城市高速铁路客流的系统动力学研究2.doc

增大城际高速铁路客流的对策研究 摘 要：通过研究系统动力学的理论与方法，在分析城际高速铁路客流影响因素相互关系的基础上，构建城际高速铁路客流变化的仿真模型。分析旅客感知舒适度、票价和投资对城际高速铁路客流的影响，进而得出各影响因素与客流量变化的相互关系，提出相应的运营管理建议。 关键词：系统动力学；反馈环；流率基本入数；城际高铁客流 1 引言 城际旅客运输在城市发展中发挥着重要作用。当前，我国城际高速铁路发展迅速，在城际旅客运输中扮演着越来越重要的角色。新运营的城际高速铁路在缓解运力不足的同时，有可能打破原城际客流系统的平衡。城际高速铁路客流除了随人口增加的正常增长之外，还存在着诱发客流和转移客流，在城际高速铁路不同的发展时期，其客流量变化也将有所不同。客流量的大小对于城际高速铁路建设的必要性、建设后功能发挥的充分性及运营管理方面影响重大。因此，研究城际高速铁路的客流量变化规律十分重要。 近年来，伴随交通系统的发展，有关客流量研究的范围得以扩大。一些研究人员分别对政策、投资、票价、客运服务水平等影响铁路客流量的因素进行了分析。通过逐渐引入集合系统论、控制论、信息论的系统动力学理论与方法，重点研究客运系统的内部结构及其反馈机制，包括高速铁路、既有铁路、航空、公路及地铁的客票定价、客流量预测、交通结构优化及决策等。但是，现有研究大多是对交通运输系统客流量进行粗略预测或分析，国内对城际高速铁路客流变化及其因素敏感性分析的研究尚属空白。 城际高速铁路旅客运输是一个“自然—社会—经济”的复合系统，具有高阶次、多变量、多回路和强非线性的反馈结构，系统行为往往具有反直观性、复杂性、延迟性和不确定性等特点，系统动力学（System Dynamic，SD）的理论与方法较传统数学模型能更好地刻画城际高速铁路客流变化的非线性结构和动态特征。基于此，应用系统动力学的理论与方法，分析城际高速铁路客流变化机理，同时考虑旅客感知效用，进而探讨城际高速铁路客流量变化的一般规律。 2 确定流位控制流率的定性分析 2.1 确定影像系统的各个流位和流率 城际高速铁路客流的变化过程是典型的系统行为。城际高速铁路建设初期，在没有条件限制的状态下，客流量迅速增长，客流总量的发展曲线为 J型指数增长。此时，系统中的正反馈起主导作用。当城际高速铁路发展到一定规模，客流量的增加受到区域人口、经济、交通环境、发展空间，以及城际高速铁路自身的速度、舒适性、便利性、准时性等条件的制约，指数型增长转变为阻滞增长。随着总运能利用率的增大，客流量逐渐接近高速铁路的最大运能，客流量变化率逐渐趋于零，客流量的发展达到平衡状态，整个增长过程呈现为 S 型曲线，在这个时期，系统中的负反馈起主导作用。此时，只有客流量变化率为零，系统才能达到稳定平衡，若外界干扰使客流变化率稍微增加，则系统处于不稳定平衡状态，将重新按照 S 型曲线增长，进而达到新的平衡状态。 由此可见，城际高速铁路客流的变化过程是正反馈和负反馈主导作用相互转化及影响的结果。客流的增加将导致资源拥挤程度增加，进而引起城际高速铁路客流增长率减小，转变为阻滞增长。城际高速铁路运营初期，主要作用是满足客运需求缓解城际客运压力，当城际高速铁路发展到一定规模时（此时负反馈起主导作用），旅客的感知效用会影响其对交通方式的选择，进而影响客流量变化率及资源拥挤程度。目前城际高速铁路运营时间尚短，正处于指数增长的初步阶段，但是不排除特殊时间段的快速增长。在此基础上，为研究整个组织模式的反馈机制，根据系统动力学理论及反馈控制原理，按问题的主要矛盾将系统分为城际高速铁路客流量，总运能，票价，旅客支付能力，造价5个子系统，并设计了5个子系统的流位流率对如下（其中，（Li）（i=1,2....5)表示流位变量，（Ri）(i=1,2....5）表示流率变量): ——客流量及其改变量； ——总运能及其改变量； ——票价及其改变量； ——旅客支付能力及其改变量； L5（t），R5（t）——投资及变化量； 2.2 控制流率的定性二部分图 从而得到整个城际高速铁路客流系统的流位流率系： 城际高速铁路客流定性分析二部分图 综上分析，由流位控制流率关系的二部分图出发，考虑流位具体通过哪些中间变量或者之间控制流率的关系，便可以建立流率基本入树模型，得到反映各流位控制各流率之间关系的二部分图。 2.3 构造流率基本入树模型 （a)? 客流量流率基本入树T1 （b）总运能流率基本入树T2 （C）票价流率基本入树T3 （d）旅客支付能力流率基本入树T4 (e)投资流率基本入树T5 3 成长上限基模分析 3.1 客流量成长上限 如图所示，负反馈环：客流量— + 资源拥挤度—－客流量。客流量的增加会提高城际高速铁路的资源利用率，同时也会增加资源拥挤度，资源拥挤度的增加又会反过来导致