客流数据在城市轨道交通网络化运营组织中的应用

杜世敏 郑 宇 江志彬

(北京轨道交通路网管理有限公司,100101,北京∥第一作者,工程师)

客流数据在城市轨道交通网络化运营组织中的应用

杜世敏 郑 宇 江志彬

(北京轨道交通路网管理有限公司,100101,北京∥第一作者,工程师)

客流数据作为运营工作的基础,是安排运力、组织列车和评价运营效果的依据。研究客流数据在城市轨道交通网络化运营组织中的应用,是提高路网乘客服务水平、降低运营成本的前提条件。结合北京城市轨道交通运营管理实际情况,针对网络化运营条件下的客流特性,分析了客流数据在路网列车运行计划编制、网络化运营组织协调、应急指挥工作中的应用,为网络化列车运行的合理组织提供了理论依据。

城市轨道交通;网络化运营;客流数据;运营组织

First-author's addressBeijing Metro Network Administration Co.,Ltd.,100101,Beijing,China

随着城市轨道交通建设步伐的加快,北京、上海等大城市的轨道交通运营管理已由单线运营进入网络化运营时代。目前,北京已有8条运营线路,运营里程200 km、运营车站123座,其中换乘站16座。如此庞大的城市轨道交通网络,势必会对运营管理提出新的要求。客流数据作为运营工作的基础,是安排运力、组织行车和评价运营效果的依据。研究客流数据在城市轨道交通网络化运营组织中的应用,是提高路网乘客服务水平、降低运营成本的前提条件。

1 网络化运营条件下的客流特性

城市轨道交通网络化运营是相对于传统的单线运营而言,主要表现为乘客在网络化运营条件下,在线路相交的换乘站无需二次进站,各线路的运营组织相互影响,需要统筹安排已有资源,统一协调线、网间关系。研究客流数据在网络化运营组织中的应用,首先应了解和分析客流特性。下面从出行特性、时空特性以及数据采集和统计三方面加以说明。

1.1 网络化客流出行特性

城市轨道交通进入网络化运营阶段后,路网中大量的换乘站将独立运行的线路连接成一个网,为乘客在路网中有序地流动提供了物理条件。同时,网络化自动售检票技术实现了乘客的一票换乘,为乘客在路网中有序流动提供了技术条件。在网络化运营条件下,乘客出行路径具有可选性,可以用乘客经过的一系列车站所组成的乘客出行路径表示。这种可选性将随着网络的增加而趋于复杂。以北京城市轨道交通网络为例,乘客从崇文门站到达西单站有3条可选路径,如图1所示。

图1 崇文门站至西单站的乘客出行路径

1.2 网络化客流时空特性

网络化客流时空特性是指网络化运营条件下的时间动态性和空间动态性。网络化时间动态性是指随时间变化而表现出的客流量变化趋势[1]。其与单线客流时间动态性相似,日、周、月及年客流趋势呈现周期性,具有明显早、晚高峰特性。

网络化客流的空间动态性主要指不同方向上的动态性[1]。线路具有不同的方向动态性,组合在一起就表现为路网的方向动态性。以北京城市轨道交通放射式环状网络为例,客流在早晚高峰常表现为单向型客流,早高峰从市郊向市内,晚高峰从市内返回市郊。

1.3 网络化客流数据采集和统计

客流数据的统计在人工售检票、单线自动售检票、网络化自动售检票三种方式下有所不同。传统的人工检票方式下主要依靠客流调查手段,无法采集完整客流信息,客流数据统计精确度低,乘客出行路径无法识别;单线路自动检票方式下,乘客出行路径简单,客流数据通过检票设备即可获得且精确度高;进入路网自动售检票时代,通过检票设备虽可实时采集客流数据,但乘客的出行路径具有可选性,需通过模型确定。

2 网络化运营组织中常用客流指标

在网络化运营组织中,通常要对多种客流指标进行分析,以便了解一段时间内客流的变化规律,其与单线运营的客流指标计算有所差别。本文主要介绍客运量、进站量及断面客流量三个指标。

2.1 客运量

客运量是反应一段时间内运送乘客的数量,指在一段时间内乘坐某一线路的人次[2]。在单线运营时,客运量等于线路的进站量,即本线进本线出的乘客人次。在网络化运营条件下,路网客运量是各线路客运量之和。线路客运量包括本线进本线出乘客人次、本线进其他线出乘客人次、它线进本线出乘客人次以及途径本线乘客人次。其中它线进本线出乘客人次与途径本线乘客人次之和为本线的换乘量。

2.2 进站量

进站量是反应一段时间内乘客进入车站、线路、路网的人流总量。进站量从时效性的角度可分为实时进站量数据和非实时进站量数据。单线运营和网络化运营在自动售检票方式下,实时进站量数据主要指从信息化系统采集到的在线客流数据,非实时进站量数据指根据实时进站量数据进行离线分析的数据。单线运营的进站量通过自动售检票的终端数据即可统计出。在网络化运营条件下,个别换乘站的闸机共用,无法区分进站所属线路,因此,线路的进站量无法通过自动售检票的终端数据统计。精确的进站量需通过OD(起讫点)数据计算得出。

2.3 断面客流量

断面客流是指在规定的时间段内,从一个站到另一个站之间所通过的人流总量。断面客流是一个矢量,它的方向通常用这两个站点之间的上行或者下行来规定,它的数量即为断面客流量表示。断面客流量是通过OD数据计算得出。单线运营条件下,同一OD路径唯一,断面客流量可精确计算得出。网络化运营条件下,同一OD具有多路径,因此需在一定的规则下对同一OD进行路径分配,断面客流的计算存在一定误差。

3 客流数据在网络化运营组织中的应用

3.1 列车运行计划编制的基础

3.1.1 常规运营条件下的列车运行计划编制

只有研究掌握客流的变化规律,才能合理配置运力,既满足运营部门的利益,又减少乘客的滞留时间。常规运营条件下,列车运行计划编制可以通过对一段时间内的客流数据进行分析,总结变化规律,然后依据全日分时最大断面客流量和乘客服务水平的要求确定详细的运力安排。以北京城市轨道交通网络为例,2005年、2006年的月度客流量及2007年6月各线日客流量趋势如图2、3所示,2008年9月1日1号线全日分时最大断面客流量如图4所示。

图2 北京市轨道交通2005、2006年各月客流数据

图3 2007年6月北京市各轨道交通线日客流数据

图4 2008年9月1日北京市轨道交通1号线全日分时客流数据

由图2、图3、图4可以看出,月度客流变化趋势相近,每月客流成自然周循环趋势,且全日分时最大断面客流量具有明显的早晚高峰特性。因此,在列车运行计划编制时,在一周内实行平日和双休日两种列车运行计划,并根据全日分时最大断面客流量确定分时开行列数。列车运行计划编制完成后,在实施过程中需要实时跟踪,对路网各线路运力运量匹配情况进行研究,分析线路各时段的拥挤程度。在网络化自动售检票方式下,客流数据次日即可获得,为及时、合理调整列车运行计划提供了基础保障。

3.1.2 运营条件发生改变时的列车运行计划编制

城市轨道交通一般建于城市交通繁忙地带,因此,受临时性社会活动及重大节假日活动影响很大。例如北京奥运会期间,免费乘车政策、限制机动车上路等临时措施的实施以及大量旅游观光客流的到来,使客流大幅度提高,日客流量最高达492.2万人次。为此,轨道交通运营部门采取缩短行车间隔、扩大列车编组、新车投入使用等措施提高运力。奥运前、奥运期间运力安排对比情况如表1所示。

表1 北京轨道交通路网奥运前及奥运期间高峰小时最大运力对比表

对列车运行计划的实施情况,可根据实际客流在路网上的分布特征,分析局部、邻线到整个网络受到的影响,判断运营组织方案合理性,为类似运营条件下制定运营组织方案提供依据。

3.2 网络化运营组织协调的基础

城市轨道交通形成网络以后,各线路间运营协调性不仅关系到网络列车的运行组织,也关系到轨道交通系统的服务水平、运输能力的发挥[3],其主要体现在多条线路交汇换乘站的首末班车确定、不同线路列车到站时间的匹配。但网络中的列车在不同线路、车站的开行全部获得最优是难以实现的[3]。因此,网络化运营组织协调首先需确定换乘站协调级别。本文将线路覆盖区域、换乘站交汇线路数量、换乘客流量大小作为三个主要因素,以北京轨道交通路网为例,说明协调优先级别的确定。其权重计算结果如表2所示。

根据表2的计算结果,可将复兴门站作为运营组织协调的基础车站。该站涉及8个方向的衔接。依据换乘站分向换乘量排序确定2个或3个衔接方向。复兴门车站分向换乘量排序如表3所示。

表2 北京轨道交通路网协调优先级别权重计算表

表3 复兴门车站分向换乘量排序表

由表3可得1号线上行至2号线下行、2号线上行至1号线下行作为复兴门站的协调方向。据此,可确定复兴门站首末班车时间以及1号线和2号线列车到达复兴门站的时间;然后以1、2号线的衔接方案为基础,逐步推广至全路网范围内的所有线路和车站,从而达到路网运力安排最优化。

3.3 网络化应急指挥的辅助手段

城市轨道交通系统发生故障条件下,相关部门一方面要迅速采取措施疏散乘客,维护车站和列车的秩序;另一方面则需制定相应的运营组织方案,尽快恢复正常的运营秩序[4]。人工售检票方式下,应急指挥工作主要依据车站视频信息了解客流情况,无法纵观全线路或全路网的情况。自动售检票方式下,可实时采集客流信息并准确获得客流数据,一方面,通过实时进站量能及时了解车站客流动态变化情况,研究估计突发事件影响人数,根据列车运行情况,合理组织乘客疏散工作;另一方面,可通过客流数据的离线分析,采用计算机仿真技术,对列车运行与路网客流变化过程进行模拟,使调整后的运输方案更好地适应因故障对滞留乘客造成的影响,并为制定故障处置预案提供科学依据;此外,通过对历史客流数据的分析,研究在故障条件下路网可达性的变化和客流的重新分布情况,利用乘客信息发布系统可为乘客提供合理的路径信息,为有效疏导乘客、维护路网运行秩序提供技术支持。

4 结语

客流既是城市轨道交通系统的服务对象、又是运营组织围绕的中心,是合理安排运力、编制列车运行计划的基础,是充分发挥和利用轨道交通系统及设备、提高服务质量的基础条件;同时,将城市轨道交通系统服务对象的客流变化规律作为网络化运营组织的基础数据,体现了公共交通的服务主旨。

[1]杨杰.基于路网的城市轨道交通运输组织行车策略研究[D].北京:北京交通大学交通运输学院,2006.

[2]赵宇军.轨道交通网络化运营客流分析方法[C]∥上海地铁运营有限公司科技大会论文集.上海:上海地铁运营有限公司,2006.

[3]张铭,徐瑞华.城市轨道交通网络化运营组织协调性研究[J].城市轨道交通研究,2007(11):44.

[4]张知青,吴强,徐瑞华.城市轨道交通系统故障时的客流动态分布仿真研究[J].城市轨道交通研究,2006(4):52.

Application of Passenger Flow Data on Urban Rail Transit Network Operation

Du Shimin,Zheng Yu,Jiang Zhibin

Combined with the actual management of urban rail transit operation in Beijing,this paper presents the characteristics of the network operation,analyses the application of passenger flow data in timetable making,in coordinating the operation and commanding emergencies,provides an academic foundation for the network management of urban rail transit operation.

urban rail transit;network operation;passenger flow data;management of operation

U 231+.92

2009-02-04)