（交通运输规划与管理专业论文）轨道交通市域线运输组织优化研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 轨道交通市域线与市区轨道交通相比具有平均站间距较大、客流空间分布 不均、运输组织方式灵活等特点，逐渐成为连接中心城区与城市外围区间的 重要客运通道。轨道交通运输组织理论和方法的研究，对优化资源配置、提 高运输设备利用率、确定列车开行方案具有重要作用，同时对轨道交通线路 前期规划设计也具有一定影响。论文在充分借鉴国内外轨道交通运输组织理 论成果和运营实践的基础上，采用系统思想，针对轨道交通市域线客流特点， 对运输组织中的若干问题进行研究。 首先，论文以市域线初近远期客流特征分析和城市既有轨道交通运营状况 为背景，结合各种车型和编组方案的适应性，对不同运营时期和同一运营时 期的列车编组方案进行研究。 其次，本文以线路运能和运量最佳匹配为目标，针对列车开行间隔时间具 有离散型特点，建立了单区段列车开行间隔的非线性整数规划模型。由于市 域线客流的空间差异性，采用不同交路模式时，列车开行间隔和开行比例对 车底运用数具有重要影响，论文建立了多区段列车开行间隔优化模型，然后 以嵌套交路模式对多区段列车合理开行间隔进行实例研究，并采用模糊数学 规划方法对模型求解，论证上述模型的实用性和可行性。 列车交路模式和停站方案是运输组织优化的重要环节。轨道交通市域线在 中间折返站采取不同折返形式，由进路交叉干扰所产生的能力损失不同，文 章针对不同交路模式在中间折返站进行了能力适应性分析。最后，从节约旅 客总出行时间出发，建立市域线列车停站方案模型，并通过理论研究对快慢 车运行方案和交替跳站运行方案进行分析。 关键词轨道交通市域线；运输组织；列车开行间隔；列车交路；折返模式 西南交通大学硕士研究生学位论文第l i 页 a bs t r a c t c o m p a r e dw i t ht h et r a c kt r a f f i ci nt h eu r b a nc e n t e r ，t h er e g i o n a lr a i ll i n eh a s m a n yc h a r a c t e r i s t i c ss u c ha sl a r g e ra v e r a g es t a t i o nd i s t a n c e ，n o n - u n i f o r ms p a c e d i s t r i b u t i o no ft h ep a s s e n g e rf l o wa n df l e x i b l 苔w a 多嚣i nt r a n s p o r to r g a n i z a t i o n ，a n d g r a d u a l l yb e c o m e sar a p i dp a s s e n g e rt r a n s p o r tc h a n n e lb e t w e e nt h ec e n t r a lu r b a n d i s t r i c ta n dt h eu r b a n p e r i p h e r y t h es t u d yo nt h e o r i e sa n dm e t h o d so f t r a n s p o r t a t i o no r g a n i z a t i o ni sk e yt op o s t s t a g eo p e r a t i o n ；。i n c l u d i n go p t i m i z a t i o n o fr e s o u r c ea l l o c a t i o n ，i m p r o v e m e n to fe q u i p m e n ta v a i l a b i l i t y ，d e t e r m i n a t i o no f t h et r a i nr u n n i n g - p l a n ，a l s ot h es t u d yh a sc e r t a i ni n f l u e n c et op r e p l a n n i n gi n u r b a nr a i l w a yt r a f f i cl i n e b a s e do nt h et h e o r ya n dp r a c t i c eo f o p e r a t i n g ，s e v e r a l i s s u e so ft r a n s p o r t a t i o no r g a n i z a t i o no ft h er e g i o n a lr a i ll i n eh a sb e e np r o p o s e db y t h eu s eo fs y s t e mt h e o r y , a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e ro ft h ep a s s e n g e rf l o wi n r e g i o n a lr a i ll i n e s f i r s t l y ，a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so fp a s s e n g e r sf l o wi nt h ee a r l y , t h en e a r f u t u r ea n dt h ef u t u r es t a g e sa n de x i s t e du r b a nr a i l w a yt r a f f i cl i n e s o p e r a t i o n s i t u a t i o n ，w i t hi t sa d a p t a b i l i t yt ov a r i o u sv e h i c l et y p e sa n dt h et r a i nc l a s s i f i c a t i o n s ， t h et r a i nc l a s s i f i c a t i o n si nd i f f e r e n t o p e r a t i o np e r i o d sa n dt h es a n l ep e r i o di s d i s c u s s e d s e c o n d l y ，w i t ht h eg o a lo fo p t i m u mm a t c h i n gb e t w e e nt h ea c t u a lp a s s e n g e r v o l u m ea n dt r a n s p o r t a t i o ns t a n d a r d c a p a c i t y , t h i sp a p e rh a sc o n s t r u c t e dt h e n o n l i n e a ri n t e g e rp r o g r a m m i n gm o d e lf o rt r a i no p e r a t i n gi n t e r v a lo no n e s e c t i o n l i n e sb a s i n go nd i s c r e t i o no ft h ei n t e r v a l o nt h eb a s i so fs p a t i a ld i f f e r e n c eo f p a s s e n g e rf l o wi nt h er e g i o n a lr a i ll i n e s ，t h eo p t i m i z a t i o nm o d e lf o rm u l t is e c t i o n a l t r a i no p e r a t i n gi n t e r v a lh a sb e e ne s t a b l i s h e d ，a st h et r a i no p e r a t i n gi n t e r v a la n d r a t i oh a sg r e a ti n f l u e n c e 。o l it h en u m b e ro fv e h i c l e su s e di nt h ee n t i r el i n ew h e n d i f f e r e n tt r a i nr o u t i n gm o d e sa d o p t e d t a k i n gn e s t e dr o u t i n gm o d ea sa l le x a m p l e ， t h i s p a p e r a l s or e s e a r c h e st h e 1r a t i o n a li n t e r v a lo fm u l t is e c t i o n a lt r a i na n d c o m p l e t e st h em o d e ls o l u t i o nw i t hf u z z ym a t h e m a t i c a lp r o g r a m m i n gt h e o r yt o p r o v ei t sv a l i d i t ya n df e a s i b i l i t yi nt h ei n s t a n t t r a i nm u t i n gm o d ea n ds t o ps c h e d u l ep l a na r ek e yi n f l u e n c ef a c t o r s o f t r a n s p o r t a t i o no p e r a t i o no p t i m i z a t i o n t h ed i f f e r e n tl o s s e so ft r a n s p o r tc a p a c i t i e s a r ec a u s e db yc r o s s i n gr o u t e sw h e nt h er e g i o n a lr a i ll i n et a k e sd i f f e r e n tr e e n t r a n t p a t t e r n si nt h em i d d l es w i t c h b a c ks t a t i o n s a d a p t a b i l i t ya n a l y s i si sa c c o m p l i s h e d o nt u r n b a c kc a p a c i t yo fs w i t c h b a c ks t a t i o n sa c c o r d i n gt od i f f e r e n tt r a i nr o u t i n g m o d e i na d d i t i o n ，t h em o d e lo fa p p r o p r i a t er u n n i n gp a t t e r no nr e g i o n a lu r b a nr a i l t r a n s i tl i n ei se s t a b l i s h e d0 1 1t h ep u r p o s eo fr e d u c i n gp a s s e n g e r st o t a lt r a v e lt i m e ， a n dt h e o r e t i c a lr e s e a r c hi sa p p l i e dt om a k ea l la n a l y s i so nt h eo p e r a t i o nf o r ma n d c o n d i t i o no fe x p r e s s s l o wt r a i np r o g r a r na n ds k i p s t o pr a n m n gp r o g r a m k e yw o r d s t h er e g i o n a lr a i ll i n e s ；t r a n s p o r to r g a n i z a t i o n ；t r a i no p e r a t i n g i n t e r v a l ；t r a i nr o u t i n g ；r e e n t r ym o d e l 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇 编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密彭使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名：枷 日期如旬芦彭同j 7 嗣 入丈弘 名侈 签 肿 师 一锄 导期指日 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工 作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和 集体，均己在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由 本人承担。 学位论文作者签名： 自期： 多司i7 目 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 研究背景 第1 章绪论 1 。1 1 轨道交通市域线概述 随着城市化进程的加快，大城市规模不断扩大，经济重心也由中心城区 向近郊、远郊地区扩散。大城市向郊区扩张，郊区城镇化现象凸显，在中心 城周围及周边中小城镇之间逐渐形成一核多中心的都市区发展模式。 在都市区形成和发展过程中，中心城区需要发挥主导作用，由于中心城 区与远近郊区及附近卫星城镇的经济交流逐渐增加，将会在其间形成大规模 的客货流，这样就加大了中心城同郊区及卫星城镇之间的交通压力，大城市 交通拥堵和环境恶化等问题日益突出。 中心城外围区特指一些大都市中心城区以外的城市区域，包括城市近郊 和远郊。中心城外围区轨道交通作为城市快速轨道交通的一种形式，主要承 担城市中心区到郊区、郊区到郊区之间大量的旅客运输任务。轨道交通具有 快速、安全、准时、便捷、容量大、能耗低和污染小等优点，具有可持续发 展的特性。为了适应城市发展，解决市中心居民过分集中、改善居住条件、 发展卫星城镇等需求，许多城市采取发展轨道交通市域线来解决这些城市交 通问题。 轨道交通市域线以满足城市多中心发展以及对外交通辐射的需要为目 标，实现整个市区及周边地区快速到达城市各集散点的作用。它具有市区地 铁和郊区铁路的双重功能，在城市轨道交通网络中起着骨架作用。 广义的轨道交通市域线泛指在中心城区以外城市区域内的所有服务于城 市内部交通的轨道交通系统总和。包括以下几种模式： ( 1 ) 利用已有和规划的城际铁路在市域区内进行旅客运输，为城市内部 服务的车站、线路和其它运输设备。， ( 2 ) 将城市郊区既有铁路枢纽中的支线、联络线、专用线进行改造，改 造为郊区轨道交通线路与市区轨道交通衔接运营。 ( 3 ) 在市域区内新建市郊铁路系统。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 ( 4 ) 将城市轨道交通线路向市域范围延伸，运营主体仍为城市轨道交通 系统，可以采用灵活的运输组织模式适应市域区客流需求。 上述四种模式可以划分为两大类，第一类运营主体为国有大铁路运输企 业，包含上面所列的( 1 ) 、( 2 ) 、( 3 ) 三种类型，运营设备、设施与大铁路技 术标准相同，在中心城结合部进行换乘，可以看成是大铁路系统参与城市交 通的一种方案；第二类则由城市交通管理部门运营，主要是指上面第( 4 ) 种 类型，即贯通运营于中心城区和城市外围区域的长大轨道交通线路，其设备 设施与运行于中心城区的地铁轻轨相同；可以进行无障碍过轨或共轨运营， 可以看成市区轨道交通向中心城外围区扩展的一种方案。 狭义的轨道交通市域线主要是指上述第( 4 ) 种模式，也即是本论文所研 究的主要对象。 1 2 研究问题的提出 本论文是在城市化进程加快，城市大规模向外扩张，大都市区交通状况 异常紧张的现实下展开的。对中心城外围区轨道交通现状进行探讨，并分析 其线路特点和沿线客流需求特性，然后基于外围区轨道交通系统优化的目标 对轨道交通市域线运输组织进行优化研究。 中心城外围区涵盖了大城市的近郊和远郊地区，它与中心城区的功能定 位、发展状态及各种设施条件均有差异。在中心城外围地区进行轨道运输组 织优化过程中，需充分考虑所选线路沿线近远期客流变化特点。 车辆选型和列车编组问题是城市轨道交通运输组织优化的基础，不同城 市不同线路状况其列车选型和编组具有不同的适应条件，因此对车辆选型和 列车编组问题进行研究时要基于特定的线路客流特点。 列车合理开行间隔、列车交路计划和列车停站方案是进行城市轨道交通 运输组织优化问题的三个重要组成部分。在各运营区段各计算时段内，基于 不同列车交路模式，确定合理的列车开行间隔是提高服务水平，增加客流吸 引，降低运营支出和提高运营效率的主要手段。此外，在轨道交通市域线中， 列车交路模式选择对中间折返站折返能力和折返站前期设计具有一定影响。 中间折返站一般位于客流断面变化较大的区域，多是中心城区和外围地区结 合部，因此对列车交路模式要进行综合比较。为提高车底利用效率，缩短旅 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 客在途时间，在中心城外围区段可以考虑开行快慢车和跳站运行的方案。 1 2 国内外研究现状 伴随着城市轨道交通的出现和发展，国内外学者对它的研究也在不断前 进和深化。由于城市轨道交通建设的规模和长度不断增加，在一些特大城市 中逐渐形成网络化运营，城市轨道交通类型也多样化起来，城市轨道交通服 务区域也不再仅限于城市中心区域，对于中心城外围区的轨道交通规划设计、 建设、运营和管理逐渐成为很多学者研究的对象。鉴于新技术、新产品、新 工艺在列车制式、车站设施、线路信号中的逐渐应用，为提高其运输能力和 服务水平，关于城市轨道交通的运输组织问题逐渐成为研究热点。 苗彦英从研究对象入手，在文献 2 】中从牵引方式、导向方式、线路专用 程度、车辆编组形式及系统运输能力等5 个方面界定城市轨道交通，将城市轨 道交通分作7 种类型，并进行了定义，为城市轨道交通的规划和列车选型提 供了理论依据。文献 3 】，【4 ，【5 】分别从分析方法、决策指标和线路实证等 方面对城市轨道交通各情况下车辆选型问题进行了研究。文献 6 和 7 】对列车 编组及近远期不同编组辆数改扩编的可行性和经济合理性进行了比较。文献 8 介绍了巴黎地铁1 4 号线采用小编组、高密度的行车方式，通过调节行车密度 满足不同时觐和不同时段客流量变化上的需要。 线路通过能力是制定运输组织方案的基本依据，国外学者和研究人员对 这方面的研究相对较早。文献 9 提出了计算城市轨道交通线路通过能力的一 般公式( c ：3 6 0 0 r h ) ，但未对追踪间隔时间的计算方法进一步说明，因而未 能最终解决城市轨道交通线路通过能力的问题。文献 1 0 】推荐了一种计算追踪 ，_ 一-r ；二= _ 间隔时间的方法，即：h = t s + t r + 型+ 掣掣+ 、掣，该计算方法考虑了列车停站 1 ，锄 ， 时间、列车安全制动距离、确认时间等因素对城市轨道交通线路通过能力的 影响，但没有考虑行车组织方面的要求，因此计算的线路通过能力偏大。随 着我国城市轨道交通的发展，国内很多院校和科研机构的专家学者对这方面 进行了深入研究，并取得了许多对理论和实践具有指导意义的研究成果。 文献 1 2 根据大铁路系统运营组织管理的理论基础，结合我国城市轨道交 通系统特点，对城市轨道系统的运营管理、车站客运组织、系统通过能力和 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 列车运行过程模拟分析等做了一定的研究。张国宝在文献1 1 6 中对城市轨道交 通运输组织中客流预测，运输经济分析、列车开行计划、线路通过能力、列 车运行图编制、车站工作组织、调车工作组织等部分均进行了深入而具体的 研究，形成了较为完备的理论体系和研究结构。 当列车选型与编组方案确定后，线路输送能力则主要由列车开行间隔决 定，文献 2 4 】对列车最小开行间隔的影响因素进行分析和理论研究，并在此基 础上推导出固定闭塞和移动闭塞系统下的列车间隔的计算公式。在满足最大 能力需求下，不同时段合理的列车开行间隔具有提高列车运营效益的作用。 文献 2 5 根据影响列车开行间隔的各因素变动关系，以运营者效益最大化和社 会福利最大化为目标，建立了合理发车间距的优化模型。文献 2 6 借鉴城市公 共交通运营管理优化的研究方法和部分理论，建立了以乘客满意度和企业满 意度为目标的行车间隔优化模型。在中心城外围区客流需求还不太成熟的条 件下，文献 2 7 则以市域线路客流空间时间波动情况为依据，分析了外围区轨 道交通行车间隔的优化方法，并论证了不同行车间隔下对客流需求的影响。 列车交路方案是影响整个系统功能和效率的重要因素，文献1 2 8 考虑大都 市轨道交通发展状况，针对连接中心城外围区与市中心之间的线路特点，考 虑运营组织的复杂性，对超长线路列车开行交路的各种模式进行比较，分析 了多种交路对城轨交通线路通过能力和车底运用的影响，并研究了运行图周 期的概念及特点，提出“运行图周期分析法”，建立了多种交路条件下城轨交 通通过能力和车底数量的数学模型。文献 2 9 则围绕城市外围区线路近远期客 流需求的不同，提出了不同阶段采用不同交路模式以适应客流变化的观点。 此外，为适应中心城外围区与中心城区的客流变化的空间结构特点，提 高列车旅行速度，充分发挥车底运用效率，文献【1 9 着重从快慢车开行的必要 性，探讨了在外围城区线路开行快慢车是满足不同出行距离，缩短在途时间 的优化方案之一。 尽管如此，我们应该看到我国城市轨道交通的运输组织研究还不完善， 在很多问题上还有待进一步研究，尤其是对轨道交通客流空间时间波动性较 大的线路，其合理开行间隔时间和列车交路模式的选择具有重要的研究价值。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第5 页 1 3 主要研究内容 本论文主要分以下几个部分进行分析和讨论： 第1 章绪论主要针对国内外城市轨道研究现状，结合中心城外围区轨道 交通特点，对运输组织优化的相关问题进行说明。 第2 章对典型中心城外围区轨道交通模式进行比较，通过对外围区轨道 交通线路的合理定位，对建设市域轨道线路贯通运营模式下的线路客流需求 特征进行分析。 第3 章根据上述线路的客流特性，结合列车选型和近远期最大断面客流 量，通过各种编组的影响因素对列车编组方案进行确定。 第4 章通过对线路预测客流的动态研究，合理划分计算时段，建立在合 理乘载率目标下的单区段列车开行间隔模型：同时对轨道交通市域线合理划 分区段，基于不同交路模式和开行比例下对车底运用数的影响进行探讨，建 立嵌套交路模式下列车开行间隔的优化模型，并结合实例对模型的实用性和 可行性进行验证。 第5 章通过比较不同交路模式对中间折返站的能力影响，对各种列车交 路模式中间折返站折返模式进行选择，并结合中心城外围区客流特点对非站 站停列车的开行进行探讨。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第2 章轨道交通市域线运输组织特点分析 2 1 中心城外围区轨道交通特点 1 国内外大都市区轨道交通状况 国外许多城市的都市区轨道交通发展模式多是为合理引导城市扩张而建 设，在郊区地段采用不同建设模式的轨道交通系统，逐渐形成大都市轨道交 通网络。由于我国城市轨道交通起步较晚，国内有关中心城外围区轨道交通 模式的城市还处于起步阶段，如北京、上海、广州等对轨道交通市域线路还 在规划和设计建设中。下面是国内外几个典型城市轨道交通市域线基本状况。 ( 1 ) 东京都市圈轨道交通 东京是世界上著名的轨道交通十分发达的城市，其轨道交通根据服务区 域分为三大系统：服务于城市中心区的地铁系统、服务于近郊区的私营铁路 系统和服务于首都圈的国铁j r 系统。三大系统在衔接区段可以通过共轨、过 轨、枢纽换乘等方式实现一体化运营。东京都市圈市域轨道交通系统由私营 铁路和j r 系统线路组成，从山手线向外辐射，承担市域快速线的运输任务。 东京的私营铁路长度接近1 0 0 0k m ，运营速度为4 0 - 4 5 k m h ，站间距2 k m 左右。瓜铁路承担了东京大都市圈内市际间及市内的交通出行，总长度近9 0 0 k m 。其中j r 市际铁路站间距5 - 6 k r n ，运营速度为5 0 6 0k r n h 。山手线 ( y a m a n o t es e n ) 环绕东京市区一圈，是个南北狭长的城市环线铁路，各条地 铁、市郊铁道与山手线的交叉点构成了大型换乘中心，使得各条径向线的乘 客在市中心区域的换乘非常方便，山手线列车运行间隔2 - - 6m i n 。 ( 2 ) 巴黎r e r 市域轨道交通 巴黎是典型的多中心城市结构，轨道交通系统在巴黎的公共交通中起到 核心骨干作用。巴黎中心城区轨道交通网由总长达2 1 3 k i n1 4 条地铁线路 ( m 1 - m 1 4 ) 和总长3 8 1 k m 的4 条轻轨( t 1 - t 4 ) 构成，主要承担巴黎主中心城区 的客流需求。二十世纪六十年代起，巴黎市在网状结构地铁网的基础上，相 继建成了a 、b 、c 、d 、e 伸向不同方向的5 条r e r 线，总长度达到4 0 0 k m ， 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 从而形成由两个子系统组成的混合型结构的城市快速轨道两。 巴黎p , e r 线路大部分利用了原来分布于郊区的既有铁路线，在中心城区 部分通过在常规地铁的下方修建新线，并利用若干换乘枢纽与地铁、轻轨接 驳，建成综合换乘枢纽和一体化的轨道交通系统，然后分别沿不同方向贯穿巴 黎城区出市区后从地下走上地面，各自分成若干叉道，并与多条市郊铁路 相连通向巴黎郊区的卫星城市和市镇，成为在郊区延伸的放射线。下圈为 巴黎r e r 市域轨道交通网络示意图。 图2 1 巴黎都市区轨道交通线路图 ( 3 ) 北京市市郊铁路线网规划 北京市主要利用市郊铁路解决中心城外围区的交通需求市郊铁路的服 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 务范围是北京市域卫星城地区，及卫星城至城市中心之间沿线地区。市郊铁 路规划干线网络由5 条市郊铁路干线和1 条市郊铁路支线组成，干线网络总 长度为3 6 0 公里，运营速度规划为5 0 - 7 0 公里d , 时，小时单向运输能力在2 至5 万人之间。 北京地区具有四通八达的铁路线网资源，既有1 0 条对外放射的铁路干线 走向与北京市卫星城市分布方位十分吻合，既有铁路资源是发展市郊客运不 容忽视的条件。部分既有铁路资源利用不充分，有些铁路资源处于半闲置状 态，铁路管理和经营部门有盘活铁路资产的需求。利用铁路资源发展市郊铁 路具有建设周期短、投资省、见效快的优势。 通过对铁路资源进行必要的更新改造、或是采取增建新线的办法，近期 先建设2 - - 3 条客流需求相对较大的市郊铁路线路；根据客流需要，再逐步建 设各条通往远郊卫星城的市郊铁路干线，建设覆盖远郊卫星城地区独立的市 郊铁路运输系统【3 引。 ( 4 ) 上海城市轨道交通总体规划 上海市城市发展模式由中心城、城市副中心和卫星新城、新市镇、中心 村四个层次组成，中心城区是指外环线以内的6 7 0 k m 2 核心发展区域，中心城 外围区则主要是指连接中心城区与9 个卫星新城及卫星城镇之间包含近郊和 远郊的大片区域。上海市城市轨道交通建设起步较晚，但是发展速度最快， 从1 9 9 5 年第一条地铁投入运营以来，短短十几年间，到2 0 0 7 年底上海市已 经形成了8 条线路参与、共1 6 2 座车站、全长约2 3 6 k m 的市区轨道交通网络 雏形。其中“一条环线+ 9 处换乘+ 8 站共线运营 的线网布局使年客运量达到 1 1 亿人次，占公交出行的3 5 ，极大程度地缓解了市区居民出行的交通压力。 为适应发展需求，上海市公共交通系统确定了以整个市域范围内的居民 出行为服务对象的轨道交通远期规划。上海市远期城市轨道交通总体目标是 到2 0 2 0 年建设成全长约9 7 0 k m ，共设车站5 2 5 座，由1 8 条线路构成快速轨 道交通网络。其中有8 条市区地铁线( 分别为m 1 m 8 线) ，6 条市区轻轨线( 为 l 1 l 5 线和轨道交通5 号线) ，4 条市域级快速轨道交通线路( r 1 一r 4 线。( 如 图2 2 所示) 市区级地铁和轻轨系统为中心城区提供大中运量的运输服务，为市区乘 客提供一个发车频率高、运输能力大、运行速度快的公共交通系统。在中心 城范围内通过市区级轨道网络到达市中心的时间不超过3 0 m i n 。而市域级快速 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 轨道交通线路则是整个交通网络的基本骨架，为中心城区与郊区、中心城区 与各对外交通枢纽之间提供快速服务，使得远期郊区到达城市中心的出行时 间满足1 小时要求。 誊嚣：器嘲器嚣p0 ，l o b n e i ：2 _ 囤2 2 上海市轨道交通总体规划图 2 轨道交通市域线在城市轨道交通网络中的合理定位 作为连接郊区与中心城区、郊区与郊区之间的公共交通系统应是以快速 交通为骨干，多种交通方式相互衔接、相互补充的综合交通体系。它包括以下 几种交通方式：普通道路交通、高速公路交通、市郊铁路、轨道交通市域线， 其中后两种形式即我们要研究的城市轨道交通方式。因此，轨道交通市域线 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 在规划建设和运营组织过程中应该结合城市特点，进行合理定位。 表2 1 通过对比道路交通方式和轨道交通方式在单位运能和旅行速度方 面的差异，同时参考单位能耗方面的影响；表2 2 是对各种运输方式建设成本 的比较，这里既包含了交通设备、设施方面的运营投资成本，又包含了空气 污染、噪音污染等环境方面的影响和旅客出行时间价值等社会效益成本。通 过比较表2 1 和表2 2 ，我们可以看出在中心城外围区发展以轨道交通为主体 的快速交通网络的优越性。 表2 1 各种交通方式功能比较和能耗分析【5 l 】 表2 - 2 各种交通方式社会成本( 元人k m ) 【5 2 】 注：0 水是指已包含在自身成本中。 在轨道交通运输方式优先选择确定后，至于选择以市郊铁路为主，还是 以轨道交通市域线为主的发展模式，则需结合不同城市特点进行定性和定量 比较。影响方案选择的指标主要包括输送能力、列车在线旅行速度、建设投 资成本、既有铁路网络可利用情况、客流吸引距离、城市空间消费、与城市 中心区轨道交通衔接、旅客出行方便度等。在解决中心城外围区客流需求的 目的下，上海规划中的线网以发展市域轨道交通线路为主要模式，而北京则 主要利用其四通八达的既有铁路设施发展市郊铁路模式。 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 因此在发展外围区轨道交通建设中必须坚持以下原则： ( 1 ) 线路走向方便居民出行为基本出发点 ( 2 ) 能力设计以满足远期运输需求为目标 ( 3 ) 方便与中心城区轨道交通网络的衔接换乘和贯通运营 ( 4 ) 在郊区段有适当的公交配套以保证充足的客源 ( 5 ) 适合城市特点的运营管理模式 3 轨道交通市域线的线路技术特征 城市轨道交通市域线是指贯穿整个市域，直接沟通中心城区与郊区联系 的一种轨道交通模式。它大大提高了交通直达性和出行的便捷性，提高了轨道 交通网络的服务水平，使郊区的乘客可以直达市内，缩短出行时间。 接下来本论文主要针对轨道交通市域线，进行技术特征和客流分析，并 以此展开轨道交通中运输组织的优化研究。 与市区轨道交通线路相比，轨道交通市域线具有以下技术特征： ( 1 ) 车站间距标准不一 和市区地铁线路比较，轨道交通市域线经过区域发展规模比较复杂，在 通过中心城区的地段，车站间距设计标准与常规地铁相同，一般为1 1 5 k m ； 但在经过城市外围区的地段，由于覆盖区域面积大、市郊人口密度小，因此 车站间距大于常规地铁的车站间距，约为3 - - 4 k m 。 ( 2 ) 主要服务对象不同 市区轨道交通主要服务对象为中心城区的居民出行，而轨道交通市域线 的主要服务客流为郊区与中心城区之间的通勤、通学客流，其次为郊区与郊 区之间的客流。 ( 3 ) 设计运行速度不同 轨道交通市域线在郊区地段由于站间距较大，列车在相同的启动制动加 速度条件下区间运行速度较高，可达5 0 - - - - 6 0 k m h ，因此线路的设计速度标准 也应适当提高。 ( 4 ) 具有支线的型式 轨道交通市域线进入郊区和接近末端时往往通过少量分支的形式将郊区 新城与市中心连接起来，例如巴黎的r e r 线是放射状分布的，r e r a 、r e r b 等几条市域快速轨道交通线就是通过少量分支的形式将郊区新城、主要城镇 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 和重要活动场所与市中心直接相连的。 ( 5 ) 运输组织方式灵活 轨道交通市域线根据沿线客流不均衡的特点，查找客流断点，台理划分 区段，制定比较灵活的列车开行间隔和列车交路模式等运输组织方案。 22 城市轨道交通市域线客流需求特征 轨道交通市域线同常规市区轨道交通相比具有上述特征，因此在分析轨 道交通市域线时，要考虑因途经城市功能区不同，所带来的客流发生变化的 特点。而随着轨道交通网络系统的建设，市域线沿线客流状态会随着运营时 期的变化而产生较大的改变，所以我们在进行运输组织优化过程中，要充分 考虑这些变化所带来的影响。以上海r 4 线预测沿线客流的情况为例，该线 预测o d ( 起点一讫点) 客流区域分布如图4 - 1 所示，中心城区客流出行量与郊 区客流出行量之间存在很大的差异，郊区客流的比重随着轨道交通市域线的 影响也有了很大发展。 口郁区中心城区口郊区中心城区 图2 3r 4 线预测客流全e l 出行起讫点分布区域分析图 221 线路客流主要构成 轨道交通市域线的服务对象主要包括中心城外围区与城市中心及郊区之 间的通勤、通学旅客，大城市各功能区之间的生活出行旅客，大城市各功能 区之间的社会活动出行旅客等三类。 衄最丑髯邕埘忙隶哑霉f妊毛蜡神皿州 女皿赢彗释型到格隶噬骝晕丑避袖口争 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 其中通勤、通学旅客是其主要服务对象群体，并且需求相对稳定。城市 功能区间的生活与社会活动出行旅客是扩展性服务对象群体，其份额具有较 强的发展潜力。大城市各区域中心所承担的功能不同，卫星城镇的空间分布、 结构模型以及开发程度对客流的形成和增长具有重要的作用。 从轨道交通市域线修建始末客流形成的机理上分析，快速轨道交通承担 的客流主要包括趋势客流量、转移客流量和诱增客流量。趋势客流量是指随 着经济的发展，城市居民出行数量及出行频率的自然增加，属于轨道交通车 站及沿线的客流量的自然增长。转移客流量主要是由于城市轨道交通的优越 性，原来由地面常规公交、私人小汽车及公司班车等道路交通形式承担的部 分客流转移到轨道交通，这一部分客流可以很大一部分缓解当前城市交通中 出现的交通拥堵、交通安全隐患、交通污染等问题。诱增客流量是指轨道线 路建设促进沿线用地开发、人口聚集，使大城市各区域之间可达性增加、服 务水平提高、居民出行强度增加而诱增的客流量。 城市的客运交通结构和城市客流的流量、流向、流时、流距是由城市的 规模大小、空间布局、居民出行习惯、出行者的时间价值、城市所能提供交 通设备的服务水平以及相关的交通政策等因素综合决定的。一方面城市客流 主要取决于城市土地利用的空间布局和城市经济发展水平，在一定的供需关 系条件下，城市客流量具有一定的稳定性；另一方面轨道交通的修建可以改 变轨道交通沿线的可达性，又在一定区域内产生客流引导作用，这种作用是 相互的。因此轨道交通市域线要想保证一定的客流量，既要和已有城市轨道 交通做好衔接与合理分流，还必须协调好与其它交通方式的配合。 轨道交通市域线主要服务对象的性质决定了客流具有波动性，其波动性 主要体现在时间与空间两个方面。 2 2 2 客流时间差异性分析 客流时间性差异主要是指客流在每日不同时段的波动，反应小时客流量 在在一天内的变化规律。对于联系不同功能区的轨道交通线路，其日内波动 规律存在一定差异。 城市轨道交通客流的时间分布，和沿线居民出行时间的规律性有关。通 勤通学客流的特点是客流量大、乘车时间相对集中、乘车高峰时间短、规律 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 性强、比较稳定，是高峰客流的主要来源。生活性及社会活动性客流是由人 们的多种经济生活需要构成的，如购物、商务、探亲访友、就医、参加娱乐 活动、体育活动、旅游等。这一部分客流的动态特点是在一天中持续的时间 长对日内客流波动性影响不大。 1 客流随时间变化的主要形态 城市轨道交通的客流变化形态，在一定的时间和范围内具有一定的规律 性，掌握客流动态的变化规律，是运输企业进行组织运营的基础。 一昼夜内各个单位时间的客流动态是不同的，根据客流量在一昼夜不同 时间内的分布情况，可以划分为以下几种分布形式1 4 1 如图2 4 所示。 ， 上车 ， 公币邢硎 4 6 81 01 2 “。i 61 82 02 2 别 划汇 下车、j 上车， 漱狲卅 46 1 01 21 41 6 1 82 02 2 翻 刈、 刖 。、 上车 少 丌一f4 6 81 0 1 2 1 41 6 1 82 02 22 4 w 叫l 掣 上辜 4 6 8l o 1 2 1 41 6 1 82 02 2 翻 ju 山山山叫 下车 ( e ) 图2 4 客流随时间分布动态变化模式图 ( 1 ) 单峰型：。由于轨道交通市域线所服务的对象为市郊到中心城区之间 的客流，很多居民会因轨道交通的修建而选择在中心城区上班而在郊区居住 的生活模式，则在郊区地段会出现每日随上班族而波动的单峰型客流特点。 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 ( 2 ) 双峰型：公共交通的基本客流主要是由工作性客流而构成，在天的 运营时间内出现早、晚两个客运高峰。这种类型客流动态在许多大城市中心 城区都是很典型的。 ( 3 ) 全峰型：轨道交通线路位于用地己高度开发的交通走廊，或车站位 于轨道交通大型换乘站或公共建筑、设施高度集中的地区时，客流分布无明 显的低谷，双向上下车客流全天都很大。 ( 4 ) 突峰型：位于体育场、影剧院等大型公用设施附近，演出节目或体 育比赛结束时，有一个持续时间较短的突变的上车高峰。一段时间后，其它 部分车站可能有一个突变的下车高峰。 ( 5 ) 平峰型：其客流特性在时间分布上并没有明显的高峰，客流量在一昼 夜分组时间内虽然有变化但升降幅度不大。相对于工作日，周末客流特点多 呈现为平峰型。 2 客流在时间上的不均衡规律 客流动态在时间上的不均衡性可用时间不均衡指数p ，表示，计算方法是： p ，= q 傩( q h ) ( 2 - 1 ) 式中：q 僦单向最大断面客流量，a h ； q 单向断面分时客流量，人h ； 日全日营业小时数量。 一般线路的刃为2 3 。线路往往以高峰小时的客流量作为确定配备车辆 数的依据，高峰小时客流量的比重越大，需投入的车辆数越多。 3 解决客流时问不均衡性的行车组织原则 一 一般情况下，行车组织计划是根据日客流分时段的客流量，计算相应的开 行列车对数，全线按照日高峰小时最大客流量配属运营车数。但是这样便造成 在全日非高峰运营时段，列车空载的情况比较严重。为了避免上述情况的发生， 有两种解决方案： ( 1 ) 一是在非高峰小时时段减少列车开行对数，加大列车的间隔时间。但这 种方案会增加乘客的候车时间，降低了整个运营系统的服务质量，需要对合理 开行列数进行详细计算。 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 ( 2 ) 二是在非高峰运营时段可以开行小编组列车【2 8 1 ，既可以保证列车的最 大间隔时间不超过合理的时间，确保整个系统的服务质量，又不至于空载率过 高，造成资源浪费，节约运营成本。 2 2 3 客流空间差异性分析 城市轨道交通客流的空间波动主要包括方向波动和区域波动。方向波动 指通道上两个方向间客流的分布差异，一般与时间波动相伴随，如早高峰由 郊区至市区的客流需求相对较高，而晚高峰则相反。区域波动是指客流趋势 差异而导致的分布差异，主要指中心城外围区沿线不同开发程度及与中心城 区的联系密切度而引起的客流需求分布差异。 1 客流的方向波动特性 在市域线郊区地段，客流在同一时间段上下行具有较大的差异。一般情 况下早高峰通向市区方向的客流大于通向郊区方向的客流，晚高峰则通向郊 区的客流大于通向市区的客流。对于客流在方向上的不均衡性一般用方向不 均衡指数儿表示，其计算方法是： 既= 2 q d ( q + 珐) ( 2 2 ) 式中：幺单向高峰小时最大断面客流量，人h ； 珐对应q 的另一方向断面客流量，人h 。 2 客流区域波动特性 轨道交通市域线客流区域断面变化与城市空间结构及城市总体布局有很 大关系，并且受到轨道交通线网制约。一般在城市内部客流较为集中，而在 郊区段则相对稀疏；在大城市范围内重要城市和城镇间的客流较普通小城镇 间的客流量大，即城市的交通走廊上的客流总是最大的。从整条线路归纳起 来大致有以下几种主要类型： ( 1 ) 凸起型：凸起型客流表现为在线路各个断面上的客流量以中间几个 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 断面为最高，而越往线路的两端客流量越小，整个线路的各断面客流呈现凸 起形状。一般在城市内部的中间穿过城市中心商业区、两端为居住区的线路 的客流形态多为凸起型。 ( 2 ) 凹陷型：与凸起型的通过量分布特点正好相反，凹陷型客流的特点 是在线路中间几个断面的客流量明显低于接近线路两端的断面客流量，而越 往线路两端客流量反而越大，全线路断面客流量分布呈凹陷形状。在城市内 部的两端为居民住宅区、中间为一般工作区的线路会呈现凹陷型客流形态。 ( 3 ) 均等型：均