1、本科毕业论文（20 届）城市轨道交通换乘站客流时间特点分析疏解Analysis and ease of passenger temporal characteristics of urban rail transit transfer station所在学院 专业班级 交通工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 摘 要换乘站在城市轨道交通网中直接影响着轨道交通客流输送效率和乘客服务水平，因此换乘站点中乘客的疏散能力往往制约着整条线路的能力，换乘站也成为轨道交通线路的瓶颈，因此对换乘站的客流进行分析可以有效的疏解客流。在已建好的线路中除了在空间方面对换乘路线进行优化外，换乘客流的
2、时间特点也是一大关键。本文针对与换乘客流的时间特点进行分析，从而减少换乘的等待时间使线路中拥挤程度降低。在大多数城市轨道交通系统中，乘客可能需要在不同的轨道线路中多次换乘才能到达目的地，而设计一个能使乘客的等待时间最小且相对顺畅的换乘线路是比较困难的。本文针对非周期性时间表的同步问题提出了一个混合整数规划的优化模型，它能使换乘站内所有乘客的等待时间最短。这个模型的新颖之处在于其公式使用的二进制变量能够使显示的等候时间与下一辆车到达的时间吻合。通过调整列车在运行时的运行时间和每站的停留时间，它在终点起点站的派遣时间和转折时间，以及每站的发车间隔，这个模型可以构建高品质的时间表其能最大限度地减少换
3、乘等待时间。通过测试算法，它能很好的运行在地铁系统的许多跨平台的换乘站。初步的数值结果表明，此方法与固定班次和往返时间的周期性时间表相比有显著改善。本文主要以换乘站，客流量最大的时间段高峰小时，对站内的拥堵情况进行分析，并以四号线与二号线的换乘站宣武门站为例，着力解决客流的拥堵问题并对其进行疏解。关键词：城市轨道交通；换乘站；高峰小时；时间调度AbstractTransfer standing in the urban rail transport network directly affect the transmission efficiency of rail transit and p
4、assenger service level, transfer the evacuation of passengers in the site often restricts the ability of the entire line, the transfer station has also become the bottleneck of the rail lines, so the passenger transfer station can effectively ease the passenger flow. In addition to optimize the tran
5、sfer line in space in the line has been built, the time characteristics of the transfer passenger is a big key. In this paper, time and Passenger Flow characteristics were analyzed in order to reduce the transfer waiting time for line congestion to reduce.In most urban rail transit system, passenger
6、s may be required several times in different rail lines transfer in order to reach their destinations designed to make passengers waiting time for the smallest and relatively smooth transfer lines is more difficult. In this paper a mixed integer programming optimization model for nonperiodic timetab
7、le synchronization, which enables transfer of all passengers in the station waiting for the shortest time. The novelty of this model in its formula to use binary variables to make the waiting time and the time of arrival of the next car consistent.Timetable for the running time of adjustment in trai
8、n in the run-time and residence time of each station, it is the end of the starting station of dispatch time and transition time, and each station grid spacing, this model can be constructed of high quality to minimize transfer to wait for the time. Test algorithms, it is a good run in the subway sy
9、stem, cross-platform transfer station. Preliminary numerical results show that this method with a fixed frequency and the periodicity schedule of round-trip time significantly improved.In this paper, the transfer station, the most highly trafficked time - peak hours, congestion within the station fo
10、r analysis, efforts to solve passenger congestion and its ease.Keywords：Urban rail transit; transfer station; peak hours; timetabling目 录1 引言 .11.1 研究背景与意义 .11.2 国内外研究现状 .12 客流在时间上的动态特性 .22.1 客流形态 .22.2 客流在时间上的不均衡规律 .32.3 解决客流时间不均衡性的行车组织原则 .33 换乘车站客流组织 .33.1 客流疏解与滞留情况 .43.2 候车客流 .43.3 滞留人数及滞留时间 .54 优
11、化等待时间 时间表同步 .64.1 基本假设 .74.2 模拟换乘等待时间 .74.3 时间表同步问题的混合整数规划模型 .84.3.2 目标函数 .94.3.3 约束 .95 算例 .105.1 等待客流的计算 .105.2 等待时间的计算 .126 结论 .12参考文献 .14致 谢 .1511 引言1.1 研究背景与意义今天，大型城市轨道交通系统通常不能提供点到点的运输服务。乘客往往需要在系统内进行多次换乘来完成一次出行，然而在换乘站台上乘客无事可做只能等待下次列车的到来。根据 Mohring,Schroeter,和 Wiboonchuikula(1987)发现，乘客感觉到他们的等候时间
12、是他们实际等候时间的两倍。精心设计的时间表能使轨道交通车辆之间有着良好协调性，让乘客可以享受“立竿见影”的换乘效果，这是所有乘客的愿望也是地铁服务系统的主要的服务目标。我们提出一个混合整数规划的同步时间表优化模型。我们的模式最大限度地减少了铁路系统中的所有乘客的等候时间。通过调整列车在运行时的运行时间和每站的停留时间，它在终点起点站的派遣时间和转折时间，以及每站的发车间隔，从而实现时间表与实际运行的协调与同步。1.2 国内外研究现状Demetsky.M.J.，L.A.Noel 和 M.R.virkler，提出了分析运输设施的方法，着重研究了建立交通枢纽的程序，并对公共交通系统的效益以及成本进行
13、了衡量和估算，其采用了分析技术的方法来设计交通枢纽，并经由一组预先设定的目标或标的来评估交通枢纽效益。korfJ.L 和 M.J.Demetsky， ，描述罗吉特模型(劫 gitModel)应用在地铁车站换乘工具的发展情形，其采用十/又种车站地区特性及社会、经济变量在不同的车站型式间比较，将地铁车站分成五类:(l)城市中心区车站;(2)高密度住宅区车站;(3)住宅使用为多，少数商业使用地区的车站;(4)商业使用为多，少数住宅使用地区的车站;(5)住宅稀少及未开发地区的车站。所使用的换乘工具划分为:小汽车、轨道交通、大巴、小巴、步行等五种，并不包括自行车和摩托车。BatesE.G3 探讨了既有交
14、通系统换乘设施的改善，建议换乘设施必须更有效率以鼓励乘客使用换乘。其研究完全针对巴士、城际客运及铁路方面的服务，并根据交通系统服务及延伸地区的大小来对换乘设施分类，文中除了介绍换乘设施的功能及型式外，并说明了各类接驳车站应具有的设施规模。IanS.J.Dickins，通过对欧洲和北美的 51 个都市进行调查，说明各大城市轻轨运输换乘设施的使用情形与潜在性，并提出了换乘设施的效益和影响现有各大城市换乘设施的诸多因素，对于换乘设施的位置、配置以及规模大小也作了适当的建议。模型定量研究:(l)换乘时间。同济大学运输工程系的周立新教授提出了换乘2时间对轨道交通使用的影响分析，提出了以 10 一 20k
15、m 城市轨道交通出行距离计算，将换乘时间限定在 5 一 15min 范围内是比较合理的科学结论; 1 (2)多种换乘系统评价体系。覃坦、晏克非(2001)等在总结我国城市交通主要矛盾的基础上，以轨道与市内地面常规公交协调衔接的系统条件为依据，寻求影响其协调衔接的主要制约因素，建立了多种换乘系统的评价指标体系和评价指标的量化方法，并应用于实践。换乘规划与设计研究:(1)接驳换乘系统。唐富藏、张有恒(1982)所作的研究，说明了接驳换乘系统的重要性，并探讨了接驳换乘系统的特性，以及设计的基本原则 5 与评价时考虑应考虑的因素。(2)轨道交通系统规划。林志盈(1990)针对台北都会区轨道交通系统规划
16、的经验，就车站分类、站位选定、车站规划设计、车站换乘设施规划等做了初步的探讨，其中有关换乘设施规划部分，概略的介绍换乘设施的种类与配置原则，而对于换乘设施需求所采用的预测公式非常简单，带有浓厚的地方色彩，并不适用于各不同地区性的换乘设施规划。(3)地铁车站外部接驳换乘系统规划。曾平毅(1998)针对地铁车站外部接驳换乘系统的换乘设施提出一套规划程序，并建立设施规划的准则作为规划时的参考。(4)换乘设计。2许朝宗(1992)探讨了轨道系统与接驳换乘系统换乘设施的规划原则、程序及方法，并进行地铁车站各接驳交通工具数量的估算、换乘设施的检讨，作，设计原则部分，建议处理轨道系统接驳工具时，其优先级为步
17、行、自行车(或摩托车)、公共汽车、出租车、小汽车接送、自驾车换乘;各种交通工具应尽量分开;尽量缩短行人步行至车站及月台的距离;对各种交通具提供安全及流畅的通路。为未来地铁车站规划的参考，并将地铁车站换乘设施规划的知识原则，经由专家库系统模型的构建以累积经验及知识，辅助地铁车站的规划。2 客流在时间上的动态特性2.1 客流形态客流形态是受外界因素影响而经常变动的，在一定的时间与范围内，其变异程度具有某些规律性。掌握客流动态的变化规律，是轨道交通企业进行组织运营计划的基础。一昼夜内各个单位时间的客流动态是不相同的。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型式。3(1)双峰型：
18、公共交通的基本客流主要是由工作性客流而构成，在一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都是很典型的。3(2)三峰型：某些城市线路，受三班工作制的影响，还会在中午或夜间形成两个客运小高峰。该类型客流特性比双峰型客流特性多出一个中午高峰(12：0014：00)或小夜高峰(20：00-22：00)。(3)四峰型：其客流特性比双峰型多出两个客流高峰，一般出现在中午(12：0014：00)和晚上(20：00-22：00)，而高峰值比早晚高峰要小，且高峰维持的时间也比较短。(4)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。2
19、.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一般用时间不均衡指数 表示，其计算方法是：tp(2-1) maxttVhp式中： 为单向最大断面客流量，人h； 为单项断面分时客流量，人maxVth；h 为全日营业小时数量。 一般线路的为 2 3。线路往往以高峰小时的客t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。42.3 解决客流时间不均衡性的行车组织原则一般情况下，行车组织计划是根据日客流分布时段的客流量，计算开行相应的列车对数，全线按照日单位小时最大客流量配属运营车辆。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
20、，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。(2)二是在非高峰运营时段可以开行小编组列车 2，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，可以节约运营成本。53 换乘车站客流组织换乘站高峰小时换乘效率代表路网所能应对的最大流量，其同时也是轨道交通系统服务水平的衡量因素之一。本文的研究目的就是解决换乘站高峰小时的客流拥堵问题。而换乘站最主要的拥堵是由于一趟列车无法一次性疏散所有乘客造4成的乘客滞留，并且同台换乘下车乘客与上车乘客在高密度人
21、群中产生干扰更加据站台拥堵。根据此原因按换乘站点两条线路间开行列车的比例出发对其进行疏解。3.1 客流疏解与滞留情况与乘客滞留相关的主要因素有列车运能、行车密度、进站客流、换乘客流等。为了更好地研究不同行车密度下换乘站乘客滞留情况，在此引入“候车客流”这一概念。候车客流，顾名思义，即在站台上等候上车的客流量。当候车客流过大时，列车就不能及时将站台客流运走，导致站台客流的积压。6在计算上，换乘车站原有线路的候车客流为换乘上客量与线路自身上客量之和。换乘上车客流会对原有线路形成脉冲式的客流冲击。本文是在假设高峰小时客流服从均匀分布的基础上，根据已知高峰小时进出站客流、高峰小时 OD(起终点)客流、
22、各线路列车最大载客量、高峰小时开行对数等参数，并考虑超高峰小时系数的前提下，按照平均客流的概念，对候车客流、滞留人数、滞留时问等三个方面逐步进行研究，以更直观、更细化的角度来剖析不同行车密度下换乘站的客流疏解及滞留情况。3.2 候车客流设 为换乘站 中线路 的候车客流量， 为线路 向线路 的高峰小时ipUiLQ换 乘 jLi换乘量( 考虑极端情况下当线路 的上下行列车同时到达 站换乘线路 时的客j U流疏解及滞留情况)， 为线路 的高峰小时进站客流量。 为线路 的高峰Q进 站 i ini小时开行对数， 为线路 高峰小时开行对数， 为线路 的超高峰小时系数，jnj i为线路 的超高峰小时系数。j
23、jL设车站U为线路 和 的换乘站，且以线路 在U 站的客流情况为研究主体ijLiL线，分 , , 三种情况分别研究线路 的候车客流。:1ij:j:1ijni(1) 时n(3-1)i j ij iQpnn换 乘 进 站由(1)式可以看出，当 时，线路 的疏解能力强，可以有效疏解线路:1iL的换乘客流量，乘客平均候车时间较短，当存在乘客滞留时，乘客滞留量较小。jL(2) 时:1ijn5i j ij iiQpnn换 乘 进 站(3-2)j ii进 站换 乘由上式可以看出，当 时，线路 的多趟换乘乘客才能等到一趟 :1ijnjLiL，则线路Li的站台累积候车客流量大，换乘客流平均候车时间较长，线路Li
24、的运营服务水平较低，则该线服务水平很难满足运营管理需求。 (3) :1ijn时 (3-3)j ii ipQn进 站换 乘由上式可以看出，当 :1ijn时，线路 iL的疏解能力较强，可以有效疏解线路jL的换乘客流量；当存在乘客滞留时，线路Li的服务水平基本能够满足客流需求。3.3 滞留人数及滞留时间候车客流只是对换乘站 U在线路 iL上候车客流总量的计算，但真正决定上车人数的是车上已有客流量(即根据列车最大载客量，可允许上车客流量)。为解释车上已有人数的概念，引入高峰小时跨断面客流的概念，即高峰小时跨过该站的断面客流量。该量可通过高峰小时OD客流数据计算得出。假设线路 iL共有 N座车站，设 i
25、D为线路 iL上车站 U的高峰小时跨断面客流，mnp为从线路 上的车站 m到车站 n的OD客流，则：(3-4)1uNi mnmnp若 N座车站中存在多个换乘站，可根据换乘条件及清分模型，把 iD在其他线路上的OD客流计算到 iD为线路 iL上的换乘站的OD客流。7设线路 iL上列车定额载客量为 M，高峰小时列车拥挤度为 (高峰小时会出现超载的情况) ， iE为线路 i上车上已有人数，在客流服从均匀分布的假设条件下，再考虑超高峰小时系数，则：(3-5)=iiiDn6该趟车可允许上车人数：(3-6)i iQME(1) :1ijn时，线路 iL的疏解能力较强，但当线路 jL的换乘客流脉冲式冲击到线路
26、 iL，线路 i无法一次性疏解完全，则会存在乘客滞留。其中： 时，所有候车乘客均可以上车，滞留人数为0； 时，该iipq iipq趟列车可上车人数为 ，滞留人数：i(3-7)iiizpq随着进站客流的剑来，候车乘客不断增加，会对站台造成一定影响，当第二趟列车到来时，候车客流:(3-8) iiiiQnpz进 站其中：当 时，所有候车乘客均可以上车，滞留人数为0；当 时，iiq iipq该趟列车可上车人数为 ，滞留人数：i(3-9)iiizpq以此类推，随着高峰小时的结束，直到第 趟列车开走时 ，乘客滞r()()niipq留人数为0，则站台存在乘客滞留的最长持续时间为:(3-10)60irtn(2) 若： ，则所有候车乘客均可以上车，滞留人数为0；:1ijniipq，则该趟列车可上车人数为 ，滞留人数 。ipqi iizpq此时线路 iL的疏解能力较弱，在 Q换 乘 较小时，线路 jL的多趟换乘客流只能通过一趟线路 j进行疏解，所以乘客候车时间较长。但通常情况下 i，线路iL可以一次性疏解完所有线路 jL的换乘客流。否则，当 i时，滞留乘客会加入到新一轮的候车大军中，随着候车时问的推移，可能会出现沮丧、烦躁等情绪，大大降低轨道交通的吸引力。所以在准确客流预测的基础上，合理组织行车密度不仅有利于提高服务水平，更有利于吸引客流。
