城市轨道交通列车运行图评估体系研究

吴启琛

（中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安 710043）

列车运行图是行车调度指挥的重要基础文件[1]。对其进行合理的综合评估，可以反映出该计划运输组织的水平和能力，不仅对运输服务的质量提高和运行计划的合理编制起到指导和反馈作用，还能极大促进现有资源的潜力和运力的挖掘、运能不足的有效弥补，以及地铁运输竞争力的提高[2]。

既有研究表示，运行图编制和优化方面的研究较为全面，但目前国内外在运行图质量评估方面的研究与应用稍显薄弱。故本文以地铁运行历史数据为基础，分析了地铁列车运行图评估的具体需求和基本准则，在模糊层次分析法框架内构建了适应城市轨道交通特性的评估指标体系和模型。力图为调图人员提供调整依据，进一步提高列车运行图调整质量和调整效率，助力地铁运输效率和服务质量的全面提升。

1 列车运行图评估指标体系

1.1 指标体系构建

在建立地铁运行图质量评估指标时，必须满足该指标体系能够概括地铁运行图特殊的要求[3]。一个科学的质量评估指标体系需要包含多方面指标，能够避免评估可能存在的单一性和局限性缺点，从而使得评估体系具有科学性和合理性。本文以相关技术和效益原则为标准，从以下方面出发选择合适的指标，构建有效的评估指标体系：（1）必须能够对地铁运行图实效目标进行充分展现。（2）尽可能地保证指标的全面性。（3）指标需要具备可比性和普适性。

依据以上选取原则，结合地铁运行图的自身特点，本文采用的评估指标分为基本静态指标、动态指标、稳定性指标、客运服务指标和运营指标等五类，如图1所示。

图1 评估指标体系

1.2 指标计算方法

1.2.1 基本静态指标

列车的实际运行速度除了与运行线路的条件和车体自身能耗等因素有关外，列车运行图的影响也至关重要。有关列车运行速度的指标通常包括平均技术速度、平均直通速度、平均发车间隔和平均折返时间等，其计算方法与既有线相关指标计算方法类似，可参考文献[4]。

1.2.2 动态指标

在运行图实际运营使用中，列车会面对来自自身和外界的各种干扰，很难准确地估计其受到干扰的程度和影响，故本文采用了列车运行计划时间与实际时间的偏差值来描述这种动态关系。基于此，选择到达偏差总时间、到达偏差平均时间、晚点列车所占比例、连带晚点传播比例、平均连带晚点时间和平均停站偏差时间作为评估指标。

本文定义到达站台的计划时间与实际时间差值为到达偏差，包含正负值，且指定正值为提前到达，负值为延迟到达，到达偏差值小于-30的数据定义为晚点数据。

（1）到达偏差总时间

到达偏差总时间为，列车从离开始发站截至到达终点站为止，沿途各个站台的到达时间数据，实际与计划时间偏差值之和。

（2）到达偏差平均时间

指列车在每个站的到达偏差数据平均值，即当前列车的到达偏差总时间除以车站数。

（3）晚点列车所占比例

在一个评估周期内，所有列车在所有站台的发生晚点情况占列车到达站台总次数的比例，其中将实际与计划到达偏差超过30 s的数据视为晚点数据。

（4）连带晚点传播比例

连带晚点指由于前行列车晚点造成后行列车晚点的现象，传统的连带晚点是指由前车引起的所有晚点情况。为了更加准确地区分连带晚点列车，遂定义连带晚点列车的计算方法如下：对列车数据在除始发站外的各站实际到达时间为基准进行升序排序，选取连续3辆或以上非晚点（到达偏差大于-30）到达的车辆，在这之后首次发生晚点的车辆将其视为自身晚点车辆。此车辆过后，到达此站台发生晚点情况的车辆不间断超过3辆，此种情况下，将除自身晚点列车外的晚点列车均视为连带晚点情况。

统计发生连带晚点的列车数量，将其与晚点的列车总数的比值视为列车连带晚点传播比例。

（5）平均连带晚点时间

所有发生连带晚点的列车，晚点时间偏差数据的平均值。

（6）平均停站偏差时间

该指标为列车出站时间与到站时间之间的差值，由于停站时间相对运行时间来说较短，通常在一分钟以内，不方便设定晚点标准，此时以停站列车的实际时间和计划时间的偏差值进行计算，平均停站偏差为总停站偏差值比上停站数据总数。

1.2.3 稳定性指标

高质量的运行图不仅能够对车与车以及车与站的关系进行合理协调，而且在列车运行遭受到干扰之后，能够增加列车恢复到按运行图图定时间运作的可能性。于是，稳定性是用作衡量抗干扰性能的关键指标。

在制定地铁运行图时，一般会包含缓冲时间，缓冲时间的分布状况以及大小决定着运行图所具备的抗干扰能力。相关指标计算方法参考杨意坚等人关于稳定性评价的研究[5]。

1.2.4 客运服务指标

（1）旅客满意度调查

根据旅客对地铁这种出行方式的舒适度、旅行时间满意度等进行问卷调查，并根据其结果得出指标：该调查的进行应建立在一个合理的满意度评估体系的基础上。具体包括旅客乘车频率、候车时间、购票方式、车站车厢环境满意情况等，具体指标可参考各城市旅客满意度调查问卷，本文中不再展开叙述。

（2）乘客平均候车时间

在城轨系统运输的过程中，由于列车晚点、发车间隔以及列车拥挤度等因素的影响，乘客的候车时间相应发生变化。通过降低发车频率能够提高列车的客运效率，但发车频率过低会增加乘客的候车时间，降低其出行时间效率[6]。

1.2.5 运营指标

（1）客流强度

地铁线路每日的客运量与线路总里程的比值为该线路的负载强度，可用于对各个线路相关的运营效率及经济性进行评估。如果依据运营的里程来制定票价，客流强度还可以反映该线路每天的运营总收入。

（2）客流断面不均衡系数

该指标为线路当天客流断面的最大值与线路当日时段客流断面平均值的比值，反映了地铁线路所承担的客流均衡度，用以线路客运效率的评估[7]。

（3）运营利润

运营利润为总营收与总成本的差值，其中成本是运营总成本，包括公里成本、车公里成本等。

2 基于模糊层次分析法的指标计算模型

相对于传统的层次分析法而言，模糊层次分析法通过构造模糊一致矩阵，降低指标间相互关系的确定难度；同时，它还能避免传统数学分析方法中，只有唯一解的不足。此外，它还具有较好的可扩展性，根据不同的重要性设置，得出指标权重的解也会各不相同。

首先对文中设计的评估指标体系中A、B两层中的每个细化指标制定两两间相互重要的程度。根据上述内容，展开构建模糊判断矩阵F。矩阵中，第i行j列元素fi，j（i=0，1…a，j=0，1，…a）取值越大，说明i与j指标间越相互重要。

其次，为了能够得到有效合理的权值，需要借助于构造模糊一致矩阵R=（ri，j）

式中：Si是模糊判断矩阵第i行元素的和，由此得到的即为模糊一致矩阵。权重值ω为模糊一致矩阵R的第i行和与其矩阵内所有元素之和的比值：

然后，借助线性隶属度函数，将指标全部进行归一化计算。

模糊层次分析法得到的W是各层次指标的权值，通过上述计算模型计算各列指标的权值，可得到列车运行图综合评估结果E=W5×（E0，E1，E2，E3，E4）。

3 实例仿真

根据各指标的计算公式，基于某地铁线路一个月的实际列车运行数据，对列车运行图数据进行综合评估测试。

3.1 运行图评估参考标准

运行图评估计算结果数量较多，每个指标的计算结果宜分为5个等级。每个等级的值域的制定工作一般由专家组借助相关统计数据研究确定，本文根据本行业的一般标准和经验，将各指标及综合评估结果的评级数据统一设定，见表1。

表1 运行图评估参考标准

3.2 测试结果

基于上文所述某地铁线路一个月的实际列车运行数据，并选择其中工作日、下行、平峰的列车运行图数据进行综合评估测试。

3.2.1 指标计算

根据指标的计算方法，对列车运行图数据进行综合评估测试，各指标的计算结果见表2。

表2 评估指标数据统计表

3.2.2 权重计算

首先，通过表示各指标间相互重要程度的模糊判断矩阵建立模糊一致矩阵，再通过公式（3）确定各指标的权值。

计算各类指标及综合评估的结果见表3。

表3 综合评估结果统计表

3.3 结果分析

由最终结果可得，本次综合评估结果为0.54，综合评估结果为一般，说明运行图需要进行较大调整。本次评估结果中，稳定性评估结果为较差，说明列车运行在遭受到干扰之后，能够恢复到按运行图图定时间运作的能力较差；动态指标、运营指标结果为一般，其中晚点列车评估结果较差，调度员需要针对列车准点率着重调整，并对动态和运营指标相关影响因素进行微调。

4 结束语

本文分别从静态速度、动态、稳定性、客运服务及运营方面入手，构建了地铁运行图综合评估指标体系。对基于模糊层次分析方法的评估过程进行研究，结合对列车运行历史数据统计分析，为仿真过程制定了相应约束。最后采用仿真方法结合列车运行历史数据，对本文拟采用的运行图综合评估体系进行了验证。结果显示评估选定的方法能够正确有效地反应地铁运行实际情况，能够快速锁定影响列车运行图质量的关键指标，为调图人员提供调整依据，有助于地铁运输效率和服务质量的全面提升。