（交通运输规划与管理专业论文）城市轨道交通运输组织管理及相关问题的研究.pdf

嚣豢交遘大擎硬圭疆突激学位论文繁l 页 摘要 近年来，随着城市化避程的加快，面对照大的城市人口出行和环境污染 压力，优先发展城市快速公按交通，尤其是城市轨道交通已成为念世界解决 城市交邋问题有效途径。我阂城市轨道交通发腥速度也非常快。在现在的理 论磅突上，发聂城市软递交遥懿必要洼、重黉魏已经藏为天稻戆必谖，已不 弄是学卷稻研究静重点，磷究静重点已转囱按术、管理等具体壤域。焉伟为 其管理领域的核心一城市轨道交通运营组织与管理一是解决城市交通问题的 关键。 本文基于深圳地铁1 母线l 期工程运营的实况，对城市轨道交通运输进 行了系统分析；将分形理论遂愿于城市孰道交邋客流量分析，剥瘸其自相戳 毽帮鑫耱辩淫霹鹱枣羲遴交逶爨阏窖滚量送行颈溅；基于委蔻城枣鞔递交逶 车辆逡黧豹方法多为定校的方法，将层次分橱法运用于城市辘遒交通车辆选 型，并通道实例论证其合理性；对深圳地铁1 号线客流量分布不均的实际情况 ( 实际上大多数城市都是如此) ，提出按比例的长短列车交路套跑的城市轨道 交通列举嶷路方案，既满足运输量的要求，又很好的节约了运营成本。 交肇褥系统的愚想贯穿始终。运熙定谯秘定量穗结合数方法，将绞诗分 辑彝豢次分撰等方法运懑予城市魏遂交通运输缀织静警莲当串。实黢表弱， 本文所键出的方法具有一定的实用价值。 关键溺：鞔遭交遂；系统分撰溶滚量；车凝迭黧；列车交赣 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 课题的研究意义 第1 章绪论 2 0 世纪下半叶以来，伴随着世界范围内城市化的发展进程，世界各国的 城市面积在逐渐扩大，城市人口也在逐渐上升。城市经济、文化活动的日益 发展，城市面积和人口的不断增加，派生出急剧增长的城市客货交通需求。 世界环境和发展委员会在 中讨论了经济、社会和环境等一 系列问题，提出了可持续发展的概念。可持续发展是近年来受到国际社会普遍 关注的人类发展新模式，它将发展的概念从单纯经济增长拓展到经济、社会、 资源环境协调发展的新高度。可持续发展战略的总目标是保持发展与环境的 协调，我国及世界许多国家都将可持续发展列为面向未来的重要国家发展战 略，可持续发展研究已成为当今世界发展研究领域的重要课题。 目前，包括我国在内的许多国家的城市面临着严重的交通问题。城市道 路拥挤，交通阻塞与车速下降，公共交通运能不足，市民乘车舒适性差，交 通事故频繁，废气、噪声对环境的污染等，这切已经直接制约了城市的良 性发展。为了解决日益恶化的城市交通问题，缓解过饱和的城市道路和超负 荷的公共交通，世界各国纷纷规划与建设立体化的城市轨道交通系统。 自改革开放以来，我国的城市规模和经济建设都有了飞速的发展。城市 化进程在逐步加快，城市人口在急剧增加，大量流动人口涌进城市，人员出 行和物资交流频繁，使城市交通面临着严峻的局势。当前，全国大中城市普 遍存在着道路拥挤、车辆堵塞、交通秩序混乱的现象。如何解决城市交通问 题已成为全社会关注的焦点和大众的迫切呼声。 2 1 世纪中国经济改革将会伴随更大的都市化进程，促使城市的发展，己 成为一个急迫的任务。2 0 0 0 年中国城市化水平已达3 6 ，城镇人口达到4 亿6 千万。目前约有4 0 城市归类为大城市，人口超过l o o 万，其中8 个城市 人口超过3 0 0 万，而且这些数字还在上升。伴随着中国城市化水平的提高， 城市交通面临的问题将日益复杂，日益严峻。我国的国情和轨道运输的自身 优势决定了轨道运输在可持续发展交通运输中具有关键地位。 城市轨道交通系统是指主要 x 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 通拥挤和有利于环境保护等优点。经过1 0 0 多年的研究、开发、建设与经营， 城市轨道交通逐步形成了目前以地下铁道和轻轨铁路为主体，包括市郊铁路、 独轨铁路和自动导向交通系统等多种轨道交通类型的发展格局。 城市交通是保持城市活力最主要的基础设施，是城市生活的动脉，制约 着城市经济的发展。展望2 l 世纪的城市交通事业，给我们提出了更高要求。 发展多层次、立体化、智能化的交通体系，将是城市建设发展中普遍追求的 目标。而发展大、中、低客运量相互匹配的多种形式相结合的客运交通工具， 将是实现上述远景目标的一项重大技术决策措施。城市轨道交通系统是一个 复杂的、技术密集的公共交通系统，它具有高度集中和各个工作环节紧密联 系、协同动作的特点，必须实行集中领导、统一指挥的原则。城市轨道交通 运营组织是系统的核心。运营组织合理与否及其优化是系统合理与否的关键。 1 2 国内外现状 1 2 1 国外现状 自1 8 6 3 年在英国伦敦出现了世界上第一条地下铁道线路以来，城市轨道 交通在近年来随城市发展与城市交通发展得到了非常快的发展。据统计，目 前世界上共有四十多个国家( 地区) 的一百三十多个城市已有或正在规划建 设城市轨道交通，建设发展城市轨道交通系统已成为世界各国城市解决城市 交通问题的首选方案，其关键在于城市轨道交通具有传统的地面常规交通方 式没有的优势。表1 1 为世界部分城市轨道交通概况。 表1 1世界部分城市轨道交通概况 开通 线路总长 数 平均速度最小间 城市车站数备注 年份( k m )量( k m m ) 隔时分 伦敦 1 8 6 3 年4 2 3 o1 12 8 63 3 02 m i n 3 0 s 轻轨2 条 柏林 1 9 0 2 年1 3 4 o91 6 33 3 o2 m i n 3 0 s 巴黎1 9 0 0 年3 0 3 o1 8 4 3 4 2 4 o1 m i n 3 5 s 轻轨1 条 汉堡1 9 1 2 年9 8 o38 73 2 o2 m i n ( 续上页) 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 马德里1 9 1 9 年 1 1 261 01 5 53 00 2 m i n 慕尼黑 1 9 7 1 年6 7666 83 5 o 2 m i n 莫斯科1 9 3 5 年2 3 9 o9 1 4 84 l1 1 m l n 2 5 s 纽约 1 9 0 4 年4 3 243 04 8 24 0 o 2 m m 朱累1 9 2 7 年2 3 0 31 22 1 7 3 50 l m i n 5 6 s 汉城 1 9 7 4 年 1 1 8 4 4 1 0 23 50 3 m l n 里约热内卢1 9 7 9 年3 3 022 53 5 02 血i n 目前，除发达国家外，一些新兴的工业化国家也在大力发展城市轨道交 通。如：墨西哥城修了2 l 条地铁线路，承担了全城客运量的5 8 汉城市的 地铁也达到了1 0 0 多公里，新加坡也修建了轨道交通系统。发展中国家在经 济发展到一定水平时，城市的交通需求会有较大幅度的增长，建设以城市轨 道交通为骨干、配合其他交通工具的综合交通网络，是解决城市交通问题的 合理选择。 应该看到，有轨电车、轻轨和地铁相互结合的方式已越来越受到关注。 尤其是有轨电车，随着轮轨技术和通讯技术的发展，它不再是一种低级的、 吵闹的公共交通工具，而是一种可靠、安全、运量适度、机动灵活、投赞运 最比合理的轨道交通方式可以与轻轨和地铁有机地相互结合，实现城市轨道 交通系统在运量、建设投资和运行费用方面的最优组合。 堆氍鞋辅 有辕也卑 图1 1轨道交通客运量与建设投资 现在，亚洲有些城市还存在着有轨电车系统，我国过去有许多城市使用 过有轨电车，如北京、天津、上海、哈尔滨、，至今大连、鞍山、长春 仍存在着有轨电车，它与其它交通交织在一起，没有独立的封闭线路，技术 装备落后，其运行速度和运量都很低。 近年来，世界各国纷纷发展城市轨道交通。表1 2 为世界主要城市的城市 嚣南交通大学硕士磷突生学位论文繁5 瑟 的选择则比较分散，主要根据各国及各城市的客流、人的出行要求而各不相 弱。至于车鞣编组，瑟淤6 辆编缍为主，魄寿4 辆或2 鞴编缰懿城市。 l ，2 。2 国内现状 在中国，孰道交遽系统尚属秘缀除段，星翦仪在j i 袁、天津、上海建有 地铁，广州蛾铁正在建设，大部分城市均处在规划和筹划阶段。即使在大涟、 鞍山、长春还保留饕有轨电车并亟待改造为轻轨系统，但仍未起动。总体上 讲，发震是缓後酌，箕原因是遗铰造价建裔，难 三l 承受，轻鞔无系统标礁， 容易套用地铁模式，也导致造价提高。尤其是当前资金筹措比较困难的情况 下，起动更爨建。必蘧，汲取致溅麓经验与孛嚣实舔漕琵捆结合，探索稀 适合于中国的经济、实用、灵活的中运量的轨道交通系统，对推动中国轨道 交遗发展具蠢积极黪塞义。 目前，被广泛使用的轨道交道方式主要有地下铁道、市郊铁路和轻轨铁 路，它们组成的轨邋交通已成为世器许多大都市客运交道瓣置于。1 9 嫩纪 6 0 年代，世界上第一条城市她铁的诞生。由于城市轨道交通具有爵地少、载 客量大、运载效率商、节省能源、污染少、使用寿命长等优势，释加上有自 己静专用逶行遘、与藏索道路没有平面交必、不受市内道鼯交通的干抗等特 点。城市轨道交通具有其他任何路面交通工具无法比拟的优越性，是解决时 蘑集中、窖滚量特鬟大兹大缓枣交溪溺霆豹最舂效和最瑾怒方式。 1 9 6 9 年，中国第一条地铁线路在北京建成。经过3 0 年的建设，我国目 前已露北京、天津、上海、广州、霉港积螽l 等城枣建成蟪铁势遴车运营， 线路总长近2 0 0 k m 。北京和上海等城市还制订了发展地铁网的远期计划，并 正在修建新的地铁线路或延伸既有媳铁线踌。此外，深圳、青岛耪囊京等城 市也菠在修建或准备修建地铁，哈尔滨、沈阳、长释、丈逑、重庚、武汉和 杭州游城市正在修建轻轨铁路。 遴入薪鬟纪鞋来，城市鞔遒交邋发展淼势更受迅猛，众莓5 0 个左右的 百万人口以上大城市中已有3 0 多个城市开展了城市轨道交通的前期工作， 天津簿十足个皱枣正处予城囊藏遂爻逶建设黎关键翼幸麓。灸了藤强壤毒簸遒 交通网络化建设，国务院采取了先批网络规划再立工程项目的审批规划方案。 今后，我国的城市轨道交遗发展将会送入至一个需凝理性纛考的成熟熬。 轨道交邋运输本身在技术经济饿能，运输效率，对资源能源消耗以及环境 保护姆方面所具有的相对优势决定了轨道交通在可持续发鼹运输中具有重要 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 地位。美国一家以研究环境为主的研究所发表的一份研究报告中认为，轨道运 输具有以下几方面的优势：( 1 ) 具有显著的节能效用，并可以减少对石油的依赖 性。( 2 ) 能减少产生温室效应的排放物的排放量，从而减轻对大气的污染。( 3 ) 减少噪音污染，并缓解公路和航空的拥挤。( 4 ) 节省建设用地，并可有效利用土 地。 大力发展城市公共交通，是适合我国国情的城市交通发展方向。根据我 国实际情况，城市交通发展必须坚持以公共交通为主的原则。在公共交通的 发展中，还应进一步明确以快速轨道交通为骨干的发展方针，这是解决大城 市交通的根本途径。城市轨道交通的发展要地上、地下并重，城内、城外衔 接，轨道交通与其他运输方式相互协调配合，形成以轨道交通为骨干的多功 能、多元化的城市交通综合运输体系。 可见，轨道交通是一种大运量、低消耗、低污染的绿色交通方式。我国的 国情和轨道运输的自身优势决定了轨道运输在可持续发展交通运输中具有关 键地位。 根据有关专家建议，我国城市轨道交通的发展目标是：从现在起，用3 0 5 0 年的时间，争取建成包括地铁、轻轨在内的城市轨道交通系统2 0 0 0 公里 以上：力争使城市人口在5 0 0 万人以上的超大城市，轨道交通系统承担的客 运量达到城市总客运量的5 0 以上，个别城市争取达到8 0 左右。为实现 这一目标，今后我国每年需要建成4 0 7 0 公里的地铁或轻轨。 1 3 研究的方法 通过对国外城市轨道交通运输组织管理领域的最新研究成果和动向分析， 结合我国实际情况，运用以下研究方法并贯穿于本文的研究中： 1 3 1 系统研究的方法 从大处着眼，本文研究既涉及到调查、建模、预测等基础研究，又涉及城 市、公共交通、规划、环境各个专项，彼此间的研究成果相互渗透湘互影响。 需要在交通这个大的系统的层面上加以统一的考虑和研究，才能使各个子项 的研究成果更具有说服力。从个别子项考虑，也需要运用系统的方法。 器漆交通大学矮圭霹 究嶷学位论文第韬贾 过华寓路后转向福华路，避新洲河后向西北，穿过高尔夫俱乐部有限公司会 员别擞区进入深南大道，沿深南大道向西至一期工程终点站世界之窗站。 本段线路全长1 7 2 9 k m ，设有罗湖、国贸、潦衡、大剧院、科学馕、华强路、 岗覆、会震孛心、购物公豳、香蜜滏、车公麓、嚣予拣、倭城客、华器城、 整养之窑荚1 5 痉车站。英中，会震中心懿爨l 号线与4 号线豹换乘菇，大裁 院站、世界之窗站为预胬换乘站，竹子林站为竹子林车辆段的接轨站。平均 站间版1 2 0 5 k m ，最大站间距1 9 6 6 k m ，最小站间距0 6 4 5 h 1 。线路敷设方式 均为地下线，车辆采用a 型车。4 号线与1 母线共用竹子林车辆段。 深圳地铁一期工程予2 0 0 4 年1 2 月底建成通车。 2 2 2 互程简介 1 、线路长度 深圳地铁l 号线一期正程线路全长1 7 2 9 k m 。 2 、汲站情提 全线设1 5 个车鏊，会震中心菇为l 、4 譬线换黍站。 3 、列车编组 6 辆，4 动2 拖，长1 4 0 m ，载客定员1 9 2 0 人列。 4 翠型 a 魁车，带司机室攘率长2 4 4 m ，不带闭机室动车长2 2 8 m ，车体最宽 楚3 1 m ( 鼓影车) ，裹3 。8 黻。 5 率蛄 站台有效长1 4 0 m 。岛式站台宽度盔m 。无柱侧站台驾5 m 。 6 设计折返能力 出入段线、起讫站均不小于3 0 对每小时。 2 。3 一号线一鬻王程行车缍织 2 3 1 设计客流量 设计年度及客流：耪期2 0 0 3 年，近辫2 0 1 3 年，远期2 0 2 8 冬。预测客流 l 号线远期鑫穆窖滚量为1 8 9 ，2 6 万天次，蠢撩枣嚣荸囊最大凝甏浚羹隽5 2 5 嚣南交遗大学颧差 瓷生学佼论文繁 癸 万人次。 ( 1 ) 客滚预测范鞭 客流预测初期为地铁一号线一期工程，即罗湖站至香獭湖站；客流预测 返熬，l 号绒鸯罗溺涟至深髫| | 凝场赣；窖浚鞭溅远麓，l 号绫为罗溪法至涤圳 机场站。 f 2 ) 客流预测结粱 根据本工程可_ ： 予性研究报告批准的预测客流量，汇总见表2 - 1 。 表2 。l客流预溺缩果汇总表 璎嚣 蕈嬗按期近麓逅期 日均客流量人次日 5 3 9 8 4 51 5 9 0 0 9 91 8 9 2 5 9 4 矗均单向最大 人次日 1 8 0 0 4 13 6 4 1 9 34 3 2 5 5 9 断鞭客流量 高峰小时单向人次小 2 1 8 3 24 4 2 1 65 2 5 1 6 最大凝嚣窖溅蔗 时 2 3 。2 线路 深圳地铁一期工程连接既有罗湖移皇崩鼹个旅客过境网岸。并在罗溯日 岸与广九铁路接驳，在皇岗韶岸与锨建豹香港西部铁路接驳。1 母线自罗湖 口岸、途经人民南路、解放路、深南中路、辐华路、深南大道至华侨城东侧， 是鬟娜静建铁l 号线东菝，线路长i 4 9 8 9 k m ( 左线长发) 。线路走向呈倒l 形，沿途设圜贸、老街、大剧院、科学馆、天虹、岗厦、众田、懿田、香蜜 濒、攀公瘗、竹子转、会震孛心菇全线共1 3 座车站。最大辩凌疆1 9 6 6 m ，( 天 虹一岗厦间) ，最小站间距6 4 5 m ( 圈贸一老街间) ，平均站间距1 2 0 2 m 。 罗湖站楚深圳遗铁一期工程最豢要鲍车站之一。终戈缝锾l 号线的起点 站需认真处骥好地铁站、火车站、朗岸旅客等便捷顺畅的换乘需袋。在运营 功能上，考虑整个一条线，既要满足远期列车折返能力3 0 列的要墩，又要保 证远期一定的夜间停留车麓力、故障停留和维修工程车折返需要。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 2 3 3 行车组织 ( 1 ) 设计运输能力 列车编组和载客量 采用6 辆编组。每列车定员1 8 6 0 人。 最小行车间隔和线路通过能力 本工程远期l 号线线路通过能力为每小时3 0 对。根据预测客流量，远 期l 号线列车最小行车间隔分别为2 m i n 。 ( 2 ) 运营计划 运营时间 6 ：o o 2 4 ：0 0 ，每天运营1 8 个小时。 平均乘车距离 初期本工程1 号线乘客平均乘车距离为6 4 k m ；1 号线全线近期、远期 乘客平均乘车距离均为1 0 7 k m 。 全日行车计划及行车间隔时间 1 号线初期、近期、远期全日开行列车对数分别为1 3 2 对、2 7 8 对、3 3 1 对； 1 号线初期、近期、远期最小行车间隔分别为5 o i l l i n 、2 4 m i n 、2 0 m i n ： 本工程初期、近期、远期最大行车间隔均为1 0 o m i n 。 列车停站时间 初期、近期、远期列车最大停站时间均为4 0 s ，最小停站时间均为2 0 s 。 ( 3 ) 一号线1 1 2 # 运营时刻表( 周一周五) 开行载客列车：2 9 8 列 世界之窗罗湖上行方向开行载客列车：1 4 9 列： 罗湖世界之窗下行方向开行载客列车：1 4 9 列。 开行不载客列车：2 6 列 其中：竹子林罗湖上行方向出库列车4 列，竹子林世界之窗下行方 向出库列车8 列。罗湖竹子林下行方向回库列车4 列，世界之窗竹子林 上行方向回库列车1 0 列。 首末班车时间及行车间隔( 见表2 2 ) 嚣游交通大学磺圭礤究懋学位论文第 3 页 表2 2 首末班车时间及行车间隔( 1 1 2 # ) 高矿车站 世界之窗罗湖 蓍褒车 0 2 档次6 ：3 e 0 1 0 3 次 6 ：3 0 东班车1 2 1 4 次 2 3 ：o o 1 1 1 3 次 2 3 ：o o 9 分钟 6 ：3 0 6 ：4 8 6 ：3 0 7 ：2 4 行 8 分钟2 2 ：ll 2 3 ：0 02 2 ：1 6 2 3 ：o o 望 6 ：毒8 1 7 ：0 07 ：2 4 1 7 ：0 5 阔7 分钟 1 8 ：5 5 2 2 ：1 1 1 9 ：3 5 2 2 ：1 6 隔 5 分钟1 7 ：0 0 1 8 ：5 51 7 ：0 5 1 9 ：3 5 逶藿辩蘩裹菠术参数( 觅表2 3 ) 表2 * 3 运营时刻表技术参数( 1 1 2 撑) 科学馆、会燧中心3 5 秽 上蟹：3 5 移 国贸 下行；4 0 秒 中间站停站时间上杼：4 0 秒 老街、犬剧院 下行：4 5 秒 华强路、岗艇4 0 移 魏蘩公霆肇绥骧移 7 分锌阍隔 4 努0 3 秒 罗湖站折返时间 5 分钟间隔 6 分0 3 秒 7 分钟间隔 7 分0 3 秒 世界之宙站折返时间 5 分钟间隔5 分0 3 秒 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 ( 5 ) 竹子林站为竹子林车辆段出入线的接轨站，在本站东端设1 条渡线， 可实现2 条车辆段出入线双方向进出列车，兼作临时列车折返用。 ( 6 ) 会展中心站为l 号线初期临时折返站，在本站西端设1 条以左线为折 返线的渡线。 2 3 7 行车制式 本工程列车采用右侧行车制、双线单方向运行，同时考虑在特殊条件下 反方向行车的条件。 2 3 8 站务管理 车站规模以远期设计客流为依据。保证站台厅、站厅、通道、出入口、 自动扶梯、楼梯、自动人行道以及售、检票等设备能力与客流相协调。 车站实行站长负责制。设置站长、主任值班员、客运值班员、售票员、 票务员等职务。主任值班员主要负责车站设备的监视和管理，当控制中心行 车调度员授权后，可介入列车接发工作。客运值班员主要负责客运管理工作。 2 4 车辆选型及编组 车辆是确保城市轨道交通系统安全、正点、高效运行的关键。车辆的购 置费占系统总投资的l o 左右，车辆亦是高技术密集的机电体化产品，按 其结构基本可分为机械和电气两大部分。 机械部分主要由车体、转向架、车门、制动装置、车钩缓冲装置及客室 内部设备等组成。 电气部分主要包括主电路、控制电路、辅助电路、保护电路、车灯照明 及受电弓等。 ( 1 ) 车辆主要技术参数 车辆长度( 车钩连接面间长度) a 车盟4 4 0 0 m m b 、c 车2 2 8 0 0 m m 车体长度 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 a 车 b 、c 车 载客量( 定员超员) 轴重 构造速度 最高运行速度 2 3 6 9 0 m m 2 2 1 0 0 m m 3 1 0 人4 3 2 人 9 6t 9 0 b n h 8 0 b n h 启动平均加速度( a w 2 情况，列车速度以0 3 6 k m h )1 0 州s 2 f 2 1 车辆配置 车辆的配备以满足运营后第三年的运输需要而购置，以后根据运营需要 逐步配置。初期1 号线罗湖至香密湖、4 号线皇岗至水晶岛需配备车辆1 5 列， 计9 0 辆；1 号线延至会展中心、4 号线延至文化中心，需增加车辆4 列，共 1 9 列，计1 1 4 辆。 客车由两个单元电动车组编成，三辆车为一组列车单元，六辆车为列 车编组。一列客车的编组方式为：一a + b c = c b + a 一。“a ”表示带有驾驶室的 拖车，b ”表示带受电弓的动车，“c ”表示不带受电弓的动车；“”表示自动车 钩，“”表示半永久牵引杆，“= ”表示半自动车钩。 一列客车长度为1 3 9 9 8 m ，宽度3 1 0 m ，高度( 含排气口，不含受电弓) 为3 8 5 5 m ，其中a 车长度为2 4 3 9 m ，b 、c 车长度为2 2 8 m ，每辆车有5 对 客室门，门开宽度1 4 0 m 。驾驶室两侧设有驾驶室门，前端设有乘客紧急疏 散门，后端设有通往客室的通道门。 表2 4 客车的定员和载重注：乘客按6 0k 人计算。 每车乘列车乘 车辆重量( t ) 列车重量 序号缩写定义客数客数 abc( t ) ( 人)( 人) la w o无乘客( 空载) 0 o 3 5 8 3 8 93 9 02 2 7 4 2a w l座客载荷4 52 7 03 8 6 84 1 7 84 1 8 82 4 4 7 3a w 2定员载荷( 6 人m 2 )3 1 01 8 6 05 5 o5 8 15 8 23 4 2 6 4a w 3超员载荷( 9 人m 2 )4 3 22 5 9 26 0 8 26 3 9 2 6 4 0 23 7 7 5 客车正线最高运行速度为8 0 k m h ，后端驾驶室推进时最高速度为 1 0 h n h 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 分布、文化娱乐业的分布等。他们是交通需求之“源”，决定着城市人口出行 需求的强度大小与空间分布，对城市轨道交通系统的网络分布与运输能力提 出相应的要求。 3 1 3 城市轨道交通系统的层次结构 就目前城市轨道交通系统的技术发展水平而言，包括市郊铁路、地下铁 路、轻轨交通、有轨电车、高架导轨电车等几种方式。根据其运能大小，大 致可以划分为三个层次：一是大容量的轨道交通方式，主要是地下铁道和市 郊铁路，适合于市中心区和市郊有大密度客流的地区与方向：二是中等容量 的轨道交通方式，主要是指轻轨交通，适合于市郊间、市区次中心之间，甚 至市区( 主要是中、小城市) 等有相当客流量的方向与地区；三是低容量的 轨道交通方式，主要是指传统的有轨电车和单轨系统等，适应于较小运量的 地区或方向。上述三个层次与常规公交汽、电车相互有机配合，可高效、快 速地完成城市人口地出行需求。 如图3 1 所示，从系统地层次性分析，城市社会经济大系统、城市综合 交通系统和城市轨道交通子系统三者之间是递阶包涵地关系。 首先，城市是相对于乡村地社会、经济大系统，从某种意义上讲，其本 质是时间和空间上地高效率与高效益，城市必须保持充分地活力和相当地发 展空间。 实践证明，一个城市要做到这一点必须有一个高效率的城市综合交通系 统作支撑。这是因为城市交通系统是城市社会、经济大系统中的一个重要子 系统。一方面城市土地利用与开发提出相应的交通需求，需要一个高效的城 市交通系统来支持：另一方面，城市交通系统的发展，交通可达性的提高， 又会反过来影响城市土地的利用与开发，引导城市形态向一定方向演化。因 此，城市要科学合理的发展、演化，除了要做好城市总体综合规划之外，还 应该规划好城市交通子系统。 其次，城市是一个人口密集、各种交流活动频繁的特定空间区域。在这 个区域中交通需求集中、定时、密度大，同时还要求快速、高效、安全、方 便、舒适等。城市轨道交通系统以其高效、优质的服务和节省资源、轻度污 染的特性恰好满足上述技术、经济方面的要求。因而成为城市交通系统的骨 干。相应地，其他交通方式( 如常规公交汽、电车，出租车，小汽车，自行 车等) 则起到补充、配合的辅助作用。因此，个好的城市交通系统首先要 嚣漆交遵大学硬圭磷究垒学位论文第2 0 页 规划好、建设好和管理好其核心部分一一城市轨道交通子系统。 ，一一、 7 ，一一、 ? 蜃、! j ff蓼堇毒32 ；3 j 。雾岁 7 t ，一 、j l 一一城枣辕遒交遵予系壤 2 一一辘索综台交遴蘸统 3 一一城市社会、缎济丈系统 图3 。1 城市交通系统与土地利用的相互关系 综上所述，城审孰遴交通系统在城市综合交逶系统与城常发震、演证孛 熬逡饿纛终矮主要表溪凌戳下足令方嚣： ( 1 ) 它是城市综合交通系统的核心，越到客流组织的骨于住褥。城市综 合交通系统具有多层次绪构。第一层次( 商架或地下全隔离系统) 一一轨道 交通，快速干道( 汽车交通) ；第二层次( 地丽部分隔离) 一一轨道交通或公 交干线、城市干道( 汽车交通) ；第三层次( 延伸至居民区及其它功能区) 一一 公交线路、城审道路( 汽窜交逯) 。显然，繁一层次是骨粲与主曩： 大魂骧) ， 第二麓次是辖蓟与静充 般盘管) ，第三滋次是集琉与延俘 龟缨盘管) 。 它趋城市发展与演化的必要条件。城市轨道交通系统能够满足大运量、长距 离的快速客运要求，因而可解决城市面积拓展与空间合理开发遮用的客运通 道问题。 ( 2 ) 它是城市可持续发展的基础与傈簿。在土地占用、熊源消耗、空气 爱登、景浸矮量、客运痰爨等主要交逶、繇壤疆拣方瑟，鞔遂交逶毒这妥最 侥水平。 西毫交遴大学硪士疆交生拳稼论文繁2 1 贾 图3 ，2 城市交通系统屠次结构 3 2 城市轨道交通系统的基本特征 获一寇爨义上谤，鞍审鞔滋交遵系统不汉是一个公共窖运系统，嚣基是 一个经济系统、一个社会系统。因丙它不仅兵鸯煮邋特性，箍且表醺融相应 的经济特性；f 甜社会特性。 3 2 1 交通特性 ( 1 ) 提供高效、优质的出行服务。离效体现在速度抉、容量太；优质体 现在方便、蟹遥等。 ( 2 ) 麓约资源( 特鬟是节约城市稀有的戆窝闻资源) 。主要表现在嚣 个方面：一鼹能耗低，二是占士电少。由于城市轨邋交通系统采用的是大运量、 集中化运输方式，且采用了一种城市交通方式所溅法比拟的，同时占用的城 市土地空间资源也是最少的，如寝3 1 。 表3 1 各种交避方式占用道路蕊妖( 静态) 交遴方式每整乘窖占掰敬道路蘑积搿 自行车 6 ，l o 小汽车 1 0 。2 0 公熬汽电车 l 。2 轨道变通o ，5 ( 地面)o ( 地下) 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 2 页 ( 3 ) 轻度污染一一体现在噪声、震动、空气污染程度小等。由于城市轨 道交通系统一般采用电力牵引方式和大运量、集中化运输方式，因此，每运 送一位乘客所产生的污染微乎其微，通常被称为“绿色交通”，如表3 2 。 表3 2 城市轨道交通系统基本交通特性 地铁轻轨公交 运输能力万人单向高峰小时1 3 60 6 2 o 8 平均运行速度k ”h 。 3 0 6 01 8 4 01 0 1 5 时间准确性 良好良好 较差 舒适性好好较差 与地面交通的隔离率 1 0 03 0 1 0 0 线路的复杂性简单复杂 简单 复杂 运营自动化程度最高较高低 3 2 2 经济特性 ( 1 ) 属巨额资金密集型系统。首先，初期建设投资需要巨额资金。由于 城市轨道交通系统建设要求高，施工难度大、设备的技术标准也高，常常成 为一个城市中有史以来最大的基础设施建设项目之一。因此，一个城市若没 有相当强的经济实力和财政基础是无法进行大规模轨道交通系统建设的。其 次，运营成本也相当高。一方面城市轨道交通系统能源消耗绝对量相当大， 包括列车牵引、环境控制、车站机电设备及通信信号设备等日常运转的能耗。 另一方面高标准的防灾系统的投资成本与维护保养成本也很高。同时，大量 运营管理与服务人员的开支、设备的运行费用也使运营成本居高不下。 ( 2 ) 企业财务收益与社会经济效益相差悬殊。由于城市轨道交通系统具 有较强的公用性，强调社会经济效益的最大化，使得运营企业无法按运营成 本制定票价，因此运营企业极易亏损，即便是运营成本的回收都几无可能， 常常需要依赖国家、政府、社会提供大量的补贴。 3 2 _ 3 社会特性 ( 1 ) 具有公用事业的性质； ( 2 ) 具有基础设施的功能。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 3 页 这些特性是从不同层次和不同角度对城市轨道交通系统进行观察与分析 得到的，对于探讨城市轨道交通系统的管理体制很有裨益。 3 3 城市轨道交通客流量的特点 3 _ 3 1 客流量特点 根据深圳地铁l 号线的客流预测，城市轨道交通客流量具有以下特点： ( 1 1 初、近、远期高峰小时最大断面客流量有很大不同。深圳地铁l 号线 分别为2 1 8 3 2 人次l l 、4 4 2 1 6 人次，1 1 及5 2 5 1 6 人次h 。因初、近期高峰小时最 大断面客流量只有远期高峰小时最大断面客流量的1 2 及2 5 ，因而在初、近 期的1 0 年内只能以较长的列车运行间隔及较低的载客率运行，降低了服务水 准，运行成本较高。 ( 2 1 线路不同断恧高峰小时客流量有很大不同。为提高载客率。减少车辆 配置，达到降低运营成本及投资的目的，一般采用大、小交路套跑的方式组 织列车运行，需要设置用于小交路列车折返运行的中间折返站及折返线，解 决小交路列车在中间折返站折返时的清客问题。 ( 3 ) 全天不同时段客流量有很大不同。分析可见： 超低峰、低峰、平峰、次高峰、高峰各时段每小时客流量相差很大； 高峰时段一般只有1 h ，但担负了全天客流总量的3 2 ，近l 3 ，必须 保证此时段乘客乘车需要； 平峰时段最长，一般为9 h ，但小时客流量只有高峰时段的2 3 ，既要 采用比较短的列车运行间隔，保证定的服务水准，还要保证较高的载客率， 达到降低运营成本的目的； 低峰、超低峰时段乘客稀少，可采用比较长的列车运行间隔，保持较 高的载客率，有条件时可采用特小列车编组，以减少列车运行间隔。 3 3 2 基于分形理论的城市轨道交通客流量分析 客流量是城市轨道交通系统的一个重要统计指标，是指一定时期内由轨 道交通实际运输的人数。利用客流量统计数据可以进行运输系统分析、评价、 预测等多种研究，以便为运输组织管理实践提供决策依据。一般地，合理兼 嚣麓交暹大学矮圭磷究笺学位论交第2 4 页 顾定性分析与定量计算对客流量进行分析并日e 易事。 近3 0 多年来，发展快速的分形理论为人们分析研究自然科举和社会科学 领域中的各种问题提供了祭崭新的途径，肖意义的成果层出不穷。遗憾的 是，极少囊瑷裁焉分形臻论避行客流量分掇疆究靛结论。 1 ) 分形疆论篱夯 h a u s d o r 珏予1 9 1 9 年最早提出分形和分维的概念，但迄今尚无一个为人 们普遍接受的分形的定义。m a n d e l b r o t 在1 9 8 6 年给出的描述魑：分形是由各 个部分缀成的形态，每个部分以某种方式与熬体相似。对这一描述加以引申 可得：分彤聂可以是几倪圈形，也可以是融功能或信息架起的数理模型； 分澎霹以露露吴毒形态、秘能窝售惑三方嚣豹叁锺较淫，霞鼙谈是严穆懿， 氇可戮怒统计意义上静，秘然界豹大多数分形都是统计塞相缎的；楣 娃性 有层次结构上的差异。数学中的分形，具脊溉限嵌套的层次结构，而自然界 中的分膨只有有限层次的嵌套，且要进入到定的层次结构后才有分形的规 律；棚似性有级别上的藏异。级别最高的照熬体，最低的称为o 级生成元。 级别越接近，刚越相似，缀剐穗差越大，相似健越大。定量刻瓣分形特 正戆 参数楚分维。努缝哥激怒分数毽，氇霹戳怒熬数篷。 裔翊似集与自仿射黎怒最重要的分形集。自相钕集直观上凝本质的特征 是它的硒部与整体相似，即，将该集的任一局郯放太适当的倍数，熊形状与整体 一致。1 9 8 1 年，h u t c h i n s o n 给出自相似集的数学描述，一个变换妒：蚍”呻孵”称 委鏊缕变换，磐莱溉，y 擞8 帮实数e 兰代 入r s 分析过程( 计算结果见图3 4 ) 得到h = o 8 6 3 5 ，所以，深圳地铁的年日 均客流量时间序列集瓴) ：的分维为1 1 3 6 5 ( 由2 o 8 6 3 5 ：1 1 3 6 5 计算得到) 。 值得指出的是，将以上计算结果( 萨2 6 4 0 9 ) 代入口d h 关系式( 3 9 ) ，得d = 1 1 6 9 5 。可见，不同的计算过程得到的分维相差甚小。 西赢交遗大学硕士磺究生学像论文繁2 9 爨 图3 4 时间数据个数( 对数) 4 ) 窑滤蠢时阕廖列纂分维豹意义 分维是分形集复杂性的量度。在概率论中，k 阶r e n y i 信息( 广义) 熵为 最固2 击联善雩) ( 3 彤) 式中，k 葚。 为将k l 兹祷凝综合凌一个公式内，将x 酚r e n y i 铬怠演表涿为 & ( s ) 2 糍壶1 n ( 善黟) ( 3 m ) h e n t s c h e l 等引入的广义分维为 鼋。一l i m ! ；d 堕( 妻：娩主1 ，2 ，。+ )( 3 ，1 3 ) 随羞k 欷篷静不同，绣遣鸯不弱静名称。魏玩f 当k 瑚嚣砉) 称为 h 糕s d o r g 缝数，马( 当k l 时 称失信崽维数，绣( 当k 一2 鞋) 称先关联维 数。值得指出的是，h a u s d o r f f 维数与容量维数是等阶的，数值相等。 黠式3 - 1 0 ) ，去捧极鼹耱号禹馁爵褥 n ：一要盟十叩( q 为高阶无穷小) 1 5 或 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 0 页 ) z 1 1 1 。( 3 1 4 ) 基于极限过程与分形结构存在层次尺寸相匹配的原则，一定存在的临 界值靠，使得 4 ：一掣 ( 3 - 1 5 ) m s 可见，当k = 0 时 d o ：一掣盟 1 6 c 当k = 1 时 d ：一墅盟 1 n 当k = 2 时 d ：一墅盟 等式( 3 1 4 ) 表明，广义维数b 是广义熵的另一种量度，从而具有熵的物 理意义。具体讲，h a u s d o r f f 维数、容量维数、关联维数等都具有熵的物理意 义。 p r i g o g i n e 等认为，非平衡开放系统分维的变化由两部分组成，一是由于 系统与外界的交换引起的分维变化，一是由于系统内部变化产生的分维变化。 对于深圳地铁线网，年日均客流量时间序列集 t 分维的变化由两方面 引起，一是轨道交通系统内部的发展，一是轨道交通系统与宏观经济系统、 社会系统等的相互影响。 当前及今后一段时期，深圳地铁外部环境的变化主要是由城市道路交通 的完善和城市人口逐渐增多引起。一方面，城市道路交通的完善和私人汽车 的增加必然引起各种运输方式之间竞争的激烈程度增加。另一方面，人口的 逐渐增长使得城市轨道交通成为人们出行的重要交通方式。可见，道路交通 完善和城市人口增长都是轨道交通客流量发展趋向无序化的外部因素，表现 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 1 页 在 上，就是其分维的变化以b 为正数。 ( 5 ) 客流量时间序列集分维的应用一客流量预测 由以上的分析，在2 0 0 3 2 0 1 3 年这十年，城市轨道交通客流量时间序列 集托，的分维将增加。据统计，深圳地铁客流量的年均增长率为3 0 3 ，取 2 0 0 3 2 0 1 3 年深圳地铁客流量的年均增长率依次为一1 ，1 ，2 4 ，5 ，则计 算得饥) 蓦的分维依次为o 8 6 3 5 ，1 1 3 6 5 ，1 1 5 0 8 ，1 2 2 4 7 ，1 2 4 9 2 。与以上对“) 兰 分维的计算结果( 1 1 3 6 5 ) 相比较，取2 ，3 ，4 为深圳地铁1 号线客流量量在 2 0 0 3 2 0 1 3 年年日均增长率的低方案、中方案和高方案，具体的日客流量见 表3 3 。 表3 32 0 0 6 、2 0 1 1 年深圳地铁l 号线年日均客流量预测方案单位：万人次 年日均客流量 年日均客流量 年日均客流量 特征日 低方案中方案高方案 2 0 0 65 8 76 2 68 5 4 2 0 1 11 6 0 61 6 9 11 8 2 7 选取数据分别进行线性回归预测、指数平滑预测的结果显示，2 0 0 3 2 0 1 3 年的年均增长率分别为1 4 和2 3 。但是，这两种预测方法仅从数学计算 的角度进行预测，难以考虑到轨道交通系统内部发展、道路交通完善和人口 增长等因素的影响。 ( 6 ) 结论 利用分形理论对轨道交通客流量时间序列进行分析只是一种尝试，但是 分析结果令人欣慰。定性分析与定量计算说明，轨道交通客流量时间序列具 有自仿射性，这为在客流量乃至轨道交通分析中引入分形的理念和方法提供 了前提条件。以上对城市轨道交通客流量的预测仅仅是分形理论在该领域的 一个简单的应用实例，在该应用过程中，虽然结合了定性分析与定量计算， 但定性分析往往带有较大的主观随意性，在定量计算时也主要是考虑城市轨 道交通客流量时间序列数据本身的趋势，对影响客流量发展的外部因素的衡 量是粗略的( 仅从分维的变化上进行了推断) 。相信深入的研究可带来更多有 意义的成果。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 3 页 土建工程尤其是地下隧道和车站建筑主体部分一次建成后无法改建，所以都 按远期工程要求一次建成，如上海地铁1 号线及广州地铁1 号线分别按8 辆 及6 辆a 型车辆编组的列车确定站台有效长度及限界。 供电系统及高、中、低压供配电设备建成后改建困难，并会引起设备废 气及干扰正常运营，一般都以远期工程要求设计并次建成。也有分期投资 建设，初期预留设备用房。 其他建筑设备也基本上按土建规模作为依据进行设计，如环控，照明， 电梯，给排水及消防等，并按此确定设备用房要求。 各种运营监控系统如通信，信号，防灾报警，建筑设备监控，自动售检 票系统在不同程度上都以土建规模作为依据进行设计。维修，检修定员配置 根据各专业的设计确定。 i 高运量一单向运能5 7 万人次人，车辆a 型，地铁 1 i 大运量一单向运能3 5 万人次人，车辆b 型或( a 型) ，地铁 i i i 中运量一单向运能1 3 万人次，人，车辆c 型或( b 型) ，轻轨 a 型车长2 2 ( 2 4 ) m ，宽2 8 m ，4 轴，定员3 1 0 人 b 型车长1 9 m ，宽2 8 m ，4 轴，定员2 4 s 人 c 型车长1 8 9 m ，宽2 8 m ，4 轴，( 单车) 2 0 0 人 城市轨道交通车辆选型是一种多层次、多准则的选择标准体系。传统的 车辆选型主要依赖于各方案的技术经济指标，按经济技术比较方法，综合主 要的定性因素，凭借设计人员或专家的经验和判断来决定方案的取舍。其方 法本身存在一些不可忽视的缺点，如定性定量因素之间没有统一的度量尺度， 没有考虑定性、定量因素之间的相对重要性等。 4 - 2 层次分析法原理 层次分析法( a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ，a h p ) 是由美国学者t l s a a t y 于2 0 世纪7 0 年代末提出的一种多层次权重解析方法，具有思路清晰、方法 简便、实用面广、系统性强等特点，便于普及推广。它最适宜于解决那些难 以完全用定量方法进行分析的评价决策问题。 a h p 法的基本原理是：首先将复杂问题分成若干层次，以同一层次的各 要素按照上一层要素为准则进行两两判断，比较其重要性，以此计算各层要 素的权重，最后根据组合权重并按最大权重原则确定最优方案。大体分为如 下五个步骤： 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 4 页 4 2 1 建立层次结构模型 在深入分析面临的问题之后，将问题中所包含的因素划分为不同层次， 一般包括：目标层( 提出总目标) 、准则层( 目标层的主要影响因素) 、子准 则层( 准则层的影响因素) 、方案层( 可供选择的方案) 。 4 2 2 构造判断矩阵 判断矩阵元素的值反映了人们对各因素相对重要程度的认识，一般采用 数字1 9 及其倒数的标度方法( 见表4 1 ) 。当相互比较因素的重要性能够 用具有实际意义的比值说明时，判断矩阵相应的值则可以取这个比值。 表4 1l 9 比例标度 标度含义 1 表示2 个元素相比，具有同样重要性 3表示2 个元素相比，一个元素比另一个元素稍微重要 5表示2 个元素相比，一个元素比另一个元素明显重要 7 表示2 个元素相比，一个元素比另一个元素强烈重要 9 表示2 个元素相比，一个元素比另一个元素极端重要 若元素f 与，比较得，则元素与f 比较判断为l 8 f 4 2 _ 3 判断矩阵一致性检验 由判断矩阵彳导出权重向量时，要求矩阵4 具有一致性或偏离一致性的 程度不能太大，否则导出的权重并不能完全反映各元素之间相对重要性程度。 因此，在求权重之前，必须对判断矩阵a 用下列指标进行一致性检验。 a ：生 ( 1 ) 一致性指标： n 一1 ( 4 1 ) c r ：旦：叠二! ( 2 ) 随机一致性指标： 础 0 1 ) 彤 式中：凹一致性指标； n 矩阵4 的阶数 ( 4 2 ) 平均随机 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 5 页 一致性指标，可采用表4 2 中所列数值。 表4 21 9 阶矩阵的平均随机一致性指标 阶数 123456789