軌道交通客流短時(shí)預(yù)測(cè)運(yùn)營編組設(shè)計(jì)

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一城市軌道交通客流短時(shí)預(yù)測(cè)

目前，我國城市軌道交通系統(tǒng)的建設(shè)及編組設(shè)計(jì)都是以其客流預(yù)測(cè)為主要依據(jù)，但在實(shí)際運(yùn)營過程中，幾乎所有的城市軌道交通客流預(yù)測(cè)量與實(shí)際運(yùn)行情況均存在很大的差異，大部分客流預(yù)測(cè)量都大于實(shí)際客流量，這就導(dǎo)致依靠客流預(yù)測(cè)量建設(shè)的城市軌道交通系統(tǒng)出現(xiàn)規(guī)模偏大或運(yùn)能浪費(fèi)等問題．城市軌道交通客流預(yù)測(cè)按照預(yù)測(cè)年限可以分為長期預(yù)測(cè)，中期預(yù)測(cè)和短期預(yù)測(cè)．相對(duì)于長期預(yù)測(cè)，短時(shí)預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)間隔一般在15min以內(nèi)，應(yīng)用科學(xué)的客流狀態(tài)檢測(cè)手段，捕捉客流系統(tǒng)的狀態(tài)特點(diǎn)，融合多元的客流信息，推演出客流狀態(tài)的運(yùn)行規(guī)律，通過先進(jìn)的模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，其預(yù)測(cè)結(jié)果更加精確可靠，更能適應(yīng)城市軌道交通的實(shí)時(shí)性需求，可以作為城市軌道交通運(yùn)營編組設(shè)計(jì)的重要參考依據(jù)．所以，城市軌道交通客流預(yù)測(cè)應(yīng)該長中期預(yù)測(cè)和短期預(yù)測(cè)相結(jié)合，在城市軌道交通實(shí)際運(yùn)營過程中，客流會(huì)隨時(shí)間推移而變化，由于短時(shí)客流狀態(tài)存在自相似性，使得短時(shí)客流具有可預(yù)測(cè)性．針對(duì)這種變化，城市軌道交通客流短時(shí)預(yù)測(cè)是根據(jù)所選取的歷史時(shí)段客流狀態(tài)預(yù)測(cè)未來時(shí)段的客流狀態(tài)，采用科學(xué)的模型和方法使圖中的預(yù)測(cè)客流狀態(tài)無限逼近實(shí)際客流狀態(tài)，作為我們進(jìn)行各項(xiàng)工作的依據(jù)和參考．

二運(yùn)營編組優(yōu)化設(shè)計(jì)

城市軌道交通運(yùn)營編組設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是全日行車計(jì)劃、列車交路計(jì)劃和車輛配備計(jì)劃，而城市軌道交通客流計(jì)劃是運(yùn)營編組設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)．但客流預(yù)測(cè)量與實(shí)際運(yùn)營情況均存在著一定差距，使得基于客流預(yù)測(cè)進(jìn)行的運(yùn)營編組設(shè)計(jì)往往出現(xiàn)擁擠不堪或運(yùn)能浪費(fèi)的現(xiàn)象．但是，對(duì)城市軌道交通客流進(jìn)行短時(shí)預(yù)測(cè)，得到的客流預(yù)測(cè)量更貼近實(shí)際客流情況，更符合客流不斷變化的趨勢(shì)．通過研究總結(jié)出城市軌道交通具有周期性、均衡性以及短期波動(dòng)性等特點(diǎn)，以一周為周期，使用最近一周的歷史斷面客流作為原始數(shù)據(jù)，選取適當(dāng)?shù)哪Ｐ瓦M(jìn)行短時(shí)預(yù)測(cè)，即可得到下一周期的斷面客流短時(shí)預(yù)測(cè)量．以此為基礎(chǔ)進(jìn)行城市軌道交通運(yùn)營編組設(shè)計(jì)，使其更能適應(yīng)客流量的實(shí)時(shí)變化，相較于常規(guī)的一成不變的運(yùn)輸計(jì)劃更具有靈活性和快速響應(yīng)性，可以滿足不斷變化的客流需求，在一定程度上可以提高運(yùn)能利用率，降低運(yùn)營成本，應(yīng)用城市軌道交通歷史客流數(shù)據(jù)，對(duì)斷面客流進(jìn)行短時(shí)預(yù)測(cè)，以斷面客流短時(shí)預(yù)測(cè)量為基礎(chǔ)進(jìn)行城市軌道交通運(yùn)營編組設(shè)計(jì)，投入運(yùn)營，然后將實(shí)際運(yùn)營客流量納入歷史客流數(shù)據(jù)庫，不斷修正更新歷史數(shù)據(jù)，循環(huán)進(jìn)行客流短時(shí)預(yù)測(cè)以及運(yùn)營編組優(yōu)化設(shè)計(jì)過程．基于短時(shí)預(yù)測(cè)的城市軌道交通運(yùn)營編組設(shè)計(jì)具體步驟如下所示∶

(1)確定全日分時(shí)短時(shí)預(yù)測(cè)最大斷面客流量首先計(jì)算城市軌道交通短時(shí)預(yù)測(cè)斷面客流量，求出高峰小時(shí)斷面客流量，再依據(jù)全日分時(shí)客流分布模擬圖來確定全日分時(shí)短時(shí)預(yù)測(cè)最大斷面客流量．

(2)確定全日行車計(jì)劃在確定運(yùn)營時(shí)間內(nèi)分時(shí)開行列車數(shù)和行車間隔時(shí)間的基礎(chǔ)上，檢查行車間隔時(shí)間，避免間隔時(shí)間過長．因?yàn)檫^長的行車間隔時(shí)間會(huì)增加乘客候車時(shí)間，降低乘客出行速度，不利于吸引客流．根據(jù)行車間隔標(biāo)準(zhǔn)，城市軌道交通列車在高峰運(yùn)營時(shí)間內(nèi)，行車間隔時(shí)間一般不超過6min;在其他非高峰運(yùn)營時(shí)間內(nèi)，行車間隔時(shí)間最好不超過10min．另外，全日行車計(jì)劃中高峰小時(shí)行車間隔時(shí)間還要保證其符合列車在折返站的出發(fā)間隔時(shí)間．

(3)確定列車交路在城市軌道交通線路中客流量不均衡的區(qū)段，采用合理的列車交路可以有效地平衡客流，交路設(shè)計(jì)是運(yùn)營編組設(shè)計(jì)的一個(gè)重要部分．列車交路方案規(guī)定了列車的運(yùn)行區(qū)段、折返車站和按不同列車交路運(yùn)行的列車對(duì)數(shù)．合理的列車交路可以給乘客帶來方便，同時(shí)還能提高列車運(yùn)用率，避免運(yùn)能浪費(fèi)，降低運(yùn)營成本．因此，科學(xué)的列車交路方案可以使城市軌道交通行車組織更加經(jīng)濟(jì)合理．

(4)確定列車開行方案結(jié)合城市軌道交通全日行車計(jì)劃和列車交路方案進(jìn)行合理調(diào)整，確定最終的城市軌道交通列車開行方案．

三實(shí)例分析

以某城市軌道交通為例，由于客流具有周期性變化的特點(diǎn)，現(xiàn)以周一的歷史客流作為實(shí)例進(jìn)行短時(shí)預(yù)測(cè)，一周內(nèi)其他各日的斷面客流量可以通過相同方法進(jìn)行短時(shí)預(yù)測(cè)．本文應(yīng)用嵌入式灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組合模型對(duì)其某周一運(yùn)營期間(06∶00～00∶00)客流進(jìn)行短時(shí)預(yù)測(cè)，在此基礎(chǔ)上，按照基于短時(shí)預(yù)測(cè)的城市軌道交通運(yùn)營編組設(shè)計(jì)流程，確定全日分時(shí)短時(shí)預(yù)測(cè)最大斷面客流量，計(jì)算運(yùn)營時(shí)間內(nèi)的開行列車數(shù)以及行車間隔時(shí)間，確定全日行車計(jì)劃，設(shè)計(jì)交路方案，最終確定開行方案，將原列車開行方案與優(yōu)化后列車開行方案對(duì)比．

(1)運(yùn)營成本對(duì)比城市軌道交通的運(yùn)營成本是指在日常生產(chǎn)運(yùn)營過程中與運(yùn)營生產(chǎn)直接有關(guān)的所有費(fèi)用支出，而城市軌道交通列車開行方案是左右基本運(yùn)營支出的重要因素．我們可以看出優(yōu)化后開行列車數(shù)減少了58對(duì)，也就是根據(jù)客流短時(shí)預(yù)測(cè)進(jìn)行運(yùn)營編組設(shè)計(jì)優(yōu)化的開行列車對(duì)數(shù)減少了約22%，這在滿足最大斷面客流量的運(yùn)營基礎(chǔ)上還大大地節(jié)約了運(yùn)營成本．

(2)列車滿載率對(duì)比城市軌道交通列車滿載率是指列車載客人數(shù)與列車定員人數(shù)的比例，由于客流因時(shí)間段和空間分布的不同，列車滿載率在高峰時(shí)段有時(shí)可達(dá)到120%，在低谷時(shí)段只有30%．列車滿載率是衡量城市軌道交通運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，也是衡量乘客舒適度的服務(wù)指標(biāo)．列車滿載率越大，單列列車載客量越多，日開行列車數(shù)就相對(duì)減少，相應(yīng)的運(yùn)營支出就越少．但是日開行列車數(shù)就越少，乘客的候車時(shí)間就會(huì)增加，乘車空間就會(huì)越小，因此乘客的舒適度服務(wù)指標(biāo)就會(huì)越差，所以列車滿載率應(yīng)該控制在一個(gè)相對(duì)平衡的范圍內(nèi)．通過城市軌道交通短時(shí)預(yù)測(cè)的斷面客流量進(jìn)行運(yùn)營編組設(shè)計(jì)優(yōu)化后，列車滿載率分布更均衡，對(duì)于滿載率較高的斷面如“I-J”，優(yōu)化后滿載率有所降低，提高了乘客的服務(wù)水平;而對(duì)于始發(fā)站和終到站客流低谷時(shí)段適當(dāng)延長發(fā)車間隔，平衡乘客等待時(shí)間和發(fā)車間隔，在一定程度上改善滿載率較低的情況，提高城市軌道交通運(yùn)能利用．

四結(jié)論

經(jīng)過實(shí)例分析證明，應(yīng)用適當(dāng)?shù)哪Ｐ蛯?duì)城市軌道交通斷面客流進(jìn)行短時(shí)預(yù)測(cè)，通過得到的短時(shí)預(yù)測(cè)斷面客流量，更加貼近客流的實(shí)際情況，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行城市軌道交通運(yùn)營編組設(shè)計(jì)優(yōu)化，在一定程度上提高了運(yùn)能利用率，降低了城市軌道交通的運(yùn)營成本，均衡了滿載率，具有一定的科學(xué)性和優(yōu)越性．

作者：謝婉澤 左忠義 單位：遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院 大連交通大學(xué)