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城市軌道交通的建模及精細分析論文
1. 引言
隨著中國經濟的騰飛和城市人口的不斷增長，作為大容量的城市軌道交通已成為解決城市交通擁擠問題的關鍵手段。城市軌道交通在許多城市從有到無, 從少到多，在最近幾年里得到了巨大的發展。這種發展事態，隨著進一步的城市化，將保持相當的一段時期。一方面，由于軌道網及地面公交網，甚至和對外高速鐵路、航空港多方式連接的復雜性不斷增加，對于做為軌道交通規劃和管理的定量模型分析的要求和詳細程度也越來越高。
另一方面，隨著計算機技術發展，特別是計算速度，內存容量和顯示屏分辨率的不段提高，交通規劃軟件的功能和分析能力和以往已不可同日而語。作為世界領先，已有近 30 年發展和應用歷程的 Emme 交通規劃軟件，在近年有了長足的發展。特別是最近推出的公交分配模型和分析方法，建模器等，為公交和軌道交通規劃和管理提供了無盡的分析手段和技術。
本文針對中國城市軌道交通的特點，結合交通規劃軟件 Emme，從軌道交通的路網編碼開始，系統探索建模過程中可能遇到的問題和可能的解決方案，并通過表格、圖象的手段展示用于規劃和管理的各種精細分析的方法和結果。
2. 中國城市軌道、地鐵交通的一些特征和分析要求
僅從建模和分析的角度出發，這里簡單描述一下中國城市軌道、地鐵交通的一些特征。
2.1 軌道交通發展及相應分析要求
軌道交通一般從單線開始發展。比如北京 60 年代末的一期工程，上海一號線等。這第一條線路隨著時間的推移，一般客流比較飽滿，也比較容易發生擁擠現象。然后與其相接的線路和長度開始增加。通過一個時期的密集發展，形成軌道交通網。接著，再向更遠的城市邊緣發展。
軌道交通的模型和分析也隨之變化。對于一條線來說，一般只需要分析單線的段面和上下站流量，及該線路的站間流量。然后，路網形成后，線路間的換乘分析變成了必需的內容。還要包括對全網的站間流量，地面公交的接駁等問題的分析。同時，還要分析各線路的飽和度及其合理性，以及乘客使用地鐵的換乘次數分布。票價及其產生的收益也成為重要的分析內容。
隨著軌道線的延伸和城市中交通擁擠度的增加，停車換乘作為一種有效的交通方式出現。建立良好的停車換乘模型將對于改善交通和相關停車場規劃提供建設性意見。
2.2 軌道交通的票價特點
中國城市的軌道交通一般采用按乘坐公里數收費。但具體反映到票價時，采用站間票價。也就是，乘客根據給定的站間票價購票，軌道系統內換乘免費，因為整個軌道交通一般是封閉式連網的系統，由單一的地鐵公司管理。這種給定的站間票價，可能會根據初始站和末站進行調整。也可能對到某些站點給與更優惠的票價。這種調整，一般會改變票價和乘坐公里數的線性關系，給交通建模帶來難度。而票價對于乘客出行路徑，甚至交通方式的選擇有重要影響。小區間出行使用地鐵的費用一般需要在方式劃分的效用函數中使用。如何建立這種費用模型，并精確計算小區間出行使用地鐵的費用，是建立優秀模型的重要內容。
3. 軌道交通建模中的一些問題和解決方案
針對上述中國城市軌道交通的特點，討論建模中經常遇到的問題，并結合交通規劃軟件Emme 的使用，提出合適的解決方案。
3.1 軌道網編碼及費用模型
城市軌道交通路網一般是封閉的。也就是，乘客要進入軌道系統必須先經過收費站點，付費后才能進入，軌道線和其他交通方式在線路上沒有重疊。
為了考慮費用對乘客路徑選擇中的影響，可以在每個從地面進入的步行邊上考慮從該站乘地鐵的基本費用，并在每個地鐵線段(站間)考慮該路段的乘車費用。地鐵線段上費用一般按照乘坐距離估數。如遇過隧道等情況可加入合適的費用。這里的費用泛指經時間價值轉換的票價。
3.2 形心連接線設置及流量分布
形心連接線的多少一般要視小區的大小而定�？梢愿鶕o定的參數，比如，長度等自動生成，但一般還需人工調整。在模型修正時也需要對形心連接線做些修改。以下列舉兩種可能出現的情況。
另外，在建立形心線時，應該特別考慮附近的軌道交通路網。由于地鐵附近的乘客偏向于使用地鐵，建議將這些地鐵附近小區的形心和進入地鐵站的步行邊直接相連，或者將形心線和靠近這些進入地鐵站的步行邊相連。這些形心線的長度和步行時間也可適當放長。同時可以使用不同的交通方式編碼，以便于以后的分析和數據統計�？傊幋a要方便軌道交通站附近的小區出行易于使用軌道交通。
4. 軌道交通精細分析及案例
本節系統展示用于軌道交通分析的圖表和分析案例。對于同一個方案來說，只需運行一次公交分配即可。所有的分析都可以在對保存的分配路徑的分析后得出。
4.1 軌道交通分析中的常用圖表
軌道交通分析一般要從出行需求和路網供應兩個方面開始。需求量分析一般包括出行產生和吸引量，OD量相關的圖表，比如，小區出行的柱狀圖，期望線等。路網方面的圖表，包括線路的統計表格、走向，線路的覆蓋、密度情況等等。這些常用的圖表可以在軟件提供現有的列表中找到，點擊即可使用。如果需要一些特別的統計也只需對已有圖表稍做修改即可。這里僅簡單介紹一些用于供需平衡、供需交互方面的分析圖表。這些圖表，在完成公交分配后，也可以從現有的列表中找到使用。
4.2 一些重要的軌道交通相關分析
軌道交通的分析可以是多種多樣的。對于不同的項目，要求也不盡相同。由于篇幅關系，這里分析的樣本希望能起到拋磚引玉的效果。
4.3 單線和全網站間流量矩陣
軌道線站點間的流量分析是軌道規劃和分析的重要內容之一。由于軌道交通的收費是按站到站來實際運營的，獲得軌道全網站間的流量，也就獲得了軌道網的收益數據。另外，因為軌道交通的封閉性，和收費方法，實際站間OD數據比較容易獲得，而是準確。這種軌道站間OD對于模型驗證具有重要意義。
5. 結語
城市軌道交通的建模和分析在城市交通規劃中的地位隨著軌道交通的成網變得舉足輕重。Emme 最進推出的公交分配和分析模塊，以及建模器為滿足軌道交通的規劃和精細分析提供的強大的基礎和條件。本文列舉了一些在軌道建模和分析中可能遇到的問題，并提出了相應的解決方案。在不同城市的實際應用當中，相信會遇到各種不同的問題并會提出更好的解答。
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