基于票务信息的城市轨道交通客流实时监测系统的研究

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国内图书分类号：Ｕ２３９．５

国际图书分类号：６５６．２密级：公开

西南交通大学

研究生学位论文

年

姓

专

二零一一年六月一令一一，平六月

ＣｌａｓｓｉｆｉｅｄＩｎｄｅｘ：Ｕ２３９．５

Ｕ．Ｄ．Ｃ：６５６．２㈥ＵｌｌＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩＩ｛Ｙ２１０８４６０

ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

ＭａｓｔｅｒＤｅｇｒｅｅＴｈｅｓｉｓ

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ＳＥＮＧＥＲＦＬＯＷＢＡＳＥＤＯＮＴＩＣＫ正Ｔ小Ｇ

ＩＮＦＯＩ洲ＡＴＩＯＮ

Ｇｒａｄｅ：２００８

。

Ｃａｎｄｉｄａｔｅ：ＬｉｕＨａｉｔａｏ

ＡｃａｄｅｍｉｃＤｅｇｒｅｅＡｐｐｌｉｅｄｆｏｒ：Ｍａｓｔｅｒ

Ｓｐｅｃｉａｌｉｔｙ：ＴｒａｆｆｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ

Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒ：Ｗａｎｇ．ＭｉｎｇｈｕｉＪｕｎｅ，２０１１ＰＡＳ

西南交通大学

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授

西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明

本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：

论文仔细研究和分析了城市轨道交通系统的运营组织方式，以及旅客到达、移动和消散等客流流动规律，探讨了旅客出行需求、轨道交通系统运输能力以及影响旅客运输服务质量的诸多因素。

在详细分析的基础上，进一步研究并设计了城市轨道交通客流监测系统的总体构架和详细算法，提出了客流的拥堵传递现象，制定了以计算机队列理论为根本解决方法的表上作业分析法，为分析和跟踪客流流动提供了有力手段。

最后，利用ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ语言和Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ０伍ｃｅＡｃｃｅｓｓ２００７数据库等平台搭建了城市轨道交通客流检测系统软件，并以成都地铁的部分数据进行了系统的试运行。

本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。

学位论文作者签名．刮盘绣

日期：２秒／７，７．厂．

西南交通大学硕士研究生学位论文第１页

摘要

中国的城市轨道交通已经进入高速建设期。城市轨道交通系统具有运量大、速度快、时间准、节能、舒适、环保等特点，可以覆盖整个城市的交通区域，加速了城市的经济发展，加强了城市吸引力。基于这些特点，城市轨道交通系统可以满足城市居民日益增长的出行需求，缓解城市道路交通拥挤状况，提高居民出行质量，加快生活节奏，产生更高的社会价值。城市轨道交通系统也是一个复杂的、联动的、庞大的系统，需要各部门的通力合作。为更好地完成旅客运输服务，缓解交通压力，城市轨道交通系统需要具备应对客流变化的自适应能力。

本文主要研究基于票务信息的城市轨道交通客流实时监测系统。首先，从城市轨’道交通的客流组织、运输计划及运输能力等方面出发分析轨道交通运营的相关情况，为后续系统的实现提供理论基础及依据。其次，综合多方面的影响因素，从旅客出行各个环节详细分析车站和线路的客流流动规律。然后，解释客流监测的每个步骤，以实现对客流流动规律的量化考察，构建城市轨道交通系统客流流动的数学模型，并且设计客流流动分析的表上作业法。同时，针对城市轨道交通客流的实际情况，由需求分析设计系统的架构及具体的功能结构。最后，根据城市轨道交通客流实时监测系统的设计，应用计算机队列的理论方法实现表上作业的算法，实现城市轨道交通客流信息采集、数据处理分析和客流数据发布等功能。文章结尾利用成都地铁的简化数据进行了客流监测的初步模拟。

关键词：城市轨道交通；客流分析；实时监测；表上作业法

西南交通大学硕士研究生学位论文第１ｆ页

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｉｔｈａｓｂｅｅｎｉｎａｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ

ａｓｐｅｒｉｏｄｆｏｒｕｒｂａｎｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔｏｆＣｈｉｎａ．Ｕｒｂａｎｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔｓｙｓｔｅｍｈａｓｓｏｍｅｆｅａｔｕｒｅｓｓｕｃｈｌａｒｇｅｖｏｌｕｍｅ，ｆａｓｔ，ａｃｃｕｒａｔｅｔｉｍｅ，ｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇ，

ｃｏｖｅｒｃｏｍｆｏｒｔａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄｉｔＣａｎａｌｍｏｓｔｔｈｅｅｎｔｉｒｅｔｒａｆｆｉｃａｒｅａｓｏｆｃｉｔｙ，

ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆｃｉｔｙ’Ｓｅｃｏｎｏｍｉｃ

ｏｎｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ａｎｄｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｔｈｅｃｉｔｙ’Ｓａｐｐｅａｌ．Ｂａｓｅｄｔｒａｖｅｌｎｅｅｄｓｏｆｃｉｔｙｔｈｅｓｅｃｈａｒａｃｔｅｒｓ，ｕｒｂａｎｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔｓｙｓｔｅｍＣａｎｍｅｅｔｔｈｅｇｒｏｗｉｎｇ

ｄｗｅｌｌｅｒｓ，ｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｕｒｂａｎｒｏａｄｃｏｎｇｅｓｔｉｏｎ，ｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｒｅｓｉｄｅｎｔｓ’

ａｔｒａｖｅｌ，ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｔｈｅｐａｃｅｏｆｌｉｆｅ，ａｎｄｒｅｓｕｌｔｉｎ

ｓｙｓｔｅｍｉｓａｌｓｏａｈｉｇｈｅｒｓｏｃｉａｌｖａｌｕｅ．Ｕｒｂａｎｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔｔｏｃｏｍｐｌｅｘ，ｌｉｎｋａｇｅ，ａｎｄ

ｔｏａｌａｒｇｅｓｙｓｔｅｍｗｈｉｃｈｎｅｅｄｓｅｖｅｒｙｄｅｐａｒｔｍｅｎｔｗｏｒｋ‘ｔｏｇｅｔｈｅｒ．Ｉｎｏｒｄｅｒ

ｔｒａｆｆｉｃｃｏｍｐｌｅｔｅｔｈｅｐａｓｓｅｎｇｅｒｔｒａｎｓｐｏｒｔｓｅｒｖｉｃｅｓｂｅｔｔｅｒａｎｄｅａｓｅｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｕｒｂａｎｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔｓｙｓｔｅｍｓｈｏｕｌｄｈａｓｔｈｅａｄａｐｔｉｖｅｃａｐａｃｉｔｙｔｏｒｅｓｐｏｎｄｔｏｃｈａｎｇｅｓｏｆｐａｓｓｅｎｇｅｒｆｌｏｗ．

Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｍａｉｎｌｙｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｕｒｂａｎｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔｐａｓｓｅｎｇｅｒｆｌｏｗｗｈｉｃｈｉｓｂａｓｅｄ

ｔｒａｎｓｉｔｏｎｔｉｃｋｅｔｉｎｇｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｆｉｒｓｔ，ｉｔａｎａｌｙｓｅｓｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔｕｒｂａｎｓｉｔｕａｔｉｏｎｓｉｎｒａｉｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ，ｂｅｇｉｎｎｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅ

ａｎｄｔｒａｎｓｐｏｒｔｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎｏｆｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔｐａｓｓｅｎｇｅｒｆｌｏｗ，ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ，ａｎｄｔｈｅｓｅｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｆｏｕｎｄａｔｉｏｎａｎｄ

ｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｂｅｈｉｎｄ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｖａｒｉｏｕｓｆａｃｔｏｒｓ，ａｄｅｔａｉｌｅｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｐａｓｓｅｎｇｅｒｆｌｏｗｒｕｌｅｓｉｎ

ｐａｒｔｓｔａｔｉｏｎｓａｎｄｒａｉｌｗａｙｌｉｎｅｓ，ｄｕｒｉｎｇｔｈｅｅｖｅｒｙｏｆｔｒｉｐｓ，ｗｉｌｌｂｅｇｉｖｅｎ．Ａｎｄｔｈｅｎ，ｍａｋｅｅｖｅｒｙａｓｐｅｃｔｏｆｐａｓｓｅｎｇｅｒｆｌｏｗｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｃｌｅａｒｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｓｔｕｄｙｏｆｐａｓｓｅｎｇｅｒｆｌＯＷ，ａｎｄｂｕｉｌｄｐａｓｓｅｎｇｅｒｆｌｏｗｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｕｒｂａｎｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｄｅｓｉｇｎｔａｂｌｅｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄｔｏａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐａｓｓｅｎｇｅｒｆｌｏｗ．Ａｔｔｈｅｓａｎｌｅｔｉｍｅ，ｗｅｃａｎｄｅｓｉｇｎｔｈｅｓｙｓｔｅｍｆｒａｍｅｗｏｒｋａｎｄｔｈｅ

ｔｏｆｕｎｃｔｉｏｎｓｔｎＪｃｔｕｒｅｄｅｐｅｎｄｉｎｇ

ｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔｐａｓｓｅｎｇｅｒｆｌｏｗ．Ｉｎｏｎｄｅｍａｎｄａｎａｌｙｓｉｓ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｏｆｕｒｂａｎｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｈｅｄｅｓｉｇｎｒｅａｌ－ｔｉｍｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｕｒｂａｎｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔｐａｓｓｅｎｇｅｒｆｌｏｗａｎｄｕｓｉｎｇｔｈｅｔｈｅｏｒｙａｎｄｍｅｔｈｏｄｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒ

ａｌｓｏａｃｈｉｅｖｅｓｆｕｎｃｔｉｏｎｓｑｕｅｕｅ，ｉｔａｃｈｉｅｖｅｓａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆｔｈｅｔａｂｌｅｄｉｓｐａｔｃｈｉｎｇｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｉｔ

ｓｕｃｈａｓｐａｓｓｅｎｇｅｒｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｏｆｕｒｂａｎｒａｉｌｔｒａｎｓｉｔ，ｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄｐａｓｓｅｎｇｅｒｄａｔａｒｅｌｅａｓｅ．Ａｔｔｈｅｅｎｄｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｐａｓｓｅｎｇｅｒｆｌｏｗｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｗｉｌｌｂｅｐｅｒｆｏｒｍｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｄａｔａｏｆＣｈｅｎｇｄｕｓｕｂｗａｙ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｕｒｂａｎ

ＤｉｓｐａｔｃｈｉｎｇＭｅｔｈｏｄＲａｉｌＴｒａｎｓｉｔ；ＰａｓｓｅｎｇｅｒＦｌｏｗＡｎａｌｙｓｉｓ；Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；Ｔａｂｌｅ

西南交通大学硕士研究生学位论文第ｆＩ１页

摘要………………．……．．……．…．………．……．．……．…．…．…………．．…．……．……．…．…………．．………．……．．：ＩＡｂｓｔｒａｃｔ……………………………………………………………………………………………………………………．ＩＩ第ｌ章绪论…………………………．：……………………………………………………．．１

１．１国内发展现状与研究背景…………………………………………………………１１．２研究内容与意义……………………………………………………………………２１．３论文的组织结构……………………………………………………………………３第２章城市轨道交通系统运营组织．．：……………………………………………………．．５

２．１城市轨道交通车站客流组织………………………………………………………５

２．１．１票务客流……………………………………………………………………５２．１．２站台客流组织方法………………………………………………………．ｊ．．７２．２城市轨道交通的运输计划…………………………………………………………９

２．２．１客流计划……………………………………………………………………９２．２．２行车计划与计划调整………………………………………………………１０２．３城市轨道交通系统的运输能力…………………………………………………一１１

２．３．１车站作业能力……………………………………………………………．．１ｌ２．３．２线路能力……………………………………………………………………１１２．３．３载运工具与运输能力………………………………………………………１２２．４本章小结……………………………………………………………………………１５第３章城市轨道交通系统客流流动分析…………………………………………………１６

３．１客流的到达…………………………………………………………………………１６

３．１．１进站客流的统计……………………………………………………………１６３．１．２进站客流的预测………………………………．．．……………………ｏ…．２１３．１．３旅客拥挤度衡量标准……………………………………………………．．２２３．２客流的移动………………………………………………………………………２４

３．２．１旅客乘降……………………………………………………………………２４３．２．２列车运行轨迹……………………………………………………………．．２５３．２．３线路选择与换乘…………………………………………………………．．２７３．３客流的突发与滞留………………………………………………………………．２８

３－３．１大客流量的产生…………………………………………………………。２８３．３．２客流拥堵传递规律…………………………………………………………３０３．４客流流动分析表上作业法………………………………………………………．３ｌ３．５运营状态评价标准………………………………………………………………．３４３．６本章小结…………………………………………………………………………．３５第４章客流实时监测系统的分析与设计………………………………………………。３６

西南交通大学硕士研究生学位论文第１Ｖ页

４．１应用背景与用户分析……………………………………………………………．．３６

４．１．１应用背景…………………………………………………………………．．３６４．１．２用户分析…………………………………………………………………～３６４．２功能需求分析……………………………………………………………………一３８

４．２．１用户业务及功能要求……………………………………………………．．３８４．２．２数据需求分析………………………………………………………………３９４．２．３输入输出与人机交互……………………………………………………．．４２４．３非功能需求分析……………………………………………………………………４３４．４系统总体设计……………………………………………………………………．４３

４．４．１系统性质…………………………………………………………………．．４３４．４．２系统相关技术………………………………………………………………４３４．４．３系统结构设计………………………………………………。：……………４５４．５系统功能设计……………………………………………………………………．．４６

４．５．１系统功能结构……………………………………………………………．．４６４．５．２子系统功能划分…………………………………………………………。４７４．５．３客流相关数据定义………………………………………………………。４８４．５．４系统菜单设计………………………………………………………………５１４．６本章小结…………………………………………………………………………．５１第５章城市轨道交通客流实时监测系统的实现…………………………………………５２

５．１客流实时监测系统综述…………………………………………………………．５２

５．１．１系统平台的搭建……………………………………………………………５２５．１．２客流监测系统工作流程…………………………………………………。５３５．２系统主要功能的实现………………………………………………………………５４

５．２．１数据采集功能的实现……………………………………………………．．５４５．２．２客流分析功能的实现……………………………………………………。５５５．２．３结果数据的存储…………………………………………………………．．５７５．２．４信息发布功能的实现………………………………………………………５９５．３系统模拟运行……………………………………………………………………．６０５．４本章小结……………………………………………………………………………６３结论…………………………………………………………………………………………６４致｛射………………………………………………………………………………………………………………………．６５参考文献……………………………………………………………………………………．．６６攻读硕士学位期间发表论文………………………………………………………………６９

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第１章绪论

１．１国内发展现状与研究背景

中国的发展政策推进了城市建设和经济区域化进程，我国城镇化速度逐步加快。在城镇化的过程中人口和交通问题逐渐进入管理者的视野。北京、上海、广州等“一线城市＂人口问题和交通问题已显窘迫，“二线城市”的交通问题也逐步凸现出来。城市人口逐年增加，导致城市出行需求的增长，是交通拥堵问题的根源所在。人们日益增长的生活水平和出行需求导致了城市交通的压力。．为了缓解城市交通压力，我国的大中城市已经开始大规模建设城市轨道交通运输系统。

’从１９６９年１０月我国北京第一条地铁运营线路建成并投入运营到今天，我国的城市轨道交通已经经历了４０多年的发展历程。而早在１８６３年英国伦敦就已经修建了世界上第一条地铁线路，我国足足落后了一个世纪之久，排在了发展城市轨道交通国家行列的第２４位。长期以来，我国城市轨道交通建设相对滞后，轨道交通运营总长度、密度及负担客运比例均远低于世界平均水平。而国际经验表明，当一个国家的城市化率超过６０％，城市轨道交通将实现高速发展以解决大城市交通拥堵问题，从而拉动城市轨道交通建设投资迅速增加。“十五”期间，我国的公路和港口得到快速发展；“十一五”期间，我国将发展重点放在了铁路建设；城市轨道交通将成为“十二五”期间基础建设投资的新对象。随着城市化进程的逐步加速，我国的城市轨道交通建设即将迎来黄金发展期。伴随投资额度的加大，城市轨道交通建设，尤其是地铁建设有望成为继高铁大规模投资之后新的投资热点，成为“十二五”基础建设投资的新增长点。据专家预计，未来十年，我国城市轨道交通建设投资有望超过３万亿元人民币的额度。随着

第一条地铁在北京建成通车，我国的城市轨道交通就开始了追赶世界先进国家的征程。２０１０年的统计结果显示，我国２８个城市正在建设或者有城市轨道交通项目计划，规模之大，范围之广，可见我国的城市轨道交通发展已经真正步入了高速发展的黄金期。

我国的城市轨道交通发展还具有多元化的特点：城市铁路、市郊铁路、地下铁道、轻轨交通、城市有轨电车、独轨交通、磁悬浮线路等多种新型轨道交通方式都能在我国找到。每个城市的轨道交通运营体系也存在差别。成都市地铁是由铁路部门和成都市政府联合组建的运营公司，分为建设部和运营部。广州地铁是由专门的集团公司独家管理包括建设、研发、运营等全部业务。北京地铁则分别有几家公司运营不同的线路。大连轻轨三号线的运营管理公司还包揽了大连市有轨电车线路的经营业务。不管是哪家公司、多少家公司在经营城市轨道交通，总体来说都符合下面的一般规律：

第一，运营线路路网作业配合要统一协调；

第二，同城票价需要统一规定，多采取民意调查方式或者政府定价的方式制定；第三，运营时间和车次时刻安排一般按照初期计划进行，后期逐步调整；第四，运营多数采取全封闭式线路，尽量减少其他交通方式的干扰因素，单独配

西南交通大学硕士研究生学位论文

置能源；第２页

第五，应用现代化票务、安检、监测、通信、消防系统，为正常的旅客运输和非正常的突发事件做周全准备。．

城市轨道交通的服务能力十分巨大，是我们解决城市交通拥堵问题的优选方案。与传统交通方式分离、专有线路、专有技术、运载量大、运营准点率高、安全可靠、节能无污染、带动周边经济发展等，都是新型城市轨道交通的优点。城市轨道交通倍受青睐，成为我国乃至世界大力发展的城市旅客运输方式。

１．２研究内容与意义

我国的城市轨道交通线路已进入大规模建设阶段，除个别城市的老式运输线路以外，城市轨道交通运输线路几乎都采用了全封闭的运营方式。本文研究的对象主要就是“封闭的＂城市轨道交通方式，这种“封闭＂具有以下几方面的含义：

第一，在空间上的封闭，以高架、地下、围栏圈定的专署区域等形式与其他运输方式隔离开来。这种空间的封闭使得作业不受外界因素干扰，自成体系，易于掌控，降低了情况的复杂程度，也使专用技术能够在全线路无差别应用。同时，避免了外界冲突，使运营控制更准确，反馈的信息也更能体现实际情况。

第二，在管理和运营形式上的封闭，由于空间的封闭，为运营和管理提供了有力的支持，其表现主要是统一售票、统一票价、统一运输、统一制度，并且运输线路和方式也固定下来。避免了类似公路运输的条件复杂和各自为政的混乱局面。

第三，行车线路的性质和列车跟随追踪的运行方式，使得车列受到前后车列和轨道的限制，形成了运行时序相关性的封闭。这种状况导致了事件触发的连锁反应，限制了运输能力，但是却提高了运行的安全性和可控性。

在建设初期需要进行可行性研究，讨论交通需求、路网的规模、铺设区域、站点设置、技术引进等内容。和城市公路交通建设一样，如果对需求分析和估计不足，轨道交通同样满足不了出行需求的增长。当城市轨道交通建设完毕以后，很难对其进行大规模物理结构改造，所以建设之前的可行性研究报告就十分重要。但是，由于人们的需求不尽相同，出行随机性也较大，政府的市城建设规划和政策的不确定性变动，另外还包括经济、文化的潮流引导，使得影响城市居民出行需求的因素纷繁复杂，加上我们在前期交通需求分析和预测中使用的方法不可能完全拟合实际的交通状况，提高城市轨道交通的自适应能力和服务质量就显得尤为重要。

参考交通调查结果进行设计，城市轨道交通在运力方面做出了容量的预留，但是考察城市轨道交通的运营现状，仍然存在很多问题：由于城市发展建设规划制定的功能区域可能随政策发生变化，从某种程度上改变了人们的出行需求，设计的预期效果没有完全实现；车站运营管理局限于人工、录像等初级手段，凭经验发现车站和线路区间的问题，不能及时应对旅客的出行需求，存在措施不得力和安全隐患；没有充分利用实时的客流量信息应对旅客需求变化并及时引导客流流向，服务方式被动；客流

西南交通大学硕士研究生学位论文第３页

信息来自票务工作，是后期统计分析的结果，对于行车计划制定的支持有时间延迟，同时，由于未来状态的不确定性分析结果无法充分拟合，统计结果只对长期出行需求有意义；在突发事件中，例如大型集会活动，运输能力凸显不足，没有实时量化的行车计划变动的决策支持，只是依靠时间消散客流，运营方式死板。

本文的研究目标是详细分析城市轨道交通系统客流的流动规律，设计一个软件系统：利用封闭式城市轨道交通的票务信息，统计旅客流量和出行目的，将客流分解成按时间分布的客流量ＯＤ（Ｏｒｉｇｉｎ．Ｄｅｓｔｉｎａｔｉｏｎ）矩阵；然后，辅以车站、区间、车列、行车计划等参考数据，综合考虑运营方式和实时的票务信息所反应出的客流信息构建客流分析模型，描述车站和线路的运输压力，为运营部门和旅客提供动态的客流分布和运营状态图，并根据线路和车站的设计规格以及编组和运输计划等信息，量化地提供作业优化和出行路线选择指导。

本文的研究意义在于为城市轨道交通运营部门和旅客提供了一种直观掌握客流状态和运营状态的手段：从运营组织和管理、旅客出行流程以及客流流动分析等方面入手综合分析城市轨道交通，展示运输需求与运输能力的关系；利用实时票务信息统计列车间隔内的客流需求，将ＯＤ矩阵按照时间段构建，以全新的角度解读客流的路网分配，并跟踪客流流动：分析客流在运输线路上的消散形式，提出“拥堵传递”概念，为客流滞留情况做出合理解释，并且分析消散过程，估计运输压力缓解所需的时间；设计客流流动分析表上作业法，简化客流分析的数据结构和计算流程；为城市轨道交通运营部门提供可视化的实时服务水平评判标准，使其更好地掌握线路状况；量化地分析运力过剩和运力欠缺，以及超负荷运营（超载）情况，为运营效益提供平价数据；提供运营服务的改进建议，以提高城市轨道交通的服务质量。

１．３论文的组织结构

本文具体的组织结构为：

第一章：绪论；本章阐述论文的主要研究工作，国内现状，总结和分析研究城市轨道交通客流监测系统的意义；

第二章：城市轨道交通系统运营组织；本章从城市轨道交通的客流组织、运输计划及运输能力等方面出发分析轨道交通运营的相关情况，为后续系统的实现提供理论基础及依据；

第三章：城市轨道交通系统客流流动分析；综合多方面的影响因素，从旅客出行各个环节详细分析车站和线路的客流流动规律，量化地考察客流流动规律，构建城市轨道交通系统客流流动的数学模型，解释客流监测的每个环节，并且设计客流流动分析的表上作业法；

第四章：客流实时监测系统的分析与设计；针对城市轨道交通客流的实际情况，由需求分析设计系统实现的架构及具体的功能结构；第五章：城市轨道交通客流实时监测系统的实现；根据城市轨道交通客流实时监

测系统的总体设计，结合具体实现模型，实现城市轨道交通客流采集、数据处理分析、客流数据发布等功能。利用成都地铁的简化数据进行了客流监测的初步模拟。

西南交通大学硕士研究生学位论文第５页

第２章城市轨道交通系统运营组织

２．１城市轨道交通车站客流组织

２．１。１票务客流

１票务客流的定义

票务客流简单地说就是由售检票信息得到的客流信息。利用现代化的车站自动售检票系统，可以实时地了解到某一时刻进出车站的精确客流量信息。因此，票务客流是将车票和客流对应起来，具有实时性和精确性的特点。城市轨道交通客票是“一对一＂类型的客票，体现在车票与旅客“一对一”、旅客与旅行路线“一对一”、旅行路线与车票信息“一对一＂。旅客在使用车票的时候，只能人手一票，不能多人使用同一张车票，并且需要经过必要的检票设备对车票信息进行检验和记录，包括进、出站的信息和票额的核对。只有完成各完整的信息检验过程，形成完整的交易记录，才能顺利完成旅行，并且在下一次继续使用该车票。针对客流实时监测的需求，使用的票务数据信息主要包括客流量、客流起讫点等内容，是为统计、预测和分析城市轨道交通运营状态服务的。

２票务概述

在城市轨道交通系统运营中，售检票是必不可少的环节，是旅客直接参与的第一项业务，也是车站客运组织的开端。票款收入是城市轨道交通运营的主要经济效益来源，做好票务管理工作有利于使城市轨道交通发展进入良性循环的轨道。

票务管理的主要工作是制定票制、票价和售检票管理。由于城市轨道交通的运营方式、线路和车站铺设方式等因素的差异，运营公司一般按照不同的方式确定票制。所谓票制就是票价制度的简称，一般分为单一票价制、计程票价制、分时段票价制和综合票价制四种。票价和票制的制定要考虑轨道交通的运营成本、城市其他交通方式的票价水平、社会经济发展水平、城市居民生活水平、旅客的经济与心理承受能力、政府的物价政策和国家交通补贴等因素。

我国城市轨道交通系统的售检票方式主要分为人工售检票和自动售检票（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＦａｒｅＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，简称“ＡＦＣ”）两种方式ｌｌＪ。目前，我国的发展趋势是从人工售检票方式向全自动的售检票方式过渡。自动售检票有很多好处：第一，可以使人力从单调繁琐的劳动中解放出来，减少了运营人员，降低了运营成本，同时避免了由于人为误解导致的纠纷；第二，可以加快售检票速度，节约时间，确保了旅客迅速通过售检票１：３，提高了业务效率；第三，．加强了对车票信息的记录和统计，能够准确地得到客流量信息和旅客出行的起讫点信息，这些信息对客流组织、收入核算、决策分析都起着重要的作用。自动售检票方式已经成为现代化城市轨道交通的重要标志。在城市轨道交通系统中，ＡＦＣ直面旅客，是体现服务水平的社会性窗口，体现着

运营公司的经营理念和运营模式，是吸引客流的一项重要业务。随着计算机和网络技术的发展，电子设备完全可以代替人工方式完成生产作业。城市轨道交通系统的自动售检票系统采用了中心ＡＦＣ系统、车站ＡＦＣ系统、终端设备和车票四层结合的设备体系（如图２．１所示）［１１。

统

图２．１自动售检票系统（ＡＦＣ）构成

中心ＡＦＣ系统设置在城市轨道交通公司的行车调度指挥中心，是一套协助管理人员和监测整个城市轨道交通ＡＦＣ系统的计算机管理系统。车站ＡＦＣ系统是安放在各个车站的子系统，监测本站的终端设备，管理车站售检票的票务业务，并且通过网络与中心ＡＦＣ系统进行数据交换。终端设备包括车站现场的进出站闸机、自动售票机、自动检票机等设备，这些设备直接影响了ＡＦＣ系统和地铁系统的运营状态ｕＪ。车票是旅客的乘车凭证，为旅客进出站提供购票证明，当车票信息和旅客的进出站条件不相符合时，旅客需要进行补票。整个自动售检票系统还为城市“一卡通＂系统预留了接口。

综上所述，票务就是城市轨道交通运输系统的“门面”。高质量的票务服务，将带给旅客直接的心理感受，票务业务的完成直接影响到运输效率。票务得到的信息和数

据更是十分重要，具有直接和准确的特性，可以作为城市轨道交通远景规划、运输调整、客流分析统计和经济效益计算的可靠依据。

３客流数据的获得

城市轨道交通的客票是一种“一对一’’性质的票务系统，票务客流本质上就是客流，是传统交通调查的对象之一。在城市轨道交通运营过程中，客流随着时间的进行和空间的分布呈现动态变化，具有时空规律性。

自动售检票系统可以通过对车票的跟踪实现对旅客的跟踪，换句话说，就是对整体客流的跟踪。利用自动售检票ＡＦＣ系统获得信息，其实就是进行一种自动的客流信息调查。利用票务客流信息，我们可以得到网络ＯＤ矩阵、车站客流量、线路客流量、网络客流量、年月日客流量、换乘客流量、旅客平均乘距、列车满载率、客运收入和票价等信息。而且，除了长期型数据以外，短期或者实时的客流信息都可以随时获得，数据种类和精确程度是任何其他方式都不可能获得的。通过网络访问中心ＡＦＣ计算机和车站ＡＦＣ计算机，完全可以获得实时的客流信息，包括客流量和旅客行程的起讫车站信息；根据轨道交通网络的特征和运营计划，就可以分析出旅客换乘信息，这样就能够完全了解旅客的出行需求。

值得注意的是，售票与检票，包括进站上车都存在一定的时间差，这个时间差的产生除了设施的空间距离、设备反应时间等因素外，还受到客流量的制约（例如检票口旅客的排队现象）。这个时间差使得影响运输效能的客流量发生了时间延迟，也就是说售检票系统采集得到的实时客流量信息会在后续某个时刻加载到线路上，时间差对实时运输能力分析产生了干扰，但是这种时间差产生的机理也为我们提供了一种控制进站客流量的手段。

２．１．２站台客流组织方法

１车站的功能’

车站是城市轨道交通中结构和功能最复杂的组成部分，按照功能可以分为：起点站、中间站、折返站、换乘站、越行站、和终点站。针对客流流动分析的相关内容，可以简单地将车站划分为起点站、终点站和中间站，中间站又可以根据线路的铺设方式和服务功能划分为一般中间站和换乘站。

在城市轨道交通中，车站起着重要的作用：

首先，车站为旅客提供出入城市轨道交通运输系统的通道，并且完成了城市轨道交通运输服务的多项内容，是旅客使用城市轨道交通方式出行的开端。其服务内容包括售票、检票、安检、候车、换乘等。车站也为其他多种交通方式提供了换乘服务。

其次，车站是客流聚集和消散的终端，是整个线路客流的节点，通过各个运行区间的线路连接着其他车站，构成运输服务网络，覆盖整个城市。车站代表着一定范围的交通区域，吸引该区域的客流进入运输线路。站间客流交换ＯＤ矩阵就是以每个车站所代表的区域经过调查分析而构建的。

同时，车站是城市轨道交通面对旅客的第一“门户’’，车站直接面对旅客，影响着旅客的出行心理和出行习惯。车站的环境和服务质量，在一定程度上决定了旅客选择轨道交通方式出行的决定，具有隐形的交通吸引力。

最后，车站也为城市轨道交通运输提供了运输旅客以外的收入方式，例如广告、站内服务区、连结商业区等。

车站伴随着客流的产生、堆积和消散，车站的运作效率直接关系到线路的运输能力。车站的配线方式多种多样，不同的配线方式必定配套修建不同形式的站台，轨道交通车辆的选择和编组方式决定了站台的长度以及屏蔽门的数量，这些都是关系到车站运输能力的设施，也是关系到旅客安全的设施。

２站台客流组织。

站台是旅客乘降的场所，站台的宽度需要和列车的使用相匹配，影响旅客乘降的效率。站台的大小取决于客流量的大小，站台的宽度也决定了车站的长度。车站应该能够适应远期客流规划的集散需求，并且配备足够的楼梯、通道、出入口以及各种设施设备。城市轨道交通系统的车站按照站台形式可以划分为：岛式站台车站、侧式站台车站、混合式站台车站ｌｌＪ。

城市轨道交通系统的路网布局、车站选址和建筑规模在建设时已经确定。通常情况下，不能通过改变出入口及通道宽度、站厅及站台的规模来提高车站的服务能力。所以，运营阶段的车站服务能力只能通过积极的运营管理来实现和提高。由于车站具有多种多样的形式，在确定站台组织方法的时候，把握原则的同时方法应该灵活，注重售检票设备的位置和数量、付费区的大小以及客流导向的安排。换乘车站的客流组织还包括旅客的换乘组织，换乘车站的换乘客流较一般中间站的进出站客流具有更大的复杂性。无论是哪一种车站，针对哪一种类型的客流，合适的客流组织对于整个城市轨道交通系统的畅通运营和旅客安全都将起到的举足轻重的作用。

３突发客流的组织与调整

突发客流是指在发生大型活动时某个客流需求区域的客流量突然增加的现象。首先，应对客流突发变化，应该采取提前了解的手段，主要的是交通调查。通过长期的客流统计或者是建设前的交通需求分析，可以大致确定一个正常客流的可能范围，其实就是城市轨道交通建设的设计规格标准。在运营初期也要了解周边交通区域的出行需求变化，例如：线路覆盖区域是否在车站设计出图以后有大型交通需求项目的建设（类似剧场、球场或者居民区等设施的建设规划），应对需求变化做好运输计划，预计可能产生的突发客流。其次，了解和掌握运营初期常规客流的时空分布形式，进行合理的交通调查，充分考虑运营初期旅客出行方式的培养期，尽量准确地预期未来客流的发展变化规律。

应对突发客流可以采取的措施有：第一，增大旅客运能，采取加车、缩小行车间隔等措施，改变运输计划，改变列车交路计划，采取分段运营，甚至可以采取交通管

曼鼍量舅皇曼曼皇皇曼皇曼皇曼曼曼曼曼曼鼍曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼舅曼曼曼曼曼曼！！量曼！曼曼曼皇曼曼曼曼曼曼！曼曼曼ＩＩＩＩ曼曼！曼曼量皇曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼曼舅西南交通大学硕士研究生学位论文第９页制；第二，增加售检票能力，提前准备车票、增开售检票设备和窗口；第三，加强车站内引导，增设人工、标识和广播引导，控制出入口和内部人流方向，避免旅客对流，紧急时可以强行疏散，避免发生危险。

４旅客服务信息系统

城市轨道交通系统应当为旅客提供安全、便捷、舒适的出行环境。旅客从购票开始到进站上车，一直到完成旅行检票出站，整个流程都需要优质的服务。旅客在城市轨道交通系统中的每一项活动都包含了服务内容：引导旅客进站、问询服务、售检票、乘降、出站验票。这些服务都分散到各个不同的业务部门，各部门根据自己的业务特点应用了不同的技术手段，值得一提的是现代化的服务信息系统。随着信息技术的日益发展，城市轨道交通的信息化管理逐步成为了现实。城市轨道交通系统在车辆、通信、信号、票务等系统均有自己独立的计算机控制和管理系统。城市轨道交通运营企业在完成运营的过程中，可以采用信息化手段将车站、线路、运营计划等信息传达给旅客。

目前，城市轨道交通采用的旅客服务信息系统能够给旅客提供动态的向导信息和’查询功能。实时发布的导向消息是静态导向标志的补充，并且可以提供更多的、旅客更关心的信息。站台上的电子视觉信息采集，为旅客提供了列车到达时刻及目的地、列车到达预告及安全提示、末班车离开后本站运营结束以及发生紧急情况等信息。车站内广播为旅客提供列车到达时刻和候车安全提示，并且可以在紧急情况发生时发布通知和指导旅客安全撤离。车站显示设备和查询终端为旅客提供了更加智能化的信息查询和信息显示功能。

２．２城市轨道交通的运输计划

同铁路运输一样，城市轨道交通系统也是一个联合多方面部门协调工作的大系统，也具有“大联动机”性质。运输计划的制定为城市轨道交通各个部门间相互配合和协调工作、完成旅客运输任务提供了参照标准。城市轨道交通的服务对象是旅客，因此，运输计划的制定必须考虑旅客的需求特点和变化规律。

２．２．１客流计划

客流计划是指：在一定的计划时间内，依据客流的数据（新线可以根据客流预测资料，既有线可以根据客流统计和调查资料）编制的城市轨道交通系统线路的客流规划，其实就是对线路客流的一种预估计。客流计划的主要内容包括沿线各站到发客流数量、各车站分方向发送人数、全日分时段断面客流分布以及全日分时段最大断面客流图等内容。

车站之间的客流出行构成了最基本的站间客流资料，可以用二维方阵来表示，称为车站间客流交换量ＯＤ矩阵。方阵的行表示到达车站，行的和表示上车人数；方阵的列表示出发车站，列的和表示下车人数。既有城市轨道交通的线路和车站布局已经

西南交通大学硕士研究生学位论文第１０页

确定，ＯＤ矩阵的规模就随之确定。每个车站实质上代表了一个交通需求区域，该区域的性质某种程度上决定了客流的趋向性和客流量，这种性质包括该区域的类型和周边环境的居民出行吸引力等。由站间客流交换量ＯＤ矩阵就可以推算区间断面客流量和高峰小时的断面客流量等数据。

２．２．２行车计划与计划调整

行车计划是城市轨道交通系统开行列车的计划，反映了城市轨道交通系统的运输能力和列车使用计划，同时是列车运行图编制的依据【ｌｊ。行车计划的编制依据包括：营业时间、全日分时最大客流断面分布、列车运载能力、计划实际满载率等指标。

行车计划说得通俗一些就是如何安排列车运行，计划的编制和旅客运输服务的水平有直接关系。运营时间规定了每天的发车和收车时间，指示能够为早出和晚归的旅客提供服务的时间限制。目前，大多数城市轨道交通系统运营时间都在１８到２０小时，也有个别的城市轨道交通系统采取全天候２４小时运营１２Ｊ。运营时间的规定为旅客的出行提供服务的同时也为系统设备的维护和检修预留了天窗。列车运输能力包括列车编组和车辆定员等数据，计划实际满载率是指实际载客量和设计载客容量的比值。列车运输能力和满载率都反映着系统的服务水平，标志着旅客出行时的舒适程度和城市轨道交通系统的使用效率。

还有两项行车计划内容也和整个城市轨道交通系统的服务能力密切相关，那就是列车停站方案和列车交路。列车停站种类包括：站站停车、区段停车、跨站停车以及部分列车跨多站停车１３Ｊ。由于列车的追踪运行方式和线路设计的限制，城市轨道交通多数采用站站停车配合不同交路的方式运行，避免了很多不利影响。列车交路计划规定了列车运行的区段（行驶线路）、折返车站（行驶的边界）以及按照不同交路运行的列车对数（行车密度）。列车交路解决了当线路较长，客流分布不均匀时，运能资源合理分配的问题（也就是降低成本），有目的地针对不同区段和客流量安排列车运输。列车交路可以分为长交路、短交路和混合交路【ｌ２Ｊ。如图２．２所示。

Ｃ

ｂ

ａ长列车交路；ｂ短列车交路；ｃ混合列车交路

图２．２不同种类的列车交路【１２】城市轨道交通运输系统是一个复杂的大系统，具有行车密度高、时间间隔小、对

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安全要求高等特点。在整个运营过程中，作业延迟、设备故障或者突发事件等因素都会造成列车晚点的发生，需要根据实际的晚点情况，在“安全第一’’的原则上，调整运输计划，以达到完成运输任务和恢复正点的目的。运输计划调整的方法有：第一，提前或者推迟发车；第二，根据技术条件，提高列车运行速度，减小间隔时间，恢复正点；第三，提高车站作业效率，压缩停站时间；第四，变更列车交路：第五，停运部分车次的列车；第六，组织列车放站运行，越站停车。

２．３城市轨道交通系统的运输能力

城市轨道交通系统由车站和区间间隔接续组成。车站是线路的节点，代表区域性交通需求，是旅客使用城市轨道交通系统的出入口；区间是连接各个需求区域的通道，供列车行驶完成客流输送的任务。车站和区间交替连接构成了线路，线路和线路交汇，通过车站衔接构成网络。城市轨道交通系统的运输能力可以定义为某线路单向一小时内所完成的旅客输送量。运输能力主要由构成系统的各个元素决定，包括车站、区间线路以及运行在线路上的车列。当某一环节出现瓶颈时，都不能完全发挥城市轨道交通系统的运输能力。

运输能力可以分为设计能力和实际能力【ｌ】。设计能力是线路设计建设时制定的标准，是按照工程和运营的技术指标计算得到的一个运输能力标准。设计能力等同于最大能力，一般很难实现。实际能力是由实际运营中的客流量数据计算得到的运输能力。在实际运营中，城市轨道交通系统具有复杂的组织结构，从车站到区间，再到整个网络，受到各种实际因素的影响，实际能力必定与设计能力有所偏差。

２．３．１车站作业能力

车站面向旅客的作业主要包括售检票、进站后的客流组织、候车和上下车以及换乘。车站的作业能力包含了售检票的效率、旅客进出站的时间、车站容纳旅客人数、站台的长度和宽度、电梯（或楼梯）和通道的通行能力及数量、车站屏蔽门数量、上下车的速度、换乘旅客走行时间等方面的指标。

车站的作业能力影响了整个系统客流的流入和流出，以及客流在系统内部中转的流动速度。同时，车站作业能力还涉及到旅客运输安全和服务水平。车站采用的售检票方式、售检票口的个数、电梯和楼梯的个数、通道的宽度和长度、候车区域的面积、站台的形式、上下车规定、屏蔽门的开启和关闭时间、车站出入口个数等因素都会影响车站的作业能力。并且，应该考虑旅客在车站遇到不同情况时的心理状态，以及这些心理状态会导致的事件。然后，合理引导和缓解旅客不稳定情绪，有目的地向旅客发布降低心里紧张度的信息，避免不利情况的发生。

２．３．２线路能力

线路能力，一般是考察在一系列条件（车辆型号、信号设备、行车组织等）确定的情况下，城市轨道交通系统各项固定设备在单位时间内所能通过的列车数量ＩｌＪ。表

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２．１是根据对国外不同城市轨道交通系统最小列车间隔限制因素进行大量调查后得到的结论。

表２－１最，Ｊ，Ｙｄ车间隔约束（单位：ｓ）［１１

限制因素轻轨快速交通通勤铁路

信号１１１２１０

折返２５２

交叉口０２２

进站Ｏ１２

单线５１３

车站停留时间５５３

其他２Ｏ７

系统无限制１８１７１５

线路能力主要取决于列车最小间隔和车站停留时间。在设计城市轨道交通系统的时候，闭塞分区的长度、信号系统、车列总长度、交叉口以及折返时间等因素影响了列车最小间隔，最小间隔决定了旅客进入客流流动环节所需的时间；而站台高度、车门数量和宽度、检票方式、车站作业能力等因素限制了列车的车站停留时间，车站停留时间影响了进入客流流动环节旅客的数量。

２．３．３载运工具与运输能力

对于运输行业来说，载运工具的先进程度体现了整个行业的发展水平。城市轨道交通车辆的使用直接影响到整个线路的运输能力。车辆类型选择的根据主要是预测客流量、行车密度、线路条件、供电电压、车辆来源及车辆段共享资源综合选定。我国城市轨道交通车辆一般分为以下几个型号，见表２．２：

表２．２轨道交通车辆类型技术标准ｐ８】

项目类型标准及特征

Ｃ—ＩＣ—ＩＩ车型Ａ型车【１】Ｃ一ⅢＢ型车【１】

型车【２】型车【２】型车【２】Ｌｂ型车【３】

车辆基本宽度

３０００２８００２６００２６００２６００２８００

（ｍｍ）

车辆基本长度

２２．８１９．５２１８．９２３．２３０．４１６．８４

（ｍ）