列車(chē)晚點(diǎn)條件下城際鐵路座席模式對(duì)旅客延誤的影響分析

趙莉莉，聶磊，付慧伶

(北京交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，北京 100044)

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列車(chē)晚點(diǎn)條件下城際鐵路座席模式對(duì)旅客延誤的影響分析

趙莉莉，聶磊，付慧伶

(北京交通大學(xué) 交通運(yùn)輸學(xué)院，北京 100044)

城際鐵路服務(wù)的客流既具有干線(xiàn)鐵路(主要為指定席)又具有城市軌道交通(主要為自由席)客流的特點(diǎn)，決定了其座席模式確定的復(fù)雜性，不同座席模式對(duì)正常及晚點(diǎn)情景下的客流組織影響不同。結(jié)合城際旅客乘車(chē)選擇行為以及國(guó)內(nèi)外座席控制規(guī)則，設(shè)置全列指定席、“自由席+指定席”和全列自由席3種座席模式，建立適應(yīng)不同座席模式的列車(chē)晚點(diǎn)-客流分布仿真模型。利用該模型對(duì)比分析不同座席模式的旅客延誤、旅客滯留情況，定量評(píng)價(jià)座席模式對(duì)旅客延誤的影響。案例結(jié)果表明：相比全列指定席模式，“自由席+指定席”、全列自由席模式的旅客總延誤分別下降15.05%和30.82%，因此建議案例城際鐵路應(yīng)設(shè)置一定數(shù)量的自由席，減少列車(chē)晚點(diǎn)時(shí)的旅客延誤。

城際鐵路；列車(chē)晚點(diǎn)-客流分布仿真；自由席；指定席；旅客延誤

我國(guó)城際鐵路正處于快速發(fā)展階段，目前主要采用干線(xiàn)鐵路的座席模式(主要為對(duì)號(hào)入座)。日本絕大多數(shù)新干線(xiàn)、快速和特急列車(chē)有兩種車(chē)廂：普通車(chē)廂(自由席和指定席)和綠色車(chē)廂(指定席)[1]。旅客如果使用指定席需要支付預(yù)定座位費(fèi)，指定席旅客若出現(xiàn)誤車(chē)，可改乘同方向、同等級(jí)或低等級(jí)列車(chē)自由席，若選擇其他車(chē)次的指定席則需重新預(yù)定座席并支付預(yù)定座位費(fèi)[2]。歐洲多數(shù)高鐵列車(chē)需要強(qiáng)制訂位，部分國(guó)家的城際慢車(chē)采用自由席模式[3]。參考日本、歐洲等國(guó)家的鐵路運(yùn)輸組織經(jīng)驗(yàn)，在我國(guó)城際鐵路采用自由席模式是有待深入研究的問(wèn)題。

如表1所示，正常及列車(chē)晚點(diǎn)情景下，采用不同的座席模式對(duì)運(yùn)輸組織的影響不同。從客流角度分析，我國(guó)城際鐵路主要服務(wù)于城市群區(qū)域的客流，通勤通學(xué)客流比例介于干線(xiàn)鐵路與城市軌道交通之間，具有運(yùn)輸距離較短、客運(yùn)需求大和早晚高峰明顯等特點(diǎn)[4-6]。自由席模式可以滿(mǎn)足客流隨到隨走的需求，指定席模式有利于實(shí)現(xiàn)為不同層次客流提供多樣化的服務(wù)。從運(yùn)輸組織角度分析，城際鐵路同時(shí)具有干線(xiàn)鐵路以及城市軌道交通的部分特點(diǎn)。行車(chē)密度大、公交化運(yùn)營(yíng)、多交路并存、停站方案多樣化等特點(diǎn)使得晚點(diǎn)傳播更容易發(fā)生，晚點(diǎn)調(diào)整更為困難。不同座席模式下，可采取的運(yùn)行調(diào)整措施有所差異，相較指定席模式，若采用全列自由席模式則可視情況采取取消車(chē)次或改變列車(chē)編組等措施。此外，列車(chē)晚點(diǎn)情景下，旅客乘車(chē)選擇行為有別于正常情景，其對(duì)擁擠的容忍度會(huì)提高，自由席模式下列車(chē)載客量大，同時(shí)可以充分利用列車(chē)的運(yùn)輸能力快速的輸送客流，實(shí)現(xiàn)減少旅客延誤的目的。

在座席模式方面，目前的研究主要針對(duì)正常情景下城際鐵路座席模式的選擇問(wèn)題進(jìn)行定性研究，而基于列車(chē)晚點(diǎn)情景的城際鐵路不同座席模式的適用性理論研究仍然欠缺。曾瓊等[7-9]建議城際鐵路大站停列車(chē)采用指定席模式，站站停列車(chē)采用自由席模式，據(jù)此探討并提出了切實(shí)可行的出站、乘車(chē)通道方案和信息設(shè)備及人工檢票方案。劉斌[10]建議城際鐵路采用一卡通票制(自由席)，并給出了推行的具體方案。夏棟[11]通過(guò)對(duì)武咸城際鐵路周邊及沿線(xiàn)的客流結(jié)構(gòu)和客流特征分析，建議實(shí)施靈活票制、制定科學(xué)行車(chē)方案。

在列車(chē)晚點(diǎn)-客流分布仿真方面，已有研究較為成熟，仿真模型能形象描述旅客乘車(chē)選擇行為，研究思路及方法值得借鑒。徐瑞華[12]分析列車(chē)運(yùn)行晚點(diǎn)條件下的乘客出行選擇行為，建立不同出行方式的客流量計(jì)算模型，求解地鐵換乘站的客流分布。Leo Kroon[13]對(duì)鐵路旅客乘車(chē)選擇行為進(jìn)行分析，建立僅采用自由席的客流分布仿真模型。

本文以列車(chē)晚點(diǎn)為背景，分析城際列車(chē)運(yùn)行晚點(diǎn)條件下的旅客乘車(chē)選擇行為，建立適應(yīng)不同座席模式的城際列車(chē)晚點(diǎn)-客流分布仿真模型對(duì)旅客服務(wù)水平進(jìn)行定量評(píng)價(jià)分析，為城際鐵路座席模式的選擇提供參考。

表1　不同座席模式優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析

1　旅客乘車(chē)選擇行為

旅客乘車(chē)選擇行為描述了旅客選擇乘坐車(chē)次和座席的過(guò)程，即旅客根據(jù)鐵路運(yùn)輸組織規(guī)則以及掌握的實(shí)時(shí)運(yùn)輸組織情況進(jìn)行的動(dòng)態(tài)決策過(guò)程。首先劃分旅客群體，具有相同乘車(chē)選擇行為的同一類(lèi)旅客，屬于一個(gè)旅客群體。

定義：旅客群體P(i)=[i,o,d,t,ni,j]，指t時(shí)刻到達(dá)o站站臺(tái)進(jìn)行候車(chē)且目的地為d的第i類(lèi)客流，其客流量為ni。若P(i)選擇指定席，則j為P(i)需要乘坐的車(chē)次，若P(i)選擇自由席，則j=?。

結(jié)合日本和歐洲的相關(guān)運(yùn)營(yíng)組織經(jīng)驗(yàn)[1-3]，設(shè)定我國(guó)城際鐵路座席控制規(guī)則如下。

規(guī)則1：自由席旅客不能進(jìn)入指定席車(chē)廂。

規(guī)則2：指定席旅客能夠乘坐本車(chē)及同等級(jí)或低等級(jí)其他車(chē)次的自由席，如需乘坐其他車(chē)次的指定席需支付額外費(fèi)用。

旅客信息掌握情況說(shuō)明如下：1)旅客根據(jù)計(jì)劃時(shí)刻表的完整信息，結(jié)合自身需求進(jìn)行購(gòu)票；2)旅客不能預(yù)知晚點(diǎn)的發(fā)生，但晚點(diǎn)發(fā)生后能及時(shí)掌握調(diào)整后的時(shí)刻表并對(duì)出行路徑進(jìn)行調(diào)整；3)旅客不知道列車(chē)載客情況以及其他旅客的選擇，所以自由席旅客無(wú)法確保能成功搭乘所選擇乘坐的車(chē)次。

1.1旅客乘車(chē)選擇行為一般性原則

正常情景下和列車(chē)晚點(diǎn)情景下，旅客乘車(chē)選擇行為都應(yīng)遵循以下原則[14-15]，具體說(shuō)明見(jiàn)圖1。

圖1　旅客乘車(chē)選擇原則說(shuō)明Fig.1 Passenger Travel Strategy

原則1：旅客到達(dá)站臺(tái)進(jìn)行候車(chē)的時(shí)刻不能晚于列車(chē)在該站發(fā)車(chē)的時(shí)間，即P(2)不能乘坐train1和train2。

原則2：盡量選擇直達(dá)車(chē)次，避免換乘，即P(3)優(yōu)先選擇train3。

原則3：選擇最早到達(dá)目的地的車(chē)次，即P(1)選擇train2而不選擇train1。

1.2列車(chē)晚點(diǎn)情景下的旅客乘車(chē)選擇行為

列車(chē)晚點(diǎn)情景下，旅客乘車(chē)選擇行為與正常情景下存在差異，該差異主要體現(xiàn)在旅客由指定席向自由席轉(zhuǎn)移的比例θ以及列車(chē)允許超員率λ。

1)指定席-自由席轉(zhuǎn)移率θ

根據(jù)規(guī)則2和原則3，預(yù)定了指定席的旅客如遇列車(chē)晚點(diǎn)，可乘坐較早到達(dá)目的地的其他車(chē)次的自由席。旅客由指定席向自由席轉(zhuǎn)移的比例θ受到晚點(diǎn)時(shí)間的影響，晚點(diǎn)時(shí)間越長(zhǎng)，轉(zhuǎn)移率越大。若較早到達(dá)的列車(chē)自由席車(chē)廂已經(jīng)滿(mǎn)員，則指定席旅客可繼續(xù)等待預(yù)定的車(chē)次。

2)列車(chē)允許超員率λ

當(dāng)列車(chē)出現(xiàn)晚點(diǎn)，旅客對(duì)列車(chē)擁擠程度的忍受水平會(huì)有所提高，即旅客會(huì)以盡早到達(dá)目的地為先決因素并降低對(duì)旅途舒適度的需求。此時(shí)，旅客單一個(gè)體的擁擠接受度的提高將體現(xiàn)為列車(chē)的超員水平高于正常情景下的列車(chē)超員水平，因此列車(chē)晚點(diǎn)情景下，可適當(dāng)?shù)靥岣吡熊?chē)的允許超員率以實(shí)現(xiàn)旅客的快速疏散。

同時(shí)，出于安全等因素的考慮，超員率不宜過(guò)大。當(dāng)客流需求超出列車(chē)載客量(列車(chē)載客量=列車(chē)定員×允許超員率)則出現(xiàn)旅客滯留。

2　列車(chē)-客流仿真模型

2.1參數(shù)及符號(hào)說(shuō)明

模型涉及輸入、輸出數(shù)據(jù)參數(shù)符號(hào)及其他參數(shù)符號(hào)說(shuō)明見(jiàn)表2和表3。

表2　輸入輸出數(shù)據(jù)參數(shù)及符號(hào)

表3　其他數(shù)據(jù)參數(shù)及符號(hào)

2.2仿真流程

若采用全列指定席(目前主要采用這種模式)，旅客依據(jù)所購(gòu)車(chē)票票面相關(guān)信息乘車(chē)，列車(chē)晚點(diǎn)情景下旅客總延誤時(shí)間、旅客滯留情況根據(jù)原列車(chē)運(yùn)行圖、調(diào)整后列車(chē)運(yùn)行圖以及旅客信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)即可，故不作贅述。

若采用單列車(chē)“自由席+指定席”，則需根據(jù)旅客購(gòu)票種類(lèi)分別討論，具體的仿真模型及求解流程見(jiàn)圖2(圖中A1和A2為旅客乘坐城際列車(chē)指定席信息，求解過(guò)程見(jiàn)圖3)，該模型也可用于仿真求解全列自由席的晚點(diǎn)延誤相關(guān)指標(biāo)。主要步驟包括：

步驟1：數(shù)據(jù)輸入及處理：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)初始化、列車(chē)運(yùn)行線(xiàn)及客流數(shù)據(jù)處理。

步驟2：仿真旅客上車(chē)情況：按列車(chē)運(yùn)行線(xiàn)發(fā)車(chē)時(shí)刻先后順序依次遍歷求解旅客上車(chē)情況，運(yùn)行線(xiàn)數(shù)量為mTp。

步驟2.1：求解希望乘坐L(k)所歸屬列車(chē)j的自由席的旅客群體集合Fw(o,j)：可能乘坐自由席的旅客群體集合Fm(o)包含因列車(chē)晚點(diǎn)而放棄乘坐指定席選擇自由席的旅客，因此首先判斷旅客是否為當(dāng)前列車(chē)的指定席，若是，則該旅客群體乘坐指定席并得到該旅客群體上車(chē)情況(即A2)跳至步驟3；否則，根據(jù)旅客乘車(chē)選擇三項(xiàng)原則判斷旅客是否會(huì)乘坐列車(chē)j出行，若是則該旅客群體屬于集合Fw(o,j)，即從o站出發(fā)希望乘坐j車(chē)自由席。

步驟2.2：根據(jù)先下后上的原則，列車(chē)j到o站后目的地為o站的在車(chē)旅客下車(chē)。得到列車(chē)j的自由席車(chē)廂剩余載客量noj并更新列車(chē)j的自由席車(chē)廂在車(chē)旅客群體的集合Fc(j)。

步驟2.3：求解Fw(o,j)中旅客群體上車(chē)情況，若Fw(o,j)的旅客總?cè)藬?shù)超出列車(chē)j自由席車(chē)廂剩余載客量noj則各類(lèi)旅客群體按比例η上車(chē)，否則全上車(chē)。得到當(dāng)前列車(chē)j自由席車(chē)廂在車(chē)旅客群體的集合Fc(j)并更新車(chē)站站臺(tái)候車(chē)客流集合F(o)。

步驟3：得到旅客上車(chē)分布Pt(i,j)，即第i類(lèi)旅客乘坐列車(chē)j自由席或指定席的人數(shù)。

步驟4：結(jié)果輸出：旅客上車(chē)分布總體情況、旅客總延誤。

本文的研究背景為列車(chē)晚點(diǎn)，指定席旅客可選擇等待預(yù)定的車(chē)次或乘坐較早到達(dá)目的地的其他車(chē)次的自由席，步驟2.1求解的Fm(o)包含原自由席旅客以及因列車(chē)晚點(diǎn)由指定席向自由席轉(zhuǎn)移的旅客，m(Fm(o))表示Fm(o)包含的旅客群體個(gè)數(shù)，旅客乘車(chē)意愿判斷具體流程見(jiàn)圖3。

旅客延誤為實(shí)際旅行時(shí)間與計(jì)劃旅行時(shí)間之差。當(dāng)客流需求超出列車(chē)載客量(列車(chē)載客量=列車(chē)定員×允許超員率)，同一旅客群體部分上車(chē)，部分在站臺(tái)滯留，因此同一旅客群體可能被拆分為多個(gè)子群體，設(shè)仿真求解后P(i)共有mi個(gè)子群體。旅客群體P(i)的總延誤Pd(i)按式(1)計(jì)算。s站T時(shí)刻站臺(tái)旅客聚集人數(shù)Ps(s,T)為T(mén)時(shí)刻前在站臺(tái)候車(chē)的旅客人數(shù)與T時(shí)刻前成功搭乘列車(chē)的旅客人數(shù)之差，如式(2)。

(1)

式中：t'jd為運(yùn)行調(diào)整后列車(chē)j到達(dá)目的地d站的時(shí)刻；tPi為P(i)到達(dá)站臺(tái)進(jìn)行候車(chē)的時(shí)刻；tyd為按原時(shí)刻表P(i)選擇的列車(chē)y到達(dá)目的地d站的時(shí)刻；nikj為P(i)的第k個(gè)子群體乘坐列車(chē)j的人數(shù)；mTr、mi分別為列車(chē)列數(shù)、P(i)旅客子群體個(gè)數(shù)。

圖2　列車(chē)晚點(diǎn)-客流模型仿真流程Fig.2 Train delay and passenger flow distribution Simulation

圖3　旅客乘車(chē)意愿判斷子流程Fig.3 Passenger willingness of entraining

i∈{(1,…,mPi)|P(i)起點(diǎn)為s站}

(2)

3　案例分析

3.1案例說(shuō)明

選取我國(guó)某條已開(kāi)通城際鐵路進(jìn)行簡(jiǎn)化后得到本文案例，案例涉及5列列車(chē)(2列大站停，3列站站停)，5個(gè)車(chē)站(S1、S3、S5為大站，S2、S4為小站)，原計(jì)劃列車(chē)運(yùn)行圖為圖4(a)，因外部干擾導(dǎo)致列車(chē)晚點(diǎn)，調(diào)整后列車(chē)運(yùn)行圖如圖4(b)，其中列車(chē)1和2始發(fā)晚點(diǎn)10 min，列車(chē)3和4始發(fā)晚點(diǎn)7 min，列車(chē)5始發(fā)晚點(diǎn)5 min。旅客到達(dá)站臺(tái)候車(chē)的時(shí)間如表4。單列車(chē)定員為563人/列，其中自由席車(chē)廂允許超員率為20%，指定席-自由席轉(zhuǎn)移率θ=0.2。

假設(shè)場(chǎng)景：1)場(chǎng)景1：全部列車(chē)采用指定席模式；2)場(chǎng)景2：全部列車(chē)采用50%指定席+50%自由席模式；3)場(chǎng)景3：全部列車(chē)采用自由席模式。

(a)原列車(chē)運(yùn)行圖；(b)調(diào)整后列車(chē)運(yùn)行圖圖4　案例列車(chē)運(yùn)行圖Fig.4 Train diagrams for test case

起點(diǎn)終點(diǎn)到站臺(tái)時(shí)刻客流量/人場(chǎng)景1場(chǎng)景2指定自由場(chǎng)景3起點(diǎn)終點(diǎn)到站臺(tái)時(shí)刻客流量/人場(chǎng)景1場(chǎng)景2指定自由場(chǎng)景3S1S210:001045252104S2S410:259459S1S310:001115556111S2S510:25126612S1S410:0094474794S3S410:459459S1S510:00235117118235S3S510:4536181836S2S310:148448S4S511:0021101121S2S410:145235S1S310:291688484168S2S510:1460303060S1S510:29242121121242S3S410:3443212243S3S510:491246262124S3S510:341135657113S1S210:361195960119S4S510:4526131326S1S310:361376869137S1S310:071979899197S1S410:3629141529S1S510:07213106107213S1S510:361618081161S3S510:27262131131262S2S310:46157815S1S210:151125656112S2S410:466336S1S310:151537677153S2S510:4641202141S1S410:1572363672S3S411:066336S1S510:151899495189S3S511:0638191938S2S310:25189918S4S511:1726131326

3.2案例結(jié)果及分析

根據(jù)第3節(jié)中的列車(chē)晚點(diǎn)-客流仿真模型求解得到各場(chǎng)景下的旅客上車(chē)分布情況，對(duì)旅客列車(chē)分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得不同場(chǎng)景下各車(chē)站不同時(shí)間站臺(tái)旅客聚集人數(shù)如圖5，其中車(chē)站S2和S4(小站)上下車(chē)客流小，本案例3個(gè)場(chǎng)景的小站站臺(tái)旅客聚集人數(shù)情況一致，故不作對(duì)比。各場(chǎng)景旅客總延誤見(jiàn)表5，旅客延誤分布情況見(jiàn)表6。

(a) 場(chǎng)景1-S1；(b) 場(chǎng)景2-S1；(c) 場(chǎng)景3-S1；(d)場(chǎng)景1-S3;(e)場(chǎng)景2-S3;(f)場(chǎng)景3-S3圖5　各車(chē)站不同時(shí)間旅客聚集人數(shù)/人Fig.5 Passenger stranding in different stations/person-time

表6　不同場(chǎng)景旅客延誤分布情況/人

結(jié)合圖5，表5和表6，使用自由席模式可以通過(guò)擴(kuò)充運(yùn)輸能力，加快輸送滯留旅客，降低旅客總延誤，表5所示在允許超員20%的條件下場(chǎng)景2和場(chǎng)景3旅客總延誤分別下降15.05%和30.82%，表6所示在允許超員20%的條件下場(chǎng)景2和場(chǎng)景3延誤少于5 min的旅客人數(shù)比場(chǎng)景1分別多489和916人。

但基于旅客乘車(chē)選擇原則3，即旅客更傾向選擇最快到達(dá)目的地的車(chē)次，由此造成某些車(chē)次過(guò)于擁擠旅客無(wú)法上車(chē)而導(dǎo)致更長(zhǎng)的等待時(shí)間。如在允許超員20%的條件下場(chǎng)景3，車(chē)站1最高聚集人數(shù)達(dá)到1 282人，部分旅客延誤時(shí)間大于20 min，就是因?yàn)槁每瓦x擇列車(chē)2而不選擇列車(chē)1造成列車(chē)2過(guò)于擁擠，導(dǎo)致旅客的再次滯留(圖5(c)紅圈部分)。因此采用自由席模式需要對(duì)旅客進(jìn)行一定的引導(dǎo)，避免旅客選擇集中于某些列車(chē)造成運(yùn)輸能力利用的不均衡。

4　結(jié)論

1)城際鐵路座席模式選擇是運(yùn)輸組織模式設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題，應(yīng)全面考慮正常和晚點(diǎn)情景下的運(yùn)輸組織情況確定城際鐵路的座席模式，充分發(fā)揮不同座席模式的優(yōu)點(diǎn)。

2)本文建立的列車(chē)晚點(diǎn)-客流分布仿真模型能實(shí)現(xiàn)城際列車(chē)晚點(diǎn)情景下不同坐席模式適用性的定量評(píng)價(jià)，為運(yùn)輸企業(yè)選擇座席模式提供決策參考信息?；诎咐每脱诱`及滯留情況，建議案例城際線(xiàn)路設(shè)置一定數(shù)量自由席，以減少列車(chē)晚點(diǎn)時(shí)的旅客延誤；同時(shí)，為避免列車(chē)晚點(diǎn)情景下，旅客過(guò)度集中選擇某些車(chē)次造成運(yùn)輸能力利用的不均衡，建議車(chē)站應(yīng)注意對(duì)旅客的引導(dǎo)。

3)此外，該仿真模型還可以用于求解不同自由席-指定席配置比例下的旅客延誤以及旅客滯留情況，輔助決策設(shè)定城際鐵路不同座席的配置比例。

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Study on influence of seat mode on passenger delay inintercity railway under train delay situation

ZHAO Lili, NIE Lei, FU Huiling

(School of Traffic and Transportation，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China)

Making a selection from the multiple seat modes is complex, which will lead to different influence on the passenger flow organization under normal or delay situation, since intercity railway shares the same characteristics with both trunk railway and urban rail transportation. Based on the analysis of intercity passengers’ travel strategy and the reference to seat management rules, the paper presents three kinds of seat modes varied from different distributions of reserved seats and unreserved seats. Then a train delay and passenger flow distribution simulation model adapted to different seat modes is established. The model was tested on a simplified real-world case to evaluate the passenger delay and passenger stranding in various seat modes. The computational results show that compared with reserved seat mode, the total passenger delay can be reduced by 15.05% and 30.82% respectively in “unreserved seat + reserved seat” mode and unreserved seat mode. Thus it was suggested that a certain amount of unreserved seats should be placed on the intercity trains to minimize the passenger delay.

intercity railway; train delay and passenger flow distribution simulation; unreserved seat; reserved seat; passenger delay

2015-10-11

交通運(yùn)輸部綜合規(guī)劃司科研資助項(xiàng)目(2015-2-3)；北京交通大學(xué)基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2014JBZ008)

聶磊(1970-)，女，湖南長(zhǎng)沙人，教授，博士，從事運(yùn)輸組織理論與技術(shù)研究；E-mail：lnie@bjtu.edu.cn

U293.5

A

1672-7029(2016)09-1851-08