基于列車滿載率控制的地鐵線網(wǎng)大客流車站協(xié)同控制研究

孫孟毅，萬孟飛

（青島地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司，山東 青島 266101）

1 引言

隨著地鐵線網(wǎng)規(guī)模的日益擴(kuò)大，可達(dá)性不斷增強(qiáng)，乘客出行的時(shí)空跨度更長(zhǎng)、路徑選擇更加多樣，客流出行特點(diǎn)更為復(fù)雜。在面對(duì)客流擁擠情況時(shí)，尤其是地鐵運(yùn)行高峰期及節(jié)假日期間[1]，運(yùn)用高效、準(zhǔn)確的客流控制舉措是乘客安全出行的重要保障，在大客流車站單點(diǎn)客流控制的基礎(chǔ)上調(diào)動(dòng)線路、線網(wǎng)車站協(xié)同控制是實(shí)現(xiàn)地鐵網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)下對(duì)客流進(jìn)行精準(zhǔn)控制的有效途徑。

2 客流控制舉措概述

目前，地鐵運(yùn)營(yíng)單位常運(yùn)用的客流控制方式主要分為單站級(jí)客流控制（簡(jiǎn)稱“站控”）、單線級(jí)客流控制（簡(jiǎn)稱“線控”）和線網(wǎng)級(jí)客流控制（簡(jiǎn)稱“網(wǎng)控”）3種[2]，實(shí)際中結(jié)合具體情況會(huì)根據(jù)客流預(yù)警條件或警戒線的設(shè)定在上述3種方式下細(xì)分不同控制級(jí)別。

站控旨在通過加快出站客流疏導(dǎo)，控制進(jìn)站乘客數(shù)量，在車站站臺(tái)、站廳、出入口等處采取措施減緩乘客集聚，以保證客運(yùn)組織的安全有序[3]。當(dāng)單站級(jí)客流控制無法滿足客流疏導(dǎo)需要時(shí)，則需要結(jié)合同一線路上多個(gè)站點(diǎn)、多線車站協(xié)同控制實(shí)現(xiàn)對(duì)大客流的快速、有效疏導(dǎo)。

在實(shí)際中通常會(huì)將經(jīng)采取客流控制措施后仍無法緩解客流壓力，并向控制中心申請(qǐng)線控、網(wǎng)控的大客流車站確立為主控站，同時(shí)將為緩解主控站客流壓力而配合開展線控、網(wǎng)控的車站確立為輔控站，輔控站多位于與主控站在同一線路或存在換乘關(guān)系的相鄰線路，對(duì)主控站客流高峰或途經(jīng)列車的高斷面貢獻(xiàn)度較大。在執(zhí)行客流控制過程中，當(dāng)采用站控?zé)o法達(dá)到控制效果時(shí)，可及時(shí)采取更高級(jí)別的客控舉措，即在本線采取線控、鄰線實(shí)施網(wǎng)控，以達(dá)到客流有序、可控的局面。

3 線網(wǎng)客流車站協(xié)同控制策略

在具有清晰的客控啟動(dòng)時(shí)機(jī)情況下，有效地開展線控、網(wǎng)控需要確立輔控站、進(jìn)站閾值等具體范圍和數(shù)值。為此，本文以降低到達(dá)主控站的列車滿載率為實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的方式，通過選取主控站，并結(jié)合OD客流數(shù)據(jù)、列車運(yùn)行時(shí)間等因素確定輔控站[4]，依據(jù)列車滿載率控制計(jì)算輔控站進(jìn)站閾值。

3.1 輔控站選取

輔控站的重要程度直接決定了對(duì)主控站客流壓力緩解的增效，以Ex表示輔控站x的重要度，量化OD客流貢獻(xiàn)度及列車運(yùn)行至主控站有效性作為評(píng)定條件，具體計(jì)算公式如下：

式中，exp為輔控站x對(duì)主控站的OD客流貢獻(xiàn)度，是從輔控站x乘車到達(dá)或經(jīng)過主控站的OD客流與所有篩選的輔控站乘車到達(dá)或經(jīng)過主控站OD客流之和的比；ext為乘客乘坐列車經(jīng)由輔控站x運(yùn)行至主控站的時(shí)效性；α為exp相對(duì)ext的重要性。

根據(jù)式（1）可知，exp的比例越高，表明該輔控站限流對(duì)主控站客流壓力的緩解越有效果；列車經(jīng)由輔控站運(yùn)行至主控站時(shí)間越短，客控時(shí)效性越高，ext也就越大。α、ext的取值可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況設(shè)定并進(jìn)行靈活調(diào)整。結(jié)合青島地鐵客控情況，以exp更為關(guān)鍵，α取值為0.8，設(shè)乘客乘坐列車經(jīng)由輔控站運(yùn)行至主控站的時(shí)間為t運(yùn)，如從其他線路換入本線，t運(yùn)按照列車運(yùn)行時(shí)間與乘客正常換乘所需時(shí)間之和計(jì)算，ext取值與t運(yùn)密切相關(guān)，具體如下：

綜上可知，Ex越大，輔控站越重要、對(duì)主控站的客流壓力緩解增效越明顯。因此，可結(jié)合管控需要，按Ex的得分從高至低排序，依次選取一定數(shù)量的站點(diǎn)作為輔控站。

3.2 輔控站進(jìn)站閾值計(jì)算

假設(shè)到達(dá)主控站前列車滿載率下降到M，非輔控站不采取客控措施可視為不受影響車站，以S表示各非輔控站列車開出時(shí)滿載率的增加值之和，N為各輔控站列車開出時(shí)可增加的滿載率之和，則：

由于非輔控站不作為受控車站，則S是一個(gè)固定值，通過式（3）保證到達(dá)主控站時(shí)列車滿載率是控制在M值以內(nèi)。

具體進(jìn)站客流控制人數(shù)計(jì)算規(guī)則如下：

假設(shè)采取協(xié)同控制后cx為輔控站x的列車滿載率增加值；dX為輔控站x較未開展協(xié)同控制時(shí)列車滿載率的減少值；Ix為輔控站x的進(jìn)站客流在15 min內(nèi)要控制降低的值。計(jì)算式分別為：

式中，b為各輔控站進(jìn)站客流總和；bx為輔控站x進(jìn)站客流量；ax為未開展協(xié)同控制時(shí)輔控站x列車滿載率增加值；W為當(dāng)前線路列車的載荷能力；d為當(dāng)前線路的行車間隔，s。

通過式（4）~式（6）計(jì)算得到各輔控站進(jìn)站客流每15 min應(yīng)減少的數(shù)值，與未開展協(xié)同控制時(shí)的進(jìn)站客流值計(jì)算得出限流值，并考慮車站便于實(shí)施客控可調(diào)整限流值就近、向上至50的整數(shù)倍，得出進(jìn)站閾值。

網(wǎng)控時(shí)，需注意依據(jù)換乘站列車開出時(shí)降低的列車滿載率計(jì)算須控制的客流量，按照換乘客流來自方向的占比進(jìn)行分配，如希望換乘站列車開出時(shí)滿載率降低5%，則將5%運(yùn)能的客流量依據(jù)換入客流所來自的不同方向比例參照上述方法分配到涉及線路的網(wǎng)控各站，網(wǎng)控車站通過實(shí)施站控，將進(jìn)站客流控制到要求的數(shù)值。

4 應(yīng)用分析

青島地鐵3號(hào)線在工作日早高峰時(shí)段下行方向客流壓力較大，其中，在錯(cuò)埠嶺至敦化路下行區(qū)間斷面客流尤為集中，選取敦化路站為主控站，以3號(hào)線下行方向?yàn)槔?，示意圖如圖1所示，對(duì)其本線、線網(wǎng)車站協(xié)同控制策略進(jìn)行計(jì)算分析。

圖1 青島地鐵3號(hào)線車站示意圖

4.1 輔控站篩選

以2022年疫情前工作日線網(wǎng)客流數(shù)據(jù)分析，選取早高峰中客流集中時(shí)段08:00~08:15計(jì)算，依據(jù)Ex由高到低排序的輔控站篩選見表1，其中包含3號(hào)線下行方向至主控站前的沿線各站，從中選取排名前6的車站作為輔控站，均為3號(hào)線車站，即實(shí)施線控策略。

表1 輔控站篩選表（部分）

4.2 計(jì)算輔控站的進(jìn)站閾值

疫情前工作日3號(hào)線列車到達(dá)敦化路站前各區(qū)間列車滿載率及增加值情況表2。

表2 3號(hào)線青島北站至敦化路站各區(qū)段列車滿載率

假定優(yōu)化目標(biāo)M=85%，根據(jù)已選取輔控站數(shù)值代入式（3）~式（6）計(jì)算可得S=47.37%，N≤37.63%，這里N取值37.63%，各輔控站15 min進(jìn)站閾值計(jì)算見表3。

表3 本線3號(hào)線各輔控站15 mi n進(jìn)站閾值計(jì)算列表

涉及網(wǎng)控時(shí)，選取換入3號(hào)線客流較大的2號(hào)線，在線控基礎(chǔ)上降低李村站出站列車滿載率5%為優(yōu)化目標(biāo)，通過換乘客流方向數(shù)據(jù)分析，其中2號(hào)線上、下行列車到達(dá)李村站前列車滿載率分別降低4.50%、3.64%，依據(jù)表2確定輔控站為下行的李村公園站和上行的棗山路站、華樓山路站，計(jì)算輔控站15 min進(jìn)站閾值見表4。

表4 鄰線2號(hào)線各輔控站15 mi n進(jìn)站閾值計(jì)算列表

5 結(jié)語(yǔ)

地鐵為居民便捷出行和緩解地面交通擁堵提供了綠色、快捷、安全的解決方案，在網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)下大客流已成為常態(tài)，在站控基礎(chǔ)上高效、精準(zhǔn)地實(shí)施線控、網(wǎng)控是進(jìn)一步提高客控質(zhì)量，保證乘客安全出行的必要舉措，本文通過篩選輔控站、計(jì)算客流進(jìn)站閾值等提供了大客流車站協(xié)同控制策略的編制方法。后續(xù)在此基礎(chǔ)上，可逐步邁向系統(tǒng)平臺(tái)的建設(shè)與應(yīng)用，以智慧化手段推動(dòng)線控、網(wǎng)控方案自動(dòng)生成、實(shí)施，更好地支撐調(diào)度、站務(wù)、乘務(wù)等專業(yè)協(xié)同應(yīng)對(duì)、妥善處置。