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成都地铁一号线列车开行方案研究

　　摘要：本义主要研究成都地铁一号线的列车开行方案。首先系统分析影响城市执道交通列车开行方案的各个因素，在此基础上建立列车开行方案优化模型。最后将模型应用于成都地铁一号线，得出成都地铁一号线的封车交路计划和全日分时段行车计划。
关键词：城市轨道交通 列车开行方案 影响因素 优化模型 列车行车计划 列车交路计划
　　1列车开行方案影响因素分析:
客流，及客流性质
客流量及客流性质反映了旅客的出行需求，是制定旅客列车开行方案的基础，即所谓“按流开车”。由于旅客对列车的选择具有主动性，因此只有充分考虑旅客的出行需求、出行心理及特点，掌握客流特征，才能确定良好的列车开行方案，最大化列车吸引的客流，更好地满足旅客出行需求。
地铁的效益
企业在生产产品、供给服务时，考虑的最多的就是这个产品或者服务能为企业带来多大的效益，运输企业也是如此，所以地铁的收益是影响开行方案的一个重要因素，它等于运营收入与运营成本之差。地铁部门开行列车的运营收人主要是客票收人。客票收人是列车运营的主要收人，其大小取决于地铁在各运行区间的载客量及地铁票价。运营成本分为变动成本和固定成本两个部分。其中变动成本包括列车公里费用、列车的停站费用和旅客的中转组织费用。列车公里费用是指列车运行单位公里的费用消耗，包含列车的折旧费、能耗、材料费、维修费、人员工资津贴等。固定成本包括车辆、线路等固定资产折旧、维持固定人员工资等。列车停站增加了铁路所需列车车底总数量、列车起停引起额外的能耗、占用线路通过能力的费用、乘务组费用以及车站额外费用的增加等。
旅客旅行时间的消耗
旅客的旅行时间影响旅客的满意度，对列车开行方案中的诸多方面会产生影响，是制定旅客列车开行方案所要考虑的重要因素。为了减少旅客的旅行时间，提高旅客的满意度，需要对影响旅客旅行时间的各因素进行统筹考虑。旅客的旅行时间消耗主要分为旅客的候车时间消耗、旅客因列车停站的时间消耗、旅客在列车运行过程中的时间消耗和旅客换乘时间消耗4部分。对于一个理性的旅客而言，往往要提前了解列车的发车时间，不会提前太多时间到达车站候车.因此旅客的候车时间基本上为常数，在开行方案的优化过程中可以不考虑。
旅客因列车停车的时间消耗是指由于列车的中途停站而使车上旅客增加的时间消耗，其大小主要与旅客选择的乘车方案中列车的停站方案有关。成都地铁一号线的列车停站方案采取站站停模式。旅客在列车运行过程中的时间消耗是旅客旅行过程中的主要时间消耗，与列车在各区间运行的平均技术速度和区间里程有关，在运行径路确定的情况下，各区间的里程无法改变，因此要减少旅客在列车运行过程中的时间消耗只能提高列车在区间内运行的技术速度。换乘时间是指旅客由于换乘列车而消耗的时间，主要与可选择换乘的列车的开行密度有关。
列车定员
列车定员即为列车的最大载客量，可利用列车的编组数量与车辆定员人数的乘积进行计算，车辆的定员人数一般为常量，因此列车的编组数量是影响列车定员的主要因素，进而对开行方案中的列车对数产生影响。列车的编组辆数需从各年度的客流大小、输送能力要求、线路纵断面技术条件、运营管理服务水平要求以及工程投资等多方面综合研究。
车站能力及区间通过能力
在制定开行方案时，列车的开行数量，运行径路等有时候会受到铁路基础设施设备能力的限制。主要反映在车站能力和区间通过能力上。车站能力主要是指车站的始发列车能力和接发列车能力。车站始发列车的能力除受到到发线数目的影响外，主要是受车站整备折返能力的限制，当车站始发能力不足时，可延长或缩短列车运行区段，以避开车站能力的限制。车站接发列车的能力主要受限于到发线数目，即在一定时间内在车站停站的列车不应超过一常数。此外还应考虑车站在政治、经济、文化、地理位置等多方面因素，又是因车站地位的不同，可超越客流需要而延长运行区段。区间通过能力是指在采用一定的机车车辆和一定的行车组织方法条件下，区间的各种固定设备，在单位时间内(通常是指一昼夜)所能通过的最多列车数或对数。其大小主要决定于区间正线数、区间长度、线路纵断面、机车类型、信号、连锁、闭塞设备的种类。
2模型及其描述
模型描述
确定旅客列车开行方案时，除了考虑地铁部门自身的收益外，还应当考虑旅客的出行需求及旅客的出行满意度(旅客的出行满意度受很多因素的影响，包括旅客出行费用支出、时间消耗、乘车环境、舒适度等，其中最为重要的还是旅客出行的费用支出和时间消耗)，以提高列车开行的社会效益和市场效益。
列车开行方案包含N个车站，集合Ω为SZ= 1,2,….N，在设计年度T内n对列车根据站站停的停车方案在运行区段内运行。任意两个车站间的运行时间是固定的。C1为固定的间接成本(每列·日),C2为可变运营成本(每列·公里)是给定的，并与模型相独立。设计年度T内具体的或者是计划运营时期t内多对多的0-D运输需求是给定的，并且独立于运输模型。n是满足运营时期t内从i站到J站的总的运输需求Dijt的列车对数。在一个运营时期t (t 1,2…T)内有Ht个营业小时.一定员为Qt的列车从起始站s (s Ω}出发，根据站站停的停车方案，最后到达终点站。s站到i站的运输距离和运行时间分别是Lsi和Usi。
Wi是在1站的停留时间.在列车区段内，当列车停在i站时有Pit个乘客上车，并且i站和J站之间断面客流量为Vijt。然后列车按照反序从终点站返回起始站s，在返程之前需要折返时间Gro t时期内运行产生的所有区段的总运输距离为Kt 。
方案的问题是来确定:
(a)在t时期内满足总的运输需求Dijt的最少的运营列车对数。
(b)每个列车的服务频率。
方案的目标是最小化总的运营成本和总的运输时间损失。
目标函数1是使设计年度T时间内的运行成本最小化，运行成本包括(a)n对列车的管理成本(b)运营时期每个运营时段内开行Ktr距离所需要的整个可变成本。目标函数2使设计年度T时间内的整个运输时间损失最小化，每个时段t内运输时间损失是由需要在i站停留的时间乘以在i站上车的旅客人数( Pit ),再乘以运营时间Ht得到。
约束①为目标函数定义了t时段内列车的整个运输距离Kt Kt,由2乘以s车站到终点车站的距离，再乘以它的服务频率。约束②为目标函数确定Pit , Pit是列车停在中间站i(i s+1,..N-1时车上旅客人数，它由前一站P站(p s,s+1, …,i-1)上车人数和在后续站q站(q i+1, …,N下车人数确定。也就是说，Pit是车站p(p s,s+1,…，i-1)和q s,i+1, …,N之间往返的总旅客量。约束③表明t时段内列车所能容纳的整个旅客量Vijt必须满足运输需求Dij。约束④提供了到发线和车站能力的约束，E是t时段能运用的最大列车数。约束⑤和⑥表明停车计划r下的单程的旅客量(Vpqt或Vqpt)不能超过相关列车区段的定员。约束⑦给出最少所需的列车对数。n是满足所有停车方寒确定的列车区冬所需要的总列车数。需要的列车数量是由总的来回旅行时间乘以它的服务频率来确定的二列车的总旅行时间包括:(a)从起始站到终点站所需的运行时间Usi, (b)所有中间站i(i=s+1, }…,N-1)的额外停车时间和(c)折返时间(Gr)。式子里的Ar和Br分别代表(a)从起始站s到终点站的运行时间(b)停在i站所需要的时间内分别需要的列车需要数量。
3成都地铁一号线列车开行方案
成都地铁一号线简介
根据修编的成都市城市快速轨道交通线网规划，成都市快速轨道交通网由7条线路组成，线路总长度，其中1号线为南北方向主干线，北起大丰，沿人民北路北延线、人民北路、人民中路、人民南路、人民南路南延线及南都西路、孵化园北干道、外环高速敷设，经会展中心、科技园后，沿人民南路南延线南下，止于华阳镇广都街附近。1号线线路全长，设23座车站。其中地下线长约，地上线长约高架车站5座，地下车站18座。
地铁1号线一期工程为成都地铁1号线初期建设线路，北起红花堰，南至孵化园，全长，全部为地下线，共设红花堰、火车北站、人民北路、文武路、骡马市、天府广场、锦江宾馆、小天竺、省体育馆、倪家桥、桐梓林、火车南站、南三环、新益州、孵化园等巧座地下车站。
　　成都地铁一号线的列车交路计划
根据客流预测结果，确定正常状态的列车运行交路如下:
(1)初期:高峰时段和平峰时段均采用一个大交路运行，即红花堰一会展中心，运营长度，列车编组为6辆每列。
(2}近期:高峰时段采用大小交路套跑，即大交路为广都一大丰;小交路为红花堰一孵化园。大交路运营长度，小交路运营长度为,列车编组为6辆每列。
(3)远期:同近期运行交路，列车编组为6辆每列。
成都地铁一号线的全日列车运行计划
根据客流预测资料显示，成都地铁一号线全日客流变化规律详见下图:
从全日客流时间分布规律可以看出，1号线全日客流的时间分布有较明显的“双驼峰”的特征，早高峰时段出现在7:30~9:30，出行量约占全日客流总出行量的%，晚高峰时段油现在17:30~19:30，出行量约占全日客流总量的%;全日最大高峰出现在7:30~8:30之间，出行总量占全日出行总量的%。
另外，由于近年来成都作为一个商业、服务业相对发达的城市，工作日居民出行的时间相对分散，在7:00至900的上班高峰结束之后，接着出现以非固定出行为目的的客流。因此1号线在早晚高峰之间有相对平稳的平峰时期。
基于对1号线客流时间分布特征的分析，全日列车运行计划的编制应符合全日客流时间分布规律，具体来说有以下特征:
1)早、晚高峰时段的运输能力在全日运输能力中所占的比例最大;
2)考虑到成都市居民的生活习惯特征，全日运输能力的安排因该呈现两个高密度段和中间一个相对平稳的区段。
根据以上分析，1号线初、近、远期高峰小时最小行车间隔分别为,，平峰期最大行车间隔为。全日行车计划安排如表1。
全日行车计划的安排直接决定了全日各时段的服务水平，具体表现为不同的行车间隔时间，也是旅客乘车的最大等待时间。根据全日行车计划可绘制全日列车间隔时间图，如图2:
4结束语
(1)分析了影响列车开行方案的五个要素，阐述其影响机理，以有助于建立模型。
(2)从客流出发，遵循“按流开车”的原则，充分考虑运输企业和旅客双方面的利益，建立了列车开行方案的多目标优化模型。
(3)分析客流资料，应用模型得出成都地铁一号线初期高峰小时开行对数为10对/h，近期高峰小时大小交路分别开行12对/h和6对/h，远期高峰小时大小交路分别开行15对/h和Is对/h。从而得出初、近、远期高峰小时最小行车间隔分别为,,，平峰期最大行车间隔为。
(4)本文对列车编组辆数的确定未作详细说明。