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城市軌道交通的建模及精細(xì)分析論文
1. 引言
隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的騰飛和城市人口的不斷增長(zhǎng)，作為大容量的城市軌道交通已成為解決城市交通擁擠問(wèn)題的關(guān)鍵手段。城市軌道交通在許多城市從有到無(wú), 從少到多，在最近幾年里得到了巨大的發(fā)展。這種發(fā)展事態(tài)，隨著進(jìn)一步的城市化，將保持相當(dāng)?shù)囊欢螘r(shí)期。一方面，由于軌道網(wǎng)及地面公交網(wǎng)，甚至和對(duì)外高速鐵路、航空港多方式連接的復(fù)雜性不斷增加，對(duì)于做為軌道交通規(guī)劃和管理的定量模型分析的要求和詳細(xì)程度也越來(lái)越高。
另一方面，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，特別是計(jì)算速度，內(nèi)存容量和顯示屏分辨率的不段提高，交通規(guī)劃軟件的功能和分析能力和以往已不可同日而語(yǔ)。作為世界領(lǐng)先，已有近 30 年發(fā)展和應(yīng)用歷程的 Emme 交通規(guī)劃軟件，在近年有了長(zhǎng)足的發(fā)展。特別是最近推出的公交分配模型和分析方法，建模器等，為公交和軌道交通規(guī)劃和管理提供了無(wú)盡的分析手段和技術(shù)。
本文針對(duì)中國(guó)城市軌道交通的特點(diǎn)，結(jié)合交通規(guī)劃軟件 Emme，從軌道交通的路網(wǎng)編碼開(kāi)始，系統(tǒng)探索建模過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題和可能的解決方案，并通過(guò)表格、圖象的手段展示用于規(guī)劃和管理的各種精細(xì)分析的方法和結(jié)果。
2. 中國(guó)城市軌道、地鐵交通的一些特征和分析要求
僅從建模和分析的角度出發(fā)，這里簡(jiǎn)單描述一下中國(guó)城市軌道、地鐵交通的一些特征。
2.1 軌道交通發(fā)展及相應(yīng)分析要求
軌道交通一般從單線(xiàn)開(kāi)始發(fā)展。比如北京 60 年代末的一期工程，上海一號(hào)線(xiàn)等。這第一條線(xiàn)路隨著時(shí)間的推移，一般客流比較飽滿(mǎn)，也比較容易發(fā)生擁擠現(xiàn)象。然后與其相接的線(xiàn)路和長(zhǎng)度開(kāi)始增加。通過(guò)一個(gè)時(shí)期的密集發(fā)展，形成軌道交通網(wǎng)。接著，再向更遠(yuǎn)的城市邊緣發(fā)展。
軌道交通的模型和分析也隨之變化。對(duì)于一條線(xiàn)來(lái)說(shuō)，一般只需要分析單線(xiàn)的段面和上下站流量，及該線(xiàn)路的站間流量。然后，路網(wǎng)形成后，線(xiàn)路間的換乘分析變成了必需的內(nèi)容。還要包括對(duì)全網(wǎng)的站間流量，地面公交的接駁等問(wèn)題的分析。同時(shí)，還要分析各線(xiàn)路的飽和度及其合理性，以及乘客使用地鐵的換乘次數(shù)分布。票價(jià)及其產(chǎn)生的收益也成為重要的分析內(nèi)容。
隨著軌道線(xiàn)的延伸和城市中交通擁擠度的增加，停車(chē)換乘作為一種有效的交通方式出現(xiàn)。建立良好的停車(chē)換乘模型將對(duì)于改善交通和相關(guān)停車(chē)場(chǎng)規(guī)劃提供建設(shè)性意見(jiàn)。
2.2 軌道交通的票價(jià)特點(diǎn)
中國(guó)城市的軌道交通一般采用按乘坐公里數(shù)收費(fèi)。但具體反映到票價(jià)時(shí)，采用站間票價(jià)。也就是，乘客根據(jù)給定的站間票價(jià)購(gòu)票，軌道系統(tǒng)內(nèi)換乘免費(fèi)，因?yàn)檎麄�(gè)軌道交通一般是封閉式連網(wǎng)的系統(tǒng)，由單一的地鐵公司管理。這種給定的站間票價(jià)，可能會(huì)根據(jù)初始站和末站進(jìn)行調(diào)整。也可能對(duì)到某些站點(diǎn)給與更優(yōu)惠的票價(jià)。這種調(diào)整，一般會(huì)改變票價(jià)和乘坐公里數(shù)的線(xiàn)性關(guān)系，給交通建模帶來(lái)難度。而票價(jià)對(duì)于乘客出行路徑，甚至交通方式的選擇有重要影響。小區(qū)間出行使用地鐵的費(fèi)用一般需要在方式劃分的效用函數(shù)中使用。如何建立這種費(fèi)用模型，并精確計(jì)算小區(qū)間出行使用地鐵的費(fèi)用，是建立優(yōu)秀模型的重要內(nèi)容。
3. 軌道交通建模中的一些問(wèn)題和解決方案
針對(duì)上述中國(guó)城市軌道交通的特點(diǎn)，討論建模中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，并結(jié)合交通規(guī)劃軟件Emme 的使用，提出合適的解決方案。
3.1 軌道網(wǎng)編碼及費(fèi)用模型
城市軌道交通路網(wǎng)一般是封閉的。也就是，乘客要進(jìn)入軌道系統(tǒng)必須先經(jīng)過(guò)收費(fèi)站點(diǎn)，付費(fèi)后才能進(jìn)入，軌道線(xiàn)和其他交通方式在線(xiàn)路上沒(méi)有重疊。
為了考慮費(fèi)用對(duì)乘客路徑選擇中的影響，可以在每個(gè)從地面進(jìn)入的步行邊上考慮從該站乘地鐵的基本費(fèi)用，并在每個(gè)地鐵線(xiàn)段(站間)考慮該路段的乘車(chē)費(fèi)用。地鐵線(xiàn)段上費(fèi)用一般按照乘坐距離估數(shù)。如遇過(guò)隧道等情況可加入合適的費(fèi)用。這里的費(fèi)用泛指經(jīng)時(shí)間價(jià)值轉(zhuǎn)換的票價(jià)。
3.2 形心連接線(xiàn)設(shè)置及流量分布
形心連接線(xiàn)的多少一般要視小區(qū)的大小而定�？梢愿鶕�(jù)給定的參數(shù)，比如，長(zhǎng)度等自動(dòng)生成，但一般還需人工調(diào)整。在模型修正時(shí)也需要對(duì)形心連接線(xiàn)做些修改。以下列舉兩種可能出現(xiàn)的情況。
另外，在建立形心線(xiàn)時(shí)，應(yīng)該特別考慮附近的軌道交通路網(wǎng)。由于地鐵附近的乘客偏向于使用地鐵，建議將這些地鐵附近小區(qū)的形心和進(jìn)入地鐵站的步行邊直接相連，或者將形心線(xiàn)和靠近這些進(jìn)入地鐵站的步行邊相連。這些形心線(xiàn)的長(zhǎng)度和步行時(shí)間也可適當(dāng)放長(zhǎng)。同時(shí)可以使用不同的交通方式編碼，以便于以后的分析和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。總之，編碼要方便軌道交通站附近的小區(qū)出行易于使用軌道交通。
4. 軌道交通精細(xì)分析及案例
本節(jié)系統(tǒng)展示用于軌道交通分析的圖表和分析案例。對(duì)于同一個(gè)方案來(lái)說(shuō)，只需運(yùn)行一次公交分配即可。所有的分析都可以在對(duì)保存的分配路徑的分析后得出。
4.1 軌道交通分析中的常用圖表
軌道交通分析一般要從出行需求和路網(wǎng)供應(yīng)兩個(gè)方面開(kāi)始。需求量分析一般包括出行產(chǎn)生和吸引量，OD量相關(guān)的圖表，比如，小區(qū)出行的柱狀圖，期望線(xiàn)等。路網(wǎng)方面的圖表，包括線(xiàn)路的統(tǒng)計(jì)表格、走向，線(xiàn)路的覆蓋、密度情況等等。這些常用的圖表可以在軟件提供現(xiàn)有的列表中找到，點(diǎn)擊即可使用。如果需要一些特別的統(tǒng)計(jì)也只需對(duì)已有圖表稍做修改即可。這里僅簡(jiǎn)單介紹一些用于供需平衡、供需交互方面的分析圖表。這些圖表，在完成公交分配后，也可以從現(xiàn)有的列表中找到使用。
4.2 一些重要的軌道交通相關(guān)分析
軌道交通的分析可以是多種多樣的。對(duì)于不同的項(xiàng)目，要求也不盡相同。由于篇幅關(guān)系，這里分析的樣本希望能起到拋磚引玉的效果。
4.3 單線(xiàn)和全網(wǎng)站間流量矩陣
軌道線(xiàn)站點(diǎn)間的流量分析是軌道規(guī)劃和分析的重要內(nèi)容之一。由于軌道交通的收費(fèi)是按站到站來(lái)實(shí)際運(yùn)營(yíng)的，獲得軌道全網(wǎng)站間的流量，也就獲得了軌道網(wǎng)的收益數(shù)據(jù)。另外，因?yàn)檐壍澜煌ǖ姆忾]性，和收費(fèi)方法，實(shí)際站間OD數(shù)據(jù)比較容易獲得，而是準(zhǔn)確。這種軌道站間OD對(duì)于模型驗(yàn)證具有重要意義。
5. 結(jié)語(yǔ)
城市軌道交通的建模和分析在城市交通規(guī)劃中的地位隨著軌道交通的成網(wǎng)變得舉足輕重。Emme 最進(jìn)推出的公交分配和分析模塊，以及建模器為滿(mǎn)足軌道交通的規(guī)劃和精細(xì)分析提供的強(qiáng)大的基礎(chǔ)和條件。本文列舉了一些在軌道建模和分析中可能遇到的問(wèn)題，并提出了相應(yīng)的解決方案。在不同城市的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，相信會(huì)遇到各種不同的問(wèn)題并會(huì)提出更好的解答。
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