城市轨道交通网络系统运输效率理论
对效率的不断追求是人类社会进步的基本动力之一。数万年来,人们不断试图用各种方法提高社会生产活动的效率,对于运输活动也是如此。世界大城市数十年来的经验表明,发展大规模网络化的城市轨道交通系统,是解决城市交通问题的必经之路。我国城市轨道交通网络发展的数量和规模已经世界第一,投资规模和运营成本也愈发庞大,其运输效率问题非常值得关注。
现有研究较少从系统角度给出轨道交通网络运输效率的本质和计算。本文以城市轨道交通网络系统的运输效率问题作为研究对象,试图揭示网络运输效率的本质和规律,探索优化效率的途径和方法。论文的研究思路是：首先,根据目前我国城市轨道交通网络化发展面临的问题和效率的一般性概念,提出“城市轨道交通网络系统运输效率”的理论框架,在此框架下展开研究；然后,根据系统能力供给和乘客出行需求这两大影响网络效率的关键因素,研究基于供需匹配的运输效率几个关键问题：进一步,为了解决网络效率的计算问题,提出了影子效率理论,给出了基于仿真的效率估算方法。随后,提出了网络运输效率优化策略的仿真研究实验方法；最后,通过北京地铁网络的实际案例证明仿真实验方法的可行性。
论文的主要内容包括：(1)城市轨道交通网络系统运输效率理论框架研究。给出了网络运输效率的定义,提出将运输效率分为“能力产出效率”、“能力利用效率”和“交通需求满足效率”三个层次的效率“三层次”理论,分析了网络运输效率的本质和特性,系统研究了网络运输效率的影响因素体系,揭示能力和客流的供需匹配关系是影响效率的主要因素。提出了全局优化的效率评价和计算方法。给出了效率的优化策略集,并提出了基于仿真的优化策略验证方法。
(2)基于供需匹配的网络运输效率的关键问题研究。从效率是交通供给对交通需求的满足程度这一基本理念出发,从供需匹配过程角度,定性阐述了能力(交通供给)和客流(交通需求)这两大方面和效率之间的互动关系。研究了客流预测不准确、客流数据采集、常乘客行为、能力协调和瓶颈这四个供需匹配优化过程中的关键问题,给出了解决方法,并总结了基于供需匹配的效率优化建议。(3)影子效率理论研究。
主要解决定量研究能力、客流、效率之间关系问题。将影子效率定义为“能力投入的影子效用”,讨论了影子效率的提出、特性和影响因素,提出了影子效率
的仿真计算方法,并给出了影子效率的经济学解释和应用领域。并给出了“双倍时间惩罚”的系统整体效用计算方法。(4)网络运输效率优化策略仿真研究。
主要研究网络运输效率的定量优化方法。提出了基于仿真的效率优化方法,介绍了仿真系统的框架和功能,提出了单优化策略的仿真实验设计和基于DEA的组合优化策略的仿真实验方法。(5)北京地铁网络运输效率仿真优化案例研究。以北京地铁现有实际网络为研究对象,根据目前北京地铁的特点和问题,首先提出了适合北京地铁的效率优化可能策略。
通过北京地铁网络单一优化策略的仿真实验,找到对北京地铁网络系统运输效率影响较大的优化策略,完成了北京地铁网络效率复合优化策略的仿真实验,并用DEA方法进行实验结果的分析,找到北京地铁网络效率优化规律。证明前述理论和方法的可行性。论文研究的主要创新点体现在：(1)提出了“城市轨道交通网络系统运输效率”理论框架。给出了网络运输效率的定义和“三层次”效率理论,总结了网络运输效率的特性和内涵,系统分析了网络运输效率的影响因素。
(2)提出供需匹配关系是城市轨道交通网络系统的能力、客流与效率之间的互动机理。基于供需匹配过程中的重要环节,研究了其中4个关键问题：客流预测不准确问题,客流数据采集问题,常乘客行为问题和能力瓶颈问题。(3)首次提出了“影子效率”理论概念。给出了影子效率的定义为“基于客流的能力投入的影子效用”,较好地解释了能力、客流与效率的关系问题。
(4)给出了城市轨道交通网络运输效率的优化策略和仿真优化方法。总结归纳现有网络运输效率的优化策略,提出了基于仿真的单一优化策略的效率优化方法,并利用DEA模型研究了组合优化策略的效率优化方法,通过北京地铁网络的优化案例证明了方法的可用性,并给出了对北京地铁效率的优化建议。
