城市軌道交通列車運(yùn)行圖評(píng)估體系研究

吳啟琛

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043）

列車運(yùn)行圖是行車調(diào)度指揮的重要基礎(chǔ)文件[1]。對(duì)其進(jìn)行合理的綜合評(píng)估，可以反映出該計(jì)劃運(yùn)輸組織的水平和能力，不僅對(duì)運(yùn)輸服務(wù)的質(zhì)量提高和運(yùn)行計(jì)劃的合理編制起到指導(dǎo)和反饋?zhàn)饔?，還能極大促進(jìn)現(xiàn)有資源的潛力和運(yùn)力的挖掘、運(yùn)能不足的有效彌補(bǔ)，以及地鐵運(yùn)輸競(jìng)爭(zhēng)力的提高[2]。

既有研究表示，運(yùn)行圖編制和優(yōu)化方面的研究較為全面，但目前國(guó)內(nèi)外在運(yùn)行圖質(zhì)量評(píng)估方面的研究與應(yīng)用稍顯薄弱。故本文以地鐵運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了地鐵列車運(yùn)行圖評(píng)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(píng)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(jìn)一步提高列車運(yùn)行圖調(diào)整質(zhì)量和調(diào)整效率，助力地鐵運(yùn)輸效率和服務(wù)質(zhì)量的全面提升。

1 列車運(yùn)行圖評(píng)估指標(biāo)體系

1.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

在建立地鐵運(yùn)行圖質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)時(shí)，必須滿足該指標(biāo)體系能夠概括地鐵運(yùn)行圖特殊的要求[3]。一個(gè)科學(xué)的質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)體系需要包含多方面指標(biāo)，能夠避免評(píng)估可能存在的單一性和局限性缺點(diǎn)，從而使得評(píng)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(píng)估指標(biāo)體系：（1）必須能夠?qū)Φ罔F運(yùn)行圖實(shí)效目標(biāo)進(jìn)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(yùn)行圖的自身特點(diǎn)，本文采用的評(píng)估指標(biāo)分為基本靜態(tài)指標(biāo)、動(dòng)態(tài)指標(biāo)、穩(wěn)定性指標(biāo)、客運(yùn)服務(wù)指標(biāo)和運(yùn)營(yíng)指標(biāo)等五類，如圖1所示。

圖1 評(píng)估指標(biāo)體系

1.2 指標(biāo)計(jì)算方法

1.2.1 基本靜態(tài)指標(biāo)

列車的實(shí)際運(yùn)行速度除了與運(yùn)行線路的條件和車體自身能耗等因素有關(guān)外，列車運(yùn)行圖的影響也至關(guān)重要。有關(guān)列車運(yùn)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(shí)間等，其計(jì)算方法與既有線相關(guān)指標(biāo)計(jì)算方法類似，可參考文獻(xiàn)[4]。

1.2.2 動(dòng)態(tài)指標(biāo)

在運(yùn)行圖實(shí)際運(yùn)營(yíng)使用中，列車會(huì)面對(duì)來(lái)自自身和外界的各種干擾，很難準(zhǔn)確地估計(jì)其受到干擾的程度和影響，故本文采用了列車運(yùn)行計(jì)劃時(shí)間與實(shí)際時(shí)間的偏差值來(lái)描述這種動(dòng)態(tài)關(guān)系?；诖耍x擇到達(dá)偏差總時(shí)間、到達(dá)偏差平均時(shí)間、晚點(diǎn)列車所占比例、連帶晚點(diǎn)傳播比例、平均連帶晚點(diǎn)時(shí)間和平均停站偏差時(shí)間作為評(píng)估指標(biāo)。

本文定義到達(dá)站臺(tái)的計(jì)劃時(shí)間與實(shí)際時(shí)間差值為到達(dá)偏差，包含正負(fù)值，且指定正值為提前到達(dá)，負(fù)值為延遲到達(dá)，到達(dá)偏差值小于-30的數(shù)據(jù)定義為晚點(diǎn)數(shù)據(jù)。

（1）到達(dá)偏差總時(shí)間

到達(dá)偏差總時(shí)間為，列車從離開始發(fā)站截至到達(dá)終點(diǎn)站為止，沿途各個(gè)站臺(tái)的到達(dá)時(shí)間數(shù)據(jù)，實(shí)際與計(jì)劃時(shí)間偏差值之和。

（2）到達(dá)偏差平均時(shí)間

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

（3）晚點(diǎn)列車所占比例

在一個(gè)評(píng)估周期內(nèi)，所有列車在所有站臺(tái)的發(fā)生晚點(diǎn)情況占列車到達(dá)站臺(tái)總次數(shù)的比例，其中將實(shí)際與計(jì)劃到達(dá)偏差超過(guò)30 s的數(shù)據(jù)視為晚點(diǎn)數(shù)據(jù)。

（4）連帶晚點(diǎn)傳播比例

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

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

（5）平均連帶晚點(diǎn)時(shí)間

所有發(fā)生連帶晚點(diǎn)的列車，晚點(diǎn)時(shí)間偏差數(shù)據(jù)的平均值。

（6）平均停站偏差時(shí)間

該指標(biāo)為列車出站時(shí)間與到站時(shí)間之間的差值，由于停站時(shí)間相對(duì)運(yùn)行時(shí)間來(lái)說(shuō)較短，通常在一分鐘以內(nèi)，不方便設(shè)定晚點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)以停站列車的實(shí)際時(shí)間和計(jì)劃時(shí)間的偏差值進(jìn)行計(jì)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(yùn)行圖不僅能夠?qū)嚺c車以及車與站的關(guān)系進(jìn)行合理協(xié)調(diào)，而且在列車運(yùn)行遭受到干擾之后，能夠增加列車恢復(fù)到按運(yùn)行圖圖定時(shí)間運(yùn)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(yùn)行圖時(shí)，一般會(huì)包含緩沖時(shí)間，緩沖時(shí)間的分布狀況以及大小決定著運(yùn)行圖所具備的抗干擾能力。相關(guān)指標(biāo)計(jì)算方法參考楊意堅(jiān)等人關(guān)于穩(wěn)定性評(píng)價(jià)的研究[5]。

1.2.4 客運(yùn)服務(wù)指標(biāo)

（1）旅客滿意度調(diào)查

根據(jù)旅客對(duì)地鐵這種出行方式的舒適度、旅行時(shí)間滿意度等進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，并根據(jù)其結(jié)果得出指標(biāo)：該調(diào)查的進(jìn)行應(yīng)建立在一個(gè)合理的滿意度評(píng)估體系的基礎(chǔ)上。具體包括旅客乘車頻率、候車時(shí)間、購(gòu)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(wèn)卷，本文中不再展開敘述。

（2）乘客平均候車時(shí)間

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

1.2.5 運(yùn)營(yíng)指標(biāo)

（1）客流強(qiáng)度

地鐵線路每日的客運(yùn)量與線路總里程的比值為該線路的負(fù)載強(qiáng)度，可用于對(duì)各個(gè)線路相關(guān)的運(yùn)營(yíng)效率及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評(píng)估。如果依據(jù)運(yùn)營(yíng)的里程來(lái)制定票價(jià)，客流強(qiáng)度還可以反映該線路每天的運(yùn)營(yíng)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(shí)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(yùn)效率的評(píng)估[7]。

（3）運(yùn)營(yíng)利潤(rùn)

運(yùn)營(yíng)利潤(rùn)為總營(yíng)收與總成本的差值，其中成本是運(yùn)營(yíng)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(jì)算模型

相對(duì)于傳統(tǒng)的層次分析法而言，模糊層次分析法通過(guò)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(shí)，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(kuò)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(huì)各不相同。

首先對(duì)文中設(shè)計(jì)的評(píng)估指標(biāo)體系中A、B兩層中的每個(gè)細(xì)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(shuō)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(jìn)行歸一化計(jì)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(guò)上述計(jì)算模型計(jì)算各列指標(biāo)的權(quán)值，可得到列車運(yùn)行圖綜合評(píng)估結(jié)果E=W5×（E0，E1，E2，E3，E4）。

3 實(shí)例仿真

根據(jù)各指標(biāo)的計(jì)算公式，基于某地鐵線路一個(gè)月的實(shí)際列車運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)列車運(yùn)行圖數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評(píng)估測(cè)試。

3.1 運(yùn)行圖評(píng)估參考標(biāo)準(zhǔn)

運(yùn)行圖評(píng)估計(jì)算結(jié)果數(shù)量較多，每個(gè)指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果宜分為5個(gè)等級(jí)。每個(gè)等級(jí)的值域的制定工作一般由專家組借助相關(guān)統(tǒng)計(jì)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(yàn)，將各指標(biāo)及綜合評(píng)估結(jié)果的評(píng)級(jí)數(shù)據(jù)統(tǒng)一設(shè)定，見表1。

表1 運(yùn)行圖評(píng)估參考標(biāo)準(zhǔn)

3.2 測(cè)試結(jié)果

基于上文所述某地鐵線路一個(gè)月的實(shí)際列車運(yùn)行數(shù)據(jù)，并選擇其中工作日、下行、平峰的列車運(yùn)行圖數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評(píng)估測(cè)試。

3.2.1 指標(biāo)計(jì)算

根據(jù)指標(biāo)的計(jì)算方法，對(duì)列車運(yùn)行圖數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合評(píng)估測(cè)試，各指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 評(píng)估指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

3.2.2 權(quán)重計(jì)算

首先，通過(guò)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(guò)公式（3）確定各指標(biāo)的權(quán)值。

計(jì)算各類指標(biāo)及綜合評(píng)估的結(jié)果見表3。

表3 綜合評(píng)估結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

3.3 結(jié)果分析

由最終結(jié)果可得，本次綜合評(píng)估結(jié)果為0.54，綜合評(píng)估結(jié)果為一般，說(shuō)明運(yùn)行圖需要進(jìn)行較大調(diào)整。本次評(píng)估結(jié)果中，穩(wěn)定性評(píng)估結(jié)果為較差，說(shuō)明列車運(yùn)行在遭受到干擾之后，能夠恢復(fù)到按運(yùn)行圖圖定時(shí)間運(yùn)作的能力較差；動(dòng)態(tài)指標(biāo)、運(yùn)營(yíng)指標(biāo)結(jié)果為一般，其中晚點(diǎn)列車評(píng)估結(jié)果較差，調(diào)度員需要針對(duì)列車準(zhǔn)點(diǎn)率著重調(diào)整，并對(duì)動(dòng)態(tài)和運(yùn)營(yíng)指標(biāo)相關(guān)影響因素進(jìn)行微調(diào)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文分別從靜態(tài)速度、動(dòng)態(tài)、穩(wěn)定性、客運(yùn)服務(wù)及運(yùn)營(yíng)方面入手，構(gòu)建了地鐵運(yùn)行圖綜合評(píng)估指標(biāo)體系。對(duì)基于模糊層次分析方法的評(píng)估過(guò)程進(jìn)行研究，結(jié)合對(duì)列車運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，為仿真過(guò)程制定了相應(yīng)約束。最后采用仿真方法結(jié)合列車運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，對(duì)本文擬采用的運(yùn)行圖綜合評(píng)估體系進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果顯示評(píng)估選定的方法能夠正確有效地反應(yīng)地鐵運(yùn)行實(shí)際情況，能夠快速鎖定影響列車運(yùn)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(yùn)輸效率和服務(wù)質(zhì)量的全面提升。