城市轨道交通的建模及精细分析论文
1. 引言
随着中国经济的腾飞和城市人口的不断增长，作为大容量的城市轨道交通已成为解决城市交通拥挤问题的关键手段。城市轨道交通在许多城市从有到无, 从少到多，在最近几年里得到了巨大的发展。这种发展事态，随着进一步的城市化，将保持相当的一段时期。一方面，由于轨道网及地面公交网，甚至和对外高速铁路、航空港多方式连接的复杂性不断增加，对于做为轨道交通规划和管理的定量模型分析的要求和详细程度也越来越高。
另一方面，随着计算机技术发展，特别是计算速度，内存容量和显示屏分辨率的不段提高，交通规划软件的功能和分析能力和以往已不可同日而语。作为世界领先，已有近 30 年发展和应用历程的 Emme 交通规划软件，在近年有了长足的发展。特别是最近推出的公交分配模型和分析方法，建模器等，为公交和轨道交通规划和管理提供了无尽的分析手段和技术。
本文针对中国城市轨道交通的特点，结合交通规划软件 Emme，从轨道交通的路网编码开始，系统探索建模过程中可能遇到的问题和可能的解决方案，并通过表格、图象的手段展示用于规划和管理的各种精细分析的方法和结果。
2. 中国城市轨道、地铁交通的一些特征和分析要求
仅从建模和分析的角度出发，这里简单描述一下中国城市轨道、地铁交通的一些特征。
2.1 轨道交通发展及相应分析要求
轨道交通一般从单线开始发展。比如北京 60 年代末的一期工程，上海一号线等。这第一条线路随着时间的推移，一般客流比较饱满，也比较容易发生拥挤现象。然后与其相接的线路和长度开始增加。通过一个时期的密集发展，形成轨道交通网。接着，再向更远的城市边缘发展。
轨道交通的模型和分析也随之变化。对于一条线来说，一般只需要分析单线的段面和上下站流量，及该线路的站间流量。然后，路网形成后，线路间的换乘分析变成了必需的内容。还要包括对全网的站间流量，地面公交的接驳等问题的分析。同时，还要分析各线路的饱和度及其合理性，以及乘客使用地铁的换乘次数分布。票价及其产生的收益也成为重要的分析内容。
随着轨道线的延伸和城市中交通拥挤度的增加，停车换乘作为一种有效的交通方式出现。建立良好的停车换乘模型将对于改善交通和相关停车场规划提供建设性意见。
2.2 轨道交通的票价特点
中国城市的轨道交通一般采用按乘坐公里数收费。但具体反映到票价时，采用站间票价。也就是，乘客根据给定的站间票价购票，轨道系统内换乘免费，因为整个轨道交通一般是封闭式连网的系统，由单一的地铁公司管理。这种给定的站间票价，可能会根据初始站和末站进行调整。也可能对到某些站点给与更优惠的票价。这种调整，一般会改变票价和乘坐公里数的线性关系，给交通建模带来难度。而票价对于乘客出行路径，甚至交通方式的选择有重要影响。小区间出行使用地铁的费用一般需要在方式划分的效用函数中使用。如何建立这种费用模型，并精确计算小区间出行使用地铁的费用，是建立优秀模型的重要内容。
3. 轨道交通建模中的.一些问题和解决方案
针对上述中国城市轨道交通的特点，讨论建模中经常遇到的问题，并结合交通规划软件Emme 的使用，提出合适的解决方案。
3.1 轨道网编码及费用模型
城市轨道交通路网一般是封闭的。也就是，乘客要进入轨道系统必须先经过收费站点，付费后才能进入，轨道线和其他交通方式在线路上没有重叠。
为了考虑费用对乘客路径选择中的影响，可以在每个从地面进入的步行边上考虑从该站乘地铁的基本费用，并在每个地铁线段(站间)考虑该路段的乘车费用。地铁线段上费用一般按照乘坐距离估数。如遇过隧道等情况可加入合适的费用。这里的费用泛指经时间价值转换的票价。
3.2 形心连接线设置及流量分布
形心连接线的多少一般要视小区的大小而定。可以根据给定的参数，比如，长度等自动生成，但一般还需人工调整。在模型修正时也需要对形心连接线做些修改。以下列举两种可能出现的情况。
另外，在建立形心线时，应该特别考虑附近的轨道交通路网。由于地铁附近的乘客偏向于使用地铁，建议将这些地铁附近小区的形心和进入地铁站的步行边直接相连，或者将形心线和靠近这些进入地铁站的步行边相连。这些形心线的长度和步行时间也可适当放长。同时可以使用不同的交通方式编码，以便于以后的分析和数据统计。总之，编码要方便轨道交通站附近的小区出行易于使用轨道交通。
4. 轨道交通精细分析及案例
本节系统展示用于轨道交通分析的图表和分析案例。对于同一个方案来说，只需运行一次公交分配即可。所有的分析都可以在对保存的分配路径的分析后得出。
4.1 轨道交通分析中的常用图表
轨道交通分析一般要从出行需求和路网供应两个方面开始。需求量分析一般包括出行产生和吸引量，OD量相关的图表，比如，小区出行的柱状图，期望线等。路网方面的图表，包括线路的统计表格、走向，线路的覆盖、密度情况等等。这些常用的图表可以在软件提供现有的列表中找到，点击即可使用。如果需要一些特别的统计也只需对已有图表稍做修改即可。这里仅简单介绍一些用于供需平衡、供需交互方面的分析图表。这些图表，在完成公交分配后，也可以从现有的列表中找到使用。
4.2 一些重要的轨道交通相关分析
轨道交通的分析可以是多种多样的。对于不同的项目，要求也不尽相同。由于篇幅关系，这里分析的样本希望能起到抛砖引玉的效果。
4.3 单线和全网站间流量矩阵
轨道线站点间的流量分析是轨道规划和分析的重要内容之一。由于轨道交通的收费是按站到站来实际运营的，获得轨道全网站间的流量，也就获得了轨道网的收益数据。另外，因为轨道交通的封闭性，和收费方法，实际站间OD数据比较容易获得，而是准确。这种轨道站间OD对于模型验证具有重要意义。
5. 结语
城市轨道交通的建模和分析在城市交通规划中的地位随着轨道交通的成网变得举足轻重。Emme 最进推出的公交分配和分析模块，以及建模器为满足轨道交通的规划和精细分析提供的强大的基础和条件。本文列举了一些在轨道建模和分析中可能遇到的问题，并提出了相应的解决方案。在不同城市的实际应用当中，相信会遇到各种不同的问题并会提出更好的解答。
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