郑州地铁1号线基于客流的行车调度研究

2014-11-27牛红霞王丽红

铁道运营技术 2014年4期

牛红霞，王丽红

（郑州铁路职业技术学院，1.副教授，2.讲师，河南郑州 450052）

城市轨道交通是以满足乘客出行需求为目标的，由于城市轨道交通客流具有时间、空间的不均衡性，这种不均衡性可以用相应的不均衡系数来描述，这种不均衡性必然影响影响行车组织和车辆调度形式。为此对客流特征进行分析是行车组织、运营调度的基本前提。通过对客流数据的分析，了解客流时空分布特征，计算时间、断面、方向和站点不均衡系数，为编制行车计划，确定列车运行间隔、调度形式提供依据，从而选择调度优化方案以更好地满足乘客出行需求。

1 客流的时空不均衡性分析

客流的变化主要体现在时间和空间分布变化两个方面，其变化的规律性可用时间、断面、方向和站点不均衡性进行说明〔1〕。

1.1 客流在时间上的不均衡性客流量在轨道交通运营时间内各个小时的分布是不均衡的。这种不均衡性一般用时间不均衡系数（Kt）表示，其计算方法是线路运营时间内第j小时的线路客流量与平均每小时线路客流量之比。即：

式中：Kt为线路运营时间内第j个小时不均衡系数；

Qj为线路运营时间内第j个小时客流量；

一般线路的Kt为2～3。线路往往以高峰小时的客流量作为确定配备车辆数的依据。高峰小时客流量的比重越大，需投入的车辆数越多。

1.2 客流在断面上的不均衡性根据客流的空间分布特征分析可知，在同一时间段内线路的一个方向上，各个路段的客流量不完全相同。同一时间段内一条线路各路段通过的断面客流量，可以显示出该线路在这个时间段内各路段的客流动态，这种断面的不均衡性，一般用断面不均衡系数（Ks）来表示，其计算方法是单位时间内城市轨道交通线路某断面客流量与平均断面客流量之比。即：

式中：Ksi为线路分时断面不均衡系数；

Qsi为线路单位时间内第i个断面客流量；

1.3 客流在方向上的不均衡性城市轨道交通线路上下行的客流量在同一时间内一般是不相等的。有的线各方向的运量几乎相等，而有的线路则差异很大。如通过郊区或通往工厂区的线路，上班时间从居住区到工厂方向的客流量较大，相反方向的客流量较小。在方向上的不均衡性一般用方向不均衡系数（Ka）表示，其计算方法是单位间内某条线路最大单向断面客流量与双向平均客流量之比。即：

式中：Ka为线路各个方向的不均衡系数；

1.4 客流在站点上的不均衡性在城市轨道交通线路上，全线各站进、出站总和的大部分往往集中在少数车站上，造成线路各个站点客流量的不均衡性，一般用站点不均衡系数（Ki）表示，其计算方法是运营线路在i站乘客集散量与沿线各停车站平均乘客集散量比。即：

式中：Ki为线路各个站点的不均衡系数；

Qi为统计时间内站点i的进、出站客流数；

2 基于客流的行车调度方案

2.1 解决客流时空不均衡性的行车组织原则

2.1.1 客流时间不均衡的行车组织原则一般情况下，行车组织计划是根据日客流分布时段的客流量计算开行相应的列车对数，全线按照日单位小时最大客流量配属运营车辆。但是这样便造成在全日非高峰运营时段，列车空载的情况比较严重。为了避免上述情况的发生，有以下2种解决方案：

1）在非高峰小时时段减少列车开行对数，加大列车的间隔时间。但这种方案会增加乘客的候车时间，降低了整个运营系统的服务质量。

2）在非高峰运营时段可以开行小编组列车，既可以保证列车的最大间隔时间不超过合理的时间，确保整个系统的服务质量，又不至于空载率过高，造成资源浪费，可以节约运营成本。运行小编组列车在车辆的选型和实际运营组织方面的可行性在文献〔3〕中有详细论述。

2.1.2 客流空间不均衡的行车组织原则对于Ka较大的线路，环形的轨道线路上可以考虑上行和下行线路安排不同的运力方法来解决。对于Ki较大的线路，一般采取在客流量大的区段加开区段列车的措施，即采用长短交路结合的行车组织方案〔2〕。但随着行车密度的增加，此方案对运营组织和车站的折返设备提出了新的要求。

2.2 车辆调度形式的确定方法

2.2.1 区间车调度形式的确定区间车调度形式可通过计算断面不均衡系数的方法来确定。判断区间车的运行区间，可按照以下步骤进行：

1）分别计算线路各断面不均衡系数；

2）当断面不均衡系数Ksi＞Ks0（一般取1.2～1.5）时，可考虑加开区间车。

3）综合考虑线路站距、折返点位置以及调度工作方便等因素，拟定可行的运行路段及站点；

4）确定区间车和全程车的运行参数，包括区间车、全程车的发车间隔、配备的线路车辆数、车型等；

5）编制区间车和全程车的行车计划。

2.2.2 大站快车调度形式的确定大站快车调度形式可通过计算站点不均衡系数或方向不均衡系数的方法来确定。考虑在线路上是否开行大站快车，可按照以下步骤进行：

1）计算线路上站点不均衡系数或方向不均衡系数；

2）当站点不均衡系数 Ki＞Ki0（Ki0一般取 1.4～2.0）时；或当方向不均衡系数 Ka＞Ka0（Ka0一般取1.2～1.4）时，可考虑大站快车。

站点不均衡系数准则：判断满足条件的站点，若满足条件，则大站快车在该城市轨道交通行车计划优化站点停靠。这种处理方法的目的主要是疏导大站点的集中客流。

方向不均衡系数准则：先判断开辟大站快车的方向，若满足条件，则在客流量低的方向开通快车，然后根据该方向的客流量分布情况，选定大站快车沿途停靠的站点。这种处理方法的目的主要是加快客流量较小方向的车辆周转。

3）确定大站快车和全程车的运行参数，包括大站快车、全程车的发车间隔、配备的线路车辆数、车型等；

4）编制大站快车和全程车的行车计划。在采用上述方法确定区间车或大站快车调度形式时，除了考虑客流因素以外，还需要结合路段条件、运营部门自身的组织与技术条件以及运输服务质量要求等多项因素作综合的分析，才能使得调度方案和措施具有良好的经济性、服务性和实用性。

3 郑州地铁1号线客流分析

3.1 郑州1号线路客流分布特点根据郑州1号线路客流数据绘制该线路断面客流的时间客流分布（见图1）和站点客流分布（见图2）。

图1 郑州地铁1号线分时客流分布

图2 郑州地铁1号线站点客流分布

从图1和图2可以发现1号线有以下特点：线路断面客流的时间分布变化较大，主要表现为双峰型。早高峰时间发生在7:0～9:00，晚高峰发生在17:00～19:00。断面客流的空间分布呈现中间大、两端小的特点，客流中心略偏东，全线28个区间中，有17个区间高峰量超过2万人，主要分布于凯旋路站-新郑州站站之间。

3.2 郑州1号线客流时空分布不均衡系数下面结合实际客流数据计算1号线客流时空分布不均衡系数。

3.2.1 时间不均衡系数的确定根据式1计算1号线时间不均衡系数，结果如表1所示。

表1 郑州轨道交通1号线时间不均衡系数

线路客流时间不均衡系数最大为3.18，且客流分布呈双峰型，在全日行车计划的编制过程中，应该对时间不均衡系数加以考虑。在不同时段安排不同的发车频率。

3.2.2 断面不均衡系数的确定根据式2计算1号线早高峰小时上行断面不均衡系数，结果如表2所示。

表2 1号线早高峰上行断面不均衡系数

1号线列车从首发站发车后逐站增加上车人数，中途各站的客流集散量较大，从而形成了线路中间客流量大，两端客流量小的正态分布现状，表现为断面的不均衡性。

1号线上行方向早高峰小时最大断面客流出现在紫荆山站—东明路站和东明路站—民航路站断面，断面客流不均衡系数为1.85。表明其断面客流的不均衡程度比较大。

以同样的方法计算1号线早高峰小时下行断面不均衡系数，得到下行方向最大断面客流量出现在紫荆山至东明路段。

3.2.3 方向不均衡系数的确定根据式3计算方向不均衡系数为1.009。Ka接近1，表明上下行方向客流比较均衡，可以认为在双向可以按照同样的运营间隔安排列车运行。

3.2.4 站点不均衡系数的确定根据式4计算1号线早高峰小时站点不均衡系数，结果如表3所示。

表3 1号线高峰小时站点不均衡系数

1号线全线各站客流集散量总和的大部分集中在个二七广场站、紫荆山站、体育中心站，站点客流的不均衡决定了各个站点的客运工作量、设备容量，在站点不均衡系数较大时需要合理安排AFC系统运营模式及工作人员，加强乘客进、出站的疏导。

4 1号线车辆调度形式选择与优化

4.1 车辆调度形式选择

4.1.1 区间行车调度形式的确定区间行车调度形式的确定采用断面不均衡系数的方法确定。因其客运高峰期间计划满载率较高，所以其判定条件取较小值1.2。由表2可知在路段12～22上，即郑州大学站至七里河站段断面不均衡系数Ksi＞K0s。结合运营部门现状、路段长度和路段环境分析，为了改善服务水平，可以考虑开设区间车。

4.1.2 大站快车调度形式的确定因1号线不存在客流的方向不均衡性，故大站快车调度形式采用站点不均衡系数的方法确定。

因其客运高峰期间计划满载率较高，所以其判定条件取较小值1.4。由表3可知仅在站点15、17、18、20上，即二七广场、紫荆山、东明路站、会展中心站4个站点，站点不均衡系数Ki＞K0i。结合运营部门现状、乘客出行距离和线路的其他一些因素分析，可以不考虑大站快车。

4.2 行车调度优化从图1中可知郑州地铁1号线全日客流呈双高峰形态，最大单位小时客流量约占全日客流量的17%左右。若取判定条件Kt0=2，由表1可知在 7:00～9:00 以及17:00～8:00 时段，Kti＞Kt0，所以如有必要可以在这2个高峰时段增加列车开行对数，提高轨道交通服务水平。

在运营的第一个小时及全日第二个高峰的后3个小时的运营时段，由于时间太早或偏晚，客流稀少，单位小时客流量约占全日客流量的2.7%，可以考虑在这4个运营时段开行小编组列车。

在解决空间不均衡性的运营调度方案方面，早高峰断面不均衡系数较大，考虑开行区间车，由于方向不均衡系数约等于1，在双向可以按照同样的运营间隔安排列车运行。