地鐵Y型線路開(kāi)行方案優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

胡恩保，曠馳俊，范子豪，陳庭旭，朱 海，王穎琦，徐小明

（合肥工業(yè)大學(xué) 汽車(chē)與交通工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

1 引言

隨著我國(guó)軌道交通的迅猛發(fā)展，大量新線投入運(yùn)營(yíng)，眾多城市構(gòu)建了以軌道交通為主干的城市新型公共交通體系[1]，地鐵線路開(kāi)通運(yùn)營(yíng)后會(huì)在一段時(shí)期內(nèi)呈現(xiàn)客流斷面的不均衡分布特性。軌道交通建設(shè)周期長(zhǎng)、投資大，絕大部分建設(shè)工程帶有一定的超前性及土地開(kāi)發(fā)引導(dǎo)性，因此在地鐵線路運(yùn)營(yíng)方面，應(yīng)根據(jù)近遠(yuǎn)期不同的客流發(fā)展情況，調(diào)整運(yùn)營(yíng)組織模式、優(yōu)化列車(chē)開(kāi)行方案，在滿足乘客出行需求的前提下，盡量縮減運(yùn)營(yíng)成本，改善運(yùn)營(yíng)狀況[2]。

國(guó)內(nèi)已有的對(duì)于Y型地鐵線路運(yùn)營(yíng)方案的研究?jī)?nèi)容較少，且大部分更加側(cè)重于對(duì)個(gè)例的分析，研究的成果缺乏一定的普適性。李馳宇和張莉在杭州地鐵一號(hào)線現(xiàn)有硬件設(shè)施的基礎(chǔ)上，根據(jù)城市的近遠(yuǎn)期規(guī)劃方案，提出了杭州地鐵1號(hào)線Y型線路在初、近期線路高效運(yùn)營(yíng)、遠(yuǎn)期拆分的運(yùn)營(yíng)計(jì)劃[3]。楊恒對(duì)于廣州地鐵14號(hào)線的現(xiàn)有路線設(shè)計(jì)提出開(kāi)通初期采用快慢車(chē)及Y型交路組合運(yùn)行模式[4]。張咪則在廣州地鐵14號(hào)線開(kāi)通初期的快慢車(chē)及Y型交路組合運(yùn)行模式的背景下對(duì)運(yùn)行圖規(guī)劃進(jìn)行了實(shí)例分析[5]。

由于地理原因，我國(guó)現(xiàn)有的Y型地鐵線路運(yùn)營(yíng)方案各不相同。針對(duì)該問(wèn)題，本文將通過(guò)分析含支路的地鐵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、乘客OD（Origin-Destination）需求、列車(chē)運(yùn)能以及列車(chē)運(yùn)行約束等，構(gòu)建模型優(yōu)化Y型線路列車(chē)開(kāi)行方案，令其具有普適性并基于研究成果開(kāi)發(fā)列車(chē)運(yùn)行方案優(yōu)化快速響應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠進(jìn)行快速反應(yīng)并通過(guò)內(nèi)部的算法自動(dòng)輸出相應(yīng)的改進(jìn)方案供決策者參考，為地鐵公司對(duì)線路運(yùn)營(yíng)方案進(jìn)行靈活調(diào)整提供方便。

Y型運(yùn)行交路也是城市軌道交通基本交路模式之一，適用于共線段和支線段客流不均勻的線路，為減少支線乘客換乘次數(shù)，將兩條支線均采用貫通式交路組織形式，主線則采用共軌運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)共線段與支線段運(yùn)量與運(yùn)能的匹配。在Y型地鐵線路上存在兩個(gè)行車(chē)方向，一般采用1：1開(kāi)行的行車(chē)組織方式，在一些不同支線客流量嚴(yán)重不平衡的線路上，還會(huì)采用1：2開(kāi)行的行車(chē)組織方式。事實(shí)上，除了調(diào)整發(fā)車(chē)頻率，另一種解決客流分配不平均和線路過(guò)長(zhǎng)的方法是“拆分線路”，即獨(dú)立式運(yùn)營(yíng)模式。獨(dú)立式運(yùn)營(yíng)模式是指主、支線各成交路開(kāi)行獨(dú)立運(yùn)營(yíng)，跨區(qū)域的乘客全部在節(jié)點(diǎn)站進(jìn)行換乘。因此，獨(dú)立運(yùn)營(yíng)可以理解為主線和支線是兩條獨(dú)立的線路。我國(guó)現(xiàn)已存在多條Y型地鐵線路，如杭州地鐵1號(hào)線、上海地鐵11號(hào)線、成都地鐵1號(hào)線等（如圖1）。

Y型線路因時(shí)段變化等因素導(dǎo)致運(yùn)行方案復(fù)雜多變，且主路與支路在高峰時(shí)段的行車(chē)間隔計(jì)算十分復(fù)雜。目前，具體運(yùn)營(yíng)方案還需要有經(jīng)驗(yàn)的管理人員來(lái)判斷實(shí)施。但人工判斷又常常會(huì)導(dǎo)致客流量與運(yùn)能不匹配的問(wèn)題，從而增加城市公共交通的負(fù)擔(dān)。

本文擬通過(guò)運(yùn)用對(duì)列車(chē)運(yùn)行機(jī)理進(jìn)行分析的方法，提出不同的運(yùn)行方案并建立靜態(tài)的確定性參數(shù)數(shù)學(xué)模型來(lái)對(duì)現(xiàn)有地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化?；诖四Ｐ停煌牡罔F線路能根據(jù)對(duì)其實(shí)際情況的分析，在運(yùn)營(yíng)成本和乘客滿意度之間取得平衡，最終得出一套較為完善和科學(xué)的運(yùn)營(yíng)方案。

圖1 杭州地鐵1號(hào)線、上海地鐵11號(hào)線、成都地鐵1號(hào)線線路走向示意圖

2 設(shè)計(jì)思路與系統(tǒng)構(gòu)建

2.1 核心設(shè)計(jì)思路

通過(guò)設(shè)定一個(gè)現(xiàn)行地鐵運(yùn)營(yíng)線路擁擠度系數(shù)K0，再由既定的公式得到單位時(shí)間線路運(yùn)能Cij、在軌列車(chē)數(shù)n、理論發(fā)車(chē)間隔t，再通過(guò)比較如發(fā)車(chē)間隔t與最小發(fā)車(chē)間隔tmin（tmin可由既定公式得到，也可根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范由地鐵運(yùn)營(yíng)方輸入）等變量的大小來(lái)選擇合理的優(yōu)化方案。

2.1.1 擁擠度。擁擠度（本文中用K0值表示）即方案中的服務(wù)水平，一定時(shí)間內(nèi)反映線路上運(yùn)行車(chē)輛乘客滿載程度的相對(duì)值。擁擠度是衡量車(chē)輛利用程度的指標(biāo)，是體現(xiàn)城市公共交通服務(wù)質(zhì)量和水平的重要指標(biāo)，也是公共交通營(yíng)運(yùn)調(diào)度部門(mén)編制營(yíng)運(yùn)作業(yè)計(jì)劃以及進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)度的依據(jù)之一[6]。從國(guó)內(nèi)主要地鐵來(lái)看，高峰小時(shí)最大列車(chē)擁擠度K0二三線城市控制在0.8-1，一線城市控制在1-1.2較為合理[7],而在北京，廣州等地，個(gè)別線路的擁擠度達(dá)到了1.43[8]。所以本文K0取值范圍為0.8-1.5。

2.1.2 單位時(shí)間線路運(yùn)能。單位時(shí)間線路運(yùn)能Cij是在考慮到列車(chē)擁擠度的前提下所提出的一個(gè)假定運(yùn)能，若在已有條件下可以滿足該需求，那么認(rèn)為當(dāng)前線路運(yùn)營(yíng)能保持在合理范圍內(nèi)。反之，若該需求無(wú)法得到滿足，則認(rèn)為當(dāng)前運(yùn)營(yíng)方式存在一定的問(wèn)題，需采取相應(yīng)的優(yōu)化或修改。

2.1.3 在軌列車(chē)數(shù)。在軌列車(chē)數(shù)n是由當(dāng)前所需運(yùn)能和單趟列車(chē)運(yùn)力為條件所計(jì)算出的一個(gè)理論值，它代表了為滿足當(dāng)前客流量單條線路所需要的同時(shí)在軌列車(chē)數(shù)。

2.1.4 理論發(fā)車(chē)間隔與最小發(fā)車(chē)間隔

（1）理論發(fā)車(chē)間隔t代表了為滿足當(dāng)前客運(yùn)服務(wù)水平，某一線路兩趟相鄰列車(chē)發(fā)車(chē)之間的時(shí)間間隔。

（2）最小發(fā)車(chē)間隔tmin是在某一線路投放的列車(chē)數(shù)達(dá)到運(yùn)營(yíng)方現(xiàn)有能力或線路現(xiàn)有條件的最大值時(shí)，所計(jì)算出的一個(gè)發(fā)車(chē)間隔的最小臨界值。

如果線路的閉塞區(qū)間數(shù)D大于等于投放列車(chē)總數(shù)N時(shí)，則最小發(fā)車(chē)間隔：

（N為運(yùn)營(yíng)方正常能投入該線路運(yùn)行的列車(chē)數(shù)）（4）

而當(dāng)線路的閉塞區(qū)間數(shù)D小于可以投入該線路運(yùn)行的列車(chē)總數(shù)N時(shí)，由于此時(shí)可以同時(shí)在軌的列車(chē)數(shù)只能小于等于閉塞區(qū)間數(shù)，因此最小發(fā)車(chē)間隔：

tmin=3 600/D（s）（D為線路的閉塞區(qū)間數(shù)）（5）

2.2 運(yùn)營(yíng)方案優(yōu)化

運(yùn)營(yíng)方案的優(yōu)化是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，是通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的逐層分析和計(jì)算來(lái)獲得當(dāng)前地鐵Y型線路運(yùn)營(yíng)方案的優(yōu)化結(jié)果。在該設(shè)計(jì)方案中，首先需要確定的是：如果當(dāng)前地鐵Y型線路的擁擠度高于給定的K0值，是否可以通過(guò)調(diào)整Y型線路中由共線段發(fā)往兩條支線方向列車(chē)的開(kāi)行比例來(lái)解決。如圖2所示，即調(diào)整由共線段①發(fā)往支線②和支線③的列車(chē)開(kāi)行比例M（M為單位時(shí)間內(nèi)由共線段發(fā)往支線②和支線③的列車(chē)數(shù)之比）。所以第一步通過(guò)已有客流量數(shù)據(jù)即共線段①的單位時(shí)間客流量V1，支線②的單位時(shí)間客流量V2，支線③的單位時(shí)間客流量V3及服務(wù)水平計(jì)算獲得單位時(shí)間線路運(yùn)能Cij。在固定的列車(chē)最大運(yùn)能C0下可以得出完成單位時(shí)間線路運(yùn)能所需列車(chē)的數(shù)量n。在已知單位時(shí)間所需在軌列車(chē)數(shù)n的前提下，結(jié)合發(fā)車(chē)間隔計(jì)算公式即可獲得由共線段發(fā)往支線②和支線③的列車(chē)發(fā)車(chē)間隔t12、t13及開(kāi)行比例M。若此開(kāi)行比例及發(fā)車(chē)間隔在現(xiàn)有的場(chǎng)站及線路等條件限制下能夠?qū)崿F(xiàn)，則輸出此建議發(fā)車(chē)間隔與開(kāi)行比例。反之在驗(yàn)證后無(wú)法實(shí)現(xiàn)此發(fā)車(chē)間隔與開(kāi)行比例，則表明在對(duì)列車(chē)運(yùn)營(yíng)的服務(wù)水平調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)值以內(nèi)時(shí)，引起的發(fā)車(chē)比列與發(fā)車(chē)間隔的變化已經(jīng)超出地鐵運(yùn)營(yíng)方當(dāng)前已有的運(yùn)營(yíng)能力了，故改進(jìn)方案不可行，此時(shí)只能進(jìn)行線路的拆分方案。此過(guò)程如圖3所示。

對(duì)于拆分方案，為了增大資源的利用率，減少空載或少載的浪費(fèi)，優(yōu)先考慮將所求出的支線建議發(fā)車(chē)間隔與共線段發(fā)車(chē)間隔接近的合并，而將另一條支線拆分出去。合并后的一條線路客流量則為原共線段和并入共線段運(yùn)行的支線客流量之和。若將支線③并入共線段運(yùn)營(yíng)，則該線路的客流量表示為Vp1，而拆分出來(lái)單獨(dú)運(yùn)營(yíng)的支線②的客流量用Vp2替代原支線②的單位時(shí)間客流量V2；而對(duì)于另一種拆分方案，則單獨(dú)運(yùn)營(yíng)的主線客流量用Vp3表示，拆分出來(lái)的支線單位時(shí)間客流量用Vp4替代。另外列車(chē)的單趟運(yùn)行時(shí)間也會(huì)隨著線路的合并或者拆分而發(fā)生變化，同時(shí)由于兩條獨(dú)立運(yùn)行的線路較原Y型線路相互之間的交叉干擾減少，尤其是對(duì)于原支線段，線路的拆分致使發(fā)車(chē)間隔可進(jìn)一步縮短，極大的提高了支線的運(yùn)輸能力。各線路列車(chē)的理論發(fā)車(chē)間隔的計(jì)算方法與2.1中的方法一致，tp1和tp1min表示將支線③與共線段結(jié)合成一條獨(dú)立線路運(yùn)營(yíng)時(shí)的建議發(fā)車(chē)間隔與進(jìn)行方案合理性檢驗(yàn)時(shí)必要的該線路正常運(yùn)營(yíng)條件下所能允許的最小發(fā)車(chē)間隔，而此時(shí)原支線②作為拆分出來(lái)單獨(dú)運(yùn)營(yíng)的線路其建議發(fā)車(chē)間隔與最小發(fā)車(chē)間隔分別用tp2和tp2min表示；同理可得另一種拆分方式的主線建議發(fā)車(chē)間隔與最小發(fā)車(chē)間隔tp3、tp3min及支線間隔tp4、tp4min。最后對(duì)結(jié)果即理論發(fā)車(chē)間隔進(jìn)行檢驗(yàn)，如滿足實(shí)際要求，則將結(jié)果輸出。如圖4及圖5所示。

如不滿足要求，再考慮另一種拆分方案。即將原優(yōu)先選擇拆分出去的支線與共線段合并，這樣雖然增加了平峰時(shí)期的資源消耗，但同時(shí)也使客流高峰期時(shí)最大運(yùn)營(yíng)能力增加，更好地滿足客流需求。計(jì)算過(guò)程與上述一致，此處不再贅述，計(jì)算出結(jié)果后，對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，滿足要求則將其輸出，如再次不滿足要求，則備選方案都無(wú)法滿足當(dāng)前客流需求。如圖6及圖7所示。

圖2 Y型城軌線路示意圖

圖3 程序流程圖（一）

圖4 程序流程圖（二）

程序流程圖注釋：

（1）圖中輸入的TF、TF1、TF2、TF3、TF4的值是用于判斷是手動(dòng)輸入最小發(fā)車(chē)間隔還是由系統(tǒng)自帶公式計(jì)算得出最小發(fā)車(chē)間隔。

（2）在程序拆分線路的步驟中變量名后綴1、2、3、4分別代表共線段與支線③合并后的線路1，支線②被拆分出獨(dú)立運(yùn)行形成的線路2，共線段與支線②合并后的線路3，支線③被拆分出獨(dú)立運(yùn)行形成的線路4；主線1表示Y型線路的共線段①部分。

圖5 程序流程圖（三）

（3） ||t1-t12、 ||t1-t13分別表示共線段與支線②理論發(fā)車(chē)間隔差值的絕對(duì)值和共線段與支線③理論發(fā)車(chē)間隔差值的絕對(duì)值。

（4）t12指從共線段開(kāi)往支線②方向列車(chē)的發(fā)車(chē)間隔，t13指從共線段開(kāi)往支線③方向列車(chē)的發(fā)車(chē)間隔。

圖6 程序流程圖（四）

2.3 地鐵Y型運(yùn)營(yíng)線路開(kāi)行方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)

通過(guò)原理分析，結(jié)合C語(yǔ)言與Visual FoxPro進(jìn)行相關(guān)編程再導(dǎo)出得“地鐵Y型運(yùn)營(yíng)線路開(kāi)行方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)”。該系統(tǒng)可在使用者選擇性的輸入一些地鐵運(yùn)行基本參數(shù)時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部的特定算法自動(dòng)輸出相應(yīng)的改進(jìn)方案供決策者參考。

圖7 程序流程圖（五）

2.3.1 系統(tǒng)架構(gòu)。為了更大程度的方便使用者，簡(jiǎn)化操作步驟，系統(tǒng)采用分批選擇性輸入與輸出的方式。

在初始輸入界面使用者需要輸入共線段以及兩條支線上各自的單位時(shí)間客流量，運(yùn)營(yíng)列車(chē)單趟運(yùn)能。之后將會(huì)選擇是否輸入各條線路的最小發(fā)車(chē)間隔，如果不輸入，則需要輸入共線段往兩條支線能正常投入運(yùn)營(yíng)的列車(chē)數(shù)以及線路的閉塞區(qū)間數(shù)。之后系統(tǒng)將會(huì)算出共線段往兩條支線的發(fā)車(chē)比例及各自的建議發(fā)車(chē)間隔，通過(guò)檢驗(yàn)是否合理，合理則輸出，不合理則轉(zhuǎn)入下一步，線路拆分。對(duì)于線路拆分，依舊可以選擇是否輸入各條線路的最小發(fā)車(chē)間隔，通過(guò)檢驗(yàn)是否合理，合理則輸出，不合理則考慮另一種拆分方式，并再次進(jìn)行上述運(yùn)算與輸出。

此時(shí)，如果依舊不能得到合理的運(yùn)營(yíng)方案，則該線路本身?xiàng)l件不滿足要求，需進(jìn)行重新的線路規(guī)劃或增大地鐵運(yùn)營(yíng)方的運(yùn)營(yíng)能力。

2.3.2 系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)模式。通過(guò)與消費(fèi)群體建立數(shù)據(jù)共享，實(shí)時(shí)掌握地鐵線路的客流發(fā)送量、擁擠度以及列車(chē)運(yùn)營(yíng)模式等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，對(duì)優(yōu)化過(guò)的地鐵線路進(jìn)行后續(xù)的跟蹤分析，以判斷現(xiàn)行的運(yùn)營(yíng)方案是否適合繼續(xù)使用，或需要進(jìn)行二次優(yōu)化。若出現(xiàn)新的線路運(yùn)營(yíng)背景或產(chǎn)品計(jì)算出的運(yùn)營(yíng)方案欠佳，可由系統(tǒng)維護(hù)人員對(duì)編程內(nèi)容根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，從而得到符合實(shí)際的輸出。

2.3.3 系統(tǒng)模擬運(yùn)行。實(shí)驗(yàn)階段，由2.1.1得擁擠度K0從0.8取至1.5，每次間隔0.1。同時(shí)為了更大程度的保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)可靠性，取目前仍采用Y型線路運(yùn)營(yíng)方案的蘇州地鐵4號(hào)線、杭州地鐵1號(hào)線、成都地鐵1號(hào)線以及目前已進(jìn)行線路拆分的原南京地鐵1號(hào)線作為實(shí)驗(yàn)樣本。但對(duì)于單位時(shí)間客流需求量和最小發(fā)車(chē)間隔等動(dòng)態(tài)值，由于缺乏準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)取其歷史典型值即單日最大客流量進(jìn)行相應(yīng)處理，取其加權(quán)平均值作為實(shí)驗(yàn)值。在對(duì)各條線路的最小發(fā)車(chē)間隔的取值過(guò)程中，通過(guò)對(duì)四條線路所在城市的地鐵發(fā)車(chē)間隔進(jìn)行調(diào)查，將調(diào)查所得的發(fā)車(chē)間隔用于系統(tǒng)的模擬運(yùn)行。蘇州地鐵4號(hào)線、杭州地鐵1號(hào)線、成都地鐵1號(hào)線與原南京地鐵1號(hào)線分別對(duì)應(yīng)表1中的實(shí)驗(yàn)1、2、3、4號(hào)線。

故以下四組數(shù)據(jù)并非完全客觀，僅具有參考意義，系統(tǒng)具體成效還需從后期投入實(shí)際運(yùn)營(yíng)的結(jié)果得出。

表1 實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)

表1為實(shí)驗(yàn)所要輸入的各條線路的原始參數(shù)，通過(guò)輸入表1各參數(shù)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)給出計(jì)算合理的運(yùn)營(yíng)方案，具體見(jiàn)表2。

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)于1號(hào)線實(shí)驗(yàn)結(jié)果，隨著擁擠系數(shù)的增大，方案由不合理轉(zhuǎn)為將支線③拆分出來(lái)作為一條單獨(dú)的線路運(yùn)營(yíng)。當(dāng)擁擠系數(shù)K0達(dá)到1.4以后，線路出現(xiàn)了可以不進(jìn)行拆分的方案，雖然可以節(jié)省基建費(fèi)用，但由于擁擠系數(shù)上調(diào)過(guò)高，客流高峰期時(shí)將使線路運(yùn)營(yíng)極其擁擠，這也正與我國(guó)一線城市當(dāng)前軌道交通早高峰運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀相符。對(duì)于此種現(xiàn)狀的改善，要想降低擁擠度又不對(duì)線路進(jìn)行拆分，則只能減小運(yùn)營(yíng)線路列車(chē)的最小發(fā)車(chē)間隔。

對(duì)于2號(hào)線，當(dāng)K0由1.3換成1.4時(shí)，其拆分方案發(fā)生了變化，由原來(lái)的拆分支線③轉(zhuǎn)變?yōu)椴鸱种Ь€②，其主要原因是由于在支線段線路長(zhǎng)度差別不大時(shí)，支線③與共線段的單位時(shí)間客流量更為接近，這樣拆分有助于提高滿載率和資源利用率，降低運(yùn)營(yíng)成本。但在K0=1.3時(shí)，如果將支線②拆分出來(lái)，就會(huì)導(dǎo)致算出的建議發(fā)車(chē)間隔小于給定的最小發(fā)車(chē)間隔，不符合實(shí)際情況，故而只能選擇將支線③拆分出來(lái)單獨(dú)運(yùn)營(yíng)。

3號(hào)線實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，由于整個(gè)線路的單位時(shí)間客流量較大，故在擁擠度K0取1.4時(shí)，才能找出合理的運(yùn)營(yíng)方案，且隨著K0的增大，其兩條線路的建議發(fā)車(chē)間隔也會(huì)相應(yīng)增大。

對(duì)于4號(hào)線，當(dāng)K0取0.8時(shí)即存在合理方案，但直至K0到1.2都需對(duì)線路進(jìn)行拆分，隨著K0的進(jìn)一步增大，方有更改發(fā)車(chē)比例與間隔而不對(duì)線路進(jìn)行拆分的方案。在K0從0.8增大至1.2時(shí)，拆分方案也由原來(lái)的將支線②拆分出來(lái)改為將支線③拆分出來(lái)，其兩條獨(dú)立運(yùn)營(yíng)線路的發(fā)車(chē)間隔中減小的發(fā)車(chē)間隔遠(yuǎn)比另一條獨(dú)立運(yùn)營(yíng)線路增大的時(shí)間要少的多，相對(duì)減少了發(fā)車(chē)頻次，節(jié)約了資源消耗。

可見(jiàn)，方案的具體可行性與擁擠系數(shù)以及最小發(fā)車(chē)間隔間都有著極大的關(guān)系。當(dāng)給定的最小發(fā)車(chē)間隔較大時(shí)，如果客流量沒(méi)有發(fā)生顯著變化，要想得到合理方案就要增大擁擠系數(shù)。但擁擠系數(shù)的增大也會(huì)帶來(lái)很多運(yùn)營(yíng)問(wèn)題，同時(shí)乘客的滿意度也會(huì)隨擁擠系數(shù)的增大而下降。此外擁擠系數(shù)也不是可以無(wú)限增大的，它必然會(huì)受地鐵所能承載的最大人數(shù)影響。因此地鐵運(yùn)營(yíng)方在考慮運(yùn)營(yíng)方案時(shí)，必然要對(duì)擁擠系數(shù)與給定的最小發(fā)車(chē)間隔間進(jìn)行仔細(xì)的利弊權(quán)衡，從而找到一個(gè)最佳的平衡點(diǎn)。

3 創(chuàng)新思想與應(yīng)用前景

3.1 創(chuàng)新思想

本文抓住了當(dāng)前一些城市地鐵Y型線路存在運(yùn)能分配和客流量嚴(yán)重不平衡的問(wèn)題，但是解決這些問(wèn)題則需要地鐵公司再去分析當(dāng)前線路的各種要素如客流量、單趟運(yùn)行時(shí)間等來(lái)確定最終的解決方法，例如南京地鐵一號(hào)線在經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的研究分析才最終得出要拆分Y型線路，分出一號(hào)線和十號(hào)線獨(dú)立運(yùn)行；廣州地鐵三號(hào)線目前仍是以Y型線路在運(yùn)行，雖然盡可能的在優(yōu)化開(kāi)行比例，但對(duì)于去兩條不同支線的乘客卻很難找到一個(gè)平衡點(diǎn)。

通過(guò)對(duì)地鐵線路大量的數(shù)據(jù)研究分析和實(shí)地走訪地鐵公司了解情況之后，該方案經(jīng)多次試驗(yàn)所開(kāi)發(fā)出的Y型線路優(yōu)化系統(tǒng)，把復(fù)雜的Y型地鐵線路運(yùn)行方案通過(guò)代碼編程運(yùn)算成簡(jiǎn)單的程序，同時(shí)在程序中內(nèi)置了一套完備的分析體系，只需輸入線路的日常數(shù)據(jù)如客流量等便可以得知列車(chē)運(yùn)行的具體方案，如線路是采用貫通式交路組織形式還是需要將線路進(jìn)行拆分，而在選擇某一方案后，系統(tǒng)還會(huì)輸出具體的運(yùn)行結(jié)果。這將極大的降低地鐵運(yùn)營(yíng)方的管理難度，還能得到較為準(zhǔn)確的列車(chē)運(yùn)行參考值。

3.2 應(yīng)用前景

城市軌道交通作為一種快捷便利的公共出行方式受到了眾多城市的青睞，在國(guó)家政策的推動(dòng)下，我國(guó)城市軌道交通取得了巨大發(fā)展，已有30多座城市建成了或正在新建、或擬就了建設(shè)規(guī)劃。據(jù)2004-2014年中國(guó)軌交占公共交通比重統(tǒng)計(jì)顯示，這十一年間中國(guó)軌道交通客運(yùn)量逐年上升，且在公共交通客運(yùn)量中，軌道交通的占比也在穩(wěn)步增長(zhǎng)[9]。因此隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市軌道交通勢(shì)必會(huì)成為城市公共交通不可或缺甚至起主要作用的一部分。

Y型線路勢(shì)必會(huì)因?yàn)橐?guī)劃建設(shè)成本較低等原因被越來(lái)越多新建地鐵的城市所采用。但是在實(shí)際運(yùn)行中Y型線路的不足便會(huì)逐漸顯露出來(lái)，兩條支線客流量分布不均衡、開(kāi)行比例分配不合理等這些問(wèn)題便會(huì)讓地鐵公司在后續(xù)找出解決方案上面花費(fèi)大量的精力，而該優(yōu)化系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)置的算法可以針對(duì)不同線路的實(shí)際情況給出不同的解決方案供運(yùn)營(yíng)方參考。這將降低人員的工作量以及減少由于人工不合理判斷所引發(fā)的交通問(wèn)題。根據(jù)Y型線路運(yùn)營(yíng)是一段時(shí)期內(nèi)經(jīng)濟(jì)效益最大化的特點(diǎn)，結(jié)合本軟件，在實(shí)現(xiàn)城市總體規(guī)劃目標(biāo)，拉開(kāi)城市布局，提高和改善城市交通環(huán)境及對(duì)外交通輻射強(qiáng)度的同時(shí)，也能減小建造成本，解決因?qū)嵤┻\(yùn)營(yíng)方案不合理出現(xiàn)的問(wèn)題。該系統(tǒng)由于具有開(kāi)放性的特點(diǎn)，故可以隨時(shí)為軟件設(shè)計(jì)新的計(jì)算分析方式。若經(jīng)過(guò)試用，軟件能穩(wěn)定地提供服務(wù)，今后可為全國(guó)適用該產(chǎn)品的地鐵公司進(jìn)行大范圍推廣。因此在城市公共交通快速發(fā)展時(shí)期，該系統(tǒng)的可應(yīng)用空間巨大。

4 結(jié)論

本系統(tǒng)解決方案的重點(diǎn)在減小發(fā)車(chē)間隔、調(diào)整運(yùn)營(yíng)交路。本文根據(jù)經(jīng)濟(jì)效益原則、實(shí)用原則、可持續(xù)發(fā)展原則建立了相關(guān)的參數(shù)數(shù)學(xué)模型，并在對(duì)比了國(guó)內(nèi)各城市現(xiàn)有地鐵線路的運(yùn)行情況，確定了每個(gè)參數(shù)正常范圍值后建立了一個(gè)僅需一些地鐵當(dāng)前運(yùn)行基本參數(shù)輸入就能夠進(jìn)行快速反應(yīng)并輸出相應(yīng)的改進(jìn)后客觀合理的解決方案的優(yōu)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠解決或大大減緩當(dāng)前地鐵運(yùn)營(yíng)所存在的一些突出矛盾，避免因繁瑣的人工選擇過(guò)程而花費(fèi)大量的資源。系統(tǒng)可應(yīng)用于Y型線路的規(guī)劃運(yùn)營(yíng)，未來(lái)再結(jié)合投入實(shí)際運(yùn)營(yíng)的效果考慮拓展系統(tǒng)的功能至新建Y型線路的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，以使該系統(tǒng)能為Y型線路提供設(shè)計(jì)、規(guī)劃、運(yùn)營(yíng)的一體化服務(wù)。