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1、城市轨道交通网络运营的优化决策技术,徐瑞华同济大学 运输管理工程系,随着城市化进程的不断推进，城市交通问题日益严重，大容量的公共交通方式成为问题的突破口和未来的发展方向。轨道交通作为大运量、速度快、污染低、安全、准点、舒适的公共交通比其他公交方式拥有更多的优势，逐渐在世界各国的城市交通中成为骨干，对城市的发展起着极大的推动作用。,1.城市轨道交通与城市发展,1.城市发展促进城市轨道交通发展,轨道交通的产生依赖于城市发展轨道交通是城市发展到一定阶段的产物，它是城市客运需求达到一个较高水平后，为了解决城市交通拥挤问题而提出的。轨道交通网络规模与城市发展 网络规模即城市所需要的轨道交通网络总长度。网
2、络规模大小与城市人口和用地规模相关。,轨道交通模式要与城市发展相适应 轨道交通系统根据技术指标的不同大体上可分为以下几类：有轨电车（Tramway）地铁（Metro）轻轨（Light Rail Transit，简称LRT）独轨交通（Monorail）自动化导向的轨道交通（Automated guide-way transit）磁悬浮交通（Maglev train）市郊铁路（Rural rail）,选择何种模式取决于城市的规模与客流情况。,1.城市发展促进城市轨道交通发展,轨道网络布局与城市空间结构紧密相关 单一中心均衡发展的城市一般是方格网结构，如墨西哥城。单一中心分散发展的城市比较适合于放射
3、状结构，如德国慕尼黑的地铁网。,墨西哥城地铁线网,慕尼黑地铁线网,1.城市发展促进城市轨道交通发展,多中心集中加分散发展的城市比较适应混合结构 伦敦轨道环线串联了27个地铁站，其中与5个伦敦火车站相连，每座车站又基本上是伦敦市区向伦敦大区辐射的放射形铁路的起点站，环线绕行到伦敦南方与泰晤士河并行，许多景点都聚集在此：白金汉宫、国会大厦、西敏寺、伦敦塔、泰晤士河游船等。,伦敦轨道交通网,1.城市发展促进城市轨道交通发展,轨道线路布设要与城市交通协调 轨道交通线路走向应符合城市客流集中的交通走廊，尽量在城市干道布设，并且应以最短、最便捷的路线连接车站、码头、航空港、大型商业区、居住区等客流集散量大
4、的场所，以减少线路的非直线系数和缩短居民的出行时间。,1.城市发展促进城市轨道交通发展,对城市结构的影响在轨道交通的建设初期，网络的结构要以城市结构为基础；在不断运营发展后，轨道网络又会对城市的土地使用布局和空间结构产生影响。城市轨道交通能够成为城市形态扩展的发展轴，有利于形成多中心的城市布局，并且引导卫星城的发展。,2.城市轨道交通建设促进城市发展,对城市结构的影响 环线：环线建设可以促使环线节点周边的土地开发，如果这种开发是大面积的低密度的开发，则可能使得城市向“摊大饼”状发展。这也是大多数环线很少单独修建、而是和放射线共建的原因。,2.城市轨道交通建设促进城市发展,对城市结构的影响放射线
5、无环放射式放射线将交通流引向市中心，能加强CBD的吸引和辐射能力，有利于市区向外发展，从而形成一条高密度的带状放射走廊。,斯德哥尔摩的放射轨道网,斯德哥尔摩依靠轨道交通引导城市拓展，称为国际推崇的典范。,2.城市轨道交通建设促进城市发展,对城市结构的影响放射线有环放射式 由穿越市中心区的径向线及环绕市区的环线共同构成。有放射式布局的特点，又有环线的特点。,莫斯科,环绕在CBD周围的环线，可以截住进入CBD的过境客流，将客流引导到其他放射线上，从而减少城市中心区的交通拥挤，如莫斯科和北京的地铁环线。,北京,2.城市轨道交通建设促进城市发展,对城市交通结构的影响 有利于改善城市交通条件和交通结构，
6、能够完善地区的交通网络，形成城市主导客运公交系统。对城市产业结构的影响城市轨道交通能够带动沿线房地产开发，以及相关的商业、服务业的发展。加快土地置换促进土地利用集约沿线房地产开发商业、服务业的聚集,2.城市轨道交通建设促进城市发展,有利于城市节能环保和可持续发展有利于城市经济的发展轨道交通线的投资成本构成中，土建工程约占了40%，其余主要是轨道、车辆、通信信号、牵引供电等设备投资。轨道建设投资的增加直接提供建材、建筑企业生产能力的利用率，创造新的就业机会，扩大对电力、交通运输的需求。轨道交通线网间接产生配套设施投资需求。在沿线新建的居住区、工业区或商贸区，还将带动配套的经济基础建设。,2.城市
7、轨道交通建设促进城市发展,轨道交通能够保持市中心的强大轨道交通能够有效解决市中心的交通拥挤问题，增强市中心的活力，从而促进市中心的发展；轨道交通快速、准点的特性，增强了轨道交通对周围地区的吸引力，许多城市把发展轨道交通作为复兴中心区的一种手段。比如，地铁通过的纽约曼哈顿岛57km2，聚集了160万居民，250万工作岗位，这是发达国家密度最高的地方。曼哈顿岛上的华尔街1.5km2，就业岗位达40万个，没有发达的轨道交通系统是无法支撑的。,2.城市轨道交通建设促进城市发展,2.国内外城市轨道交通网络,法国巴黎,英国伦敦,俄罗斯莫斯科,日本东京,美国纽约,韩国首尔,德国柏林,上海,上海轨道交通网（2
8、010年）,北京,苏州,3.城市轨道交通网络化运营的主要特点,经营管理主体多元化,城市轨道交通网络运营组织的基本特点,北京地铁运营有限公司,京港地铁有限公司,运营主体,网络线路形式、功能和制式多样化,M线,L线,R线,线路形式,城市轨道交通网络运营组织的基本特点,网络结构和规模复杂化,连通型网络,城市环线,大型换乘枢纽,网络结构,城市轨道交通网络运营组织的基本特点,列车运行方式多样化,共线运行,大小交路,分段交路,列车运行方式,综合交路,城市轨道交通网络运营组织的基本特点,与其他交通方式衔接需求的多重性,铁路(高速铁路),城际轨道交通,机场,其他交通方 式,高速公路,城市轨道交通网络运营组织的
9、基本特点,客流的高增长、波动性、网络性,F1,展览会,体育比赛,城市轨道交通网络运营组织的基本特点,城市轨道交通网络运营组织的基本特点,公众安全和反恐形势的严峻性,伦敦地铁爆炸,日本地铁沙林毒气,水灾,3.城市轨道交通网络运营的关键问题,3.1 网络票款清分及客流分布,清分影响因素,换乘模式,对运营主体的偏好,运营时间,旅行时间,拥挤程度,换乘便利性,路网结构,OD对路径上运营模式,确定性因素,不确定因素,几种清分方法,基于路网规模的清分方法,简单易行不考虑各个运营主体所提供的服务对整个路网客运周转贡献的差异在精确度、合理性上都存在问题,最短路径法,只考虑OD间的最短路径作为运费清分的依据不能
10、体现乘客路径选择的多样性，特别是在连通度较高的城市轨道交通网络中不能反映实际客流分布的实际状况,多路径选择概率法,考虑OD间乘客出行路径的多样性根据各路径的综合阻抗进行客流分配，从而计算出相应的清分比例；能更加体现运费收益清分的科学性,3.2 网络化运营的换乘枢纽建设,1）换乘枢纽,世纪大道,徐家汇,人民广场,换乘枢纽（一站多线）,世纪大道(2,4,6,9号线),6号线,4号线,2号线,9号线,换乘枢纽,人民广场（1,2,8号线）,换乘枢纽,徐家汇(1,9,11号线),2）换乘枢纽与现代服务业集聚区,日本品川商务集聚区 香港机场快线青衣站商务集聚区 上海规划了五角场、静安寺、徐家汇等现代服务业
11、积聚区,日本品川,连结东京和横滨方向的主要车站之一在这一地区日常入住企业的办公人员达到4万人，各项固定服务人员1万人以上，白天流动人员静态也在1万人左右。尽管人员众多，但这里白天地面上人流车流都很少，所有时段都没有交通拥堵，集聚区间的休闲广场上鸟语花香与忙而不乱的地面形成鲜明对比的是，品川地下通道里暗流涌动，车流、人流此起彼伏。品川的大多数车辆在地下流动和停泊，轨道交通的出入人流在地面以上，而高耸的楼宇则为工作、购物和生活提供了广泛的空间。,3）综合交通枢纽,虹桥枢纽高速铁路磁浮交通机场城市轨道交通公共交通,综合交通枢纽,上海南站铁路磁浮交通城市轨道公共交通,3.3 网络化运营的资源共享,资源
12、共享,资源共享是轨道交通网络化运营管理的重要组成部分。多条线路共用控制中心、车辆段与综合维修基地、主变电站、换乘站、办公设施、备品配件等资源的共享。统一对共用设施设备的合理统筹布置，减少重复设施设备投资，维修养护规模效益得以体现。资源共享还体现在管理成本、管理人员、工作人员的配备上。如果统一管理，新线投入使用时，仅需补足新增设施或维修、操作人员缺口即可，其余共用设备的检修人员完全可以与其他线路分享；而运营管理人员几乎不需要增加；这样直接降低了人员工资成本，同时减少了日常运营管理成本，运营管理规模效益得以充分体现。,3.4 网络化运营的技术支持ACC,TCC(COCC,ETC)等系统的建设,1）
13、网络票务中心ACC,轨道交通“一票换乘”的实现是网络化运营的基础和前提“一票换乘”建立在所有的线路均采用了统一的票务系统车票制式、系统接口和清分规则上的。票款的清分、客流的统计等,2）综合运营协调中心COCC,随着轨道交通网络化进程的推进，运营管理将逐步由单线独立运营管理向多线综合运营管理的方向发展，从而形成轨道交通网络化运营新局面。要求我们在提高各线路经营管理、运营组织和调度指挥工作水平的同时，进一步提高网络化运营的整体有效性、安全性和可靠性、各线路运营的相互协调性。有必要建立一个通过高技术支持的轨道交通综合运营协调中心（Comprehensive Operation Coordinatio
14、n Center，简称COCC），以实现轨道交通网络中各条线路有效、合理、协调地运作，最大限度地满足客流的需求，充分发挥系统的整体能力和综合效益，确保系统的运营安全和可靠性,对重大突发事件的处理能力是体现城市现代化程度的一个重要标志。在轨道交通运营中有可能发生故障事故、恐怖暴力、自然灾害以及人为破坏等重大突发事件，为确保轨道交通网络运营的安全可靠，保护人民生命财产不受或少受损失，保证城市社会生活的正常进行迫切需要建立一个与上海城市功能相匹配的，具有现代化国际大都市水准的轨道交通应急中心（Emergency Treatment Center，简称ETC）。当发生重大突发事件时，有关人员可集中在应
15、急中心，通过专用的通信设施和指挥手段，了解、汇总有关场所的语音、视频和数据信息，实施应急指挥。该中心还可作为全市应急联动中心的一个重要组成部分。,3）应急中心ETC,3.5 网络化运营的可靠性,事件：影响城市轨道交通系统运营安全和可靠性的因素的统称,故障：因设备质量原因或操作不当引发设备无法正常使用，须人工干预或维修的事件,事故：因为故障或工作人员操作不当引起的造成人员伤亡、设备损坏、影响可靠性或危及运营安全的事件,突发事件：由故障、事故或其他原因（人为、环境、社会事件等）引起的突然发生的，严重影响或可能影响运营安全与秩序的事件,事故故障,产生的随机性,延误的传播性,处置及时,产生的机理,传播
16、的特点,预案,城市轨道交通网络运营可靠性管理,城市轨道交通网络运营可靠性,预警技术,预防技术,处置技术,评估技术,3.6 网络化运营的人才培养,每建设1km城市轨道线路，需要60名左右管理及技术人员 国际城市轨道交通职业人才配备标准我国城市轨道交通设计人才数量紧张，设计人员力量投入不足，容易导致设计不够仔细。管理人才也十分缺乏，按照一个地铁站需要10个管理人员的配额计算，到2015年北京城市轨道交通需要17000人，而目前北京地铁管理人员只有3000人。黄卫，2010中国国际轨道交通与城市发展高峰论坛,巨大的人才需求市场：服务于轨道交通建设、运营管理的人才多方面的人才需求领域：在设计、施工、设
17、备制造、运营管理、教师培训、施工设备等各个方面多层次的人才需求结构,4.城市轨道交通网络化运营的优化决策技术,4.1 客流的精细化统计分析,几种清分方法,基于路网规模的清分方法,简单易行不考虑各个运营主体所提供的服务对整个路网客运周转贡献的差异在精确度、合理性上都存在问题,最短路径法,只考虑OD间的最短路径作为运费清分的依据不能体现乘客路径选择的多样性，特别是在连通度较高的城市轨道交通网络中不能反映实际客流分布的实际状况,多路径选择概率法,考虑OD间乘客出行路径的多样性根据各路径的综合阻抗进行客流分配，从而计算出相应的清分比例；能更加体现运费收益清分的科学性,根据有效路径的综合出行阻抗计算其分
18、担客流的比例。,考虑换乘及拥挤程度等因素对路径的客流分担比例进行修正。,两阶段：客流在OD间不同出行路径上分配比例的确定分两个阶段完成。,1.基础数据管理（网络描述）2.阻抗函数的建立3.K短路算法4.参数的标定,多路径概率分配模型及方法,路径客流分配比例,路径中各运营主体承担的运距比例,双比例：分别按OD间多条有效路径之间的客流分配比例和每一路径中不同运营主体（按线路）承担的运距比例进行最终的清分。,1.路径分配模型2.路径修正模型3.路径及比例生成4.参数的标定,断面客流,换乘客流,轨道交通网络化运营管理的辅助决策,城市轨道交通网络可预知大客流影响分析,4.2 车站客流的分布规律,国内外研究现状,LEGION,国内外研究现状,日本铁道综合技术研究所客流仿真系统,国内外研究现状,轨道交通车站客流分布仿真,4.3 网络运营计划,列车运行图的计算机编制,系统总体模块结构,图形化、可视化、一体化,智能化、交互式、综合性,多形式、多格式、多接口,城市轨道交通网络列车开行方案编制,城市轨道交通网络运营计划换乘节点及首末班车的衔接协调,4.4 网络运营的应急处置,轨道交通应急处置辅助决策系统,轨道交通应急处置辅助决策系统,谢谢,
