会相应产生变化。主要体现在两方面：一是网络规模的扩展改变 了线路沿线的可达性，促使沿线土地开发强度的增加，对土地利用空间布局产生 一定影响，扩大了轨道交通的吸引范