城市轨道交通网络路径的动态可达性分析

　　摘要：城市轨道交通出行服务的智能化、精细化、人性化是发展趋势，随着轨道交通网络的日益扩大，乘客的出行路径呈现动态性和多样性。通过分析城市轨道交通全日内各时段条件下的路径可达性，提出城市轨道交通网络路径的动态可达性可以分为全日动态到达时间推算、全日动态旅行时间反推、首班车可达衔接和末班车可达衔接4部分，并对各部分的算法步骤进行分析说明。实现城市轨道交通网络路径的动态可达性分析与诱导发布，有助于主动服务乘客购票进站，引导乘客合理选择交通出行方式，提高深圳地铁乘客出行的便利性和客运服务的信息化水平。

　　城市轨道交通以其高效、正点、低能耗、少污染、安全、舒适等特点，吸引着大量的出行客流。目前，绝大多数城市缺乏完善的信息化体系来引导乘客出行，例如轨道交通相关运营部门告知乘客首末班车的方式，一般是通过站外张贴该站首末班车时刻表的形式，或是通过广播，这并没有有效地对出行的乘客进行引导。随着路网规模不断扩大，两站间的可选换乘路径增多，乘客出行时的平均换乘次数也随之增加。地铁相关部门虽采取了一定的诱导措施，但尽管通过相应手段可以让乘客知道地铁的运营时间，针对首班车的发车时间仅仅是对于线路的起始站而已，对于末班车而言也存在是否可以在途经的各个换乘站实现换乘的问题，也不能有效避免乘客盲目乘车到达不了目的地的情况。在其他条件不变的情况下，同一条路径的出行花费时间也会随着不同时段（高峰、次高峰、平峰）的列车开行计划而不同，其路径的可达程度是动态变化的。随着轨道交通网络规模的不断扩大，线网路径的走向变得更加错综复杂。以上情况的频繁发生，将严重影响轨道交通的可达性，降低客运服务水平。

　　针对该方面的问题，国内外学者主要从可达性指标的定义、可达性的评估体系方法等方面对轨道交通网络可达性进行了分析，或者主要面向末班车方面，对城市轨道交通可达性及考虑最大可达的末班车时刻表进行讨论。目前基本没有针对轨道交通线网的全日动态可达路径的信息研究，在这方面有很大的研究空间，同时列车开行计划、乘客对出行的需求也会对路径的动态可达性造成影响，而在该方面的研究较少。

　　为适应新时代的高质量发展要求，贴合我国各大城市建成全球卓越城市的发展需要，适应城市轨道交通超大规模网络的建设运营要求，从超大规模网络运营下的业务痛点与需求出发，致力于为乘客提供最方便、快捷的出行服务。因此，为了提高乘客出行的信息化、精细化、智能化，本文以乘客出行过程中涉及的候车时间、站台拥挤因素为核心痛点，以提供乘客出行路径的精准的旅行时间信息为目的，研究乘客在地铁出行包含全日到达时间推算、首班车衔接、末班车可达等在内的全日动态可达信息，以提高乘客出行的便捷性和客运服务的信息化水平。

　　1　城市轨道交通网络动态性

　　可达性是指利用一种特定的交通系统从某一给定区位到达活动地点的便利程度。轨道交通车站的可达性，主要用来反映路网中该车站与其他各车站之间的相互关系以及该车站在路网中的地位，是用来描述该车站对外交通联系的便捷程度。城市轨道交通网络是由“静态性”的网络物理结构和“动态性”的列车运行图共同构成，“静态性”的网络物理结构表现为该路径在空间上是否连通。因此，动态可达性不仅是基于物理结构上的可达，同时兼顾时间层面上的可达。

　　在对城市轨道交通网络可达性进行研究分析时，只考虑 “静态性”的网络物理结构时，无法准确真实地计算交通可达性，时间约束也是轨道交通可达性中不可或缺的一部分。但当可达性包含时间约束这一“动态性”特征后，就不能再利用传统交通可达性的相关模型和方法分析城市轨道交通网络的可达性。因此，根据动态可达性的定义，在对城市轨道交通网络进行可达性的评价与分析研究时，需考虑物理网络、运行图网络、时间可达及换乘衔接4 个方面，即城市轨道交通全日动态可达需同时考虑以上4 方面因素。

　　2　城市轨道交通全日动态可达算法

　　城市轨道交通网络路径的动态可达性主要可以分为全日动态到达时间推算、全日动态旅行时间反推、首班车可达衔接和末班车可达衔接4 部分。

　　2.1　全日动态到达时间推算

　　全日动态到达时间推算是指通过输入预计进站时间及进出站车站，计算考虑列车开行间隔和车站拥挤双重影响下的乘客候车时间及目的站到达时间，从而提供该路径的精准出行信息。

　　全日动态到达时间推算算法利用正推法推算路径预计到达时间，判断OD 可达性。算法具体实施步骤：通过用户输入的计划出发时间及出行OD，根据城市轨道交通网络线路进行路径搜索，匹配出符合用户出行OD 的所有路径，并进行单独分析。从起始点开始，对于每条单独路径上需要换乘的站点，模型会根据地铁列车运行图计算出乘客到达换乘站的时间点，并将该时刻与数据库内该站点客流同时刻同换乘线路的换乘走行时间进行动态匹配，推算出乘客到达换乘站站台的时刻，同时将该时刻与列车运行图进行对比，推算出可能衔接的地铁列车及候车时间，从而得出乘客的动态换乘走行时间。在同一OD 路径上每经过换乘站点，便计算一次乘客动态换乘走行时间，直至乘客抵达目标站点。将所有路径完成推算后，根据用户的计划出行时间，按照行程时间由小到大的顺序对路径进行排序，并将预计到达时间及动态旅行时间反馈给用户。

　　2.2　全日预计出发时间倒推

　　全日预计出发时间倒推是指，通过输入预计到达时间及进出站车站，提供乘客预计到达时间内的计划出发时间，为乘客提供全日出行可达服务。

　　全日动态旅行时间反推算法利用反推法推算匹配最近出发时间，判断OD 可达性，最后利用标号法计算路径信息。算法具体实施步骤：通过用户输入的计划到达时间及出行OD，根据城市轨道交通网络线路进行路径搜索，匹配出符合用户出行OD 的所有路径，并进行单独分析。对于每条路径，模型将跟据用户所输入的到达时间和出行OD，进行逆推。从结束点开始，对于路径上需换乘的站点，模型根据列车运行图逆推出乘客在该站点上车时刻与上一车次列车发车时刻范围内，抵达换乘线路的列车车次，将符合条件的列车车次抵达时刻与数据库内该站点同时刻同换乘线路的换乘走行时间进行结合推算，得出乘客最可能搭乘的列车车次。在同一OD 路径上每经过换乘站点，便对乘客的抵达时刻进行逆推，直至到达乘客起始点。将所有路径推算完成以后，得出行程时间最短路径，并根据用户的计划到达时间，推算出乘客的最晚出发时间，并将动态旅行时间一同反馈给用户。

　　2.3　首班车可达衔接

　　首班车可达衔接是指输入预计进站时间及进出站车站，提供能够衔接上的车次及目的站到达时间，或该路径能够首班车衔接的最早出发时刻。

　　首班车可达衔接是在全日动态旅行时间反推的基础上，根据用户所输入的计划到达时间进行逆推，并结合列车运行图中首班车的发车时间进行逆推计算，从而得出用户衔接首班车的最晚出发时间。由于首班车时段客流量较少但呈逐渐增加的趋势，首班车时段的乘客不存在换乘不可达情况。因此对于首班车衔接问题，需从乘客的预计到达时间为参数输入，逐步推测乘客想要搭乘首班车的最晚出发时间。

　　2.4　末班车可达衔接

　　末班车可达衔接是指，实现输入预计进站时间及进出站车站，提供能够赶上末班车的路径及目的站到达时间，或该路径能够末班车衔接的最晚出发时刻。

　　末班车可达衔接是利用逆推法推算路径的最晚进站时间，然后判断OD 可达性，最后标号法计算路径信息。算法具体实施步骤：首先确定终点站D 的可能最晚到站时间；其次由后向前依次推算在每个站的可能最晚到站时刻和离站时刻；最后推算出在起点站O 的可能最晚离站时间即是保证冗余时间最少的乘车时间。

　　3　结语

　　本文总结分析了城市轨道交通网络的列车运营特征，考虑物理网络、运行图网络、时间可达及换乘衔接4 方面因素，设计提出城市轨道交通网络路径的动态可达性的4 个主要功能：即将首班车可达衔接信息发布、末班车可达衔接信息发布、全日动态到达时间推算、全日动态旅行时间反推等。但是本文中的换乘时间的取值为定量（实际调查数据并留有一定的冗余），并未考虑乘客年龄、性别、负重、生理特性等个性化特征，同时也未进行快、中、慢速的分别标定，然而不同乘客或不同类别乘客的换乘走行时间是围绕平均走行时间波动的。因此，提供的动态可达路径需要进行进一步的可靠性分析。

　　（作者单位：深圳市规划国土发展研究中心）