利用行人路阻函数评估地铁站内AFC设备运营状况
摘要：地铁站内AFC设备作为整个车站客流疏散的通行瓶颈，其运营状况关系到地铁线路乃至整个线网的运营状况。本文将BPR函数移植于地铁站内的行人交通流并对其进行线性改进，通过实际调研获取不同类型地铁站内与AFC设备处行人流相关的统计数据，并进一步通过统计软件对调研数据进行拟合分析。研究表明，车站类型、设备数量以及设备布局对AFC设备运营状况具有重要影响，相关研究分析可为对地铁站内AFC设备运营状况的分析与评估提供依据。
关键词：城市轨道交通 地铁站 AFC设备 行人路阻函数 BPR
0 引言
随着信息技术的进步和人们生活方式的改变，乘客对轨道交通的服务需求也发生了变化，使得以往一些技术模式和操作方案难以适应，因此，在城市主导交通方式—城市轨道交通中引进自动售检票系统（Automatic Fare Collection System, AFC）具有必然性。目前，我国城市轨道交通站点已大量引进AFC终端设备，主要包括自动售票机（TVM，Ticket Vending Machine）和自动检票机（AGM，Automatic Gate Machine）。这些设备作为车站内部通行瓶颈，其通过能力是车站运输能力的决定性因素之一，甚至影响到线路乃至整个线网的运输能力。而以往的地铁站内行人通行能力研究主要集中于站点内部布局、行人通道设计、线路客流预测等方面，对站内通行设施的通过能力，尤其是AFC终端设备通行能力与乘客交通流特征两者之间的匹配问题研究甚少。为了能够更有效地缓解地面交通压力、更充分地发挥城市轨道交通的优势，城市轨道交通通行能力研究需更多地注重站内通行瓶颈设备与乘客流之间的制约关系。
1 行人路阻函数简介
路阻函数（BPR函数）[?]是由美国公路局（U.S. Bureau of Public Roads, BPR）提出，该函数是美国公路局在对大量路段机动车流进行调查的基础上，通过回归分析得到的一个公式，具有通用性好的特点。BPR函数是用于研究路段行程时间（或车速）与交通负荷之间的函数关系，其具体关系如式（???）。国外为了提高乘客在城市轨道交通站内的通行效率，许多专家和学者作了较为详细的研究[???]，运用BPR函数拟合评估的方法较为常用，但是多应用于站内楼梯、自动扶梯、通道等方面的行人通行。
（???）
地铁站内AFC设备处客流从出通道、经过行人走廊、到TVM（或人工售票亭）处购票或直接刷卡进入付费区，这一过程从宏观的角度表现出交通流的方向性、被引导性、自主选择性，尤其是在大客流情形下存在行人流渠化特征，这些特性与道路交通流的宏观特性相似，因此，通过对BPR函数参数的重新定义可将其移植运用于站内AFC设备布局的分析评估。对原本BPR函数式中各值的定义做相应的修改，使其更加适用于站内行人交通流：
tv — 当行人流量为v时，行人经过调研范围所用的的行程时间（s）；
t0 — 当行人流自由通行时，行人经过调研范围所用的行程时间（s）；
v — 调研测定的行人流量（人/m/min）；
C— 设备的容量或通行能力（人/m/min）；
α、β—待定参数。
在实际应用中，为了简化计算，将式（1.1）的非线性关系转化为线性关系，但不改变BPR应用的本质，进一步转化如式（???）???。
（???）
令，，，则式（1.2）可以进一步简化为线性关系模式：；由于t0表示自由行人流速度的通行时间，C值表示设备的通行能力，这两个值其可以通过现场观测或视频采集等方式获取。因此，通过在地铁车站内采集大量AFC通行设备处样本数据，即可运用数学回归的方法测算出α、β的值，其中β表征v与tv 的敏感度，lnα表征v与tv 的相关修正值，从而得到tv与v与的关系，进一步分析AFC设备布局的合理性。
2 地铁站内AFC设备运营影响因素
2.1 站点类型
影响地铁站点客流运动的因素较多，不同类型的车站其客流运动特性有着显著的差异。普通小型站点的客流运动规律相对简单，而大型换乘站、大型商业站点等位于闹市区的大型地铁站因客流密集、人流运动规律复杂，其客运组织也就比较复杂。从分析站内AFC设备通行能力角度出发，根据客流量运行特征及站点性质将城市轨道交通车站分为火车站点、商业娱乐中心站点、换乘站点、普通站点四类。
2.2 AFC设备数量
城市轨道交通站内AFC设备的数量配置不仅与地铁建设成本、运营成本以及通信设备的服务水平有关，而且还与地铁站点客流组织效率密切相关。由于每个类型的地铁车站都有其特有的客流类型和客流运动方式，并且客流数据都具有一定的时效性，因此，地铁站内AFC设备的数量配置必须依据已有的或预测的客流数据。站内AFC 设备数量配置的研究内容主要是以进出站客流数据为基础，根据客流量配置合理的设备数量，在数量配置过程中，地铁站的AFC设备总数和合理分配各出入口的配置比例是两点核心。
2.3 AFC设备布局
国内城市轨道交通站内设备空间布局趋于模式化、简单化，AFC设备布局由于受到车站结构的影响，经常出现机组利用不均衡的现象，造成某些机组设备使用率较低的现象。良好的地铁站内AFC设备布局具有如下几方面的优点：
1)可以使地铁车站站厅面积得到充分的利用；
2)有利于合理配置AFC设备与装置数量，节省投资；
3)合理的布局使得地铁站厅井然有序，有利于改善地铁站内环境；
4)减少站内乘客的交织程度，提高通行效率，为乘客节约宝贵时间；
5)使得AFC设备的空间利用不均衡度减小，提高设备利用率。
AGM与TVM的相对布局关系：站内AGM与TVM的布局一方面要求设备布局与乘客的功能需求顺序相符合；另一方面要求有效防止在客流高峰时期，持有储值卡进站客流、购买单程票进站客流、TVM排队客流以及AGM排队客流发生交织冲突。
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