城市轨道交通运营组织优化研究(1) - 图文

西南交通大学硕士研究生学位论文第１页第１章绪论１．１研究背景一百多年前，英国伦敦成功建成世界上第一条地下铁道。地铁具有速度快、运输能力大、准时、安全舒适等一系列优点。目前，全世界已有相当多的国家和地区的１２０多座发展快的大中型城市建设了城市铁下铁道，总线路共有２５０多条，运营的总里程达到７０００ＫＭ以上ＩｌＪ。地下铁道已成为了大城市的重要交通工具，在相当大的程度上缓解了交通堵塞和拥挤等一系列问题。我国城市轨道交通发展较快，很多城市已建成了相当数量的中低运量的地面轻轨系统、高架跨座式单轨系统、城市高架轨道交通系统、地下铁道系统、快速市郊铁路系统和高速磁悬浮系统等。我国的发达城市，如北京、广州、上海、南京、深圳、天津、成都等城市已经拥有和正在建设地铁。重庆、成都、北京、上海、武汉等城市已建成了高架轨道交通系统，大连、天津等城市建设了市郊铁路，上海建成了磁悬浮系统，长春等城市建成了地面轻轨系统。城市要发展，交通要先行。城市公共交通系统在不断的发展，从人拉车时期、马车时期、有轨电车时期、ＣＮＧ公共交通汽车时期，逐渐向城市快速轨道交通时期发展。城市轨道交通的主要作用就是承担城市内部的主要交通服务。随着城市的发展，城市人口的不断增加，轨道交通凭借运力大、速度快、安全系数高的特点，将在城市交通体系中扮演更加重要的角色。可以说，城市轨道交通是城市现代化交通发展的必然方向。城市轨道交通主要有以下几类１２Ｊ．１、按照轨道所处的不同位置可划分为以下三种：（１）地下铁路：轨道位于地面以下，主要穿行于隧道之中的轨道交通称为地铁或地下铁。（２）地面铁路：轨道刚好在地面上的铁路称为地面铁路。（３）高架铁路：轨道建在地面的高架桥上的铁路称为高架铁路。２、按照轨道车辆的运输能力和车辆种类划分：轨道列车主要有以下九种：索道、单轨列车、带轨道的电车、以客运为主的轻轨、地铁、客运自动轨列车、小型地铁、胶轮地铁、自动导向交通。但是我们最常见、采用最多的是地铁、轻轨、单轨列车、带轨道的电车。（１）地铁：主要修建在大中型城市，通常单方向运力可达到３万人次／小时以上，主要通过地下隧道进行运输。其特点是速度快、安全舒适、运能力大、成本低等。（２）轻轨：它的前身是有轨电车，运输能力较大，通常能达到２万人次／小时，由于它的轴比较轻，对轨道产生的负荷相对较小，所以用于建设轨道的成本较低，同时西南交通大学硕士研究生学位论文第２页具有较大的运输能力和舒适经济的优势。通常轻轨具有专用的线路，因此运行速度较快。（３）单轨：单轨分为两种，一种是悬挂式，另一种是跨座式。单轨的优点是轨道所占用的空间较小，并且运行的噪声低，转弯半径小、抓坡能力强。但它也有自身的不足：运量较小、速度较慢、能耗较高。通常单轨建设在城市的繁华区域，这些区域人流量比较大，道路又不太宽的街道和一些大型公共场所的连接线上。（４）有轨电车：运行速度比较慢，通常只能达到２０ｋｍ／ｈ，但其运输能力较大，可达到２万人次／小时。通常有轨电车轨道建在地面，与目前的轻轨比较接近，只是速度要慢的多，车箱较小。某些城市的有轨电车也有专门的轨道。城市经济和社会在不断发展，人们日益增长的物质和文化生活的需求不断加强，流动人口和道路车辆快速增加，城市客货运输量高速增长，城市道路和客货运输工具的运力严重不足，形成了交通堵塞、事故急剧增长、车速下降等诸多问题。大负荷的客运交通、过饱和的城市公路，造成了行车难、乘车难等社会矛盾。给人们的工作、学习和生活造成了严重的影响，同时也成为了制约城市进一步发展的瓶颈。此外，城市公路上的汽车尾气、振动、噪声等环境污染问题日益加剧，这越来越引起人们的高度重视。为了有效的解决这些问题，国际国内相当多的一、二线城市开始建设立体化的城市轨道交通体系。部分经济发达的城市已建设了如单轨、轻轨、地铁、高架等立体的交通系统来解决拥堵问题。立体的轨道交通是城市发展的必然选择，也只有这种立体的轨道交通系统才能从根本上解决拥堵问题。为出行市民提供方便、安全、准时、迅速、舒适的客运服务，让出行旅客购票方便、乘车方便、乘车安全舒适、准确迅速的到达目的地是城市轨道建设、运营的根本目的。为了实现这些目的，必须要求城市轨道各个系统、各种专业的配套设施、设备全天候的正常、有序、协调的工作。城市轨道建设和运营是一项复杂的系统工程，轨道交通的运营和管理覆盖的专业面广，要素间层次作用关系相当复杂。怎样通过高效系统的整合来实现资源的优化配置，促使系统高效运行是当前城市轨道交通运营和管理系统工程中急待探索和研究的课题。为了实现以上目标，必须从基础入手，以实现目标为根本，结合空间、时间等诸多的因素，研究出系统、协调的轨道交通运行组织模式和实施方案。１．２国内外研究现状伴随着城市轨道交通的规划和建设，国内外学者对轨道交通运营组织相关理论与方法的研究也在不断发展，相关组织方法和实施技术得到逐步深入的探讨。Ｓｉｇｕｒｄ［３】以美国纽约大都市圈范围内的轨道交通系统运输组织为研究对象，对包括轻轨、地铁、通勤地铁等子系统的城市轨道交通线网的发展历史、系统构成、运营模西南交通大学硕士研究生学位论文第３页式、客流组织、安全预警管理、运输能力计算、运营成本核算、列车开行方案等方面进行了系统的阐述，形成了都市圈轨道交通系统运营管理的理论体系。日本有专门针对城市轨道交通运营管理的信息系统，包括列车运营计划编制、信息统计、责任监督安排、信息检测等功能，为整个城市轨道交通的安全和通畅运行提供了必要的技术条件【４】。Ａｓｓｉｓ等１５Ｊ研究了城市轨道交通线路的客流时间动态特性以及车站乘客候车时间和乘降时间，据此提出了分时段列车时刻表的优化排定方法。Ｃａｓｔｅｉｌｉ等１６Ｊ研究了城市轨道交通线网内换乘站衔接的各条线路的客流量、客流时间分布特性和方向特性，据此提出适应各线客流特征的列车时刻表的优化方法。Ｍｉｇｎｏｎｅ等【７Ｊ在保证某条线路各站列车时刻表稳定的前提下，建立数学模型计算不同时段开行的快慢列车的跨站组合，使运输供给满足沿线断面不均衡的旅客乘降量。我国的城市轨道交通运营研究起步于上世纪六十年代，当时对平衡运营需求和设备系统规模等进行了较系统的研究，但缺乏对城市轨道交通系统性的研究和考虑，在设计过程中子系统常常只从自身的角度进行研究和考虑，在设计完后就会发现照应不周的问题。常常出现整体性不够，系统控制较差，难以实现系统间的平衡。通过对城市轨道交通运营组织的研究和改进，大大提高了运营的效率，轨道交通方式的吸引力进一步的提高，人们对运营研究的意义和重要性也更加重视。我国研究和建设轨道交通的运营组织上取得以下成果：（１）系统整体介绍张国宝主编的《城市轨道交通运营组织》对城市轨道交通的运营进行了全方位的研究和叙述１１Ｊ，何宗华等人编写新的《城市轨道交通运营组织》，结合了轨道交通新的发展，对行车组织、客运管理等进行了系统的分析和研究阳１。毛保华等【２】以城市轨道交通系统运营管理为研究对象，对城市轨道交通的运营管理模式、客运组织、运输计划、运行图编制、运输能力计算、列车运行控制、运营安全管理、列车运行过程模拟与分析、运营经济效果分析等方面进行了深入的研究，在传统的以客运需求与行车组织为核心的运输组织理论基础上，开发了基于牵引动力理论的列车运行过程仿真软件来模拟列车操纵策略，提高列车运行预期效果和运行过程控制的精度，形成了新的理论体系。（２）列车编组及行车间隔时间的研究施仲衡ｐＪ介绍了巴黎地铁１４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期和不同时段客流量变化上的需要，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。郑晓龙ｌｌｏＪ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。严波…】借鉴城市公共交通运营管理优西南交通大学硕士研究生学位论文第４页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。方蕾和庞志显１１２ｊ研究了城市轨道交通系统客流在线路方向上和断面上的空间分布不均衡性和时间上的动态分布特性：在此基础上，依据分布特性设计行车组织原则。王修志和宋建业【１３】研究了城市轨道交通系统客流在时空分布特性，据此提出了以交路选择和编组选择为核心的行车组织方案的确定方法。（３）有关多交路运营的研究列车交路方案是影响整个系统功能和效率的重要因素。在城市轨道交通线路多交路的设计方面，国内已经有相当深入的研究。在多交路线路的通过能力方面，徐瑞华等【１４】基于长短交路套跑对城市轨道交通线路通过能力和车底运用的影响，提出设定小交路的“运行图周期分析法’’，建立多种交路条件下城轨交通通过能力损失和车底数量的数学模型，并给出实例计算。有学者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【１５】。（４）有关列车开行方案设计（快慢车结合为主）的研究袁博晖【ｌ６】基于城市轨道交通客流的时空不均衡特性，分析了改变行车组织方式的条件，以节省旅行时间为目标，建立了采用分站停车的行车组织方式满足乘客需求的数学模型。郭丽丽【ｌ７】针对环放结构城市轨道交通线路的客流特点，以运营成本最小化为优化目标，结合大小交路的开行比例研究了列车停车方案模型，并应用于成都市地铁一号线的运输组织。史峰等【ｌ８】通过分析与旅客列车开行方案相关的铁路旅客运输需求影响因素，构造旅客运输弹性需求函数关系，将旅客对不同停站序列的高速、中速列车的选择归结为弹性需求下的用户平衡分配问题，建立了基于弹性需求的旅客列车开行方案的双层规划模型，并给出模拟退火算法求解方法。这一针对高速铁路中高速列车混跑模式下的开行方案优化研究，对于城市轨道交通线路的快慢车开行方案的研究，有很高的借鉴意义。祝晓波【１９】针对市域线的郊区区段，以乘客节省时间最多为优化目标，提出案例线路的最佳停站方案，并据此铺画运行图，比较不同快慢车组合对数条件下开行快车节约的旅客出行时间的差异，最终得到最佳的快慢车组合对数及相应的越行站。’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。对于快车跨站方案的研究，主要以建成后的轨道交通线路为研究（假想）背景，更多地着眼于某一方向某一距离的客流特征（特别是快车所服务的客流特征），设计快车跨站方案以适应该运输需求，除了考虑乘坐快车乘客节省的时间之外，同时应考虑运营成本和设备能力限制条件等，更加具有可实施性。