基于可靠度的城市轨道交通系统服务能力评价

基于可靠度的城市轨道交通系统服务能力评价

可靠性研究始于20世纪80年代。目前，可靠性技术在公共交通系统和公共交通系统中进行了初步研究。可靠性是指系统或单位在给定条件下和规定的期限内完成预定功能的能力。因此，它可以用来评估复杂系统的鲁棒性。目前，国内外对公共交通可靠性的研究较少，仅有少量研究仅限于对公交纪念时间的可靠性研究。这些研究的计算通常是复杂的，需要更多的数据。此外，目前的研究通常是从公共交通公司的角度建立公共交通可靠性模型，并且对行人的乘客行为的假设是错误的，因此很难从行人的切身利益来分析和研究公共交通的可靠性。目前,我国很多城市人口密度大,道路密度和容量又相对较小,尤其是在高峰期,交通供需矛盾更加突出,公共交通在高峰期服务的时间长短和拥挤程度直接影响了公交系统的服务水平和服务能力,因此有必要对高峰期内的公交服务可靠性进行研究.2高峰时间的交通特征2.1公交通道路不平衡,造成了交通拥堵1)机动车流量增大,容易产生拥堵.随着小汽车总量增加,小汽车在出行中的比例也迅速增加,交通结构失衡,特别是在高峰期,道路饱和度过高,供需矛盾更为突出,非常容易导致交通拥堵的产生.2)交通强度方向性明显.高峰期的交通方向性较强,特别是一些功能比较单一的小区,如北京的望京、回龙观、天通苑等以居住为主的小区,在高峰期的车流方向更为明显,双向的车流量极其不平衡.3)由于城市公交在道路时空分配上没有足够的优先权,大部分的公交车都是和社会车辆一起,拥有一样的路权,公交车行驶速度普遍较慢,在高峰期最低甚至只有5km/h.而且已有的公交专用道,在高峰时期也难免被社会车辆占用,未能真正体现出公交优先来.2.2乘客通过列车通过增长到站时间,通过乘客、乘客等车时间增加到站速度,造成乘客不安全1)客流量大、乘客到达车站时间比较集中且方向性强,通勤和通学的乘客占有绝对比重.2)公交车准点率低,车站等待时间长.由于道路交通拥堵、乘客上下车造成的延误比较大,而且由于高峰期公交车站排队时间较长,进站较慢,所以造成公交车不准点,公交车辆到站时间的随机性增加,乘客在车站等车时间增加.3)高峰期,公交车内和车站秩序相对比较混乱,乘客上、下车困难.因为公交车对乘客的服务不是遵循“先到先服务”的原则,乘客上车的顺序通常是随机的,尤其是在客流较大的时候,车内满载率非常高,车内和站台较为拥挤,秩序比较容易混乱.3运营成本ca对于公共交通而言,其服务可靠度可定义为:在一定营运条件下和规定时间内,完成预期服务的能力.本文研究的营运条件是公交车辆在高峰期内的运行;而规定时间是指乘客期望到达目的地的时间;预期的服务则是使每位乘客安全、舒适、按时到达目的地.公交服务可靠度表征了公共交通的服务质量和舒适程度,是评价公交系统服务能力的一种有效方法.可以假设:1)高峰时,客流到达车站服从泊松分布,公交车辆到站服从Gamma分布;2)所有出行者同质,且单位时间费用是固定的,早到或者迟到具有相同的时间费用;所有公交车的载客量相同;3)Ca表示乘客受力的单位成本,Cw、Ce、Cl分别为乘客等车单位时间成本、早到目的地的单位时间成本和迟到的单位时间成本;C拥挤为车内拥挤成本,C延误为时间惩罚成本.4)im(im≥0)是在车辆m到达之前到站的人数,∑mim=Ι∑mim=I;线路有k辆公交车,每辆车m可容纳Nm位乘客(m=1,2,…,k);5)T1和T2为期望到达目的地的最早和最晚时间,即乘客希望在T1和T2这个时间段内到达目的地;乘客实际到达目的地的时间为tD.3.1乘客时间延迟成本通常情况下,如果乘客在第m-1辆车开走之后,第m辆进站之前这段时间到达车站的话,将会乘坐第m辆车离开.但是在高峰期内,如果等车的乘客太多,一辆车容纳不了,则必须要有人等待下一辆车.乘客在车站等了t分钟等到他想坐的车m,则等车延误为Cw·t.设到达目的地的时间为tD,如果tD<T1,则说明乘客早到达的时间为:T1-tD,时间费用为Ce(T1-tD),如果tD>T2,则晚到时间为:tD-T2,时间费用为Cl(tD-T2).乘客的总时间费用为:Cmm=Cw⋅t+{Ce(Τ1-tD)tD<Τ10Τ1≤tD≤Τ2Cl(tD-Τ2)tD>Τ2Cmm=Cw⋅t+⎧⎩⎨⎪⎪Ce(T1−tD)0Cl(tD−T2)tD<T1T1≤tD≤T2tD>T2因为车站的服务(乘客上车)的顺序是随机的,不能保证先到的乘客一定能先上车,所以在客流非常大的时候,会有先到的乘客反而被落下的可能性,所以在此分以下几种情况对乘客时间延误成本进行分析:如果im-Nm≤0,表示第m辆车可以容纳所有的乘客,不会有人被落下,则im位乘客的平均总费用为:Cmmmm(Im)=Cmm;1)如果im-Nm>0,但是im+im+1-Nm-Nm+1≤0,表示第m辆承载不了多有乘客,会有im-Nm位乘客必须乘坐下一趟车,而下一辆车(第m+1辆)可以容纳所有的乘客.且两辆车承载的比例分别为Νmim,im-ΝmimNmim,im−Nmim,因此可以得到任意im位乘客的平均总费用为:Cm+1m(Ιm+1)=Cmm⋅Νmim+Cm,m+1⋅im-ΝmimCm+1m(Im+1)=Cmm⋅Nmim+Cm,m+1⋅im−Nmim3)同样,如果im-Nm>0,im+im+1-Nm-Nm+1>0,但是im+im+1+im+2-Nm-Nm+1-Nm+2≤0,说明第m和m+1辆车都承载不了这么多乘客,而只有第m+2辆车才能满足客流的需求,则im位乘客乘坐车辆m,m+1和m+2的比例分别为Νmim,(im-Νm)⋅Νm+1im(im+im+1-Νm)Nmim,(im−Nm)⋅Nm+1im(im+im+1−Nm)和(im+im+1-Νm-Νm+1)⋅(im-Νm)im(im+im+1-Νm),任意im位乘客的平均费用为:Cm+2m(Ιm+2)=Cmm⋅Νmim+Cm,m+1⋅Νm+1⋅(im-Νm)im⋅(im+im+1-Νm)+Cm,m+2⋅(im+im+1-Νm-Νm+1)⋅(im-Νm)im⋅(im+im+1-Νm)由以上方法依次类推,可知,如果n-1∏w=maw>0且an≤0(n=1,2,…,k),则有到站乘客的平均延误成本C延误为:C延误=Cnm(Ιn)=CmmΝmbm+Cmnn-1∏w=mawbw+(1-δn,m+1)n=1∑w=m+1Cm,ww-1∏v=mavw∏v=mbv其中:am=im-Nm+maxm-1,bm=im+maxm-1(m=1,2,…,k);maxm=max{im-Νm+maxm-1,0}m=1,2,⋯,k-1,且max0=0;若i=j,则δij=1,否则δij=0.3.2车内是否太路一般来说,比较宽松的乘车环境会让乘客感觉舒服一些,而较为拥挤的车辆会使乘客产生厌倦和烦躁心理.美国的Fruin(1987)和通行能力手册(1985)将车辆的拥挤程度DOC(DegreesofCrowding)分为5级,参见表1,可知在高峰期,车辆的拥挤程度通常达到3级以上.在拥挤的车辆中,会使乘客感到不舒适,也会大大影响公共交通的服务水平,因此可以用车内拥挤成本来表示公交的服务可靠性.一般来说,如果车内不是太拥挤,乘客之间会避免相互的身体接触,争取个人空间.但是在高峰期内,由于车辆满载率较高,身体的接触难以避免.可以将车内任意两位乘客身体所占的面积视为半径为ri和rj的圆,向量rij=ri+rj,两乘客间的距离为dij.如果dij>rij则说明两人不接触;dij≤rij则表示两人相碰或相挤.则乘客i和j二人之间的相互作用力fij可表达如下:fij=Ai⋅exprij-dijBi+k⋅g(rij-dij)Ai、Bi和k为常数,当两人不接触(dij>rij)时,幅角函数g(x)为零,否则就等于相应的幅角函数值.同样,设diW为乘客到车厢壁的距离,则车厢壁对乘客i的作用力fiW为:fiW=Ai⋅expri-diWBi+k⋅g(ri-diW)用Ca表示乘客受力的单位成本,建立乘客在车厢内的拥挤成本模型,表达式如下:C拥挤=Ca(∑j≠ifij+∑WfiW)3.3和严格的中小型公交服务可靠性模型C延误(时间惩罚成本)和C拥挤(车内拥挤成本)取值的高低,直接影响到公交的服务可靠度.时间惩罚和拥挤成本越高,说明乘客延误时间越长、拥挤越严重,因此服务的可靠性就越差.所以我们就可以用C拥挤和C延误来表示高峰期公交服务的可靠度RPS,建立高峰期的公交服务可靠性模型如下:其中,α表示拥挤成本对服务可靠度影响的权重,(1-α)表示延误时间对服务可靠度影响的权重,β和γ分别为