大客流條件下城市軌道交通客流控制策略研究

張愛萍

（蘭州市軌道交通有限公司 運(yùn)營分公司，甘肅 蘭州 730020）

0 引言

隨著我國城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，軌道交通客流快速增長對網(wǎng)絡(luò)客流動態(tài)分布的客流控制和安全運(yùn)營提出了更高的要求。在眾多運(yùn)輸手段中，軌道運(yùn)輸對我國的發(fā)展起著重要作用。軌道交通作為一種高速、大容量的運(yùn)輸方式，它的首要工作就是運(yùn)輸旅客。與其他公交相比，它具有線路固定、車站為集散地和大量客流量的特征。在大客流條件下，如何有效地進(jìn)行客流控制，是當(dāng)前需要認(rèn)真研究的課題。

城市交通是維持城市重要性和城市生活最重要的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)之一，發(fā)展多層次、三維和智能現(xiàn)代交通將是城市規(guī)劃和發(fā)展的目標(biāo)，開發(fā)適合大、中、小型客運(yùn)多種模式的良好運(yùn)輸系統(tǒng)將是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的重要措施，單靠道路擴(kuò)建并不能解決和改善城市交通的問題。現(xiàn)代城市需要適應(yīng)現(xiàn)代生活的現(xiàn)代交通，創(chuàng)造與城市發(fā)展相協(xié)調(diào)的交通模式，并將長期規(guī)劃的目標(biāo)與新的法規(guī)和發(fā)展相結(jié)合，必須建立一個方便城市交通的道路網(wǎng)，逐步改善公共交通服務(wù)，有機(jī)參與交通規(guī)劃，擴(kuò)大空間利用條件。隨著一些特大城市居民的擴(kuò)張，乘客出行需求以前所未有的速度增長，并引發(fā)了一系列交通問題。城市軌道交通由于大運(yùn)量、相對獨(dú)立、高速運(yùn)行、安全舒適等特點(diǎn)，對城市發(fā)展的影響越來越大，已成為城市公共交通的主要動脈，其運(yùn)營趨于網(wǎng)絡(luò)化。城市軌道交通大量涌入乘客時，站臺和站廳的出入口的客流量增大，而城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)比地面交通網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展更為復(fù)雜[1]。因此，各地區(qū)的建設(shè)單位和咨詢設(shè)計部門有必要提出一些指導(dǎo)性的建設(shè)方針和政策，對城市軌道交通的發(fā)展目標(biāo)和要求建立相對統(tǒng)一的認(rèn)識，使宏觀調(diào)控更加科學(xué)，從而在強(qiáng)調(diào)建設(shè)必要性的同時避免建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)錯誤指導(dǎo)的不良后果。為了確保城市軌道交通系統(tǒng)在大客流情況下的安全運(yùn)行，需要進(jìn)一步研究大客流時城市軌道交通的客流預(yù)測和控制。

1 大客流條件下城市軌道交通客流控制模型

大客流分布特點(diǎn)具體表現(xiàn)在以下幾個層面。一是大流量的群體規(guī)模大時空分布的差異，使得整個大流量群體呈現(xiàn)出很大的困難；二是與正常的每日客流相比，大客流具有不連續(xù)的特點(diǎn)，人流以一定的時間點(diǎn)迅速地聚集或消逝；三是與一般旅客的出行途徑分散不同，大客流量具有一定的規(guī)律性，例如交通來源、出行規(guī)劃目標(biāo)相同、出行路線相同等；四是大量的客流量可能會對運(yùn)營人員和旅客造成威脅，因此必須加強(qiáng)對各方面的監(jiān)管，降低對運(yùn)營企業(yè)的沖擊。進(jìn)站客流與車站原有客流的疊加將導(dǎo)致車站候車區(qū)客流密度增加[2]。列車到站時，隨著列車的運(yùn)行，大量的客流可能影響到其他車站，導(dǎo)致第二大客流的爆發(fā)。具體傳播過程如圖1所示。

圖1 車站發(fā)生大客流時的傳播過程

車站客流控制模型的目標(biāo)是最小化平均客流等待時間，同時考慮在最小客流安全損失值和客流控制之間最佳單位時間內(nèi)，車站的篩選乘客數(shù)量和放行乘客數(shù)量。車站的客流控制模型是一個非線性的多目標(biāo)規(guī)劃問題，史聰靈等通過權(quán)重系數(shù)法將其轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)規(guī)劃問題[3]。其中，多目標(biāo)非線性規(guī)劃目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化如下：

其中，λ1和λ2為各目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重。

采用自適應(yīng)粒子群優(yōu)化（APSO）算法來解決城市軌

道交通車站的客流控制模型。假設(shè)粒子i在搜索空間中的

式中m為粒子群的總數(shù)，d為解空間的維數(shù)，c1和c2為加速因子，粒子的速度范圍為[-υdmax，υdma]x。

2 大客流條件下城市軌道交通客流控制策略

城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急控制策略是在確保大客流安全的前提下采取最合理的措施加快大客流疏散，降低運(yùn)營事故風(fēng)險，可以從與城市軌道交通車站客流狀況相對應(yīng)的列車運(yùn)輸組織優(yōu)化和車站客流控制入手。

2.1 車站客流控制

假設(shè)到達(dá)車站的乘客的到達(dá)規(guī)律與某個時間段內(nèi)的泊松分布相對應(yīng)，在大客流的情況下，車站客流的突然增加限制了車站的分配。為了保證車站乘客的安全，在車站的容量有限的情況下，車站的流量控制力度也要隨之加大。依據(jù)調(diào)研車站的歷史控流時間和排隊(duì)時間，設(shè)定控流時間為7：30～9：40，粒度為5 min，時間單位為min。在式（1）中，λ1=1，λ2=0.4，APSO中的參數(shù)設(shè)置種群數(shù)量m=30，初始位置xi0=rand in（t1-30-[0100000]），i=1，2，3，…，30，最大迭代次數(shù)Tmax=100，維數(shù)d=30，初始位置 vi0=rand int（1-30- [-1-1]），i=1，2，3，…，30，最開始的慣性權(quán)重為vstart=1。當(dāng)?shù)螖?shù)增多時，慣性權(quán)重往往會減少，最后的慣性權(quán)重為vend=0.46。城市軌道交通車站各控流區(qū)域控制結(jié)果見表1。

表1 城市軌道交通車站各控流區(qū)域控制結(jié)果（單位：人）

流量控制的原則主要是確保主要的乘客集散點(diǎn)，如站臺和走廊的安全，并在旅客到達(dá)這些區(qū)域之前控制其流量。當(dāng)城市軌道交通車站在常態(tài)化站外控制客流量時，在07：30～08：50的放行時間為2 min。在08：00～08：50的平均放行時間為49 s。在正常情況下，控制流量后的人數(shù)明顯減少，釋放客流量時的人數(shù)則隨著早高峰的早期峰值而增加。表1為客流量控制結(jié)果顯示，當(dāng)大客流情況發(fā)生后，各個客流量控制區(qū)的放行人數(shù)有明顯下降趨勢，各個客流量控制區(qū)的排隊(duì)人數(shù)有明顯上升趨勢，這一情況在大客流發(fā)生15～20min后有明顯的特征。如果列車發(fā)車間隔增加導(dǎo)致運(yùn)力減少，滿載率達(dá)到極限，受影響車站的停靠次數(shù)將增加，導(dǎo)致站臺擁堵。客流量控制的結(jié)果也與實(shí)際情況相一致。

2.2 運(yùn)輸組織優(yōu)化

2.2.1 使用合理科學(xué)的客流運(yùn)營調(diào)整程序

現(xiàn)有的軌道線路客流較多，可以采取科學(xué)合理的交通控制措施，有效地疏導(dǎo)客流，能改善運(yùn)營質(zhì)量和運(yùn)營效率，避免由于客流對車站運(yùn)營造成的影響。當(dāng)出現(xiàn)大量交通事故時，相關(guān)部門要通過手機(jī)短信等方式，將相關(guān)信息及時告知公眾，采取主動、高效的措施將運(yùn)營部門掌握的運(yùn)營情況發(fā)送給旅客，并與軌道交通公安局取得聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)對旅客的有效疏導(dǎo)。若站點(diǎn)的旅客數(shù)量仍然在增加，則要立即通知鄰近的換乘站，做好“換乘站客流組織的緊急計劃”。當(dāng)車站客流大，且無法及時進(jìn)行有效的交通分流時，應(yīng)立即發(fā)布《換乘站客流組織應(yīng)急方案》，并嚴(yán)格執(zhí)行[4]。

2.2.2 制定有效的列車編組計劃

在制定列車編組計劃時，應(yīng)考慮車站的容量、發(fā)車間隔的列車和牽引類型。發(fā)車間隔的大小也取決于列車的數(shù)量。列車編組M的計算公式如下：

上式中，pmax表示單個路段的客流量，n表示單個路段每小時的最大列車數(shù)，cc表示車輛的最大容量。如果選擇車輛類型和交通密度來增加客流量，需要更多的編組車輛。由于短暫的大客流和有限的道路擁堵，可以根據(jù)大客流的空間和時間特征確定適當(dāng)?shù)慕煌ǚ桨福蕴岣哌\(yùn)輸能力，加快疏散乘客的速度。

2.2.3 采用科學(xué)合理的行車組織措施

首先，要對空車進(jìn)行合理的組織。由于車輛的數(shù)量是有限的，在高峰時期，所以需要通過合理地安排空車緩解交通擁堵；其次，立即動用備用車輛，調(diào)度中心根據(jù)現(xiàn)場的客流狀況，合理安排車輛在高峰時段的使用，備份車的投入運(yùn)營要綜合考慮站臺面積、車站客流、是否為轉(zhuǎn)運(yùn)站等因素；第三，靈活地調(diào)節(jié)行車交匯，對部分區(qū)間客流均衡不充分的路段，靈活地調(diào)整部分行車路線，使部分列車在小交路上通過折返站運(yùn)行，使高峰時段的行車密度進(jìn)一步增大，有效地疏導(dǎo)高峰時段的客流；最后，安排跨站的列車，在換乘站點(diǎn)發(fā)生了無法控制的事故時，調(diào)度中心會及時組織車輛越站，避免旅客下車撞下站臺。

2.2.4 加強(qiáng)票務(wù)組織力度

第一，生產(chǎn)預(yù)先準(zhǔn)備好的車票，由車站工作人員提前上報，經(jīng)批準(zhǔn)對于大流量運(yùn)行的預(yù)先生成車票，中央AFC可以按照車站的具體要求，設(shè)定好單程車票的起點(diǎn)名稱和數(shù)量，然后通過售票處銷售，滿足大流量情況下的營運(yùn)需求。第二，做好臨時性的工作，根據(jù)旅客的需求確定座位的設(shè)置，這樣可以在不對公司的業(yè)務(wù)流程產(chǎn)生任何干擾的情況下，讓旅客容易地買到單次機(jī)票。第三，提升購票和檢查的速率，當(dāng)火車站出現(xiàn)大量旅客，在月臺沒有太多旅客時，除TVM可以在檢票處進(jìn)行常規(guī)購票以外，還可以在售票處或票務(wù)處增設(shè)臨時車票或票據(jù)。在客流逐步增加的情況下，站內(nèi)工作人員要減慢驗(yàn)票器的速度，可以采用撤銷或關(guān)掉局域臺的方式完成。

3 結(jié)語

城市軌道交通便捷性和高安全性的特點(diǎn)，使它成為目前普遍接受的交通工具。隨著城市化進(jìn)程不斷加速，軌道運(yùn)輸在減輕城市交通擁堵中扮演著舉足輕重的角色。以城市軌道交通遇到大客流為背景，探討大客流在城市交通中的分布特點(diǎn)，研究城市軌道交通中的客流控制策略。針對軌道交通客流的非線性，通過權(quán)重系數(shù)法將其轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)規(guī)劃問題，采用APSO算法解決城市軌道交通車站的客流控制模型。結(jié)果表明，基于APSO算法的城市軌道交通車站的客流控制模型在計算車站客流控制時，由于迭代次數(shù)的增加，慣性權(quán)重逐漸減少，使得其最終的慣性權(quán)重Wend為0.46，為城市軌道交通運(yùn)營管理部門掌握大客流控制措施提供更好的支持。為了保障市民出行的安全性和便利性，相關(guān)工作人員必須及時采取措施應(yīng)對大流量的情況，保障軌道交通的正常運(yùn)行。