城市軌道交通的建模及精細分析論文
1. 引言
隨著中國經(jīng)濟的騰飛和城市人口的不斷增長，作為大容量的城市軌道交通已成為解決城市交通擁擠問題的關(guān)鍵手段。城市軌道交通在許多城市從有到無, 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)，隨著進一步的城市化，將保持相當?shù)囊欢螘r期。一方面，由于軌道網(wǎng)及地面公交網(wǎng)，甚至和對外高速鐵路、航空港多方式連接的復(fù)雜性不斷增加，對于做為軌道交通規(guī)劃和管理的定量模型分析的要求和詳細程度也越來越高。
另一方面，隨著計算機技術(shù)發(fā)展，特別是計算速度，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。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)劃和管理提供了無盡的分析手段和技術(shù)。
本文針對中國城市軌道交通的特點，結(jié)合交通規(guī)劃軟件 Emme，從軌道交通的路網(wǎng)編碼開始，系統(tǒng)探索建模過程中可能遇到的問題和可能的解決方案，并通過表格、圖象的手段展示用于規(guī)劃和管理的各種精細分析的方法和結(jié)果。
2. 中國城市軌道、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)，這里簡單描述一下中國城市軌道、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開始發(fā)展。比如北京 60 年代末的一期工程，上海一號線等。這第一條線路隨著時間的推移，一般客流比較飽滿，也比較容易發(fā)生擁擠現(xiàn)象。然后與其相接的線路和長度開始增加。通過一個時期的密集發(fā)展，形成軌道交通網(wǎng)。接著，再向更遠的城市邊緣發(fā)展。
軌道交通的模型和分析也隨之變化。對于一條線來說，一般只需要分析單線的段面和上下站流量，及該線路的站間流量。然后，路網(wǎng)形成后，線路間的換乘分析變成了必需的內(nèi)容。還要包括對全網(wǎng)的站間流量，地面公交的接駁等問題的分析。同時，還要分析各線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。票價及其產(chǎn)生的收益也成為重要的分析內(nèi)容。
隨著軌道線的延伸和城市中交通擁擠度的增加，停車換乘作為一種有效的交通方式出現(xiàn)。建立良好的停車換乘模型將對于改善交通和相關(guān)停車場規(guī)劃提供建設(shè)性意見。
2.2 軌道交通的票價特點
中國城市的軌道交通一般采用按乘坐公里數(shù)收費。但具體反映到票價時，采用站間票價。也就是，乘客根據(jù)給定的站間票價購票，軌道系統(tǒng)內(nèi)換乘免費，因為整個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，可能會根據(jù)初始站和末站進行調(diào)整。也可能對到某些站點給與更優(yōu)惠的票價。這種調(diào)整，一般會改變票價和乘坐公里數(shù)的線性關(guān)系，給交通建模帶來難度。而票價對于乘客出行路徑，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。如何建立這種費用模型，并精確計算小區(qū)間出行使用地鐵的費用，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題和解決方案
針對上述中國城市軌道交通的特點，討論建模中經(jīng)常遇到的問題，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，乘客要進入軌道系統(tǒng)必須先經(jīng)過收費站點，付費后才能進入，軌道線和其他交通方式在線路上沒有重疊。
為了考慮費用對乘客路徑選擇中的影響，可以在每個從地面進入的步行邊上考慮從該站乘地鐵的基本費用，并在每個地鐵線段(站間)考慮該路段的乘車費用。地鐵線段上費用一般按照乘坐距離估數(shù)。如遇過隧道等情況可加入合適的費用。這里的費用泛指經(jīng)時間價值轉(zhuǎn)換的票價。
3.2 形心連接線設(shè)置及流量分布
形心連接線的多少一般要視小區(qū)的大小而定。可以根據(jù)給定的參數(shù)，比如，長度等自動生成，但一般還需人工調(diào)整。在模型修正時也需要對形心連接線做些修改。以下列舉兩種可能出現(xiàn)的情況。
另外，在建立形心線時，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)的形心和進入地鐵站的步行邊直接相連，或者將形心線和靠近這些進入地鐵站的步行邊相連。這些形心線的長度和步行時間也可適當放長。同時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。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。對于同一個方案來說，只需運行一次公交分配即可。所有的分析都可以在對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)兩個方面開始。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，期望線等。路網(wǎng)方面的圖表，包括線路的統(tǒng)計表格、走向，線路的覆蓋、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，點擊即可使用。如果需要一些特別的統(tǒng)計也只需對已有圖表稍做修改即可。這里僅簡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。對于不同的項目，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 單線和全網(wǎng)站間流量矩陣
軌道線站點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是按站到站來實際運營的，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，因為軌道交通的封閉性，和收費方法，實際站間OD數(shù)據(jù)比較容易獲得，而是準確。這種軌道站間OD對于模型驗證具有重要意義。
5. 結(jié)語
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 最進推出的公交分配和分析模塊，以及建模器為滿足軌道交通的規(guī)劃和精細分析提供的強大的基礎(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題，并提出了相應(yīng)的解決方案。在不同城市的實際應(yīng)用當中，相信會遇到各種不同的問題并會提出更好的解答。
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