劉陳綺卉，倪少權(quán)

（1西南交通大學交通運輸與物流學院 碩士研究生，四川 成都 610031；2西南交通大學交通運輸與物流學院 博士、教授，四川 成都 610031）

0 引言

近年來高速鐵路大規(guī)模成網(wǎng)運行，使得跨線客流數(shù)量增加，通過估算其中換乘客流約占理論總客流的75.8%～90.2%，并且絕大部分為中小節(jié)點之間的換乘客流[1]。為減少旅客的出行時間，高速鐵路的輸送模式受到重視[2]，組織高速鐵路中轉(zhuǎn)換乘運輸，使旅客途中經(jīng)過至少一次換乘組織到達目的地，高速線上只運行高速列車，提高了高速鐵路通過能力利用率[3]。崔炳煤以旅行、換乘目標值之和最小為目標，建立了旅客中轉(zhuǎn)換乘方案選擇問題的數(shù)學優(yōu)化模型[4]。在中轉(zhuǎn)換乘模式下?lián)Q乘節(jié)點的有效選取有利于事先加強換乘節(jié)點的換乘作業(yè)組織，提高旅客換乘的效率[5]。

換乘節(jié)點應(yīng)具備良好的路網(wǎng)銜接能力和客流集中疏散能力[6]，Li整合站點與城市的關(guān)系，節(jié)點功能布局及空間形式的特點，為節(jié)點選擇提供參考[7]。屈明月從旅客換乘選擇出行方案值的大小來選取和確定換乘節(jié)點,分析得出不同高速鐵路線上換乘節(jié)點的選取符合一定規(guī)律[8]。程述英通過分析旅客的候車時間、換乘時間消耗與列車服務(wù)頻率之間的關(guān)系，成功構(gòu)建了客運專線網(wǎng)換乘節(jié)點的優(yōu)化模型[9]。

Garmendia提出了高速鐵路促進小型節(jié)點城市發(fā)展的條件[10]。袁敏通過初步篩選主要換乘節(jié)點，建立節(jié)點重要度評價指標，并對重要度指數(shù)進行模糊聚類分析，劃分等級[11]。Nathanail提出用于監(jiān)測和控制高速鐵路乘客的服務(wù)質(zhì)量的框架，有利于對量化節(jié)點選擇決策指標[12]。Shi建立了節(jié)點等級劃分指標體系，對各指標進行量化確定決策指標，并建立了灰色關(guān)聯(lián)決策模型[13]。本文將從外部環(huán)境、技術(shù)能力和客流運量三個方面歸納高速鐵路換乘節(jié)點影響因素，得到節(jié)點分類的評價指標，并采用基于層次分析法的灰色白化權(quán)函數(shù)聚類分析法對節(jié)點進行分類，以京滬高速鐵路換乘節(jié)點選擇為例，討論每一類節(jié)點特性，最終確定換乘節(jié)點，并提出換乘節(jié)點優(yōu)化建議。

1 換乘節(jié)點功能特性

1.1 換乘節(jié)點功能定位

高速鐵路換乘節(jié)點是完成客流集散的重要場所，應(yīng)設(shè)置在路網(wǎng)通道上的各個中心城市，它在完成客流中轉(zhuǎn)換乘作業(yè)的同時，還應(yīng)具備相關(guān)技術(shù)作業(yè)條件。對于換乘節(jié)點的功能定位如下。

1）路網(wǎng)通達度高，客流吸引力強。換乘節(jié)點在整個高速鐵路網(wǎng)中起到聯(lián)系城市間生產(chǎn)生活的作用，其通達程度取決于所在城市的地理位置，以及與周圍城市的政治、經(jīng)濟、文化的交流程度[14]。

2）集散功能完備，綜合服務(wù)完善。換乘樞紐應(yīng)實現(xiàn)公共交通換乘一體化，與城市軌道交通、道路交通等有效銜接。換乘節(jié)點內(nèi)具備清晰的進出站及換乘流線，為旅客提供快捷、便利的換乘條件和服務(wù)。

3）設(shè)施設(shè)備齊全，技術(shù)作業(yè)達標。高速鐵路車站主要辦理列車始發(fā)終到、越行通過作業(yè)，兼顧列車整備存放以及日常檢查。換乘節(jié)點的到發(fā)線數(shù)量以及站臺數(shù)量等利用率直接影響著高速列車的接發(fā)車效率，因此換乘節(jié)點應(yīng)達到相應(yīng)技術(shù)作業(yè)所需的標準[15]。

1.2 換乘節(jié)點影響因素分析

高速鐵路換乘節(jié)點的影響因素即為選擇評價指標，根據(jù)旅客的換乘需求，主要從外部環(huán)境、技術(shù)能力和客流運量考慮換乘節(jié)點的選擇，并將這三個方面影響因素作為一級評價指標。其中，外部環(huán)境包括樞紐城市行政等級、經(jīng)濟水平和人口數(shù)量，技術(shù)能力包括樞紐能力、動車段條件和路網(wǎng)通達性，客流運量包括日均發(fā)送量和換乘客流量，如圖1所示。

圖1 高速鐵路換乘節(jié)點評價指標

2 高速鐵路換乘節(jié)點選擇方法

2.1 基于AHP的灰色白化權(quán)函數(shù)聚類分析法

層次分析法（Analysis Hierarchy Process,AHP）是最常用的評價分析方法，在工程設(shè)計等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，但當評價的對象較多時，AHP顯得較為繁瑣，并且由于判斷矩陣選擇的隨意性，使判斷結(jié)果并不準確。聚類分析法通過評價對象相似度的度量值可將其快速分類，但不能用于精準的評價對象[16]。

本文將基于灰色白化權(quán)函數(shù)的聚類分析法與層次分析法相結(jié)合，對換乘節(jié)點進行劃分?；疑谆瘷?quán)函數(shù)聚類是將聚類對象或評價對象通過不同聚類指標或評價指標所擁有的白化值，根據(jù)不同的灰類或評價等級進行歸納，從而對聚類對象進行歸類[17]。其中，白化值則為劃分不同灰類的標準。

2.2 換乘節(jié)點劃分

采用基于AHP的灰色白化權(quán)函數(shù)聚類分析法對換乘節(jié)點進行劃分，算法步驟如下。

Step 1：根據(jù)換乘節(jié)點的評價指標體系S將其分為三級，一級指標為：外部環(huán)境（S1）、技術(shù)能力（S2）、客流運量（S3），其子集為

分別進行二級評價，Si的評價矩陣為

式中：rij為二級評價指標的得分。

Step 2：運用AHP確定二級評價矩陣的聚類權(quán)Hi=（ηi1，ηi2，...，ηin），以及一級評價指標的聚類權(quán)H=（η1，η2，η3）， 所賦權(quán)值體現(xiàn)了該指標在聚類過程中的重要性和差異性。則一級指標得分為

式中：n為評價對象個數(shù)，m為二級指標個數(shù)。

Step 3：本文根據(jù)換乘節(jié)點的功能定位，將其劃分為3個灰類：路網(wǎng)性節(jié)點、區(qū)域性節(jié)點、地方性節(jié)點，根據(jù)3個灰類的節(jié)點對評價指標的要求得出分類閾值。由于3個一級指標均為綜合性指標，可以認為它們具有相同的白化權(quán)函數(shù)fk（Si），其中k表示不同的灰類，k=1，2，3。

Step 4：計算定權(quán)類系數(shù)和灰色聚類系數(shù)向量

式中：t為一級指標個數(shù)，通過灰色系數(shù)向量直接進行聚類分析，將聚類對象歸至不同灰類中。

3 京滬高速鐵路換乘節(jié)點選擇實例

京滬高速鐵路全長1 318 km，共設(shè)有23個站點，其中與其他高速線或既有線相連的中間節(jié)點有8個，如圖2所示。由于北京南站、上海站為京滬高速鐵路線路的兩端點站，鎮(zhèn)江南與鎮(zhèn)江在同一城市樞紐內(nèi)，所以不作為換乘節(jié)點考慮。因此，本文只考慮天津南、德州東、濟南西、徐州東、蚌埠南、南京南、上海虹橋7個中間節(jié)點。對中間節(jié)點進行二級指標評分，結(jié)果如表1所示。

圖2 京滬高速鐵路節(jié)點示意圖

表1 京滬高速鐵路節(jié)點二級指標評分

表2 京滬高速鐵路節(jié)點一級指標得分

將所有節(jié)點歸于路網(wǎng)性節(jié)點、區(qū)域性節(jié)點、地方性節(jié)點3個灰類，分別構(gòu)造一級指標關(guān)于3個灰類的白化權(quán)函數(shù)如下：

由表3可知，路網(wǎng)性節(jié)點有南京南站、上海虹橋站，區(qū)域性節(jié)點有天津南站、濟南西站、徐州東站，地方性節(jié)點有德州東站、蚌埠南站。路網(wǎng)性節(jié)點不僅在京滬高速鐵路上有重要地位，在整個鐵路網(wǎng)絡(luò)中也起到關(guān)鍵性作用，均設(shè)置為換乘節(jié)點。區(qū)域性節(jié)點對于京滬高速鐵路來說具有一定的區(qū)域連通性，均設(shè)置為換乘節(jié)點。地方性節(jié)點的路網(wǎng)連通性以及技術(shù)作業(yè)能力相對較弱，可根據(jù)列車開行情況和客流需求，有選擇性地設(shè)置為換乘節(jié)點。

京滬高速鐵路可將天津南站、濟南西站、徐州東站、南京南站、上海虹橋站設(shè)置為換乘節(jié)點，德州東站和蚌埠南站保留設(shè)置為換乘節(jié)點的能力，根據(jù)換乘客流實際情況可進行少量列車的換乘接續(xù)。

4 換乘節(jié)點優(yōu)化建議

4.1 考慮小站換乘

由于高速鐵路的大型客運站點尤其是路網(wǎng)性節(jié)點的換乘客流較多，容易造成大量客流在客運站內(nèi)滯留，影響換乘效率?？梢钥紤]將與其相鄰的小型客運站設(shè)置為部分高速列車的換乘節(jié)點，加強小型客運站點的換乘條件，由此來分散換乘客流，提高旅客的換乘效率。

4.2 上下行分站換乘

調(diào)整同一列車上行方向與下行方向在不同換乘節(jié)點進行換乘，從而吸引不同方向的客流進入不同的換乘節(jié)點。同時，同一方向不同車次交錯選擇換乘節(jié)點，以達到分散疏導節(jié)點換乘客流的目的。

4.3 列車停站方案協(xié)調(diào)

分區(qū)段確定同種列車的初始停站方案，再結(jié)合計算機編制列車運行圖，按“遞遠遞?！闭{(diào)整列車停站及接續(xù)方案。同時根據(jù)換乘客流時間分布規(guī)律，考慮線路通過能力及車底周轉(zhuǎn)等因素的情況下，高峰時段適當增設(shè)列車?？繐Q乘節(jié)點次數(shù)。

5 結(jié)論

1）對節(jié)點選擇影響因素設(shè)置兩級評價指標，設(shè)定不同的聚類權(quán)，在一定程度上減小了評價結(jié)果的偏差?；贏HP的灰色白化權(quán)函數(shù)聚類分析法克服了傳統(tǒng)的聚類分析法的局限性，白化權(quán)函數(shù)可根據(jù)所有同類對象樣本值確定。

2）京滬高速鐵路換乘節(jié)點選擇結(jié)果與實際運營采用的換乘節(jié)點客觀情況基本相符，表明了這種分類方法的有效性，可為高速鐵路換乘節(jié)點的選擇及布局提供一定的理論參考依據(jù)。

3）隨著高速鐵路網(wǎng)絡(luò)逐步完善，跨線客流也將迅速增長，還應(yīng)對成網(wǎng)條件下的客流量進行預(yù)測，加強換乘節(jié)點選擇的有效性。確定換乘節(jié)點后，客流吸引程度需進一步驗證，客流組織及列車接續(xù)組織等還需要協(xié)調(diào)研究。