基于交通供需的城市轨道交通复杂动态路网风险研究

Compared with conventional single-line operations, the characteristics of urban rail transit networks operation mainly reflect in the obvious contradiction between traffic supply and demand, the strong correlation between the stations. The effects of local problems on the whole networks are more prominent, and the risk increases. In accordance with safety characteristics and management requirements of networks operation, based on risk management and complex network theory and method, the following contents will be studied: (1) on the basis of vehicles operation timetable and passenger flows, the dynamic and weighted network model of urban rail transit is established where the behavior of passengers is considered，and static and dynamic metrics which can represent vertices and edges’ local and global attributes are proposed; (2) the risks of urban rail transit networks operation are analyzed from four aspects: heterogeneity, vulnerability, connectivity and passenger flows distribution, and the correlation analysis between the risk indicators will be further analyzed; (3) the identification method of critical stations and interval in networks is proposed. Through the case study and simulation by building a simulation platform , the 3W1H of urban rail transit networks operation will be solved: why - the forming mechanism of network risk ; when - the controlling times of network risk; where - the controlling point of network risk; how - the measures to reduce the network risk，so as to to provide decision supports for operation management department.

随着轨道交通由单线运营进入网络化运营时代，路网规模不断扩大，交通供需矛盾突出，站站之间关联度增强，局部问题对全路网的波及联动效应更加突出，运营风险增大。课题针对网络化运营安全特点和管理需求，应用复杂网络理论和方法，主要从以下方面进行研究：（1）基于列车运行图、客流量和乘客出行行为，构建城市轨道交通动态有向加权路网模型，提出能够表征路网模型各类组分局部和全局、静态与动态属性的多维测度；（2）从异质性、脆弱性、连通度和客流分布不均衡性等方面对城市轨道交通路网静动态风险进行研究，并对这些风险测度进行相关性分析；（3）研究城市轨道交通路网车站和区间的重要度评估方法。通过构建仿真平台进行实证分析和模拟仿真，解决城市轨道交通网络化运营管理的3W1H问题:Why—路网风险生成机理；When—路网风险最大时间点；Where—路网风险管控点；How—路网风险管控措施，为运营管理部门提供辅助决策支持。

随着城市轨道交通的快速发展，部分特大城市的轨道交通进入网络化运营时代，路网规模不断扩大，客流量与日剧增。城市轨道交通网络化运营特点与以往单线运营相比发生了变化，主要体现在运力运量矛盾突出、站站之间关联度增强，局部问题对整个路网系统的波及联动效应更加突出，运营风险增大。本项目旨在建立一套面向城市轨道交通路网的风险分析理论和方法，主要从以下几个方面进行研究：. （1）以路网拓扑结构为基础，以系统功能和交通供需为主线，通过构建城市轨道交通动态有向加权路网模型和，从异质性、脆弱性、连通度和交通供需分布不均衡性等不同方面对城市轨道交通路网的风险进行了分析；并对风险测度的相关性进行了分析；. （2）在上述基础上，提出了城市轨道交通路网关键车站和区间的辨识方法，为运营管理和监控提供辅助决策支持。. 项目以北京城市轨道交通为例，对上述方法的可行性和合理性进行了验证。通过分析发现，在一定路网拓扑结构条件下，城市轨道交通路网风险是随时间动态变化的：一方面，运行组织开行列车数量越多，客流量越大，微观单元功能属性分布越不均匀，一旦车站和区间失效，网络功能受影响程度越大，网络越脆弱，伴随着的风险越大；另一方面，供需分布越不均匀，全网连通度越低；各风险测度指标之间相互作用、相互影响，任何一个指标的变化均会影响其它一系列指标的变化，增大运营风险。. 以北京城市轨道交通路网为背景的运用结果证明本论文提出的理论和方法弥补了既有城市轨道交通路网风险分析评估的不足，能够发现路网中的薄弱环节和风险管控点，为实现由“单线管理”向“路网全局管理”的转变，为提高网络化运营风险的管控能力与运营安全性提供了理论和方法的支撑。