趙莉莉，聶磊，付慧伶

(北京交通大學 交通運輸學院，北京 100044)

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列車晚點條件下城際鐵路座席模式對旅客延誤的影響分析

趙莉莉，聶磊，付慧伶

(北京交通大學 交通運輸學院，北京 100044)

城際鐵路服務的客流既具有干線鐵路(主要為指定席)又具有城市軌道交通(主要為自由席)客流的特點，決定了其座席模式確定的復雜性，不同座席模式對正常及晚點情景下的客流組織影響不同。結(jié)合城際旅客乘車選擇行為以及國內(nèi)外座席控制規(guī)則，設置全列指定席、“自由席+指定席”和全列自由席3種座席模式，建立適應不同座席模式的列車晚點-客流分布仿真模型。利用該模型對比分析不同座席模式的旅客延誤、旅客滯留情況，定量評價座席模式對旅客延誤的影響。案例結(jié)果表明：相比全列指定席模式，“自由席+指定席”、全列自由席模式的旅客總延誤分別下降15.05%和30.82%，因此建議案例城際鐵路應設置一定數(shù)量的自由席，減少列車晚點時的旅客延誤。

城際鐵路；列車晚點-客流分布仿真；自由席；指定席；旅客延誤

我國城際鐵路正處于快速發(fā)展階段，目前主要采用干線鐵路的座席模式(主要為對號入座)。日本絕大多數(shù)新干線、快速和特急列車有兩種車廂：普通車廂(自由席和指定席)和綠色車廂(指定席)[1]。旅客如果使用指定席需要支付預定座位費，指定席旅客若出現(xiàn)誤車，可改乘同方向、同等級或低等級列車自由席，若選擇其他車次的指定席則需重新預定座席并支付預定座位費[2]。歐洲多數(shù)高鐵列車需要強制訂位，部分國家的城際慢車采用自由席模式[3]。參考日本、歐洲等國家的鐵路運輸組織經(jīng)驗，在我國城際鐵路采用自由席模式是有待深入研究的問題。

如表1所示，正常及列車晚點情景下，采用不同的座席模式對運輸組織的影響不同。從客流角度分析，我國城際鐵路主要服務于城市群區(qū)域的客流，通勤通學客流比例介于干線鐵路與城市軌道交通之間，具有運輸距離較短、客運需求大和早晚高峰明顯等特點[4-6]。自由席模式可以滿足客流隨到隨走的需求，指定席模式有利于實現(xiàn)為不同層次客流提供多樣化的服務。從運輸組織角度分析，城際鐵路同時具有干線鐵路以及城市軌道交通的部分特點。行車密度大、公交化運營、多交路并存、停站方案多樣化等特點使得晚點傳播更容易發(fā)生，晚點調(diào)整更為困難。不同座席模式下，可采取的運行調(diào)整措施有所差異，相較指定席模式，若采用全列自由席模式則可視情況采取取消車次或改變列車編組等措施。此外，列車晚點情景下，旅客乘車選擇行為有別于正常情景，其對擁擠的容忍度會提高，自由席模式下列車載客量大，同時可以充分利用列車的運輸能力快速的輸送客流，實現(xiàn)減少旅客延誤的目的。

在座席模式方面，目前的研究主要針對正常情景下城際鐵路座席模式的選擇問題進行定性研究，而基于列車晚點情景的城際鐵路不同座席模式的適用性理論研究仍然欠缺。曾瓊等[7-9]建議城際鐵路大站停列車采用指定席模式，站站停列車采用自由席模式，據(jù)此探討并提出了切實可行的出站、乘車通道方案和信息設備及人工檢票方案。劉斌[10]建議城際鐵路采用一卡通票制(自由席)，并給出了推行的具體方案。夏棟[11]通過對武咸城際鐵路周邊及沿線的客流結(jié)構(gòu)和客流特征分析，建議實施靈活票制、制定科學行車方案。

在列車晚點-客流分布仿真方面，已有研究較為成熟，仿真模型能形象描述旅客乘車選擇行為，研究思路及方法值得借鑒。徐瑞華[12]分析列車運行晚點條件下的乘客出行選擇行為，建立不同出行方式的客流量計算模型，求解地鐵換乘站的客流分布。Leo Kroon[13]對鐵路旅客乘車選擇行為進行分析，建立僅采用自由席的客流分布仿真模型。

本文以列車晚點為背景，分析城際列車運行晚點條件下的旅客乘車選擇行為，建立適應不同座席模式的城際列車晚點-客流分布仿真模型對旅客服務水平進行定量評價分析，為城際鐵路座席模式的選擇提供參考。

表1　不同座席模式優(yōu)缺點對比分析

1　旅客乘車選擇行為

旅客乘車選擇行為描述了旅客選擇乘坐車次和座席的過程，即旅客根據(jù)鐵路運輸組織規(guī)則以及掌握的實時運輸組織情況進行的動態(tài)決策過程。首先劃分旅客群體，具有相同乘車選擇行為的同一類旅客，屬于一個旅客群體。

定義：旅客群體P(i)=[i,o,d,t,ni,j]，指t時刻到達o站站臺進行候車且目的地為d的第i類客流，其客流量為ni。若P(i)選擇指定席，則j為P(i)需要乘坐的車次，若P(i)選擇自由席，則j=?。

結(jié)合日本和歐洲的相關(guān)運營組織經(jīng)驗[1-3]，設定我國城際鐵路座席控制規(guī)則如下。

規(guī)則1：自由席旅客不能進入指定席車廂。

規(guī)則2：指定席旅客能夠乘坐本車及同等級或低等級其他車次的自由席，如需乘坐其他車次的指定席需支付額外費用。

旅客信息掌握情況說明如下：1)旅客根據(jù)計劃時刻表的完整信息，結(jié)合自身需求進行購票；2)旅客不能預知晚點的發(fā)生，但晚點發(fā)生后能及時掌握調(diào)整后的時刻表并對出行路徑進行調(diào)整；3)旅客不知道列車載客情況以及其他旅客的選擇，所以自由席旅客無法確保能成功搭乘所選擇乘坐的車次。

1.1旅客乘車選擇行為一般性原則

正常情景下和列車晚點情景下，旅客乘車選擇行為都應遵循以下原則[14-15]，具體說明見圖1。

圖1　旅客乘車選擇原則說明Fig.1 Passenger Travel Strategy

原則1：旅客到達站臺進行候車的時刻不能晚于列車在該站發(fā)車的時間，即P(2)不能乘坐train1和train2。

原則2：盡量選擇直達車次，避免換乘，即P(3)優(yōu)先選擇train3。

原則3：選擇最早到達目的地的車次，即P(1)選擇train2而不選擇train1。

1.2列車晚點情景下的旅客乘車選擇行為

列車晚點情景下，旅客乘車選擇行為與正常情景下存在差異，該差異主要體現(xiàn)在旅客由指定席向自由席轉(zhuǎn)移的比例θ以及列車允許超員率λ。

1)指定席-自由席轉(zhuǎn)移率θ

根據(jù)規(guī)則2和原則3，預定了指定席的旅客如遇列車晚點，可乘坐較早到達目的地的其他車次的自由席。旅客由指定席向自由席轉(zhuǎn)移的比例θ受到晚點時間的影響，晚點時間越長，轉(zhuǎn)移率越大。若較早到達的列車自由席車廂已經(jīng)滿員，則指定席旅客可繼續(xù)等待預定的車次。

2)列車允許超員率λ

當列車出現(xiàn)晚點，旅客對列車擁擠程度的忍受水平會有所提高，即旅客會以盡早到達目的地為先決因素并降低對旅途舒適度的需求。此時，旅客單一個體的擁擠接受度的提高將體現(xiàn)為列車的超員水平高于正常情景下的列車超員水平，因此列車晚點情景下，可適當?shù)靥岣吡熊嚨脑试S超員率以實現(xiàn)旅客的快速疏散。

同時，出于安全等因素的考慮，超員率不宜過大。當客流需求超出列車載客量(列車載客量=列車定員×允許超員率)則出現(xiàn)旅客滯留。

2　列車-客流仿真模型

2.1參數(shù)及符號說明

模型涉及輸入、輸出數(shù)據(jù)參數(shù)符號及其他參數(shù)符號說明見表2和表3。

表2　輸入輸出數(shù)據(jù)參數(shù)及符號

表3　其他數(shù)據(jù)參數(shù)及符號

2.2仿真流程

若采用全列指定席(目前主要采用這種模式)，旅客依據(jù)所購車票票面相關(guān)信息乘車，列車晚點情景下旅客總延誤時間、旅客滯留情況根據(jù)原列車運行圖、調(diào)整后列車運行圖以及旅客信息進行統(tǒng)計即可，故不作贅述。

若采用單列車“自由席+指定席”，則需根據(jù)旅客購票種類分別討論，具體的仿真模型及求解流程見圖2(圖中A1和A2為旅客乘坐城際列車指定席信息，求解過程見圖3)，該模型也可用于仿真求解全列自由席的晚點延誤相關(guān)指標。主要步驟包括：

步驟1：數(shù)據(jù)輸入及處理：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)初始化、列車運行線及客流數(shù)據(jù)處理。

步驟2：仿真旅客上車情況：按列車運行線發(fā)車時刻先后順序依次遍歷求解旅客上車情況，運行線數(shù)量為mTp。

步驟2.1：求解希望乘坐L(k)所歸屬列車j的自由席的旅客群體集合Fw(o,j)：可能乘坐自由席的旅客群體集合Fm(o)包含因列車晚點而放棄乘坐指定席選擇自由席的旅客，因此首先判斷旅客是否為當前列車的指定席，若是，則該旅客群體乘坐指定席并得到該旅客群體上車情況(即A2)跳至步驟3；否則，根據(jù)旅客乘車選擇三項原則判斷旅客是否會乘坐列車j出行，若是則該旅客群體屬于集合Fw(o,j)，即從o站出發(fā)希望乘坐j車自由席。

步驟2.2：根據(jù)先下后上的原則，列車j到o站后目的地為o站的在車旅客下車。得到列車j的自由席車廂剩余載客量noj并更新列車j的自由席車廂在車旅客群體的集合Fc(j)。

步驟2.3：求解Fw(o,j)中旅客群體上車情況，若Fw(o,j)的旅客總?cè)藬?shù)超出列車j自由席車廂剩余載客量noj則各類旅客群體按比例η上車，否則全上車。得到當前列車j自由席車廂在車旅客群體的集合Fc(j)并更新車站站臺候車客流集合F(o)。

步驟3：得到旅客上車分布Pt(i,j)，即第i類旅客乘坐列車j自由席或指定席的人數(shù)。

步驟4：結(jié)果輸出：旅客上車分布總體情況、旅客總延誤。

本文的研究背景為列車晚點，指定席旅客可選擇等待預定的車次或乘坐較早到達目的地的其他車次的自由席，步驟2.1求解的Fm(o)包含原自由席旅客以及因列車晚點由指定席向自由席轉(zhuǎn)移的旅客，m(Fm(o))表示Fm(o)包含的旅客群體個數(shù)，旅客乘車意愿判斷具體流程見圖3。

旅客延誤為實際旅行時間與計劃旅行時間之差。當客流需求超出列車載客量(列車載客量=列車定員×允許超員率)，同一旅客群體部分上車，部分在站臺滯留，因此同一旅客群體可能被拆分為多個子群體，設仿真求解后P(i)共有mi個子群體。旅客群體P(i)的總延誤Pd(i)按式(1)計算。s站T時刻站臺旅客聚集人數(shù)Ps(s,T)為T時刻前在站臺候車的旅客人數(shù)與T時刻前成功搭乘列車的旅客人數(shù)之差，如式(2)。

(1)

式中：t'jd為運行調(diào)整后列車j到達目的地d站的時刻；tPi為P(i)到達站臺進行候車的時刻；tyd為按原時刻表P(i)選擇的列車y到達目的地d站的時刻；nikj為P(i)的第k個子群體乘坐列車j的人數(shù)；mTr、mi分別為列車列數(shù)、P(i)旅客子群體個數(shù)。

圖2　列車晚點-客流模型仿真流程Fig.2 Train delay and passenger flow distribution Simulation

圖3　旅客乘車意愿判斷子流程Fig.3 Passenger willingness of entraining

i∈{(1,…,mPi)|P(i)起點為s站}

(2)

3　案例分析

3.1案例說明

選取我國某條已開通城際鐵路進行簡化后得到本文案例，案例涉及5列列車(2列大站停，3列站站停)，5個車站(S1、S3、S5為大站，S2、S4為小站)，原計劃列車運行圖為圖4(a)，因外部干擾導致列車晚點，調(diào)整后列車運行圖如圖4(b)，其中列車1和2始發(fā)晚點10 min，列車3和4始發(fā)晚點7 min，列車5始發(fā)晚點5 min。旅客到達站臺候車的時間如表4。單列車定員為563人/列，其中自由席車廂允許超員率為20%，指定席-自由席轉(zhuǎn)移率θ=0.2。

假設場景：1)場景1：全部列車采用指定席模式；2)場景2：全部列車采用50%指定席+50%自由席模式；3)場景3：全部列車采用自由席模式。

(a)原列車運行圖；(b)調(diào)整后列車運行圖圖4　案例列車運行圖Fig.4 Train diagrams for test case

起點終點到站臺時刻客流量/人場景1場景2指定自由場景3起點終點到站臺時刻客流量/人場景1場景2指定自由場景3S1S210:001045252104S2S410:259459S1S310:001115556111S2S510:25126612S1S410:0094474794S3S410:459459S1S510:00235117118235S3S510:4536181836S2S310:148448S4S511:0021101121S2S410:145235S1S310:291688484168S2S510:1460303060S1S510:29242121121242S3S410:3443212243S3S510:491246262124S3S510:341135657113S1S210:361195960119S4S510:4526131326S1S310:361376869137S1S310:071979899197S1S410:3629141529S1S510:07213106107213S1S510:361618081161S3S510:27262131131262S2S310:46157815S1S210:151125656112S2S410:466336S1S310:151537677153S2S510:4641202141S1S410:1572363672S3S411:066336S1S510:151899495189S3S511:0638191938S2S310:25189918S4S511:1726131326

3.2案例結(jié)果及分析

根據(jù)第3節(jié)中的列車晚點-客流仿真模型求解得到各場景下的旅客上車分布情況，對旅客列車分布情況進行統(tǒng)計分析得不同場景下各車站不同時間站臺旅客聚集人數(shù)如圖5，其中車站S2和S4(小站)上下車客流小，本案例3個場景的小站站臺旅客聚集人數(shù)情況一致，故不作對比。各場景旅客總延誤見表5，旅客延誤分布情況見表6。

(a) 場景1-S1；(b) 場景2-S1；(c) 場景3-S1；(d)場景1-S3;(e)場景2-S3;(f)場景3-S3圖5　各車站不同時間旅客聚集人數(shù)/人Fig.5 Passenger stranding in different stations/person-time

表6　不同場景旅客延誤分布情況/人

結(jié)合圖5，表5和表6，使用自由席模式可以通過擴充運輸能力，加快輸送滯留旅客，降低旅客總延誤，表5所示在允許超員20%的條件下場景2和場景3旅客總延誤分別下降15.05%和30.82%，表6所示在允許超員20%的條件下場景2和場景3延誤少于5 min的旅客人數(shù)比場景1分別多489和916人。

但基于旅客乘車選擇原則3，即旅客更傾向選擇最快到達目的地的車次，由此造成某些車次過于擁擠旅客無法上車而導致更長的等待時間。如在允許超員20%的條件下場景3，車站1最高聚集人數(shù)達到1 282人，部分旅客延誤時間大于20 min，就是因為旅客選擇列車2而不選擇列車1造成列車2過于擁擠，導致旅客的再次滯留(圖5(c)紅圈部分)。因此采用自由席模式需要對旅客進行一定的引導，避免旅客選擇集中于某些列車造成運輸能力利用的不均衡。

4　結(jié)論

1)城際鐵路座席模式選擇是運輸組織模式設計的關(guān)鍵問題，應全面考慮正常和晚點情景下的運輸組織情況確定城際鐵路的座席模式，充分發(fā)揮不同座席模式的優(yōu)點。

2)本文建立的列車晚點-客流分布仿真模型能實現(xiàn)城際列車晚點情景下不同坐席模式適用性的定量評價，為運輸企業(yè)選擇座席模式提供決策參考信息?；诎咐每脱诱`及滯留情況，建議案例城際線路設置一定數(shù)量自由席，以減少列車晚點時的旅客延誤；同時，為避免列車晚點情景下，旅客過度集中選擇某些車次造成運輸能力利用的不均衡，建議車站應注意對旅客的引導。

3)此外，該仿真模型還可以用于求解不同自由席-指定席配置比例下的旅客延誤以及旅客滯留情況，輔助決策設定城際鐵路不同座席的配置比例。

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Study on influence of seat mode on passenger delay inintercity railway under train delay situation

ZHAO Lili, NIE Lei, FU Huiling

(School of Traffic and Transportation，Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China)

Making a selection from the multiple seat modes is complex, which will lead to different influence on the passenger flow organization under normal or delay situation, since intercity railway shares the same characteristics with both trunk railway and urban rail transportation. Based on the analysis of intercity passengers’ travel strategy and the reference to seat management rules, the paper presents three kinds of seat modes varied from different distributions of reserved seats and unreserved seats. Then a train delay and passenger flow distribution simulation model adapted to different seat modes is established. The model was tested on a simplified real-world case to evaluate the passenger delay and passenger stranding in various seat modes. The computational results show that compared with reserved seat mode, the total passenger delay can be reduced by 15.05% and 30.82% respectively in “unreserved seat + reserved seat” mode and unreserved seat mode. Thus it was suggested that a certain amount of unreserved seats should be placed on the intercity trains to minimize the passenger delay.

intercity railway; train delay and passenger flow distribution simulation; unreserved seat; reserved seat; passenger delay

2015-10-11

交通運輸部綜合規(guī)劃司科研資助項目(2015-2-3)；北京交通大學基本科研業(yè)務費專項資金資助項目(2014JBZ008)

聶磊(1970-)，女，湖南長沙人，教授，博士，從事運輸組織理論與技術(shù)研究；E-mail：lnie@bjtu.edu.cn

U293.5

A

1672-7029(2016)09-1851-08