城市轨道交通网络化运营协调性模糊评价

城市轨道交通网络化运营协调性模糊评价张 铭(中国铁道科学研究院电子计算技术研究所 北京100081)摘 要 运营协调性评价是衡量城轨交通网络系统运营组织效率的重要途径。

从网络系统整体、客流、运营计划、换乘枢纽等多个方面分析影响协调性的关键要素,建立网络化运营综合协调的评价体系。

应用模糊评价策略,针对指标类型及特点,对轨道交通网络实例利用系统生成的协调方案评判,分析不同运营条件下改善协调的途径。

关键词城市轨道交通;运营;协调;评价中图分类号:U 121 文献标志码:A DOI:10.3963/j.ISSN 1674 4861.2010.03.009收稿日期:2010 03 19 修回日期:2010 04 08作者简介:张 铭(1979),博士.研究方向:轨道交通运营管理,智能运输系统.E mail:mintdreamm ing@0 引 言随着城市轨道交通网络的建成运营,原有单线运营管理模式、运输组织方法显现出不足,主要表现为网络条件下换乘站、线路间的互联制约,运能配置不均引起服务水平下降,而矛盾的焦点集中在换乘枢纽。

因此针对网络化运营的需求和特点,制定以协调和自适应为特征的运营组织方案,网络协调的程度往往决定了系统整体运营效益的优劣。

由于路网结构的复杂性及多种不确定因素的影响,多线交汇的大型换乘枢纽、包含多个换乘节点的网络系统协调十分困难,不同协调方案的路网运营状况差异很大,目前尚无对应的评价理论体系和标准支撑。

此外,协调表现的模糊性和内容的多样化,致使运营协调性的评价难度增大。

笔者从协调性能分析入手,提取特征性要素,通过模糊评价以辨识符合实际需求,协调程度高的网络化运营方案。

1 协调性能体现1)网络综合协调性。

关注网络条件下,各条线路的运能与运量的匹配情况、服务水平、协调效率、资源共享等,从网络整体角度衡量协调的收益[1]。

根据协调效用,寻求改善网络运营状况的要素和途径,为进一步提高运营协调性提供依据。

2)客流组织的协调性。

要求在输送全网络乘客的基础上,兼顾服务质量。

自乘客进入轨道交通车站始,至抵达目的地验票出站的整个过程,与客流的协调组织紧密相关。

协调情况可以通过不同时段、特定点的客流特征量来反映。

3)运营计划的协调性。

运营计划的协调是网络化运营协调的核心部分,重点是在各个特征时段内,建立多方向列车在换乘站的衔接,体现在衔接成功率、乘客节省等待时间等方面。

为乘客创造良好的换乘条件,以提升现有运营条件下的服务水平,使客流在网络上的流动趋于平衡,避免列车满载率严重失衡。

4)换乘站子系统协调性。

作为路网协调的关键,大部分协调通过换乘站的运营组织实现[2 3]。

体现在2方面: 换乘站内列车、客流的运行效率,如快速集散能力; 换乘站硬件设施与运营组织协调的配合程度[4],如换乘过程连续性。

2 运营协调综合评价指标体系运营协调评价需要综合多方面因素,并以此来衡量运营的质量和效率,归结于运营组织、换乘效率、客流组织、运营管理4个方面。

由于不同类型的指标之间不具有同类可比性,因此划分3个层次,即:目标层!准则层!指标层,建立综合评价体系,见表1。

3 协调性的模糊综合评价对于城轨交通路网的运营协调而言,涉及层次和内容的广泛性、协调表征的模糊性决定了评表1 网络运营协调的综合评价体系目标层准则层指标层指标的属性及参数路网综合运营协调度运营组织换乘效率客流组织运营管理可衔接列车数(u1)现有开行方案可建立衔接的数量/列衔接周期列车总数(u2)协调条件下估算衔接列车数量下限/列衔接成功率(u3)现有运行计划的衔接比例/%平均换乘等待时间(u4)协调对提高服务水平的有效性/m in等待时间节约效益(u5)乘客因协调组织获得的时间价值收益换乘节点协调均匀性(u6)路网各换乘节点间建立衔接的差异程度分线路协调均匀性(u7)路网各条线路间可协调的差异程度线路协调适应性(u8)分线路与路网整体对比的协调比重运营组织灵活性(u9)运营组织协调的抗干扰能力运能匹配度(u10)运营协调下路网运能的利用情况路网负荷均匀性(u11)各条线路载客的差异程度换乘走行距离/时间(u12)换乘站的换乘条件,对衔接的影响/m换乘方便性(u13)各换乘站的换乘设施条件等的方便程度换乘过程连续性(u14)乘客在换乘站的整个换乘过程的平滑程度换乘站快速集散能力(u15)换乘站集疏运乘客的综合能力体现换乘安全度(u16)换乘站设施、管理的安全程度及应急水平未衔接滞留乘客人数(u17)协调对换乘站负荷的影响程度/人换乘客流量(u18)换乘站平均输送客流的效率可协调客流量(u19)实际获得协调收益的客流量/人协调收益率(u20)运营协调下客流实际获益的程度客运设备的适应性(u21)场站设施线路设备满足协调需求的程度信息化程度(u22)配合协调组织的信息传递的推广程度信息共享度(u23)运营协调信息的利用效率营运调度(u24)协调策略实施的行车管理效力和适应性管理权责与法规标准(u25)管理模式及相应规范等配套措施执行程度价不但要建立在计量测算的基础上,必须依托对各种复杂因素综观评判,保留部分指标的模糊性,使得评价结果更具客观性,因此选用模糊层次分析法(fuzzy analytic hierarchy pr ocess,FAH P)。

按照指标体系的层次,记总目标∀路网综合运营协调度#为A,分为m个准则B i,即A={B1, B2,∃,B m}。

式中:B i内包含n i个指标,即B i= {U i1,U i2,∃,U in},作为2级评判因素集。

各评价指标的权重包括准则层相对于总目标层的权重集W B和指标层相对于准则层的权重集W U,即W B={b1,b2,∃,b m};W U={w1,w2,∃,w n}。

建立评价标准集S=(s ij)m%n和隶属函数,由指标的实际值建立模糊关系矩阵R,通过元素的两两比较构造模糊评判矩阵R=(r ij)m%n。

针对协调的3个指标层次,进行2层模糊评价,即指标层相对于准则层和准则层相对于总目标层的评价。

指标层对准则层中,第i准则的模糊评价表示为Z i=W u R i=(w1,∃,w in),r il1∃r i1nr ini1∃r in i n=(z i1,z i2,∃,z in)(1)式中:i=1,2,∃,n。

准则层相对于目标层:V i=W Bi R i=W Biw1R1w m R m=(v1,v2,∃,v m)(2) v i为对第i个准则的隶属度。

模糊判断矩阵R中,r ij为第i个元素u i与第j个元素u j的相对重要性程度,采用1~9标度法,从最低层开始进行同层要素相对上层某要素的重要性比较,建立比较矩阵,由矩阵的最大特征值与特征向量得出每一个指标对其上层指标的隶属度。

由于综合运营协调本身的复杂性以及认识上可能产生的片面性,构造的模糊判断矩阵可能不具有一致性,需进行一致性程度的检验[5],如不满足则需调整至符合为止。

运营协调评价指标体系中各项指标意义不同,表现形式也不同,表示对象的作用趋向也不一致,有的属于正向指标,如∀等待时间节省#,有的属于逆向指标,如∀未衔接的滞留乘客人数#,需做相应处理。

1)定性指标。

采取调查和专家访谈结合确定其隶属度,作为模糊因子保留的指标项,应用模糊数学相关理论,计算其相对于某一具有明确定量内涵的定性概念的隶属度。

2)定量指标。

量纲不同,如平均等待时间为∀min#,可协调客流量为∀万人&次/h#,单独处理。

设定量指标在转化过程中属线性变化,正向指标按其强度依序确定隶属度,中间级第i项指标的隶属度为r i,j+1=x i-s i,js i,j+1-s i,j;逆向指标按其强度逆序从小到大排列,值越小的指标强度越高,则r i,j+1=x i-s i,js i,j+1-s i,j,r i,j=1-r i,j+1。

根据取得的权重集和系统评价矩阵,构建评价模型,计算路网综合运营协调度的整体评价值:V=C%W T(3)式中:C为系统评价矩阵;W T为各指标要素归一化权重分配向量的转置。

4 实例分析我国某城市轨道交通网络拥有8条线路,选取线网中心环线为协调基准线路,预设该线首站不同的上行、下行发车时间,应用网络运营协调辅助决策系统生成列车运力衔接方案[6],根据结果进行协调性的模糊综合评价。

4.1 评价指标计算确定层次结构和全面评价指标集。

因为各项指标不具有统一的价值体系和评价尺度,且来自不同层面,因此首先将评价指标无量纲化,计算其隶属度。

根据评价价值的取得方法不同,分为3类:1)可量化指标。

根据前述方法及结果统计,计算指标如表2所列。

表2 量化指标计算结果指标标号值可衔接列车数/列u161衔接周期列车总数/列u2110衔接成功率/%u355平均换乘等待时间/min u42.030等待时间节约效益/(人&h)u5323.3换乘节点协调均匀性u60.347分线路协调均匀性u70.124线路协调适应性u80.286运能匹配度u100.730平均未衔接滞留乘客人数/[(万人&次)&h-1]u17 1.280平均换乘客流量/[(万人&次)&h-1]u18 2.000平均可协调客流量/[(万人&次)&h-1]u190.860协调收益率/%u2043 本评价面向全网络的综合协调,故各项指标的核算均基于网络单位,如按换乘站单独计算,则转换为全网所有换乘站取均值;如对线路单独计算的,则转换为对所有线路整合取均值。

此外,部分负效应指标,如平均换乘等待时间,做逆向处理后与其他指标一同参评。

其中∀衔接成功率#指标描述了换乘所有方向可建立衔接情况,由于协调原则规定∀对任一换乘站不宜使列车同时到站#,∀当线路间有2个及其以上的换乘站时,要求尽可能保证换乘站有1个方向(上行或下行)得到衔接#,控制为单向衔接后,衔接成功率为约50%,即代表衔接目的达到。

因此该指标反映的协调性在于相对性。

2)可调查性指标。

如平均换乘走行时间,通过实际调查数据统计获得。

其他可测评指标,如换乘方便性、换乘安全度、客运设备的适应性、信息化程度、信息共享度等,建立评价标准{好,较好,一般,差,较差},对应评价值E={1,0.8,0.6, 0.4,0.2},通过现场检查及对提供的相关资料的核实,对换乘站、线路区间的相关设施进行法规符合性及其性能、应用程度的评价,将检查结果汇总分析,对不同换乘站的同类检查内容,应计算平均值,并作为相应指标的隶属度。

3)经验性评价指标。

属于宏观定性评价的指标,缺少具体的可量化测量工具,如运营组织灵活性、管理权责与法规标准等,根据相关管理者经验或专家评分,采用Delphi方法,按模糊数学隶属的原则进行指标取值的量化。

4.2 评价步骤步骤1。