郑州地铁站点优化模型

郑州地铁站点优化模型摘要随着社会的不断发展，人口不断加剧，交通拥堵已成为城市中普遍存在的问题。在有限的资源里完成更多的道路交通规划，地铁这一现代化产物因运而生。通过分析已建地铁的城市，我们可以看到地铁对交通状况的改善是巨大的。而通过建地铁前后交通分担率的比较，也可以得出地铁对改善交通压力是否有作用。在路线选择以后，站点的选择就成为主要问题。一个站点的选择，要考虑多种因素。而疏堵是郑州地铁建设的近期目的，所以从疏堵这个角度来评价评价郑州地铁一号线的合理性是最恰当的选择，利用层次分析法来分析在众多评价因素中，疏堵的权重是否最大，如果疏堵所占的权重是最大的，则可以得出一号线站点设置的比较合理。相反，贝怀合理。设置站点时，它们之间的距离不能太大也不能太小，而站点密度是反映站点距离是否合理的物理量，通过以站点密度为目标得到回归方程，对它进行分析来优化站点设置。从而得到了优化方案。最后对人员的分流，则是通过目标规划来得到解决方案的。问题重述伴随着城市的不断发展，郑州市交通供给与需求的矛盾日益突出；尤其是跨越铁路交通供需之间的矛盾。贯穿郑州市的京广铁路和陇海铁路将城市分隔为四个象限；然而，联系市西南、东北两大象限仅有三个通道，分别为建设路-金水路、中原路-正兴路和陇海路。交通调查分析表明，这三条通道高峰时饱和度分别为0.98、0.97、0.96⑴；因此在有限的资源里完成更多的道路交通规划显得尤为重要；2009年2月郑州市地铁建设项目因运而生，根据建设规划，6条轨道交通线路将组成“三横两纵一环”的棋盘放射状交通网络，线网全长202.5公里。即将竣工的1号线一期工程西起凯旋路站，东至体育中心站，全长26.2公里，设车站20座，总投资约为150.8亿元。同时，还将在2013年下半年开工建设轨道交通2号线一期工程，该工程北起广播台站，南至向阳路站，全长18.3公里，设车站15座，总投资约100亿元，计划于2015年建成。1、2号线建成后，郑州市将形成“十”字形的轨道交通架构。根据设计，1号线行车计划初期为每日148对，全日运行时间为18个小时，初期客流量将达到84.2万人次每天，列车初期行驶速度为每小时33公里，负荷强度将达到每日每公里13000人次。城市地铁规划分为客流引导型和规划引导型。修建地铁不仅仅对城市交通的发展有重大意义，同时对城市经济、城市格局、城市环境等城市生活的各个方面都将产生深远的影响。本文主要讨论如下问题：1） 根据郑州地铁的规划，运用恰当方法评价郑州地铁对郑州交通方面的影响。2） 根据目前1号线的规划，建立合适的评价体系对其站点设置的合理性进行评价。3） 根据郑州地铁的规划，在考虑多种因素的情况下（例如人口密度、交通路况等），建立模型，对规划线路（1,2号线除外）站点设计进行优化。4） 在发生突然断电的情况下，设计人员的分流方案，并分析站点设置的意义。关键字：地铁交通影响站点设置层次分析优化模型问题分析对于第一问，评价地铁对郑州市交通方面的影响。我们从郑州地铁总规划中可以看出近期目标是以疏堵为主要目的，所以评价得出地铁对郑州市交通的影响，主要看它是否达到疏堵的目的。本题建立的评价指标为公共交通的分担率、公共交通线路总长度及客运量，通过加权平均法得到规划前后郑州市交通情况，通过前后对比，我们很容易看到规划后的交通有了很大程度的提高。对于第二问，从一定的角度，评价地铁一号线站点设置的合理性。站点设置的是否合理，这与它是否能达到预期效果有关。由《郑州市城市轨道交通建设规划》中的线网分期建设规划可知，近期规划是以疏堵为目标。一号线就是近期规划中的首要任务。所以说，评价一号线站点设置的合理性，就是要评价规划中一号线站点是否以疏堵为主要目标。也就是说，评价站点设置的合理性，就是要看在影响站点设置的众多因素中，疏堵是否为最主要因素，也就是要比较疏堵的权重是否最大。而影响站点设置的因素难以完全用定量进行分析，所以这个问题采用层次分析法来比较各因素的比重。因为本题说用一定的角度来评价，所以，我选择了经济性和便利性两个大因素来比较。对于第三问，城市地铁是城市轨道交通的一种。它由电气牵引、轮轨导向、车辆编组，整体运行在地下隧道内或者地面、高架线路上，是一种载客量大、运行速度快、到发点准、乘坐舒适、安全的公共交通方式。由于其运营速度快、经济效益高、服务质量高、环境污染小因此已经成为缓解现代交通压力的最佳交通方式。但由于城市地铁在建设过程中交通复杂、开发强度大、时序性强等因素，因此对城市地铁线路的合理规划已经越来越被人重视。而城市地铁站点的选择与城市发展和便利乘客密切相关。总体来说，地铁站点的选址要以“协调发展，按需设置，技术可行，经济合理”为根本原则，并结合地铁建设的根本原则以及建设实施中的实际要求和作业特点，最终确定了城市地铁线路站点建设的原则为：以城市发展相协调，满足乘客出行需求，保证施工建设的顺利实施和节约车站建设投资。该原则对城市地铁站点选址具有实际意义。对于本题来说我们从“线一点”这个概念来说逐步优化地铁站点。首先，我们对影响地铁站点密度的因素进行回归分析，找出密度分布不合理的线路并对其密度进行改良。接着，从“点”出发，考虑各种因素对一个地铁站点的选择的影响，其中包括站点建设成本、带动区域的经济效益、站址周边环境、施工风险、区域产业布局、舒缓客流度等关键因素，根据这些因素，建立方案评价指标体系。通过层次分析法，得影响因素权重，最后得到对该站点的总的评价，从而建立起地铁站点选址的模型。对于第四问，轨道交通是大城市公共客运交通的骨干，是大众化、大运量、独立专用轨道的城市客运系统。它具有快速、大运量、方便、准时、舒适等特点，应纳入城市公共交通体系统一筹划，形成综合交通体系，给市民的出行提供最大限度的方便。当地铁出现突发状况时，如何快速有效的疏散地铁人群，已成为衡量综合交通体系是否合理的重要因素。因此对轨道交通的接驳（在一次出行期间从一种交通工具到另一种交通工具的转换叫换乘，批量乘客的转换称为接驳）问题进行研究显得尤为重要。本文给出了接驳公交线路车辆配置并以以线路的接驳效率最大为目标建立优化模型对接驳站点设计及人流分流方案具有一定参考意义。问题假设交通现状评价指标各数据以公交车运营方公布的数据为代表。地铁的建设不受环境的影响；由于影响各线路地铁站点的密度的因素不尽相同，在此假设一般情况下各线路的站点密度主要受该站客运量、平均运程、客运周转量的影响4•假设地铁停电后，人们都会依据最短时间到达原则选择交通换乘方式。5•假设断电后，公交车的运送能力大于线路的客流量。6•假设地铁断电后，主要利用公交接驳站点进行疏散。7•假设疏散乘客也愿意选择需要换乘的公交车以到达自己的目的地名词解释公共交通分担率城市居民出行方式中选择公共交通（包括常规公交和轨道交通）的出行量占总出行量的比率客运周转基 指接驳公交线路所接驳的乘客人数与其在轨道交通线路上所乘行距离之积接驳 在一次出行期间从一种交通工具到另一种交通工具的转换叫换乘，批量乘客的转换称为接驳符号说明Pi郑州市交通综合评价值；Wi郑州市交通评价中各指标的权重；Ki郑州市交通评价中指标量ai:第i个评价因素；Ai:第i个指标；f[i,j]为断电后从轨道路段i到j的客流量；l[i，j]为轨道路段i到j的距离（km）；R[i,j]为地铁断电后乘客从路段i到j的距离（km）；G[i]为地铁断电后公交公司需要的分流客运量。模型的建立与求解模型I模型建立评价一个城市交通状况的优劣需要考虑多个因素，同时进行量化的评价需要建立评价指标，而这些指标必须是众多因素中有代表性的因素。本题评价地铁对郑州市交通方面的影响的方法以上述理论为基础，将郑州市交通现状综合评价值与地铁规划后交通的综合评价值进行比较，得出地铁对郑州市交通影响的大小。由于本题建立的评价指标为公共交通的分担率、公共交通线路总长度及客运量，故运用加权平均法对郑州市交通进行评价。P=2（wxk）；j iji=1模型求解根据资料搜集的相关数据如下表：指标公共交通分担线路总长度、一.日各运量综合评价

率%万千米千万人次/天值权重0.40.30.3交通现状0.260.37210.9610.433规划后交通0.450.39231.3100.640从表格中可以看到，规划后的交通综合评价值比现在的要高0.213,所以可以看出地铁系统规划后可以很好地缓解交通压力，交通状况得到很好的改善；模型II1.模型建立(1)郑州地铁一号线站点设置评价指标的确立根据对于地铁站点综合评价的决定因素的调查情况，我们从中选取了比较重要的4个，具体的评价指标如下表：「方寨层U1811^1层)「方寨层U1811^1层)地铁建设成本a1带动的经济效益a2交通疏堵a3提咼出行时间效率a4(2)各个评价指标权重的确定层次分析过程过程框图这里我们采用成对比较法和1—9比较尺度构造成对比较矩阵的方法。由于本题所选择的评价因素来说数量不多，所以不再采取对同一层的因素进行两两比较的办法来建立判断矩阵，直接把四个因素放在一起进行两两比较。为了使各个标准下，各方案两两比较以求得其相对权重，我们引入了相对重要性的指标，如表：标度aij定义1i因素与j因素相同重要3i因素比j因素略重要5i因素比j因素较重要7i因素比j因素非常重要9i因素比j因素绝对重要2,4,6,8为以上两判断之间的中间状态对应的标度值倒数若j因素与i因素比较，得到的判断值为aji=1/aij由此确定各指标的权重为A二（al,a2,a3,a4）.最后比较各权重之间的大小关系，最后得出评价结果。2.模型求解郑州地铁一号线属于规划中的近期目标，近期目标就是疏堵，从《郑州市城市轨道交通建设规划》中，我们可以分析出一号线经过的路段大多是城市主干道和易发生交通拥堵现象的地方。虽然在站点设置是考虑的因素很多，这里我们仅从经济性和便利性对一号线站点设置进行建模求解，来分析选址的合理性因为无法邀请有关专家对指标进行评价，为了评估各个指标，我们详细的分析了搜集到的资料（《郑州市城市轨道交通建设规划》和河南省乡、镇、街道人口中的郑州市人口分布）。由于时间有限，我们就自己建立了评定小组，对各个指标进行了评定。虽然会有一定的误差，但是还是有一定的可信度的。用成对比较法和1—9比较尺度，得到两两比较矩阵:站点设计成本带动的经济效、人益交通疏堵提咼出行时间率站点设计成本1253带动的经济效、人益1/215/23/2交通疏堵1/52/513/5提咼出行时间率1/32/35/31求解得：A=（0.1,0.2,0.5,0.3）;通过一致性判断，可以得出CR=0<0.1,所以说得到的结果是合理的。从得到的权重矩阵中可以看出，交通疏堵这一评价因素的权重最大，所以说郑州地铁一号线的站点设置是合理的。模型III1模型的建立和求解根据郑州已经规划的地铁线路，在模型二的基础上进一步对其规划进行优化。考虑到当客流量较大或乘客平均运距较小时，为了满足客服的需要，需要增加站点密度（单位长度的站点数），现通过分析郑州市城市轨道交通建设规划（附件3.1）可得客运量、平均运程、客运周转量与站点密度的关系表：地铁线地铁长度（km）、二口-各运量（万人次/d）站点个数（个）站点密度平均运距（km）客运周转量（万人.km/d）141.497290.78239608810.651033.05240.291.65260.6467661699.68887.172331.471.36250.7961783449.25660.08433.2145.09230.6925624818.82397.6938540.787.48300.7371007378.8769.824625.329.8170.6719367598.72259.856利用minitab对以上数据进行线性回归得：回归方程为站点密度二-4.06-0.00578客运周转量+0.541平均运距+0.0511客运量（万人次/d）自变量系数系数标准误TP常量-4.0634.744-0.860.482客运周转量-0.0057840.005481-1.060.402平均运距0.54070.54251.000.424客运量（万人次/d）0.051070.047651.070.396S=0.0633957R-Sq=42.4%R-Sq（调整）二0.0%但上述回归方程不具有现实意义，通过对郑州市轨道交通规划图仔细分析我们发现，由于地铁二号线向阳路南段经过郑州绕城高速及龙湖绿化带等人烟稀少的郊区，使其其站点密度有别于其他线路，在进行回归分析使我们应该剔除。利用minitab对地铁1、3、4、5、6号线路的分析结果如下：回归方程为站点密度二-4.68+0.609平均运距-0.00651客运周转量+0.0580客运量（万人次/d）自变量系数系数标准误TP常量-4.6831.731-2.710.225平均运距0.60850.19783.080.200客运周转量 -0.0065050.002000-3.250.190客运量（万人次/d）0.057980.017403.330.186S=0.0230223R-Sq=94.4%R-Sq（调整）=77.8%站点密度残差图1—0.0309990比分50百10正态概率图-0.015 0.000 0.015 0.030残差0.01•■•0.00■-0.01't1—0.0309990比分50百10正态概率图-0.015 0.000 0.015 0.030残差0.01•■•0.00■-0.01't与拟合值差-0.02匚0.650.700.750.80直方图拟合值观测值顺序通过对残差图的分析可得四号地铁线的密度明显过小，因此我们在四号线路上多加一个站点，利用minintab得：回归方程为站点密度二-4.88-0.00676客运周转量+0.633平均运距+0.0600客运量（万人次/d）自变量系数系数标准误TP常量-4.877390.09690-50.330.013客运周转量-0.00675640.0001120-60.340.011平均运距0.632840.0110857.130.011客运量（万人次/d）0.05997770.000974461.550.010S=0.00128910R-Sq=100.0%R-Sq（调整）=99.9%站点密度残差图差与拟合值拟合值直方图观测值顺序差与拟合值拟合值直方图观测值顺序由结果可知应在四号线多建设一个站点，由附件2.1、2.2知会展中心站一商鼎路站的堵车较为严重地区，且人口分布密集，故可在其中间设置另一站点。2.模型的评价及改进1、 本模型对数据准确性依赖较大，由于郑州地铁正处于建设阶段，因此数据的预测可能存在一定的误差。当误差不大时本模型能够准确估计线路站点密度的合理性。2、 本模型是建立在原地铁站点设置大体合理的基础上，因此具有一定的局限性。3、 本模型只能对站点密度进行改进，而对于站点选址问题需参考模型二。4•可通过收集个线路周围人口密度、商业中心、政治机关、教育机构的具体资料以及道路情况来具体确定没一个站点的位置。模型IV1模型的建立模型一目标规划模型乘客通过从站点i出发的接驳线路而到达目的地。因此可建立目标规划模型。在满足疏散乘客的同时使公交公司的客运量最少。G[i]=min{f[i,j]*R[i，j]}（j不等于i）s.t.G[i]<=f[i,j]*l[i，j]模型二接驳线路优化模型公交系统的优化一般考虑的目标有：社会总交通时问最小、服务乘客数量大、换乘率最小以及公交部门经济效益晟大或者路线每公里载客数量大等，本文考虑前

面提到的接驳线网对轨道交通系统起到的两个方面作用，在对接驳公交线路优化时采用路线的接驳效率最大为目标。接驳效率就是客运周转基与接驳公交线路长度的比值。工(qC,j)+q(j,i)x1Cj))FR FR RmaxEli」二f 1[i]FE訂一站点i始发的接驳线路F的接驳效率(人)；F1一由站点i始发的接驳线路F的长度(km)；FCj)—由接驳线路下车，然后从轨道线路R的站点i1一由站点i始发的接驳线路F的长度(km)；FCj)—由接驳线路下车，然后从轨道线路R的站点i上车到站点j下车的客流qFR量(人)：q(j,i)—由轨道线路R的站点j上车，到站点i下车然后再转乘接驳线路F的FR客流量(人)；qC，i)=^m