城市轨道交通组织研究1

1、目录一.绪论1.1 研究背景1.2 国内外研究现状1.2.1我国城市轨道交通建设成就1.2.2国外城市轨道交通现状1.3 论文主要研究内容及框架结构二列车运行交路模式及比较选择 2.1综述2.2列车运行交路模式2.2.1单一交路模式 2.2.2衔接交路模式2.2.3大小交路嵌套模式2.2.4交错交路模式2.3不同列车交路的比较2.4列车运行交路的选择三轨道交通客流预测模型及比较分析 3.1轨道交通客流形成机理分析 3.2轨道交通客流预测方法的现状3.3四阶段预测模式 3.3.1出行生成预测 3.3.2交通分布预测 3.3.3交通方式划分 3.3.4 交通分配3.4非集计模型预测方法 3. 5客

2、流预测模型比选 3.5.1两类模型的比较 3.5.2集计模型的优点 3.5.3集计模型的缺点 3.5.4非集计模型的优点 3.5.5 非集计模型的缺点四基于客流预测的行车组织研究 4.1客流时间分布4.1.1一日内小时客流分 4.1.2一周内全日客流分布规律4.1.3季节性或短期性客流的不均衡 4.2 客流与编组 4.2.1.列车编组原则及要素4.2.2.列车编组形式的比较4.2.3.列车编组种类 4.2.4.影响列车编组方案比选的因素 4.3 客流与大小交路五.案例分析5.1.兰州市城市结构特点5.2.兰州地铁1号线功能定位5.3.兰州市地铁1号线客流特征分析 5.3.1客流构成特征 5.3

3、.2高峰时段客流特征分析5.4.兰州市地铁1号线交路方案 5.4.1.小交路折返点的初步确定 5.4.2.小交路的合理折返点分析 5.4.3列车交路方案 第一章 绪论1.1研究背景随着城市化的推进以及轨道交通的大力发展，不少城市轨道交通已由单一交路相对独立运营管理逐步转向大小交路嵌套综合运营管理。由于城市轨道交通网络化的形成，单一线路的运营方式已不能适应网络条件下轨道交通整体运营需求，因此需要根据客流特点，合理选择交路模式来优化列车行车组织方式、换乘站间的协调衔接关系等，以提高列车运输组织效率，同时获得良好的经济效益。文章基于网络化运营组织，以轨道交通网络客流分布为基础，通过对大小交路嵌套模式

4、的研究.对各种理论模型进行比较分析，来进一步探讨基于各种模型的城市轨道交通行车组织预测分析，并兰州市1号线为实例对模型和算法进行验证近年来，我国经济的持续增长，城市化进程的逐步加快，刺激了交通出行需求的大幅增长，导致我国大中型城市的交通问题日益严峻。积极发展城市公共交通已成为各大城市缓解交通问题的共识。城市轨道交通与其它公共交通方式相比，具有大运量、高效率、低能耗、集约化、安全可靠等优点，是资源节约和环境友好型的交通方式，在城市综合交通运输体系中承担着骨干作用。由于城市轨道交通网络规模的不断扩大，单一的交路模式和编组方式将不能完全适应各条线路的客流需求，因此，在行车组织上，需要根据具体情况选择

5、不同的列车运行交路，以满足网络化运营条件下各种客流特征的需求。1.2国内外研究现状1.2.1我国城市轨道交通建设成就近十年来我国城市轨道交通发展迅速。拥有城市轨道交通运营线路的城市由2002年的5个增加至目前的14个，通车总里程由2002年的200公里增加至目前的1700余公里。根据目前的规划和开工建设情况，预计到“十二五”末，全国拥有城市轨道交通运营线路的城市将超过20个，通车总里程将超过3000公里。 目前，我国已成为世界上城市轨道交通发展速度最快的国家。我国内地已有城市轨道交通运营线路的城市包括北京、上海、广州、天津、深圳、南京、重庆、长春、武汉、大连、沈阳、成都、西安、苏州。除此之外，

6、开始新建城市轨道交通线路的城市包括杭州、哈尔滨、宁波、郑州、青岛、东莞、昆明、无锡、合肥、南昌、南宁、长沙、福州、贵阳。1.2.2国外城市轨道交通现状随着城市化与机动化的快速发展，城市交通问题日益严峻，仅靠改扩建道路、增大交通容量很难彻底解决。城市轨道交通是一种快速、大容量、环保、舒适的交通方式，在主城区大多以地下的形式敷设，对地交通影响小，对缓解城市交通拥堵发挥着越来越重要的作用。目前城市轨道交通不仅在东南亚国家得以发展，尤其是美国西海岸的西雅图、波特兰、旧金山、洛杉矶、圣地亚哥等城市之间的轨道交通已经形成了网络。轻轨系统具有半径小爬坡能力强的特点，是连接城市新开发区和中心城市的高效交通工具

7、。1.3论文主要研究内容及框架结构 本文主要对城市轨道交通车体运用优化问题进行系统分析，阐述车体运用的相关概念，探讨城市交通列车交路的形式、车体运用的特点、运用计划编制的影响因素以及不同交路模式对车体运用的影响，对车体运用问题的总体算法进行浅析，以兰州地铁为案例，验证提出的模型与算法的正确性和有效性。最后对结论进行详细分析，得出结论和大小交路嵌套模式建议。 按照问题研究思路，计划将论文分为五章。其具体内容为：第一章， 阐述论文选题的研究背景，并在此基础上对国内外相关领域发展状况进行综述，明确论文的研究内容和框架结构；第二章， 介绍城市轨道交通列车交路的形式和特点，在此基础上对大小交路模式进行比

8、较。第三章， 对各种模型进行比较分析 第四章，基于各种模型对列车包括时间、编组 、对数、站点等进行预测分析。 第五章，以兰州地铁的基础数据为实际案例，在第四章的基础上分析所得结果，最后给出兰州地铁交路模式的相关建议。框架结构第二章.列车运行交路模式及比较选择2.1综述当客流在时间上分布不均衡时，可通过改变列车编组或发车间隔时间来实现运力的调整。当客流在空间上分布不均衡时，可以通过改变列车的交路，在客流高峰区段加开区段列车，增大某一区段的运能。 但由于轨道交通线路客流量情况比较复杂，往往难以通过单一的手段实现运能调整。例如由城市中心通往郊区或工业区的线路往往在时间和空间上都会出现较大的不均衡性，

9、在断面客流上体现尤为明显，其凸起型的断面客流分布，使得运营者难以以最经济合理的方式开行列车因此，许多轨道交通线路，尤其是客流分布不均衡的线路，都使用大小交路套跑的形式来提高效率。这样，轨道交通客流预测就显得尤为重要。2.2列车运行交路模式列车运行交路是轨道交线路的主要技术标准之一，它是一个设计年度预测的高峰小时断面客流为主要依据，结合工程的可实施性、经济性，确定列车的运行区段、折返车站及在各个运行区段的列车编组数和高峰小时列车开行对数。采用合理的列车运行交路。能够在满足服务水平的同时提高列车运行效率，避免运能虚靡，是使行车组织做到经济合理。轨道交通列车运行交路的基本形式及适用条件如下：2.2.

10、1单一交路模式一般城市基本不受到特殊地形的限制，其城市轨道交通线路多为环线、半环线、折线或是连接这些线路的直径线，为照顾各个车站的旅客出行，都基本采用单一交路，即列车由起点站开出经由沿线各站到达线路终点站。单一交路运行方式中列车在线路中间车站不进行折返作业，行车组织方式等相对简单，一般用于沿线客流变化相对均衡的线路，但是在断面客流变化明显的线路，为保证客流密集区段乘客的及时输运而导致列车在小客流区段空载，造成运能严重浪费的情况。大小交路形式是指针对超长线路在经过多个具有明显不同客流特征的区段时，在原有单一交路的基础上，选取一个或多个客流变化较大的车站作为节点，同时将客流量相对较大和乘客集中流动

11、的多个车站用开行小交路列车的方式连接起来，形成大小两种交路列车同时在线路上运行的方案。显然地，多种交路的运输组织方式对于满足超长线路沿线乘客的运输需求、提高运输服务水平、有效利用运输能力具有十分明显的作用。一般而言，在穿行于城市中心区、边缘区与市郊的长线路上设置除单一交路以外的多种交路，与城市空间布局及未来发展存在相互适应的关系。 图2-1 单一交路模式图2-2 大交路列车运行图2.2.2衔接交路模式衔接交路是将线路分为几个区段，列车在指定的区段内运行，且在各区段交点站设置具有较大折返能力的中间站供相邻区段列车折返运行的交路形式，列车分区段运行为各自交路内车站的乘客服务，能够适应断面客流量变化

12、大的相邻区段的运输需求。此种交路形式适用于相邻区段客流变化较大而区段内客流比较均衡的线路，且在各个区段又有典型的向区段边缘聚集的客流情况，或是线路存在其他支路，或与其他线路发生交叉而形成的客流区段明显变化的线路。但该交路形式会明显增加折返换乘车站的工程投资和建设难度，且存在部分中长距离、长距离出行的乘客需在列车折返站换乘才能到达目的地的问题，增加了这部分旅客的在换乘站二次候车的时间，造成出行不便。但是随着城市化进程的加快，城市不断的向外扩张，各类商业活动以及社会交往不断涌现和丰富，人们的活动范围不单单是局限于某个组团范围内，而是逐步扩大到相邻组团甚至是更远的范围，因而出现个组团之间客流的相互转

13、移和长距离出行。此时采用衔接交路模式能够保证组团内部或相邻范围的出行需求，对于跨区域的长距离出行客流会增加其换乘和在站候车时间，带来出行不便，并且跨区域越多出行距离越远的乘客，换乘次数及时间更是大幅度地增加。衔接交路要避免设置在存在大部分长距离出行客流的线路范围内，做好区段见折返站的客流疏散和列车折返设计，客流较大时尽量采用小编组、高密度地开行方式。图2-3 衔接交路模式 图4 大小交路衔接列车运行图 图2-4 衔接交路列车运行图2.2.3大小交路嵌套模式嵌套交路是指线路划分为两个或以上区段，以贯通全线的单一交路为基本形式，结合运行于部分区段的小交路列车的交路形式，即大交路列车在线路两端起终点

14、折返，小交路列车在线路规定的中间站折返。这种交路方式可根据客流变化的需要分时段地开行不同形式的列车，适用于全线客流量或区段高峰小时客流量不均衡程度较大、客流有明显结点的情况，能够有效地降低车底运用数，并且使列车满载率保持在一定水平，降低运营成本。嵌套交路形式即结合轨道线路沿线客流的构成特点，在市区高峰时段流密集的多个车站之间开行小交路区段的列车，以满足城市中心区内部各车站或与次中心和市郊车站交换的高强度客流需求。中心区以外的区段开行相对密度相对较低的大交路列车，服务于市郊到达和穿越中心城区的客流，大、小交路嵌套模式能充分发挥轨道列车的运输能力，提高小断面路段的列车满载率，对于轨道交通沿线客流存

15、在明显潮汐现象的情况具有较好的适应性。套交路模式相对于其他交路模式来说，最突出的优势是既能满足长距离乘客出行不需换乘，减少换成所致的旅行时间，同时缓解中心城区客流集聚的情况。在嵌套交路模式下，只有当线路上大交路列车的发车时间间隔是小交路列车运行时间间隔的整倍数时，才能保证整条线路上的列车协调运行。但是在实际组织运输的过程中，大小交路列车运行周期呈倍数交替，会导致在小交路以外的线路上产生较多的空费时间，增加这些区段乘客的候车时间，且不同交路区段的列车共线运行可能会相互制约，难以达到理想的列车周转状况，可能会降低车辆运用效率。同时，在该交路模式下，列车要通过中间站进行折返作业后跨线运行，对折返站设

16、施设备要求较高，因此参与折返作业的中间站可能成为制约系统通过能力的主要因素。因此，在设置大小交路的时候要注意区间断面客流落差的比较，设计折返站时保证足够的能力，并且小交路长度不宜过小，才能保证运输水平，避免能力浪费。图2-5 嵌套交路模式ACD h2 T2 B h1 T1 图2-6 嵌套交路模式列车运行图2.2.4交错交路模式交错交路是指在衔接交路的基础上，将相邻区段的范围拉长，形成两个区段部分重叠，列车在各自区段运行的交路形式。交错交路适用于城市中心区域发展饱和并开始向外部扩张的城市直径线线路，即城市中心区客流始终保持一定水平，外围区域的客流基本去向为中心区。交错交路设置范围基本覆盖市区中心

17、，一般为高峰时段客流量大的多个车站，减少市区客流的在站候车时间以及外围居民中长途出行的换乘时间。但是对于市区外围两端长距离出行的旅客来说增加了换乘时间，造成一定的不便。交错交路适用于由于城市快速发展，城市中心区不断扩张，土地利用基本达到饱和，使得居民住宅用地向外围迁移，而基本城市功能完全处于中心区的情况。轨道交通线路穿过中心商业和办公区连接到市郊的居民区，出现的具有明显且庞大的向中心城区几种的向心或离心的单峰客流。市郊居民的出行比例增大，超出了单一交路模式下低密度大交路列车的运输能力，但是高密度的大交路运输组织方法则会大幅增加运营成本，不能达到一定的满载率。所以可分别开行两端市郊至中心区域远端

18、的小交路列车，且两个交路在市区中心交叉重叠以覆盖大部分中心区，满足不断增长的郊区到中心区域的客流需求，增加了市区中心范围的开行列车密度，也能满足高频率大流量的中心区域内部居民出行。 图2-7 交错交路模式大小交路嵌套模式与普通交路相比，具有以下特征：(1)与普通交路相比，嵌套交路需要设置中间折返站。在单向折返时，小交路列车的折返作业与大交路列车的到发作业有可能产生进路干扰。(2)采用多交路运营组织能提高列车装载率、加快列车周转、减少运用车数，从而提高车辆运用经济性、降低运营成本。(3)部分乘坐大交路列车的乘客，候车时间增加。因为在开行列车对数总量不变的情况下，小交路占了列车数和运行区间，从而使

19、得大交路发车间隔相对增大，增加长途旅客的出行时间。(4)对于跨交路的乘客而言，大小交路嵌套模式使得他们需要换乘才能到达目的地，造成换乘组织压力变大。根据以上的特征分析，容易得出大小交路嵌套模式的适用范围。列车交路的确定应该以客流的空间分布特征为基础。一般而言，大小交路嵌套模式适用于客流分布不均的情况，且在大、小交路重叠的区段，客流量较大；同时大交路或者跨交路出行的乘客人数占全线乘客比例较低的情况。第三章 客流预测模型及优缺点3.1.轨道交通客流形成机理分析从目前我国大城市客运交通系统角度来说，快速轨道交通承担的客流量主要包括两部分，即转移客流量和诱增客流量。其中转移客流量主要指的是由于快速轨道

20、交通具有速达、准时、安全、可靠、方便等优点，原来主要由地面常规公交、小汽车、自行车方式承担的全市性比较集中的中、长距离客流转移到快速轨道交通，转移客流量中既有车站附近直接吸引过来的客流，又有通过其它交通方式如公交、自行车等换乘的客流；诱增客流量主要指的是轨道线路建设促进沿线土地开发、人口集聚，使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。由于轨道交通方式是一种线交通方式，其承担的客流量还涉及轨道交通方式与城市中其它交通方式的协调关系。也就是说，城市客流的产生、分布、方式和路径的选择并不是一个单向的作用机制，而是一种相互反馈的动态平衡机制。因此轨道交通客流的形成是建立在城市空

21、间分布，不同区域之间空间相互作用强弱演化及发展特点，城市交通发展战略目标，城市各种客运方式的特点、最佳服务距离和相互间的协调关系以及出行者的经济能力和思想价值观的基础上。3.2.轨道交通客流预测方法的现状对城市轨道交通的客流预测基本上采用交通规划的常规方法，可以总的分成集计模型和非集计模型两类。一、集计模型（四阶段预测模型）集计模型的典型代表就是四阶段交通预测模型，即通常所说的“四阶段法”。该模型基础理论充分，既能反映居民出行与城市土地使用数据之间的关系，又能反馈不同交通方式相互作用对客流分布的影响。四阶段模型以交通小区为基础，按照出行生成预测、分布预测、方式划分和交通分配四个阶段来分析城市现

22、状和未来的交通状况，是目前交通规划领域应用最广泛的方法。二、非集计模型近年来，由于轨道交通“四阶段法”缺少明确的行为假说，特别是模型系统本质上并非有关个体行为的，即它不是与个体行为出行相一致的，针对其不足，一些专家提出了非集计模型。非集计模型又称交通特征模型，它着眼于研究出行个体的出行行为，即以实际产生交通活动的个人为单位，对个人是否进行出行、去何处、利用何种交通工具以及选择哪条路线等活动分别进行预测，并按出行分布、交通方式和交通线路分别进行统计，得到交通需求总量的一类模型。这一模型在理论上利用了现代心理学的成果，引入了随机效用的概念，其核心是效用最大化理论。非集计模型相比传统模型的优势是有明

23、确行为的假说、模型的一致性好、模型标定所需调查样本少。模型有较好的时间和地区转移性等特点。3.3.四阶段预测模式由于客流预测的影响因素很多，既有确定性因素，又有不确定性因素。在进行客流预测时，对于确定性因素，采用定量分析的方法确定客流影响因素的参数比较容易，但是对于不确定性因素，研究其对客流的影响很难用定量的方法进行确定，一般采用定性的手段，所以在进行客流预测时一般采用定量和定性相结合的方法。但是不同的客流预测者对于定性的分析有很大的不同，对客流的预测结果也将出现较大的出入，为了避免这种现象，城市轨道交通客流运用定量的方法为主进行科学的预测已成为主要手段。城市轨道交通的客流预测基本上采用交通规

24、划的常规方法：即搜集或利用居民出行调查资料，在预测城市客运总需求的基础上，通过交通方式划分预测城市轨道交通的客流量。对于已进行过客流调查且资料比较完备的大城市，目前一般采用国际上通用的“四阶段法”，通过建立交通量发生模型、分布模型、吸引模型、分配模型进行客流量预测。3.3.1出行生成预测1.出行率法基本假定：某个社会经济指标（如面积、人口等）单位指标值所发生的交通量是一定的，即出行率始终为常数。以表示某交通小区i产生或吸引的交通量，Qi表示该小区的某个社会经济指标值，则单位指标值所形成的产生或吸引交通量为 如果对所有的交通小区i(i=1,2,n), 都是一个常数U，则U可以认为是出行率。通过这

25、个U即可求出小区i的发生或吸引交通量，即 2.增长率法增长率法就是把现在的不同分区的发生（或吸引）交通量与到预测时点的增长率相乘，从而求得各分区的发生（或吸引）交通量，即 这种方法的关键问题是如何确定I,通常可以用表示各分区活动的指标的增长率作为发生（或吸引）交通量的增长率。例如： 式中：人口增加率； 每人平均拥有自行车数的增长率。3.回归模型出行率法中，各个交通小区的出行量是通过单一的社会经济指标来决定的。而实际上影响出行率大小的因素很多，所以该方法不太符合现实。因此人们提出了以产量为因变量，以对其发生影响的所有社会经济指标为自变量，并基于现状数据资料进行回归分析的方法。据此而得到的模型称之

26、为回归模型。这里，取k个社会经济指标为自变量，设第i小区内第j个社会经济指标的值为(j=1,2,k),则第i小区的出行产生量与间的关系可以表示成下列模型： 当该模型取为线性模型时，则有 式中：回归常数； 偏回归系数。将所有交通小区的现状出行量(i=1,2,n)及相应的社会经济指标值（i=1,2,n;j=1,2,k）分别代入上述模型，得到n个线性方程式，回归系数代入式并利用最小二乘法即可求出相应的回归常熟于偏回归系数。将所求的回归系数代入式（4-8）中，即可得到出行产生的回归预测模型。应该注意，如上述 代表的是个小区的现状出行产生交通量则所得到的模型是出行产生模型；如 代表的是个交通小区的现状出

27、行吸引量，则对应的模型是出行吸引模型。交通与土地利用之间相互影响、相互作用的关系是交通需求预测的立足点。一方面，土地利用的不同性质、强度、模式决定了交通的发生量、吸引量、分布情况和交通方式的结构 等方面；另一方面，交通的开发、发展、改善又对城市土地利用的各方面产生影响，从而改变和引导了城市发展。不同性质的土地利用可发生或吸引不同性质的交通，因此在发生吸引预测中也常用土地利用来建模。如在缺少资料的情况下对某事交通发生、吸引与土地利用关系建立的模型如下 式中：发生量（万人次日）； 公共设施用地（km2）； 居住用地（km2）； 工业用地（km2）； 绿化用地（km2）；3.3.2.分布预测分布交通

28、量的预测方法主要有三大类，即增长系数法、重力模型法及系统平衡模型法。1.增长系数法增长系数法假定将来的交通小区与交通小区之间的的出行分布模式与现状的分布模型一致，其分布量按其系数增加。增长系数法主要包含平均增长系数法、底特律法（Detroit Method）及福莱特法（Fratar Method）三大类，但其预测的基本原理及步骤可以统一表达如下。（1）以、分别表示i、j区之间的交通量、i小区产生量及进小区吸引量。（2）假定已求得规划年度i小区的出行产生量和j小区的出行也吸引量（3）各小区的产生量、吸引量的增长系数、 、可由下式求得： （4）分布交通量预测值的第一次近似可以由下式求得： （5）第

29、一次近似OD表的产生量、吸引量按下式计算： 一般来说，、 与、并不相等，所以将（4-9）中的、 置换成、，重新计算调整系数，代入下式得出第二次计算值，即 （6）反复进行以上调整过程 ，当 均非常接近1.0时该预测过程结束，其最后所得的即为所求的分布交通量的预测值。2.重力模型法根据对约束条件的满足情况,重力模型可分为以下几类.（1）无约束重力模型其模型形式为 式中：交通区i到交通区j的交通分布量； 交通区i的交通产生量； 交通区j的交通吸引量； 交通区i与交通区j之间的交通阻抗； 待定系数。（2）单约束重力模型 式中：交通阻抗参数，包括 、等形式，其中为最常用的形式，为待定系数（3）双约束重力

30、模型双约束重力模型的形式为3.系统平衡模型法一般函数形式如下：式中：交通区i到交通区j的交通分布量； 交通区i的交通产生量； 交通区j的交通吸引量； 交通区数量；交通区i与交通区j之间的交通阻抗，其中为阻抗函数。3.3.3交通方式划分1分担率曲线法（转移曲线法）转移曲线法是20世纪60年代提出的在六七十年代得到了广泛的应用。其原理是选出若干个影响交通方式选择的因素，并针对这些因素进行分类和取值再通过调查样本的的统计分析求得不同分类或不同值下样本选择各种交通方式的比例，然后绘制各种交通方式的分担曲线在做方式划分的时候就可以参照这些曲线来确定各种交通方式所分担的比例。常见被选择的因素有收入、出行目

31、的两种方式的费用比、出行时间比、出行距离、服务水平比等（如图48所示）。转移曲线是根据调查的数据经统计分析绘制的，其变化往往因固定因素的不同而改变。针对不同的阶层和不同的出行目的，需要将所有的情况都绘制成曲线才能描述不同交通方式对客流的分担情况，因此转移曲线法虽然使分担率的变化直观但是比较粗糙，难以表现复杂的客流变化。但分担率的变化曲线往往随交通目的或利用这阶层的不同而不同。在这种情况下往往需要在一个图中同时画出数根曲线，或针对不同交通目的或不同阶层的利用者分别画出数张分担率曲线图。另外，影响分担率的因素一般由多个，这时就需要先将其影响因素进行分类，然后分类制作分担率曲线。因此，尽管该方法简单

32、明了，但很难表现复杂的分担率的变化。 图3-1 不同收入下转移曲线2.回归模型法该模型是通过建立交通方式分担率与其各相关因素之间的回归公式作为预测交通方式的模型，回归公式如下所示： 式中：交通区i交通方式m的交通产生量； 相关因素，如人口、土地利用、生活水平指标等； 回归系数显然，这种模型较为粗略，而且他同样需要大量的现状调查资料才能建立。交通方式分担率与一些影响因素之间不一定存在线性关系，因此非线性回归模型可能更好。因此回归模型法仍存在一定的缺陷，并且模型的适用范围也有限。3.损失最小模型损失最小模型是以出行者花费的广义费用最小为拟合条件，根据不同的时间价值量，利用函数关系求得不同阶层的出行

33、者选择的交通方式的概率，函数关系为式中：S出行者的广义费用； C票价； d时间价值； T旅行时间。 图3-2 损失最小模型示意图上图中，假设时间价值分布曲线为对数正态分布曲线，出行者为了使自己的广义费用的花费最小，在广义费用为S1、S2、S3的三种交通方式中选择各自的方式，由此得到不同交通方式的分担率，即P1、P2、P3部分的面积。损失最小模型虽然对于出行者实际行为的描述仍显得不十分全面，然而较前面两种模型对于影响出行者做出选择因素的考虑解释性更强一些。4.有轨道交通情况下交通方式转移率模型（非集计Logit模型）客流转移率模型主要考虑时间效用和票价效用作为影响其他交通方式向轨道交通转移的主要

34、因素，模型假设在具有同等经济能力（个人收入）的情况下，轨道交通的方式选择关系也基本相同。基于非集计理论建立方式选择模型 式中：出行者n选择方式i的概率； 出行者n选择方式i的效用函数中的固定项； 出行者n的选择方案的集合，当城市中现状没有轨道交通方式时，出行者选择方案为现有交通方式加轨道交通方式。未来可能向轨道交通方式转移的交通方式主要有自行车、公共汽车、非公交机动车，各选择方案对出行者的效用可以用下式的函数形式表示。 式中：出行者选择方式的出行时间 出行者选择方式的出行费用 ，效用函数解释性变量系数 交通方式的固有哑元变量 交通方式编号。客流转移概率模型的基本公式如下表表3-1 客流转移率模

35、型的基本公式项目内容转向轨道交通的客流转移率模型（非集计Logit模型）：轨道交通转换概率：轨道交通的效用；：交通方式m的效用效用函数自行车向轨道交通的转换轨道交通的效用（）说明变量：所需时间、票价自行车的效用（）说明变量：所需时间公共汽车向轨道交通的转换轨道交通的效用（）说明变量：所需时间、票价公共汽车的效用（）说明变量：所需时间、票价机动车向轨道交通的转换轨道交通的效用（）说明变量：所需时间、票价机动车的效用（）说明变量：所需时间3.3.4交通分配广义费用用来计算乘客感知的路径效用，因此决定了客流的分配。它是由不同路径属性共同决定的，每一个属性都被赋予权重或系数，通过系数将不同属性的度量同

36、一化，同时反映出各不同属性对乘客的重要度。这些属性通常包括如下内容： 步行至入口的时间（从出行起点到公交站点）。 出口步行至目的地的时间（从公交站点到出行终点）。 步行换乘时间（在站点之间）。 起点等待时间。 换乘等待时间。 车内行驶时间。 票价。 换乘惩罚（基于换乘次数的数量，可能由于换乘类型的不同而不同）。 距离。 过度拥挤。广义费用函数谓广义费用函数是指乘客在主要影响因素(出行舒适度和出行费用)的综合影响下的用货币表示的出行总费用。由于轨道交通自身的特点，交通出行有准时，快速等优点，实际上出行总费用的多少从旅客选择哪条轨道线路出行时已经确定了。出行总费用应该包括两方面的费用：一是票价费用

37、；二是时间费用。其表达式如下： 式中： 用货币量表示的路径k的行程总费用；乘客所选择的轨道线路：轨道线路的票价；轨道列车总的运行时间；用货币量表示的时间价值，采用城市平均工资收入，计算出1小时的工作时间价值，乘比例(高峰时段100、其余时段50)即为出行交通时间的机会成本价值；在实际的路网分配时，只要进行广义费用的比较即可。另外，若采用一票制，则乘客在进行路径选择时，将不考虑最短路径和次短路径的费用问题。仅考虑出行时间即可；当采用按旅行距离或站点进行收费形式时，就要考虑费用项对乘客的影响。轨道交通量分配的基本思想也就是：在轨道交通出行分布的基础上，考虑到旅客的舒适度、旅行时间、费用等问题，采用

38、对旅客来说的效用最大化理论，将已经达到饱和状态线路上的客流进行部分分离，从而得到较为合理的交通客流分配。从最短路分离出的客流，可能还会出现出行时间的延长或出行拥挤问题，此时，可以利用广义费用函数进行出行总费用的计算，并与其他交通方式的出行总费用进行比较，分析这部分客流是否有被其他交通方式吸引的可能。从而分析所规划的轨道交通线网的合理性。3.4非集计模型预测方法非集计模型又称交通特征模型，它以实际产生交通活动的个人为单位，对个人是否进行出行、去何处、利用何种交通工具以及选择哪条路线等分别进行预测，并按出行分布、交通方式和交通线路分别进行统计，得到交通需求总量的一类模型。这一模型在理论上利用了现代

39、心理学的成果，引入了随机效用的概念，其核心是效用最大化理论。它着眼于研究出行者个体的出行行为。非集计模型相比传统模型的优势是有明确的行为假说、模型的一致性好、模型标定所需调查样本少、模型有较好的时间和地区转移性等特点。其基本假设为:个人将在可能的相互独立的选择肢集合中，选择他认为对自己效用最大的选择肢。即决策者首先选择“可能利用的选择肢群”，其次选择“对其效用最大的选择肢”。利用非集计模型进行居民出行的分析和预测是继四阶段法后出现的构造交通需求预测模型的新方法。在城市客流预测中，具有代表性的非集计模型就是MNL模型。MNL模型是在以下四个假设条件下得出的:(l)所有出行者具有相同形式的效用函数

40、；(2)效用函数的参数不随出行者的不同而改变，是相对稳定的；(3)每个出行者对于不同选择单元的效用函数的随机部分各分量是相互独立的；(4)效用函数随机部分的各分量服从相同的Gumbel分布，即分布函数为:(5)出行者选择效用函数值最大的选择单元。基于以上的假设条件，可得到MNL模型的基本方程式如下:其中，:个人n对选择肢i的效用函数；：选择肢的集合。3.5 客流预测方法比选3.5.1两类模型的比较集计模型是一类传统的基于集合行为模型的交通需求分析方法，其预测过程包括出行生成、出行分布、方式划分和交通分配四个阶段。而非集计模型是以出行者个人而非交通小区作为研究对象，以随机效用理论、出行效用最大化

41、理论为研究基础。两类方法在分析单位、模型参数标定方法、适用范围、政策表现能力等方面均不相同，同时在数据的使用效率和自变量的导入可能性等方面存在差异。表3-2 非集计模型和集计模型的对比表项目集计模型非集计模型调查单位单个出行单个出行分析单位小区个人调查效率需要的样本数多需要的样本数少因变量小区统计值个人的选择结果（离散）考虑个人属性的难度困难容易模型标定方法回归分析等极大似然估计法等计算工作量比较小比较大适用范围以小区为基础的区域任意政策表现能力小区平均值的变化各个自变量的变化3.5.2集计模型的优点:1）四阶段预测方法理论成熟。2)建模层次分明，便于理解。3)有众多成熟的商业软件支持，应用广

42、泛，如TrnasCAD、EMME/2等。3.5.3集计模型有如下缺点:1)模型的建立缺少明确的行为假说，说服力弱。2)交通活动的每一次出行被分解成生成、分布、方式选择和分配四个阶段，各阶段之间的一致性不好;也不能考虑一天中的多次出行的相互关系和各种约束条件。3)用于预测时无法考虑反馈效果。4)模型多取决于建立者的主观决定，缺少严密的统计方法。5)难以用来估测个人特性和选择肢特性的局部变化和各种交通政策变化的影响。6)模型具有很强的地区及时间上的局限性，在某时某地建立的模型难以推广到其它时间和地点去应用。7)为了得到较好的模型需要大量的调查数据，这导致了经济上和时间上的问题。3.5.4非集计模型

43、的优点:1)非集计模型以明确的行为假说为基础，逻辑性强。2)可以用较少的样本标定出模型的系数，并可对所求得的参数采用统计学方法进行检验。3)可以选用许多与个人决策相关的因素作为自变量，从而可以对多种交通规划、交通政策进行效果评价。4)模型具有较好的时间转移性和地区转移性。3.5.5非集计模型的缺点是:1）实际的交通规划要求的是以地域为单位的集聚结果，由于在非集计模型中的说明变量的未来值不可能全都知道，因此以其近似值得到的集聚结果肯定会有误差。当然，集计模型也面临着同样问题，只是在表面上被掩盖了而己。2)一般来说，影响交通行为的决定性因素是交通服务水平，而交通服务水平又随交通需求量的变动而变动。

44、所以，在进行预测时，通常要求得到交通服务水平与交通需求量的平衡点。但是，用非集计模型，在现阶段还只能依靠反馈解法进行反复计算。要想求得较严密的平衡点则计算量过大。3)要想得到好的模型，在自变量的选择上花费的时间要比集计模型多。4)标定模型的参数时采用极大似然估计法。这种方法和与之对应的评价方法对许多人，尤其是交通规划决策人员来说较难理解。客流预测问题分析第四章 基于各种模型的列车预测分析4.1 客流时间分布4.1.1一日内小时客流分布小时客流量用以确定城市轨道交通出入口、通道等设备容量，是计算全日行车计划和车辆配备计划的基础。小时客流量随城市生活的节奏变化在一日之内呈起伏状分布，夜间客流量稀少

45、，黎明前后渐增，上班上学时间达到高峰，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。轨道交通的运能、线路走向、所处交通走廊的特点以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影响因素。纵观不同运能轨道交通的不同类型车站，可归纳出以下五种客流小时分布类型。1)单向峰型。轨道交通线路所处的交通走廊具有明显的潮汐特征，或车站周边地区用地功能性质单一时，车站客流分布集中，有早晚错开的一个上车高峰和一个下车高峰(图4-l)。2)双向峰型。车站位于综合功能用地区位时，客流分布与其它交通方式的客流分布一致，有两个配对的早晚上下车高峰(图4-2)。图4-1 单向峰型小时客

46、流分布 图4-2 双向峰型小时客流分布3)全峰型。轨道交通线路位于用地己高度开发的交通走廊，或车站位于公共建筑和公用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(图4-3)。 图4-3 全峰型小时客流分布 图4-4 突峰型小时客流分布4）突峰型。车站位于体育场、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上车高峰。一段时间后，其它部分站可能有一个突变的下车高峰（图4-4）5)无峰型。当轨道交通本身的运能比较小或车站位于用地还没有完全开发的地区时，客流无明显的上下车高峰，双向上下车客流全天都较小(图4-5)。图4-5 无峰型小时客流分布针对不同

47、的小时客流分布类型，可以采用线路单向分时客流不均衡系数来描述其全日客流分布状况，计算公式如下:式中一单向分时客流不均衡系数；一单向分时最大断面客流量(人)；全日营业小时数(个)；一单向最大断面客流量(人)。越趋向于零，则单向分时最大断面客流不均衡程度越大，在 较小，即在单向分时最大断面客流不均衡程度较大的情况下，为实现运输组织合理性和运营经济性，可考虑采用小编组、高密度行车组织方式，即在客流高峰时间段开行较多的列车以满足乘客运输需求，而在客流低谷时间段则减少开行列车数以提高车辆平均满载率。4.1.2一周内全日客流分布规律由于人们的工作与休息是以周为循环周期进行的，这种活动规律性必然要反映到一周

48、内各日客流的变化上来。在以通勤、通学客流为主的轨道交通线路上，双休日的客流会有所减少(图4-6);而在连接商业网点、旅游景点的轨道交通线路上，双休日的客流又往往会有所增加(图4-7)。另外，星期一与节假日后的早高峰小时客流和星期五与节假日前的晚高峰小时客流，都会比其他工作日早、晚高峰小时客流要大。根据全日客流在一周内分布的不均衡和有规律的变化，从运营经济性考虑，轨道交通系统常在一周内实行不同的全日行车计划和列车运行图。 图4-6 全日客流分布规律一 图4-7 全日客流分布规律二4.1.3季节性或短期性客流的不均衡在一年内，客流还存在季节性的变比，等原因，6月份的客流通常是全年的低谷。人口的增加

49、又会使轨道交通线路的客流增加办重大活动或遇到天气骤然变化的时候。如由于梅雨季节和学生复习迎考另外，在旅游旺季，城市中流动。短期性客流激增通常发生在举办重大活动或遇到天气骤然变化的时候。4.2客流对列车编组方案的影响制定列车编组是轨道交通运输组织的重要环节，方案的好坏很大程度上决定了在一定设备设施及运输组织条件下的轨道交通系统所能提供的最大输送能力，对列车交路模式、列车运行间隔、列车停站方案的制定都具有重要影响，因此既要满足城市轨道交通系统的规模，保证一定的服务水平，同时还要减少工程项目投资和对环境的影响。4.2.1.列车编组原则及要素(1)首先根据预测的客流量，满足现阶段单向高峰小时断面客流量

50、的需求，同时要兼顾信号系统设备所能达到的系统设计能力。(2)确定合理的列车动拖比，使全列车中有充足的动车数量，以保证列车具有足够强大的功率，能够使列车较快加速至最高运行速度。(3)列车编组形式保证一定的灵活性，需要根据实际客流情况合理确定，以确保轨道交通运输的服务质量，尽量减少服务水平变化对旅客带来的影响。(4)运输能力应有一定的储备，通常轨道交通系统在运营初期客流量较小，但随便系统的不断发展完善，尤其在轨道交通成网运营后，客流量较初期会大幅度增长，这时就需要需要较大的编组数量才能满足旅客出行要求。(5)注意规划设计及实际运营之间的结合，减少运营支出，提高运营收益。影响列车编组的因素较多，且个

51、因素之间相互关联制约，最终的编组方案是综合考虑个方面因素从系统最优的角度协调平衡的结果。列车编组对工程项目投资及建成后的运营都有着很大的影响，因此列车编组方案需要结合实际情况考虑。4.2.2.列车编组形式的比较轨道交通列车的牵引形式根据动车和拖车的配比，分为动力集中式和动力分散式的列车编组形式。由于城市轨道交通车站相对于国有铁路来说，相邻车站间距小，列车进出站需要频繁地启动和制动，这要求列车具有较大制动减速度及启动加速度，并且要保证合理动车拖车比及较低的整备质量fSGl,因此城市轨道交通列车一般采用动力分散式。根据编组车辆的联挂形式，列车编组分为以下三种形式：(1)全动车编组该编组形式的列车车

52、辆全部为动车，通常首尾两节动车车辆带司机室，除了司机室，各车辆的设备配置都基本相同，且相互之间较为独立。这种编组形式编组灵活，每列车动力、重量分配均匀，但对牵引设备数量的要求较多、增加了购置车辆的费用、能耗也相对增大，运营成本较高。(2)动拖混合编组该编组形式的列车由独立拖车及动车混合组成，编组灵活，且相对前一种编组方式对车辆设备数量的要求有所降低，但存在部分设备重复配置，列车的重量分布不均等缺点，且难以控制空气制动与电制动的协调及混合。(3)动拖单元编组该编组形式的列车由两个及两个以上的动拖单元组成，各动拖单元由拖车和动车固定编组而成，车辆设备也按动拖单元配置，各动拖单元之间相对独立。国内外

53、大部分城市的轨道交通系统采用的是该编组形式。这样的编组形式可有效降低动车重量，列车重量分布也较为均匀，并充分利用牵引设备，减少车辆设备数量，降低成本，但编组灵活性稍差。4.2.3.列车编组种类（1）大编组方案：大编组是指在行车时间内列车编组辆数固定且相对较多，如城市轨道交通列车采用6辆或8辆编组的情形。(2)小编组方案：小编组是指在行车时间内列车编组辆数固定且相对较少，如城市轨道交通列车采用3辆或4辆编组的情形。(3)大小编组方案：大小编组是指在运营时问内列车编组辆数不固定。大小编组有两种情形，一种是在客流非高峰时段编组辆数相对较少，在客流高峰时段编组辆数相对较多，如在客流非高峰和高峰时段，城市轨道交通列车分别采用36辆编组、