第七章-城轨列车运营速度提高技术...ppt

1 第七章城轨列车运营速度提高技术 2 1 交错式停站方式2 分区停站方式3 快慢车运营方式4 固定停站方式的适用性分析 3 由于城市轨道交通系统多采用A类路权形式 列车运行时基本不受外部因素影响 旅行速度主要受两方面因素的影响 一是列车实际运行速度 二是列车在车站的停站时间 为达到一定的覆盖面积指标 大城市中轨道交通线路的车站间距一般较短 大概在500 900m左右 运行在这种站间距的线路上 列车的平均旅行速度一般为25 35km h 考虑到城区居民中等长度的出行距离一般不超过8到10km左右 这种速度基本上可以满足需求 4 但是对于较长距离的出行 例如距离在10 20km左右的出行 尤其是有并行的公路与其竞争的情况下 轨道交通系统仍然以这样速度来提供服务就显得有些过慢了 在城市空间大为扩张的今天 对于轨道交通服务来说 既要提高服务的覆盖范围 又要提供较快的旅行速度 这两者之间的矛盾已经日益突出 5 对于一条运营线路 如果车站位置 及数量 固定 那么提高列车旅行速度的唯一方法就是采用基于固定停站方案的提速运营模式 即按照预先设定的停站计划组织列车运行 通过减少停站获得较高的旅行速度 常见的提速运营模式有三种 分别是交错停站 分区停站和快慢车方案 如图所示 地铁是采用提速运营模式较多的轨道交通系统 但是在其他一些轨道交通和自动导向交通甚至公共汽车的运营中也可以使用这些提速运营的模式 6 7 提速运营模式主要适用于停站很多 发车频率较高的长线线路 这包括了许多快速公交线路 特别是在高峰时段 在实现了车辆无人驾驶的城市轨道交通线路上 由于可以以较低的成本实现全天的高发车频率 采用提速运营模式能有效地提高轨道交通系统的服务水平 8 7 1交错式停站方式 交错停站 的提速运营模式是各种提速运营模式中唯一一种能够在复线条件下采用的既不影响高发车频率和线路能力又能够提高列车旅行速度的提速运营模式 9 7 1 1特征分析 交错停站模式 如图所示 即把整条线路上的车站分为三种 A站 B站和AB站 将线路上运营的列车分为两类 A类列车在A站和AB站停车 B类列车在B站和AB站停车 其中 A类列车与B类列车交错发车 这样所有经过AB站的列车均停站 而经过A站和B站的列车则交替停站 10 在划分车站类别时 选择A站与B站应考虑以下因素 到发客流量非常少 对停站的需求非常小 A站和B站的乘客总量要大致相等 以保证A类列车与B类列车的负载基本平衡 A站和B站的总数应相等 以保证AB类车站的发车间隔均一 尽量减少A站和B站交错相邻连续设置的情况 以减少折返出行的情况 例如 要从某A站前往AB站前的B站 则需要先到达AB站 然后换乘反方向列车才能到达 11 交错停站模式特征 有更高的列车旅行速度和更少的停站次数 乘客的旅行时间相应减少 运输服务更加吸引人 运营机构所提供的运输周转总量不变 然而 列车旅行速度的提高 相应的车辆周转速度也提高 提高了车辆的使用效率 如果使用效率的增幅足够减少运营车辆数 就更能节约运营支出 12 线路的运输能力不受影响 通常认为交错停站增加了发车间隔时间的说法是错误的 对于客流量较大的AB车站发车间隔仍然是均一的 仍然应以AB车站的情况来决定在该线路上所应提供的运输能力 13 在交错停站模式下 部分列车的运行时刻不再统一 所以需要对列车的运行情况进行严格的控制 一旦有列车晚点 将对线路的运输能力产生较大的负面影响 不论是在既有线还是在新线上 采用交错式停站几乎不需要任何工程投资 只需清楚地向乘客告知每一站所属的车站类型 A站 B站或AB站 和每列车的类型 A车或B车 即可 交错停站只能在发车间隔短 低于5 6分钟 的线路上采用 从而避免乘客在A站和B站的候车时间过长 14 7 1 2与标准停站 站站停式 相比较 与标准停站 站站停式 相比较 交错停站有以下的特点 优点 交错停站提高了运营速度 减少了乘客在列车上的乘车时间 交错停站减少了停站次数 提高了乘客乘车的舒适度 15 缺点 A站和B站发车间隔的增加导致乘客的平均等待时间延长 A站和B站相互间不能直达需要换乘 增加了换乘时间 给乘客带来很多不便 停站方式的变化容易造成乘客的困惑 对运营机构来说需要加大对停站方式等相关信息进行宣传的工作 16 一 乘客旅行时间 乘客旅行时间的变化来自乘车时间的变化和候车时间的变化两方面 17 在大多数情况下 交错停站运营模式可以运用在实际的运行方案中 其节省的旅行时间是十分可观的 然而 这并不是采用交错停站的一个充分的理由 因为节省的时间的分布也许是十分不平均的 由于有些乘客需要在中途下车换乘 这增加了他们的出行时间 使得这一部分乘客可能会放弃乘坐该线路 因此 根据不同的客流类型来分析旅行时间的节省和损失这是很有必要的 18 对于只在AB站间上下车的乘客而言 线路采用交错停站运营的模式更有吸引力 因为对于这部分乘客而言 发车间隔保持不变或者缩短 并且还提高了旅行速度 若乘客是在A站或者B站上车 在AB站下车 则其在车站的候车时间将会增加 19 二 运营费用 在大多数情况下 采用交错停站运营模式 车辆的运营成本将有所降低 这是因为单位小时内列车的停站次数有所减少 列车的耗能及其磨损程度也相应地降低 尽管没有相关的确切数据 但是在采用交错停站模式时 可以通过测量使用车数来计算其运营费用的近似值 线路减少的运营成本 至少等于减少的使用车的运营费用 在交错停站运营模式下 用于告知乘客乘车信息的费用基本可以忽略 20 三 线路运输能力 如果使用车数量是恒定的 那么由缩短发车间隔带来线路运输能力的变化 21 四 减少投入运营车辆数 发车间隔保持不变 由于缩短了列车的运转周期 使用车数就会有所减少 22 五 减少的停站次数和增加的乘客舒适度 列车停站关系着旅客乘车的舒适度 不仅因为停站会造成旅行时间的增加 而且停站还会使列车需要相应地加速 减速 开关车门等 这都会给乘客带来不舒适感 重要的是 这种干扰是无法计算的 但是显然乘客宁愿选择候车时间较长的快速列车 而不是站站停的列车 在列车不停站的情况下 乘客感觉到的节省的时间 会远大于实际上节省的时间 可能仅仅只节省了30 60秒 乘客从不停站感受到的舒适度 是交错停站运营模式的一个重要的优点 23 六 往返于A B站间的旅行 不便及延误 在交错停站运营模式下 A站与B站间无法直达 会使这部分乘客的出行十分不便 这些A站与B站间的出行 必须通过AB站来中转 在给乘客带来不便的同时 还会给乘客造成微小的时间的浪费hAB 如果乘客是在相邻的A站与B站间出行 那么他们必须先到下一个AB站 之后再折返回目的站 如果AB站为侧式站台 那么也会相应的给折返的乘客带来不便 同时可能还会增加乘客的出行费用 重新购票 因此 在进行车站设置时 要充分考虑以上因素 尽量避免A站与B站的连续设置 24 七 运输服务变得较为复杂 停站信息的通知 与标准停站运营模式相比 交错停站运营模式要提供更为复杂的运营服务 在站台上候车的乘客需要时刻关注即将到站列车的车辆类型 在交错停站运营模式下 只要运营公司能够为乘客提供充足的运行车辆信息 尤其是在交错停站运营模式运用初期 给乘客造成的不便是可以避免的 同时这些信息服务的成本也是很低的 如果交错停站运营模式只运用于每天的某一时段 那么运营公司应为乘客提供更为详尽的列车开行信息服务 25 7 1 3交错停站运营模式的效果评估 以上对于交错停站运营方式的分析 可以用来对交错停站运营模式进行系统的评价 还可以分析A B车站最合理的对数 这种分析方法分为五步 即为 数据采集 规划决策 数据准备 性能计算和评估方案 26 7 1 4交错停站运营模式的适用范围 交错停站运营模式可以减少乘客的旅行时间 还可以使乘客的旅行更加舒适 由于列车的旅行速度的增加 运营成本的降低 使交错停站运营模式下的轨道交通受越来越多的人的青睐 然而 交错停站运营模式增加了A站B站的发车间隔 并且在实施初期 增加了乘客乘车时的困惑 27 在拥有较多车站的线路上 交错停站运营模式的提速效果是十分明显的 但是 只有当发车间隔足够小时才能采用交错停站模式 这样乘客才能接受在A站与B站加倍的发车间隔 一般情况下 当发车间隔低于3 4分钟的时候 才会考虑采用交错停站运营模式 然而在一些实际应用中 如果能够设置大量的A站B站 当发车间隔为5 6分钟时 也允许采用交错停站的运营模式 这是因为绝大多数乘客节省的乘车时间能抵消掉增加的平均候车时间 28 在很多城市 交错停站运营模式给乘客和运营公司带来的益处远大于不便 特别是在高峰时段 交错停站模式很适合运用于巴黎 汉堡 莫斯科和其他城市的很多地铁系统里 一些高发车频率的轻轨系统 如旧金山 波士顿等的轻轨系统 或者公交线路也能从交错停站运营中受益 29 7 2分区停站方式 在大城市中主要输送从城市郊区到市中心的通勤客流的轨道线路 比如纽约 伦敦以及巴黎的市郊线路经常采取分区停站的运营模式 一些城市中的公交线路也采用这种停站运营模式 30 7 2 1特征分析 当一条线路被分为两个区间甚至更多区间 并且每个区间需要采用不同的列车运营服务时 应当采取分区停站的运营方式 第一列列车从市中心发车 一路上不停车经过其他区间 到达最远的区间 并在最远区间的所有车站上停车上下客流 紧接着下一列列车不停车经过沿路区间 并到达在它所服务的区间 在该区间所有车站上停车上下客流 以此类推 每列列车在它所服务的区间的终点站折返 并且在开往市中心方向时 同样采用相同的停站方式 31 32 分区停站方式只能在跨线长且客流呈放射状的线路上采用 这种线路上绝大部分的乘客是在各个郊区车站上车 在CBD地区的一个 或几个 车站下车 在下午 出行方向是与此相反的 客流往往是从一个或几个市区车站到很多个市郊车站 这种线路可以只有两条轨道 正线 但是在每个区间的终点站需要配有交叉渡线 或者用于折返的第三条轨道 33 这条线路上的客流量必须是稳定的 这样才能给每个区间制定恰当的 可被接受的 发车间隔 但是采用分区停站的运营模式不能达到该线路的设计运输能力 这是因为分区停站的方式与标准停站方式相比 每小时的最大发车频率较低 34 为了得到更好的服务水平以及允许分区之间的列车互换运行 在划分区间的时候 要确保各个区间的车站数量以及各区间的客流量是相等的 每个区间的终点站应该是上下客流最多的一个车站 并且应该配有完善的折返设备 35 分区停站运营方式主要有以下几种类型 各个分区之间没有中转车站如图中II和III区间之间运行线的铺画形式 所有的车站发车频率相同 不能进行区间之间的出行 不包括CBD地区 每个区间的终点站都有相邻区间的列车停站 使得该终点站作为中转站 满足了需要在相邻区间出行的乘客的需求 如图中I和II区间之间运行线的铺画形式 每个区间终点站的服务频率增加了一倍 并且可以进行相邻区间的出行 每列列车都会在它经过的各个区间的终点站提供停站服务 如图所示 4号车站不仅享有I和II区间列车的停站服务 而且还享有III区间列车的停站服务 虽然这种停站方式会为远程的列车带来附加的延迟 但所有区间之间的出行 最多只需要经过一次换乘就能实现 36 7 2 2与标准停站相比较 分区停站运营方式不同于交错停站方式 在大多数的城市轨道线路上不能轻易地采用 即使线路上不同点之间的出行量少 也需要考虑采用分区停站给这部分乘客带来的不便 分区停站方式与标准停站方式相比 存在着优点和缺点 优点 更快的运营速度以及较低的磨损消耗 在一条设有很多车站的跨度较长的线路上 采用分区停站乘客能节省大量的旅行时间 并且 同交错停站方式一样 较低的磨损消耗能使得运营成本降低 能带来可观的节省 37 缺点 虽然同普通客流相比 对于通勤客流而言发车频率显得没有那么重要 但是它仍然是关系到轨道系统服务水平的一个重要的指标 通勤线路由于发车间隔较长 有时在非高峰时段的发车间隔会超过30分钟甚至是60分钟 这使得通勤线路会失去很多潜在的客流 第二个主要的缺点是由于将线路进行分区 使得分区之间的服务水平降低 甚至取消了分区之间的服务 这会使得线路失去在分区间有出行需求的乘客 并且 非CBD方向的出行 普通客流 需要更经济合理的多元化服务 如果采用这样的停站方式 还会失去一些反方向的通勤出行客流 38 7 2 3分区停站运营模式的适用范围 该线路上的客流几乎都是从多个车站上车 到达一个或几个市中心的车站 该线路实际需要的运输能力远低于它的最大设计运输能力 该线路上各个分区的终点站 必须配有折返设施 或者满足修建折返设施的条件 39 7 3快慢车运营方式 既能在沿线所有车站上提供停站服务 同时又能提供只在主要车站上停站的高速运输服务 实现这种条件的唯一办法就是开行快慢车 大量的轨道快速公交系统采用这种运营服务模式 并且在一些公交线路上也采用这种停站服务模式 40 7 3 1快慢车运营的种类 根据线路上车站轨道的数量以及车站的种类 可以将快慢车运营模式划分为很多种类型 最主要的几种类型如图所示 车站上可以有2条 3条是特殊情况 或者4条轨道 并且在运营中车站被划分为慢车站 用L表示 只有慢车停站 和快车站 用X表示 慢车 快车均在该站停车 两种类型 配有4条轨道的车站允许慢车和快车同时进站停车 或者快车越行停站的慢车 因此 有4 或者6 种类型的车站 L2 L3 L4 X2 X3 X4 其中下标表示车站的轨道数量 41 42 43 下面根据不同的正线数以及站线不同的设置方式 对开行快慢车后进行相关数据的变化分析 案例I 正线数为2且不能越行的线路这种列车只允许快车受限运行 一辆快车从始发站发车 紧接着一辆慢车从该站发车 经过间隔时间h后 另一对快慢车从该站发车 其中h必须要使之前发出的慢车能在快车追上之前 在所有的车站停站上下客流 44 45 案例II 正线数为2且快车站配有四条站线的线路这样设计的线路允许快车越行慢车 配有4条站线的车站有两种类型 I慢车站配有4条站线 在这种设置条件下 快车能以全速越行慢车 如图case2b所示 II快车站配有4条站线 在这种设置条件下 允许快车慢车同时到站停车 如case2c所示 后者允许乘客在该站进行快慢车之间的换乘 只有采用精确的时刻表以及高效可靠的运营组织才能实现这种运营方式 46 47 案例III 正线数为3的线路这样设计的线路 其中2条正线用于高峰客流方向上的运输 在早高峰和晚高峰的时候 需要变换中间轨道的开行方向 慢车和快车沿高峰客流方向相互独立地运行在这2条正线上 因此快慢车之间的发车间隔是相互独立的 48 49 3条正线的线路也存在有缺点 表现为运力在方向上的不平衡 另1条输送非高峰客流方向的正线必须要有足够的能力折返 或者终点站的存车线有足够的存车能力 并且在高峰时段某一方向的客流明显的大于另一方向 只有在满足这些条件的线路上才能采用这样的布线形式 由于上述条件的限制 实际运用中很少有3条正线的线路 50 案例 正线数为4的线路这样设计的线路可以充分利用快慢车运营服务的所有优点 并且在运营组织上并不复杂 快慢车可以相互独立的开行运营 一般将快车的轨道设置在中间 慢车的轨道设置在两侧 慢车站的站台为侧式站台 这样轨道的方向不会受到影响 在快车站 慢车的站线外包 为设置在快慢车轨道之间的岛式站台提供空间 51 52 在一些案例中 线路允许快车和慢车同时到达配有4条站线的快车站 这样便于乘客换乘快慢车 当快车和慢车的发车间隔满足一定条件时 可以采用这样的运营组织形式 这样 快车越行慢车发生在快车站 慢车能与快车同时到站和发车 并且不会产生额外的延误 除此之外 旅客的换乘类似于案例II 53 7 3 2与标准停站相比较 由于正线数的不同 只有在正线数为2的线路上进行的快慢车运营组织 才与标准运营模式具有可比性 案例I与标准运营模式相比 减少了乘车时间 并给部分乘客带来更多的舒适体验 同时还降低了车辆的磨损 增加了运营服务的车公里数 车辆利用率 但是也增加了慢车站的乘客的平均候车时间 以及增加了运营组织上的复杂程度 加强了对运输组织可靠性的要求 54 在案例II中 虽然需要设置较多4条站线的车站 但是能给乘客节省更多的出行时间以及增加舒适度 在案例III和 中的快慢车运营模式并不能直接地用于替代标准运营模式 因为这需要相当大的投资以及工程上的修改 增加的正线以及更多设计复杂的车站 这种运营模式也能提供2种类型的服务 标准运营和快慢车运营 和大约2倍的运力 总而言之 这样的快慢车运营线路相较于标准运营模式 需要更高的运营成本 同时能给乘客带来更舒适的运输服务 55 7 3 3快慢车运营模式的适用范围 由于拥有4条正线的快慢车运营需要的投资最大 并且车辆设备的能力最大 所以这种快慢车运营组织主要应用在较老的城市快速轨道线路上 比如纽约 芝加哥 费城这样的大都市里 最近的几年 一些城市已经修建了与既有的城市轨道线路相分离且平行的线路来增加既有线路上的运输能力 新线的车站较少 因此能提供更快的运行速度 如巴黎 东京的某些线路 56 在一些城市的市郊线上也提供多轨道的快慢车运营服务 比如伦敦 巴黎 纽约 费城以及日本的很多城市 而在正线数为2的线路上进行的快慢车运营 主要是日本的地铁以及市郊铁路系统在采用 57 随着列车控制系统自动化程度的增加 导航系统上满足快车运营的条件 环境condition 正在发展着 然而快慢车停站模式的广泛应用并不会很快实现 这是因为很多运营公司更愿意给乘客提供规律的 简单可靠的服务 而不是努力去提供复杂的 需要高可靠度的服务 58 7 4固定停站方式的适用性分析 7 4 1案例分析以一条简单的放射状线路为例 对交错停站 分区停站 快慢车运营以及标准停站模式间的相互区别进行讨论分析 设该线路长12km 沿线每隔1km设置1个车站 共13个车站 其中每间隔2个车站为1个客流大站 且该站各方向上的客流量为2000人 小时 中间的小站各方向上只有1000人 小时的客流量 因此 该线路上 总的乘客数量是16000人 小时 假设所有的乘客的目的地都是CBD 下面所示的4个图体现了在不同停站方式下 该线路各个站间的断面客流量 以及该线路所能提供的运力 59 在下图中 交错停站与标准停站运营过程中所提供的运力是相等的 其中 规定在交错停站方式中 A B两种列车上的客流量是相同的 60 LocalwithSkip Stop 61 标准停站分别与两分区停站和四分区停站模式之间的关系如图2 22和2 23所示 在分区停站运营中 各个分区的客流量是相等的 但是不同分区上开行的列车完成的人千米数是不同的 由于各个分区所能提供的运力 只受到CBD地区与该分区终点站间的距离的制约 因此可以根据客流量来调整分区数量 从而改变线路的运力 通过图中四分区与两分区的比较可以明显看出 分区停站浪费的运力少于标准停站和交错停站模式 并且随着分区数量的增多 浪费的运力越少 62 LocalwithZonal 2zones 63 LocalwithZonal 4zones 64 在图2 24中 假设在各个客流大站 即快车站 上的乘客全部搭乘快车 这样该线路上的快车与慢车各自运输乘客8000人 小时 提供的运力仍然与标准和交错停站方式的相同 65 LocalwithExpress Local 66 为了通过具体数据来比较这四种类型的停站方式 现假设一些便于计算的已知数据 并进行相关数据的计算 结果如表所示 下面以标准停站方式为基本类型 其他的停站方式与之进行对比 67 Comparisonofoperatingdata 68 交错停站方式与标准的停站方式相比 列车的单程旅行时间缩短了4分钟 所以平均旅行速度从30km h提高到36km h 标准停站运营的发车间隔在所有的车站都是3分钟 而交错停站运营在大客流车站的发车间隔为3分钟 在小客流车站的发车间隔则为6分钟 尽管这两种停站方式提供的运力是相同的 但由于交错停站方式的运行周期时间较短 所以交错停站运营需要开行的列车数减少了2列 使用车数相应的从144辆减少到128辆 而整个运营的平均能力利用率是相同的 只有0 56 69 两分区停站方式与标准停站相比 在I分区中速度相等 但是II分区的列车速度从30km h提高到40km h 分区停站运营后所有车站的发车间隔均从3分钟变为6分钟 但是各分区列车的运行周期有明显的减少 需要开行的列车数从18列减少为12列 使用车数从144辆减少到96辆 线路能力利用率增加到了0 75 70 四分区停站与两分区停站相比 四分区中的 和 区间的列车平均速度提高了 发车间隔是相同的 但是列车的运行周期缩短了 需要开行的列车数增加到了18列 但是使用车数是这4种停站方式中最少的 只需要72辆 线路能力利用率高达0 90 71 开行快慢车与标准停站相比 快车的速度从30km h提高到45km h 列车的运行周期相应的减少了 需要开行的列车数减少到16列 使用车数减少到128辆 总的平均能力利用率与标准停站模式相同 为0 56 72 7 4 2停站方式的确定方法 根据对标准停站 交错停站 分区停站和快慢车运行所做的对比 可以看出不同停站模式在很多方面存在着区别 对于一条给定的线路 制定出最佳的停站方案是非常复杂的 但是停站方案的制定总的可以分为两大步进行 首先是选择停站方式 接着确定具体的分区设置或者车站类型的设置 对于一条配有两条正线的线路 具体停站方案的制定过程