時空可達性服務水平下的上海軌道交通末班車時刻表銜接研究

張凌翔 吳 強 陳穎雪

(1.上海軌道交通運營管理中心,200070,上海; 2.上海地鐵第二運營有限公司,200063,上海;3.上海工程技術大學城市軌道交通學院,201620,上海//第一作者,高級工程師)

時空可達性服務水平下的上海軌道交通末班車時刻表銜接研究

張凌翔1吳 強2陳穎雪3

(1.上海軌道交通運營管理中心,200070,上海; 2.上海地鐵第二運營有限公司,200063,上海;3.上海工程技術大學城市軌道交通學院,201620,上海//第一作者,高級工程師)

城市軌道交通末班車時刻表銜接情況決定了乘客晚間出行的可達性水平。針對上海軌道交通線網末班車時刻表銜接工作異常復雜且成效不佳的問題，提出軌道交通乘客時空可達性服務水平下的末班車時刻表編制思路：將解決末班車街接問題的目標轉換為乘客在某一時間節點前進入路網中某一站，可實現網絡中任意兩點之間可達。并給出了具體的編制方法。以上海軌道交通11號線作為實例,給出上海軌道交通末班車時刻調整方案建議。

城市軌道交通; 末班車; 時刻表編制; 時空可達性服務水平

First-author′s address Shanghai Metro Operation Management Center,200070,Shanghai, China

1 研究背景

上海經濟繁榮,城市極具活力,居民工作、生活、娛樂出行需求大。軌道交通是支撐上海城市運轉的重要交通設施,需為居民夜間出行服務。上海軌道交通線路不斷建設和延伸,乘客換乘路徑隨之改變,換乘需求更多樣化。同時,郊區段(特別是遠郊)乘客出行需求增加,與市區段乘客出行特征存在明顯差異。網絡化運營條件下,原本獨立運營的各線路通過換乘站產生直接或間接的聯系,軌道交通客流也通過換乘站實現在不同線路上的流動。由于各線路開始和結束運營的時刻不同,網絡上各車站之間的可達關系呈現動態變化的特點,一條線路的末班車時刻不僅影響到本線乘客的出行,更大程度上通過到達換乘站的時刻影響到整個路網。為最大限度滿足多數乘客晚間的出行需求,根據客流流向和流量特點,對各線路末班車時刻進行協調編制。實現路網末班車時刻表銜接非常重要。

但地鐵線網末班車銜接是一個難題。從理論上講,單個換乘車站無法做到所有方向均可實現換乘。上海軌道交通網絡復雜,且軌道交通夜間需要維修保養，要實現末班車合理銜接則更為困難,復雜數學模型的求解結果往往無實際應用的可能,或因達到時間窗的邊界限制條件而使解集實際操作性不強。

從實踐經驗來看,國內外末班車時刻表銜接現狀調研結果顯示，目前各大城市地鐵網絡都沒能有效解決末班車時刻的銜接問題[1-6]。為解決上海軌道交通末班車時刻表銜接問題,筆者轉換研究思路,考慮末班車銜接是為了保障可達性服務水平,提出軌道交通乘客時空可達性服務水平下的末班車時刻表編制思想和方法。該思想將解決末班車銜接問題的目標轉換為:若乘客在某一時間節點前進入路網中某一站,就可實現網絡中任意兩點之間可達。

2 可達性水平下的地鐵末班車時刻表編制

末班車時空可達性定義為:在城市軌道交通各線路即將結束運營前,選擇一個合適的時間節點,乘客只需在該時間節點前到達軌道交通網絡中指定的車站,則末班車時刻可保障乘客在軌道交通網絡系統中任一其他節點可達。時空可達性可細化為空間可達性、時間可達性和可達便利性。

空間可達性指軌道交通線網中OD(起訖)可達。即乘客進入線網中某一站后可順利到達最終的目的地站點。OD間的可選路徑越多,說明空間可達性越好。

時間可達性與空間可達性密切相關,即在各線路即將收車時段,在一定時間內乘客能夠從起點站到達終點站。若時間上不可達則意味著空間上也不可達。OD間的時間可達性隨著時間的推移不斷變化,因此空間可達性也隨著時間的推移不斷變化。乘客進入線網中的時間越早,OD間可選路徑越多,OD間時間可達性越好,空間可達性也越高;相反,隨時間的推移，OD間可選路徑越來越少,OD間的時間、空間可達性也逐漸變差,最終不可達。

可達便利性說明了OD間不同的可達路徑的便捷程度不同。從乘客角度考慮,其通常受等待時間、換乘通道走行時間、換乘次數、總費用等方面的影響。

從以上分析可以看出,可達性的兩個關鍵點是空間(出行的起終點)和時間。因此,根據時空可達性的思想,首先需要確定線網中目標線路的控制站點和控制時間。

2.1 控制站點的選擇依據

在研究目標線路末班車銜接時空可達性時,需在目標線路上選取控制站點。該控制站點即為乘客要在某一時間節點前進入軌道交通線路的車站。

軌道交通每條線路均有上下行方向兩個起點,環線也規定了內圈外圈不同起點,因此需要選擇兩個控制站點。考慮到乘客對于從線路起終點進入線路至到達距該起終點較近換乘站的時間具有一定的推算能力,同時為避免乘客在多線換乘時選擇錯誤,因此一般不將起終點站(換乘站除外)作為控制站點,而選擇距目標線路起終點最近的換乘站作為控制站點。這樣,既減少了研究過程中的計算量,也使最終得到的控制時間更具實際意義。

2.2 控制時間的選擇依據

乘客在某一時間節點前進入路網中,可實現網絡中任意兩點之間可達,此處的某一時間節點即為控制時間。

在軌道交通線網中目標線路與其他線路末班車時刻和運行時分的聯動影響下,控制時間不可能晚于目標線路末班車的最晚時刻,且應滿足乘客在該控制時間前到達控制站點后,經過換乘站可換乘到達線網中任意一條線路的任一站點。

2.3 時空可達性水平下末班車時刻表編制方法

城市軌道交通時空可達性水平下末班車時刻表編制具體步驟如下:

(1) 調研得到各線路乘客末班車時刻需求。

(2) 通過試算確定時間節點。試算的標準是在該時間節點進入線路可換乘其他任一線路任一方向。

(3) 選擇目標線路控制站點。以上海軌道交通11號線為例,可取羅山路站和曹楊路站為控制點。

(4) 計算換乘富裕時間，匯總確定延時線路。

為此，設計了如表1所示的目標線路與其它線路換乘情況表。假設乘客在某時間節點進入控制站點,依據表1梳理目標線路與其他線路換乘站是否可達。若可達,則在表中打勾;若不可達,則將控制時間提前直至目標線路與其他線路換乘均可達。由此確定控制時間。

表1 目標線路與其他線路的換乘情況表

將軌道交通線網中每一條線路分別作為目標線路與其他線路銜接進行試算得到控制時間后,運用Excel表格設計表1。匯總目標線路與其他線路換乘的結果,計算出換乘富裕時間,并以此為依據確定需要進行延時的線路及延時方案。

表1中，換乘路徑的選擇應以最短換乘路徑為準。例如,上海軌道交通11號線馬陸站—曹楊路站方向換10號線，既可在交通大學站直接換乘,也可先在曹楊路站換3、4號線后再在虹橋路站換乘,兩種換乘路徑的車站數(從曹楊路站開始計數)分別為4站和5站,故應以在交通大學站換乘作為表1中的換乘車站。換乘富裕時間是由換乘線路該站末班車時間減去目標線路到站時間(即換乘時間)而得。

3 上海軌道交通11號線可達性下的末班車時刻表編制

3.1 選擇控制站點

上海軌道交通11號線羅山路站—嘉定北站/花橋站為上行方向,羅山路站與16號線直接換乘,因此該方向上選定羅山路站為控制站點;嘉定北站/花橋站—羅山路站為下行方向,距這兩個終點站最近的換乘站為曹楊路站,可直接換乘3號線和4號線,因此該方向上選定曹楊路站為控制站點。

3.2 確定控制時間

首先，將11號線的時刻表數據填入控制時間試算表(見表2)。羅山路站為11號線上行方向的控制站點。

然后，分別確定11號線換乘到其它10條線路的可達路徑,依次填入表2。羅山路站、東方體育中心站、徐家匯站、交通大學站、江蘇路站、曹楊路站為換乘站,可分別直接換乘16號線、8號線和6號線、9號線和1號線、10號線、2號線、3號線和4號線,對于直接換乘的先不考慮是否為最短路徑,直接填入表中參與試算。剩下與5、7、12和13號線的換乘,根據最短路徑原則,確定到達5號線可通過11→1→5號線完成,到達7號線可通過11→8→7號線完成,到達12號線可通過11→8→12號線的方式完成,到達13號線可通過11→3/4→13完成。

表2 在Excel表格中試算控制時間

經過反復試算,可確定目標線路控制站點的控制時間。對于上海軌道交通11號線羅山路站—嘉定北站/花橋站方向,以羅山路站作為控制站點時的控制時間為21:39,即乘客如果在21:39前進入11號線羅山路站,則可以到達任意一條線路的任何一個車站。同理,可確定嘉定北站/花橋站方向—羅山路站方向以曹楊路站作為控制站點的控制時間,此處不再列舉。

3.3 計算換乘富裕時間

確定目標線路控制時間后,便可進一步計算目標線路換乘其它線路的換乘富裕時間,從而確定需要延時的線路以及參考延時時間。表3為上海軌道交通11號線上行方向與其它線路的換乘情況匯總。

排除4條郊區線路(5、12、13、16號線)的限制,發現最終限制11號線羅山路站控制時間的是4號線。

表3 上海軌道交通11號線上行方向與其他線路的換乘情況(控制站點為羅山路站,控制時間為21:39)

4 上海軌道交通全線網控制時間下的換乘富裕時間

完成對上海軌道交通路網末班車銜接的時空可達性服務水平研究后,對每條線路不同換乘方式下換乘富裕時間最短的3條線路進行了匯總,如表4所示。從表中數據可看出,各線路的控制時間主要受限于換乘4號線,部分線路受限于換乘10號線。因此,建議將4號線和10號線的末班車時刻再進行合理的延時。

考慮末班車時刻延時時,可參考第二換乘富裕時間,但受各線路不同方向控制時間的影響,換乘到不同線路所需的第二富裕時間也不同,所以設計延時方案時,在滿足換乘所有線路均有一定富裕時間的前提下,可設計高、中、低三個不同的延時方案。即分別采用85%分位時間、50%分位時間和15%分位時間進行延時。對某一線路的末班車時刻實現延時后,其它線路換乘該線路的富裕時間可相應增加,其他線路的控制時間也可實現一定程度的延后。

表4 各線路換乘富裕時間匯總

分析4號線和10號線延時方案后發現,若單獨延時4號線,則可以考慮為低方案或中方案。對4號線單獨延時的高方案沒有必要實施,因控制點時間受其他線路,特別是10號線限制。若同時延時4號線和10號線,分別采用低低方案(4號線延時20 min,10號線延時20 min)、中中方案(4號線延時45 min,10號線延時40 min)、高高方案(4號線延時75分鐘,10號線延時40 min)測算各線控制點時間,發現采用中中方案與高高方案的效果并沒有顯著改善。因此,若4號線與10號線同時延時,建議采用低低方案。4號線延時20 min,10號線延時20 min，可使線網內各線路控制時間顯著延后。

5 結語

末班車銜接是否合理會影響乘客出行可達性,同時也是衡量上海軌道交通服務水平的一項重要指標。

針對于上海城市軌道交通網絡末班車銜接異常困難的問題，本文從夜間乘客出行的可達性服務水平進行研究,將末班車銜接問題的目標轉換為乘客在某一時間節點前進入路網中,可以實現網絡中任意兩點之間可達,并將其作為地鐵公司承諾的服務水平,同時作為末班車銜接的原則。換言之,時空可達性即選擇一個合適的時間節點(控制時間),乘客只需在該時間節點前進入城市軌道交通網絡中任何一個車站,則末班車的設置即可保障乘客在網絡中任一其他節點可達。具體操作上,可在各線分別挑選一個控制站點，測算乘客進入該站點后能到達線網中任一其他站點的控制時間。為保證網絡末班車銜接,網絡各線路末班車準點尤為重要。

通過梳理上海軌道交通各條線控制站點的控制時間(以延時需求中的中方案為研究基礎),特別是控制站點在控制時間下與其他各線的換乘富裕時間,發現絕大部分線路的控制時間受4號線及10號線約束,由此提出4號線和10號線的延時方案,實現全網線路控制時間延后,從而提高上海軌道交通末班車乘客時空可達性。

[1] 李玉芳,高越.軌道交通網絡化列車首末班車銜接協調方案研究[J].城市建設,2001(1):277.

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[3] 彭益兵,蘇厚勤.軌交末班車可達多路徑換乘算法的研究與實現[J].計算機應用研究,2010(4):1373.

[4] 張新,徐杰.末班車可達性條件下客流誘導系統研究[J].物流技術,2012(9):216.

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[6] 陳穎雪,薛美根,劉志鋼,等.上海與東京軌道交通典型市郊線路的對比研究[J].城市軌道交通研究,2011(12):18.

Last Train Time-table Cohension in Shanghai Rail Transit with Temporal and Spatial Accessibility Service

ZHANG Lingxiang, WU Qiang, CHEN Yingxue

Last train time-table cohesion depends on the service level of temporal and spatial accessibility,and is directly related to the evening trip of passengers. According to thecomplex and inefficienttime-table cohesive work for the last train in Shanghai rail transit,a time-table complilation concept with temporal and spatial accessibility service is proposed, which could realize the accessibility between any two points in the network when passengers enter into a certain station before the fixed time.Shanghai metro Line 11 is used as a pilot test for the last train time-table adjustment.

urban railtransit; last train; time-table complilation; level of temporal and spatial accessibility service

U 292.4: U231

10.16037/j.1007-869x.2016.07.010

2016-03-23)