城市軌道交通乘客上下車(chē)行為與停站時(shí)間研究*

陳伽申 蒲 琪 涂穎菲

(1.同濟(jì)大學(xué)鐵道與城市軌道交通研究院,201804,上海;2.上海軌道交通檢測(cè)技術(shù)有限公司,200331,上?！蔚谝蛔髡?碩士研究生)

城市軌道交通乘客上下車(chē)行為與停站時(shí)間研究*

陳伽申1蒲 琪1涂穎菲2

(1.同濟(jì)大學(xué)鐵道與城市軌道交通研究院,201804,上海;2.上海軌道交通檢測(cè)技術(shù)有限公司,200331,上?！蔚谝蛔髡?碩士研究生)

乘客的上下車(chē)時(shí)間是城市軌道交通列車(chē)停站時(shí)間的重要組成部分,而列車(chē)停站時(shí)間關(guān)系到軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)行效率。以上海軌道交通1號(hào)線彭浦新村站、2號(hào)線南京東路站為背景,結(jié)合實(shí)地?cái)?shù)據(jù)采集,分析不同客流特征下的乘客上下車(chē)行為;通過(guò)多元線性回歸模型指出了乘客上下車(chē)混行對(duì)上下車(chē)時(shí)間的影響。通過(guò)定量指標(biāo)的計(jì)算,對(duì)列車(chē)停站時(shí)間的組成進(jìn)行分析,指出了運(yùn)營(yíng)管理中應(yīng)關(guān)注無(wú)效停站時(shí)間在列車(chē)停站時(shí)間中過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，提出在保證乘客有足夠的時(shí)間完成上下車(chē)的前提下，盡量縮短列車(chē)的無(wú)效停站時(shí)間，從而提高城市軌道交通運(yùn)行效率的建議。

城市軌道交通; 乘客上下車(chē)行為; 列車(chē)停站時(shí)間

First-author′s address Insititute of Rail Transit, Tongji University, 201804,Shanghai,China

乘客的上下車(chē)時(shí)間是城市軌道交通列車(chē)停站時(shí)間的重要組成部分,對(duì)乘客上下車(chē)行為與時(shí)間特點(diǎn)的把控，將直接影響列車(chē)停站時(shí)間的確定，從而對(duì)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)組織管理產(chǎn)生影響。因此，在城市軌道交通運(yùn)行圖編制與修改工作中,分析乘客上下車(chē)行為特征、分析與改進(jìn)現(xiàn)有停站時(shí)間設(shè)置,對(duì)提高城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)行效率有重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)城市軌道交通乘客上下車(chē)行為與列車(chē)停站時(shí)間的研究已形成一定的成果。國(guó)外開(kāi)展此研究最早的是Kraft(1975)[1],他指出列車(chē)停站時(shí)間主要受上下車(chē)乘客數(shù)與列車(chē)車(chē)廂內(nèi)擁擠度影響。文獻(xiàn)[2]指出了不同的列車(chē)車(chē)型對(duì)乘客上下車(chē)時(shí)間的影響。文獻(xiàn)[3]以荷蘭軌道交通為背景,分析了乘客在站臺(tái)上不同的空間分布形式、不同的運(yùn)營(yíng)時(shí)間段和站臺(tái)的物理空間形狀等因素對(duì)列車(chē)停站時(shí)間的影響。文獻(xiàn)[4]針對(duì)乘客的上下車(chē)行為進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)乘客的上下車(chē)時(shí)間和乘客數(shù)量呈線性關(guān)系,與車(chē)廂內(nèi)擁擠度呈非線性關(guān)系。美國(guó)交通運(yùn)輸研究委員會(huì)(TRB)編寫(xiě)的《公共交通通行能力與服務(wù)質(zhì)量手冊(cè)》(Transit Capacity and Quality of Service Manual)[5]針對(duì)軌道交通停站時(shí)間的估計(jì)與評(píng)價(jià)提出了相關(guān)的定量分析方法。

國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)該領(lǐng)域的研究主要有:文獻(xiàn)[6]以北京地鐵作為觀測(cè)對(duì)象,得出了乘客上下車(chē)時(shí)間與上下車(chē)乘客數(shù)的回歸模型,并基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行修正,最終得到軌道交通停站時(shí)間的修正模型。文獻(xiàn)[7]以車(chē)站客流組織方法評(píng)價(jià)為目的,對(duì)北京軌道交通乘客上下車(chē)行為進(jìn)行仿真分析。文獻(xiàn)[8]運(yùn)用方差分析法對(duì)影響地鐵乘客上下車(chē)效率的因素進(jìn)行了定量研究,得到當(dāng)前的主要影響因素是人為因素。文獻(xiàn)[9]在研究地鐵站內(nèi)乘客疏散時(shí)間時(shí)對(duì)乘客下車(chē)時(shí)間進(jìn)行分析,建立了單門(mén)乘客下車(chē)時(shí)間與下車(chē)乘客人數(shù)的冪函數(shù)關(guān)系。文獻(xiàn)[10]研究城市軌道交通乘客上車(chē)的時(shí)間規(guī)律,建立了分段形式的乘客上車(chē)時(shí)間模型。

綜合國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn),對(duì)城市軌道交通乘客上下車(chē)行為與列車(chē)停站時(shí)間的研究通常采取實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析與仿真模型建立兩種方法。然而，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析法往往基于乘客完全遵守先下后上的假設(shè),與實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況有一定的出入;仿真模型法雖然能對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行更加微觀細(xì)致的分析,但仿真模型在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中的適用性上有一定的不足。本文基于現(xiàn)場(chǎng)站臺(tái)視頻資料的采集與處理，獲得乘客上下車(chē)階段流動(dòng)率、上下車(chē)人數(shù)等基本信息，探究乘客上下車(chē)時(shí)間的行為特征之間的關(guān)系。同時(shí)，以此為基礎(chǔ)，獲取列車(chē)停站時(shí)間組成，采用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析，指出目前軌道交通運(yùn)營(yíng)管理方面的問(wèn)題。

1 分析數(shù)據(jù)采集

本研究以上海軌道交通1號(hào)線彭浦新村站和2號(hào)線南京東路站為背景,對(duì)彭浦新村站2015年10月19—23日下行早高峰(7:30—8:30)和上行晚高峰(17:00—18:30)、南京東路站2015年10月12—16日上下行早晚高峰的站臺(tái)監(jiān)控視頻進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,得到乘客上下車(chē)行為與列車(chē)停站數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控資料的觀測(cè),南京東路站與彭浦新村站在工作日早晚高峰時(shí)間的客流特征有明顯的區(qū)別：南京東路站兩個(gè)方向早晚高峰時(shí)段的上下車(chē)客流分布比較平均,下車(chē)人數(shù)約占到上下車(chē)總乘客數(shù)的50%～55%；彭浦新村站上行晚高峰時(shí)段下車(chē)乘客數(shù)遠(yuǎn)大于上車(chē)乘客數(shù)(下車(chē)乘客數(shù)約占上下車(chē)總乘客數(shù)的85%),下行早高峰時(shí)段上車(chē)乘客數(shù)遠(yuǎn)大于下車(chē)乘客數(shù)(上車(chē)乘客數(shù)約占上下車(chē)總乘客數(shù)的94%)，且彭浦新村站客流在早晚高峰的方向不均勻性明顯,即上行早高峰與下行晚高峰時(shí)段客流壓力遠(yuǎn)小于上行晚高峰與下行早高峰時(shí)段。因此，本文在樣本選取與數(shù)據(jù)分類(lèi)時(shí),將彭浦新村站上行晚高峰與下行早高峰分開(kāi)統(tǒng)計(jì)，而南京東路站兩個(gè)方向與時(shí)間段不作分開(kāi)統(tǒng)計(jì),以此保證數(shù)據(jù)樣本的代表性。

2 乘客上下車(chē)行為分析

2.1 不同客流規(guī)模與客流特征下的乘客流動(dòng)率分析

乘客上下車(chē)行為分析針對(duì)單門(mén)乘客進(jìn)行,采用乘客流動(dòng)率作為描述乘客上下車(chē)行為速率的指標(biāo)。其計(jì)算方法如下:

(1)

表1為不同客流特征下南京東路站和彭浦新村站乘客上下車(chē)流動(dòng)率，可以看出,彭浦新村站上行晚高峰時(shí)段,乘客上下車(chē)的流動(dòng)速度最快,而彭浦新村下行早高峰時(shí)段,乘客上下車(chē)流動(dòng)速度最慢。這是因?yàn)楫?dāng)上車(chē)乘客數(shù)遠(yuǎn)大于下車(chē)乘客數(shù)時(shí),車(chē)廂內(nèi)外擁擠度較大,乘客順利上車(chē)需要的時(shí)間較長(zhǎng)。反之，當(dāng)下車(chē)乘客數(shù)遠(yuǎn)大于上車(chē)乘客數(shù)時(shí),車(chē)廂內(nèi)外擁擠度小,乘客上下車(chē)受到的干擾較小，步行速度較快。

表1 不同客流特征下乘客上下車(chē)流動(dòng)率

由于彭浦新村站的數(shù)據(jù)樣本中客流具有明顯的單向性,故上下車(chē)乘客出現(xiàn)混行(同一時(shí)間段內(nèi)乘客上車(chē)與下車(chē)行為同時(shí)發(fā)生)現(xiàn)象的比例較小(出現(xiàn)混行的樣本約占總樣本量的22%),而南京東路站上下車(chē)乘客數(shù)量分布比較均勻,出現(xiàn)上下車(chē)混行現(xiàn)象的頻率較高(出現(xiàn)混行的樣本約占總樣本量的75%)。故以南京東路站為研究對(duì)象,分析在不同上下車(chē)乘客數(shù)量下,混行現(xiàn)象對(duì)乘客流動(dòng)率的影響。有混行和無(wú)混行情況下的乘客上下車(chē)流動(dòng)率如表2、3所示。

由表2、表3可知,隨著上下車(chē)人數(shù)的增加,乘客的步行速度隨之上升;對(duì)于乘客上車(chē)與下車(chē)流動(dòng)率,混行現(xiàn)象將減緩乘客的步行速度,而對(duì)于乘客上下車(chē)流動(dòng)率,混行現(xiàn)象在一定程度上提高了上下車(chē)乘客整體的通行效率。

表2 不同客流規(guī)模下乘客上下車(chē)流動(dòng)率(存在混行)

表3 不同客流規(guī)模下乘客上下車(chē)流動(dòng)率(不存在混行)

2.2 回歸分析

國(guó)內(nèi)外針對(duì)軌道交通乘客上下車(chē)時(shí)間的研究發(fā)現(xiàn),乘客的上下車(chē)時(shí)間與上下車(chē)人數(shù)呈線性關(guān)系。本文將下車(chē)人數(shù)(A)和上車(chē)人數(shù)(B)分為非混行人數(shù)(A1和B1)與混行人數(shù)(A2和B2)兩部分,采用線性回歸方法,分析乘客人數(shù)與上下車(chē)時(shí)間(TA,TB,T)之間的關(guān)系。選取判定系數(shù)R2、顯著性指標(biāo)(Sig)與赤池信息準(zhǔn)則(AIC)作為評(píng)判指標(biāo),考察模型擬合質(zhì)量以及是否出現(xiàn)過(guò)度擬合現(xiàn)象?；貧w分析結(jié)果如表4所示。

由表4可以看出,模型分組2中,A2(B2)的系數(shù)均大于A1(B1);除了上下車(chē)總時(shí)間模型,模型分組2在擬合優(yōu)度與過(guò)度擬合指標(biāo)上均優(yōu)于模型分組1；對(duì)于上下車(chē)總時(shí)間模型,模型分組1和2中的AIC指標(biāo)相差極小(小于1)。由此可知,上下車(chē)乘客數(shù)量對(duì)乘客上下車(chē)時(shí)間的影響，混行階段大于非混行階段。

表4 回歸分析結(jié)果

3 列車(chē)停站時(shí)間分析

列車(chē)的停站時(shí)間一般包括列車(chē)開(kāi)關(guān)門(mén)作業(yè)時(shí)間、站臺(tái)清空時(shí)間、上下車(chē)結(jié)束至列車(chē)關(guān)門(mén)時(shí)間及車(chē)門(mén)關(guān)閉后的列車(chē)起動(dòng)時(shí)間。其中,站臺(tái)清空時(shí)間對(duì)軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)行效率有著最大的影響。對(duì)一個(gè)成熟高效的軌道交通系統(tǒng)來(lái)說(shuō),站臺(tái)清空時(shí)間在滿足乘客上下車(chē)需求的同時(shí)，應(yīng)盡量減小車(chē)廂內(nèi)乘客的等待時(shí)間。由于列車(chē)開(kāi)關(guān)門(mén)作業(yè)時(shí)間與車(chē)門(mén)關(guān)閉后列車(chē)的起動(dòng)時(shí)間一般較為固定,且僅受系統(tǒng)設(shè)備性能的影響,故本文重點(diǎn)關(guān)注停站時(shí)間中站臺(tái)的清空時(shí)間和乘客上下車(chē)結(jié)束至車(chē)門(mén)關(guān)閉之間的時(shí)間。南京東路站、彭浦新村站列車(chē)停站時(shí)間組成見(jiàn)表5。

從表5中可以看出,南京東路站和彭浦新村站早晚高峰時(shí)段的平均站臺(tái)清空時(shí)間均小于乘客上下車(chē)結(jié)束至車(chē)門(mén)關(guān)閉之間的時(shí)間,且站臺(tái)清空時(shí)間占整個(gè)停站時(shí)間的比例均小于30%,極端情況下僅有18.1%(彭浦新村站下行早高峰)。城市軌道交通車(chē)站高峰小時(shí)客流壓力大,站臺(tái)滯留情況時(shí)有發(fā)生,列車(chē)無(wú)效停站時(shí)間(列車(chē)關(guān)門(mén)后滯留在站臺(tái)的時(shí)間)過(guò)長(zhǎng)將導(dǎo)致乘客等待時(shí)間與出行延誤的增加,影響軌道交通系統(tǒng)的通行能力與運(yùn)輸效率。而世界上發(fā)展較為成熟的軌道交通系統(tǒng),如加拿大的多倫多與日本的東京,列車(chē)的有效停站時(shí)間占總停車(chē)時(shí)間的比例可達(dá)到60%甚至更高[6]。

表5 列車(chē)停站時(shí)間組成

在實(shí)際運(yùn)營(yíng)管理過(guò)程中,為使系統(tǒng)能對(duì)一些微小的運(yùn)營(yíng)誤差進(jìn)行調(diào)整,編制列車(chē)運(yùn)行圖時(shí),常在列車(chē)最小控制發(fā)車(chē)間隔與列車(chē)停站時(shí)間之間加入一定的運(yùn)營(yíng)裕量。《公共交通通行能力與服務(wù)質(zhì)量手冊(cè)》提出了一種基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的運(yùn)營(yíng)裕量計(jì)算方法,并以列車(chē)的發(fā)車(chē)間隔變異系數(shù)為考量系統(tǒng)服務(wù)可靠度的指標(biāo),以綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量[5]。具體計(jì)算方法如下[5]:

(2)

(3)

式中:

TEM——運(yùn)營(yíng)裕量;

Mi——發(fā)車(chē)間隔均值;

Md——停站時(shí)間均值;

Dd——停站時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差;

CI——控制發(fā)車(chē)間隔;

Cv——發(fā)車(chē)間隔變異系數(shù);

Di——發(fā)車(chē)間隔標(biāo)準(zhǔn)差。

根據(jù)式(2)、(3),對(duì)彭浦新村站和南京東路站運(yùn)營(yíng)裕量與可靠度指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 運(yùn)營(yíng)裕量與可靠度指標(biāo)計(jì)算

由表6可以看到,南京東路站上下行早高峰時(shí)段和彭浦新村站下行早高峰時(shí)段的估計(jì)運(yùn)營(yíng)裕量值為負(fù)值,且其對(duì)應(yīng)的可靠度指標(biāo)相對(duì)較大,這表明由于列車(chē)發(fā)車(chē)間隔時(shí)間值的離散性較大,降低了系統(tǒng)服務(wù)的可靠度,同時(shí)也導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法留出足夠的運(yùn)營(yíng)裕量對(duì)可能發(fā)生的微小運(yùn)營(yíng)偏差進(jìn)行自調(diào)節(jié);而彭浦新村站上行晚高峰時(shí)段的運(yùn)營(yíng)裕量遠(yuǎn)大于列車(chē)的停站時(shí)間,這將造成一部分乘客出行延誤的增加。根據(jù)美國(guó)交通運(yùn)輸研究委員會(huì)的調(diào)查,北美許多軌道交通系統(tǒng)在保證列車(chē)服務(wù)高可靠度的同時(shí),系統(tǒng)也預(yù)留了適當(dāng)?shù)倪\(yùn)營(yíng)裕量,如加拿大溫哥華的軌道交通系統(tǒng),其平均發(fā)車(chē)間隔為160 s,Cv=0.086 1，并預(yù)留了約50 s的運(yùn)營(yíng)裕量[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

本文從分析乘客上下車(chē)行為入手,對(duì)乘客上下車(chē)時(shí)間與列車(chē)停站時(shí)間進(jìn)行了建模與實(shí)例分析,主要包括:

(1) 通過(guò)對(duì)實(shí)地?cái)?shù)據(jù)的采集,分析了不同客流特征下的乘客流動(dòng)率特征,發(fā)現(xiàn)當(dāng)上車(chē)乘客數(shù)遠(yuǎn)大于下車(chē)乘客數(shù)時(shí),乘客上下車(chē)步行速率最慢,而當(dāng)下車(chē)乘客數(shù)遠(yuǎn)大于上車(chē)乘客數(shù)時(shí),乘客上下車(chē)步行速率最快;(2) 分析乘客上下車(chē)混行行為對(duì)上下車(chē)時(shí)間的影響,建立多元線性回歸模型,發(fā)現(xiàn)乘客的混行會(huì)對(duì)上下車(chē)時(shí)間產(chǎn)生顯著影響,而在相關(guān)研究中乘客完全遵守先下后上原則的假設(shè)會(huì)對(duì)分析結(jié)果帶來(lái)一定的誤差;

(3) 分析了列車(chē)停站時(shí)間的組成,以及在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中出現(xiàn)的無(wú)效停站時(shí)間過(guò)長(zhǎng)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行效率的影響,并采用《公共交通通行能力與服務(wù)質(zhì)量手冊(cè)》的計(jì)算方法對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,得到運(yùn)營(yíng)裕量的估計(jì)值,從而找出實(shí)際運(yùn)營(yíng)中服務(wù)可靠度較低、運(yùn)營(yíng)裕量不足的問(wèn)題。

本文研究基于上海軌道交通的運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀,也可為其他地鐵線路的規(guī)劃、建設(shè)與運(yùn)營(yíng)管理起到借鑒作用。例如，確定或調(diào)整列車(chē)在某車(chē)站的停站時(shí)間時(shí),不但要考慮該車(chē)站的客流規(guī)模,也要考慮其特定的客流特征,在保證乘客有足夠的時(shí)間完成上下車(chē)的同時(shí),盡量縮短列車(chē)的無(wú)效停車(chē)時(shí)間,以保證系統(tǒng)的運(yùn)行效率；在運(yùn)營(yíng)管理工作中應(yīng)保障列車(chē)正點(diǎn)率,以提高運(yùn)輸效率與服務(wù)可靠度,同時(shí)為系統(tǒng)留出足夠的運(yùn)營(yíng)裕量。

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On the Relation between Passenger Boarding Behavior and Train Dwelling Time

CHEN Jiashen, PU Qi, TU Yingfei

Passenger boarding time is a key factor to affect train dwelling time, the latter has great impact on the efficiency of rail transit system. Taking 2 Shanghai urban rail transit stations on Line 1 and Line 2 respectively as the study object, and through on-site observation, the passenger boarding behavior data according to different passenger flow characteristics are collected, the impact of passenger interweavement on alighting & boarding time is analyzed by using the linear regression model. Additionally, components of train dwelling time are analyzed through some quantitative indicators, corresponding shortcomings in daily operation are pointed out to ensure sufficient boarding time for passengers and shorten the invalid dwelling time of train.

urban rail transit; passenger boarding behavior; train dwelling time

*國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2015BAG19B01);上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)科研計(jì)劃項(xiàng)目(15DZ1204304)

U 293.6

10.16037/j.1007-869x.2017.01.014

2016-04-01)