城市轨道交通网络OD间路径旅行时间可靠性研究.pdf

张张铭铭航航韦韦锦锦范范伟伟莉莉葛葛健健豪豪朱朱炜炜城城市市轨轨道道交交通通网网络络间间路路径径旅旅行行时时间间可可靠靠性性研研究究ODOD摘要：在大规模复杂城市轨道交通网络条件下，同一OD间不同路径旅行时间的可靠性差异加大，进而对乘客出行选择产生影响。将乘客一次出行的路径旅行时间划分为走行时间(包括进站、换乘和出站走行时间)、候车时间(包括起始站和换乘站的候车时间)和乘车时间，运用概率密度函数对各分段时间进行定量解析与拟合。界定OD间路径旅行时间可靠性的内涵，提出以标准差和缓冲指数作为可靠性评价指标并给出计算方法。以北京地铁网络为例进行计算与分析，证明了评价指标能够较好地反映OD间路径旅行时间可靠性，并从实证角度说明了城市轨道交通系统在平峰时段具有较高的可靠性。由于高峰时段列车运行延误与乘客走行差异是影响OD间路径旅行时间的重要因素，以上海地铁网络中某一OD为研究实例，结果表明高峰时段不同路径旅行时间可靠性对乘客实际出行路径选择产生影响。关键词：城市轨道交通；可靠性；旅行时间；路径选择Travel Time Reliability of OD Routes in Urban Rail Transit NetworkZHANG Minghang1,4,WEI Jin2,4,FAN Weili3,4,GE Jianhao1,4,ZHU Wei1,4(1.Road and Traffic Engineering Key Laboratory of Education Ministry,Tongji University,Shanghai201804,China;2.Dajiang Network Technology(Shanghai)Co.,Ltd.,Shanghai 200082,China;3.ChinaRailway Shanghai Design Institute Group Co.,Ltd.,Shanghai 200070,China;4.Shanghai Key Laboratoryof Rail Infrastructure Durability and System Safety,Tongji University,Shanghai 201804,China)Abstract:With the development of large-scale and complex urban rail transit network,the travel timereliability of different OD routes becomes increasingly diverse and affects travel choices of passen-gers.In this paper,for a passengers trip,the route travel time is divided into walking time(includingthe time for entering,transferring,and leaving the station),waiting time(including the time spent atthe initial and transfer stations),and riding time;these segmented times are quantitatively analyzedand fitted using probability density functions.Based on the concept of travel time reliability of ODroutes,the paper proposes calculation methods with the standard deviation and buffer index as the reli-ability evaluation indicators.Taking Beijing Subway network as an example,the analysis suggests thatthe evaluation indicators effectively reflect the travel time reliability of OD routes and the urban railtransit system can be demonstrated to be highly reliable during non-peak hours.Train delay duringpeak hours and variations in walking time of passengers are important factors affecting the travel timefor OD routes.Using an OD in Shanghai Subway network as a case study,the results show that thetravel time reliability of different routes during peak hours has impacts on the selection of travel routesfor passengers.Keywords:urban rail transit;reliability;travel time;route selection收稿日期：2022-02-21基金项目：国家自然科学基金资助项目“时空双视角下基于多源数据的城市轨道交通网络配流评价方法与失效机理研究”(72071147)和“城市轨道交通网络乘客出行路径反演推定模型与方法研究”(71701152)、上海市科学技术委员会国际科技合作项目“超大城市轨道交通非常态大客流安全管控方法研究”(18510745800)作者简介：张铭航(1997)，女，江苏南通人，在读硕士研究生，主要研究方向：城市轨道交通设计、运营管理与多式联运。E-mail:通信作者：朱炜(1982)，男，浙江建德人，副教授，博士生导师，主要研究方向：轨道交通网络客流分析与运营安全管理。E-mail:张铭航1,4，韦锦2,4，范伟莉3,4，葛健豪1,4，朱炜1,4(1.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海 201804；2.达疆网络科技(上海)有限公司，上海 200082；3.中铁上海设计院集团有限公司，上海 200070；4.同济大学上海市轨道交通结构耐久与系统安全重点实验室，上海 201804)文章编号：1672-5328（2023）02-0109-09中图分类号：U491文献标识码：ADOI:10.13813/11-5141/u.2023.0005城市轨道交通网络城市轨道交通网络ODOD间路径旅行时间可靠性研究间路径旅行时间可靠性研究109理论方法Urban Transport of China Vol.21 No.2 March 2023城城市市交交通通二二二二三三年年第第二二十十一一卷卷第第二二期期走行时间候车时间乘车时间换乘走行时间 候车时间乘车时间走行时间进站刷卡时刻出站刷卡时刻走向站台候车等待在列车上换乘走行候车等待在列车上走向闸机进站出站起始点(O)换乘站(T)目的站(D)图1 城市轨道交通网络OD间路径旅行时间构成示意Fig.1 Composition of travel time on OD routes in urban rail transit network0 0 引言引言中国城市轨道交通发展迅速，北京、上海、广州等超大城市已全面进入网络化运营阶段，其他有轨道交通的大城市也将逐步从单一线路向成网运营发展，且网络规模与复杂程度日益增加1-2。客流是城市轨道交通网络化运营的基础，科学计算和分析客流在网络中的时空分布情况是票款清分清算、网络运营协调、列车运行图编制等一系列重要问题的前提和依据，而网络客流分布是微观乘客个体出行选择结果的宏观呈现，因此准确判断乘客个体的出行选择至关重要。在影响乘客出行选择的众多因素中，起讫点(Originand Destination,OD)间各条出行路径的旅行时间是关键因素之一。随着城市轨道交通网络规模不断扩大、网络结构日益复杂，以及列车开行方案和乘客出行行为更加多样化，同一OD间不同路径旅行时间的可靠性差异加大，进而对乘客出行选择产生越来越显著的影响。1991年，Y.Asakura 等3最先提出旅行时间可靠性的概念。侯立文 等4根据日本学者有关城市道路交通可靠性的研究提出道路网可靠性的概念，即系统在网络环境下完成所规定功能的概率。此后，道路交通可靠性研究快速发展，涵盖了路段、OD、路网等层面，求解方法多样，涉及旅行时间可靠性、系统运输能力可靠性、服务水平可靠性、满意度可靠性等多种评价指标5-7。在城市轨道交通领域，为了评价系统运营的可靠性，W.H.K.LAM 等8通过仿真方法研究城市轨道交通网络运输能力的利用情况。城市轨道交通网络存在一定的不确定性9，M.E.J.Newman10提出了复杂网络某些节点失效产生的传播模型(如 SIR 模型)，并研究网络故障对节点通信网络性能的影响。评价城市轨道交通网络可靠性11可以通过仿真的方式，从连通度、局部连通效益、全局连通效益指标12入手；由于L空间和P空间视角的城市轨道交通网络具有不同的性质13，需要对两种空间视角分别进行评价指标分析和可靠度评价14。除了对于整体网络的分析，学者们也尝试从不同角度开展城市轨道交通可靠性研究。例如，从系统工程的视角分析城市轨道交通系统安全性与可靠性之间的相互作用15；从乘客角度对旅行时间可靠性进行分析，对不同OD路径的旅行时间可靠性进行比较，并对多时段的网络可靠性进行评估16。客流在不同OD路径上的分布反映了乘客对路径的选择情况，并与旅行时间的可0.018概率密度0.0160.0140.0120.0100.0080.0060.0040.0020出站走行时间对数正态分布 SEE:2.513e-05 SST:0.000 169 6 R2:0.851 9伽马分布 SEE:2.606e-05 SST:0.000 169 6 R2:0.846 4威布尔分布 SEE:4.771e-05 SST:0.000 169 6 R2:0.718 8200180160140100801206040200出站走行时间/sa 团结湖站出站0.030概率密度0.0250.0200.0150.0100.0050换乘走行时间对数正态分布 SEE:2.258e-05 SST:0.000 391 9 R2:0.942 4伽马分布 SEE:4.195e-05 SST:0.000 391 9 R2:0.893 0威布尔分布 SEE:0.000 102 8 SST:0.000 391 9 R2:0.737 6200180160140100801206040200换乘走行时间/sb 郭公庄站换乘0.025概率密度0.0200.0150.0100.0050进站走行时间对数正态分布 SEE:8.665e-05 SST:0.001 382 R2:0.937 3伽马分布 SEE:0.000 165 9 SST:0.001 382 R2:0.880威布尔分布 SEE:0.000 316 6 SST:0.001 382 R2:0.771200180160140100801206040200进站走行时间/sc 东四十条站进站图2 走行时间概率密度分布(以北京地铁为例)Fig.2 Probability density distribution of walking time(Beijing Subway example)110张张铭铭航航韦韦锦锦范范伟伟莉莉葛葛健健豪豪朱朱炜炜城城市市轨轨道道交交通通网网络络间间路路径径旅旅行行时时间间可可靠