城市軌道交通列車運行圖評估體系研究

吳啟琛

（中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司，陜西 西安 710043）

列車運行圖是行車調(diào)度指揮的重要基礎(chǔ)文件[1]。對其進行合理的綜合評估，可以反映出該計劃運輸組織的水平和能力，不僅對運輸服務(wù)的質(zhì)量提高和運行計劃的合理編制起到指導(dǎo)和反饋作用，還能極大促進現(xiàn)有資源的潛力和運力的挖掘、運能不足的有效彌補，以及地鐵運輸競爭力的提高[2]。

既有研究表示，運行圖編制和優(yōu)化方面的研究較為全面，但目前國內(nèi)外在運行圖質(zhì)量評估方面的研究與應(yīng)用稍顯薄弱。故本文以地鐵運行歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了地鐵列車運行圖評估的具體需求和基本準(zhǔn)則，在模糊層次分析法框架內(nèi)構(gòu)建了適應(yīng)城市軌道交通特性的評估指標(biāo)體系和模型。力圖為調(diào)圖人員提供調(diào)整依據(jù)，進一步提高列車運行圖調(diào)整質(zhì)量和調(diào)整效率，助力地鐵運輸效率和服務(wù)質(zhì)量的全面提升。

1 列車運行圖評估指標(biāo)體系

1.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

在建立地鐵運行圖質(zhì)量評估指標(biāo)時，必須滿足該指標(biāo)體系能夠概括地鐵運行圖特殊的要求[3]。一個科學(xué)的質(zhì)量評估指標(biāo)體系需要包含多方面指標(biāo)，能夠避免評估可能存在的單一性和局限性缺點，從而使得評估體系具有科學(xué)性和合理性。本文以相關(guān)技術(shù)和效益原則為標(biāo)準(zhǔn)，從以下方面出發(fā)選擇合適的指標(biāo)，構(gòu)建有效的評估指標(biāo)體系：（1）必須能夠?qū)Φ罔F運行圖實效目標(biāo)進行充分展現(xiàn)。（2）盡可能地保證指標(biāo)的全面性。（3）指標(biāo)需要具備可比性和普適性。

依據(jù)以上選取原則，結(jié)合地鐵運行圖的自身特點，本文采用的評估指標(biāo)分為基本靜態(tài)指標(biāo)、動態(tài)指標(biāo)、穩(wěn)定性指標(biāo)、客運服務(wù)指標(biāo)和運營指標(biāo)等五類，如圖1所示。

圖1 評估指標(biāo)體系

1.2 指標(biāo)計算方法

1.2.1 基本靜態(tài)指標(biāo)

列車的實際運行速度除了與運行線路的條件和車體自身能耗等因素有關(guān)外，列車運行圖的影響也至關(guān)重要。有關(guān)列車運行速度的指標(biāo)通常包括平均技術(shù)速度、平均直通速度、平均發(fā)車間隔和平均折返時間等，其計算方法與既有線相關(guān)指標(biāo)計算方法類似，可參考文獻[4]。

1.2.2 動態(tài)指標(biāo)

在運行圖實際運營使用中，列車會面對來自自身和外界的各種干擾，很難準(zhǔn)確地估計其受到干擾的程度和影響，故本文采用了列車運行計劃時間與實際時間的偏差值來描述這種動態(tài)關(guān)系。基于此，選擇到達偏差總時間、到達偏差平均時間、晚點列車所占比例、連帶晚點傳播比例、平均連帶晚點時間和平均停站偏差時間作為評估指標(biāo)。

本文定義到達站臺的計劃時間與實際時間差值為到達偏差，包含正負值，且指定正值為提前到達，負值為延遲到達，到達偏差值小于-30的數(shù)據(jù)定義為晚點數(shù)據(jù)。

（1）到達偏差總時間

到達偏差總時間為，列車從離開始發(fā)站截至到達終點站為止，沿途各個站臺的到達時間數(shù)據(jù)，實際與計劃時間偏差值之和。

（2）到達偏差平均時間

指列車在每個站的到達偏差數(shù)據(jù)平均值，即當(dāng)前列車的到達偏差總時間除以車站數(shù)。

（3）晚點列車所占比例

在一個評估周期內(nèi)，所有列車在所有站臺的發(fā)生晚點情況占列車到達站臺總次數(shù)的比例，其中將實際與計劃到達偏差超過30 s的數(shù)據(jù)視為晚點數(shù)據(jù)。

（4）連帶晚點傳播比例

連帶晚點指由于前行列車晚點造成后行列車晚點的現(xiàn)象，傳統(tǒng)的連帶晚點是指由前車引起的所有晚點情況。為了更加準(zhǔn)確地區(qū)分連帶晚點列車，遂定義連帶晚點列車的計算方法如下：對列車數(shù)據(jù)在除始發(fā)站外的各站實際到達時間為基準(zhǔn)進行升序排序，選取連續(xù)3輛或以上非晚點（到達偏差大于-30）到達的車輛，在這之后首次發(fā)生晚點的車輛將其視為自身晚點車輛。此車輛過后，到達此站臺發(fā)生晚點情況的車輛不間斷超過3輛，此種情況下，將除自身晚點列車外的晚點列車均視為連帶晚點情況。

統(tǒng)計發(fā)生連帶晚點的列車數(shù)量，將其與晚點的列車總數(shù)的比值視為列車連帶晚點傳播比例。

（5）平均連帶晚點時間

所有發(fā)生連帶晚點的列車，晚點時間偏差數(shù)據(jù)的平均值。

（6）平均停站偏差時間

該指標(biāo)為列車出站時間與到站時間之間的差值，由于停站時間相對運行時間來說較短，通常在一分鐘以內(nèi)，不方便設(shè)定晚點標(biāo)準(zhǔn)，此時以停站列車的實際時間和計劃時間的偏差值進行計算，平均停站偏差為總停站偏差值比上停站數(shù)據(jù)總數(shù)。

1.2.3 穩(wěn)定性指標(biāo)

高質(zhì)量的運行圖不僅能夠?qū)嚺c車以及車與站的關(guān)系進行合理協(xié)調(diào)，而且在列車運行遭受到干擾之后，能夠增加列車恢復(fù)到按運行圖圖定時間運作的可能性。于是，穩(wěn)定性是用作衡量抗干擾性能的關(guān)鍵指標(biāo)。

在制定地鐵運行圖時，一般會包含緩沖時間，緩沖時間的分布狀況以及大小決定著運行圖所具備的抗干擾能力。相關(guān)指標(biāo)計算方法參考楊意堅等人關(guān)于穩(wěn)定性評價的研究[5]。

1.2.4 客運服務(wù)指標(biāo)

（1）旅客滿意度調(diào)查

根據(jù)旅客對地鐵這種出行方式的舒適度、旅行時間滿意度等進行問卷調(diào)查，并根據(jù)其結(jié)果得出指標(biāo)：該調(diào)查的進行應(yīng)建立在一個合理的滿意度評估體系的基礎(chǔ)上。具體包括旅客乘車頻率、候車時間、購票方式、車站車廂環(huán)境滿意情況等，具體指標(biāo)可參考各城市旅客滿意度調(diào)查問卷，本文中不再展開敘述。

（2）乘客平均候車時間

在城軌系統(tǒng)運輸?shù)倪^程中，由于列車晚點、發(fā)車間隔以及列車擁擠度等因素的影響，乘客的候車時間相應(yīng)發(fā)生變化。通過降低發(fā)車頻率能夠提高列車的客運效率，但發(fā)車頻率過低會增加乘客的候車時間，降低其出行時間效率[6]。

1.2.5 運營指標(biāo)

（1）客流強度

地鐵線路每日的客運量與線路總里程的比值為該線路的負載強度，可用于對各個線路相關(guān)的運營效率及經(jīng)濟性進行評估。如果依據(jù)運營的里程來制定票價，客流強度還可以反映該線路每天的運營總收入。

（2）客流斷面不均衡系數(shù)

該指標(biāo)為線路當(dāng)天客流斷面的最大值與線路當(dāng)日時段客流斷面平均值的比值，反映了地鐵線路所承擔(dān)的客流均衡度，用以線路客運效率的評估[7]。

（3）運營利潤

運營利潤為總營收與總成本的差值，其中成本是運營總成本，包括公里成本、車公里成本等。

2 基于模糊層次分析法的指標(biāo)計算模型

相對于傳統(tǒng)的層次分析法而言，模糊層次分析法通過構(gòu)造模糊一致矩陣，降低指標(biāo)間相互關(guān)系的確定難度；同時，它還能避免傳統(tǒng)數(shù)學(xué)分析方法中，只有唯一解的不足。此外，它還具有較好的可擴展性，根據(jù)不同的重要性設(shè)置，得出指標(biāo)權(quán)重的解也會各不相同。

首先對文中設(shè)計的評估指標(biāo)體系中A、B兩層中的每個細化指標(biāo)制定兩兩間相互重要的程度。根據(jù)上述內(nèi)容，展開構(gòu)建模糊判斷矩陣F。矩陣中，第i行j列元素fi，j（i=0，1…a，j=0，1，…a）取值越大，說明i與j指標(biāo)間越相互重要。

其次，為了能夠得到有效合理的權(quán)值，需要借助于構(gòu)造模糊一致矩陣R=（ri，j）

式中：Si是模糊判斷矩陣第i行元素的和，由此得到的即為模糊一致矩陣。權(quán)重值ω為模糊一致矩陣R的第i行和與其矩陣內(nèi)所有元素之和的比值：

然后，借助線性隸屬度函數(shù)，將指標(biāo)全部進行歸一化計算。

模糊層次分析法得到的W是各層次指標(biāo)的權(quán)值，通過上述計算模型計算各列指標(biāo)的權(quán)值，可得到列車運行圖綜合評估結(jié)果E=W5×（E0，E1，E2，E3，E4）。

3 實例仿真

根據(jù)各指標(biāo)的計算公式，基于某地鐵線路一個月的實際列車運行數(shù)據(jù)，對列車運行圖數(shù)據(jù)進行綜合評估測試。

3.1 運行圖評估參考標(biāo)準(zhǔn)

運行圖評估計算結(jié)果數(shù)量較多，每個指標(biāo)的計算結(jié)果宜分為5個等級。每個等級的值域的制定工作一般由專家組借助相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)研究確定，本文根據(jù)本行業(yè)的一般標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗，將各指標(biāo)及綜合評估結(jié)果的評級數(shù)據(jù)統(tǒng)一設(shè)定，見表1。

表1 運行圖評估參考標(biāo)準(zhǔn)

3.2 測試結(jié)果

基于上文所述某地鐵線路一個月的實際列車運行數(shù)據(jù)，并選擇其中工作日、下行、平峰的列車運行圖數(shù)據(jù)進行綜合評估測試。

3.2.1 指標(biāo)計算

根據(jù)指標(biāo)的計算方法，對列車運行圖數(shù)據(jù)進行綜合評估測試，各指標(biāo)的計算結(jié)果見表2。

表2 評估指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

3.2.2 權(quán)重計算

首先，通過表示各指標(biāo)間相互重要程度的模糊判斷矩陣建立模糊一致矩陣，再通過公式（3）確定各指標(biāo)的權(quán)值。

計算各類指標(biāo)及綜合評估的結(jié)果見表3。

表3 綜合評估結(jié)果統(tǒng)計表

3.3 結(jié)果分析

由最終結(jié)果可得，本次綜合評估結(jié)果為0.54，綜合評估結(jié)果為一般，說明運行圖需要進行較大調(diào)整。本次評估結(jié)果中，穩(wěn)定性評估結(jié)果為較差，說明列車運行在遭受到干擾之后，能夠恢復(fù)到按運行圖圖定時間運作的能力較差；動態(tài)指標(biāo)、運營指標(biāo)結(jié)果為一般，其中晚點列車評估結(jié)果較差，調(diào)度員需要針對列車準(zhǔn)點率著重調(diào)整，并對動態(tài)和運營指標(biāo)相關(guān)影響因素進行微調(diào)。

4 結(jié)束語

本文分別從靜態(tài)速度、動態(tài)、穩(wěn)定性、客運服務(wù)及運營方面入手，構(gòu)建了地鐵運行圖綜合評估指標(biāo)體系。對基于模糊層次分析方法的評估過程進行研究，結(jié)合對列車運行歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，為仿真過程制定了相應(yīng)約束。最后采用仿真方法結(jié)合列車運行歷史數(shù)據(jù)，對本文擬采用的運行圖綜合評估體系進行了驗證。結(jié)果顯示評估選定的方法能夠正確有效地反應(yīng)地鐵運行實際情況，能夠快速鎖定影響列車運行圖質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)，為調(diào)圖人員提供調(diào)整依據(jù)，有助于地鐵運輸效率和服務(wù)質(zhì)量的全面提升。