線路重要度在鐵路網規劃的作用

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線路重要度在路網布局規劃中的應用

在社會經濟活動中，一般情況下，重要度較大的結點吸引比它小且距離近的結點，形成較小范圍的經濟圈，然后它又被吸引至重要度更大的結點（更大的經濟中心），區域經濟中心將吸引較近的小重要度結點和較遠的經濟圈，最終，形成整個區域的內在聯系。在路網布局規劃時，也可參照這個規律，在計算出一般線路重要度的基礎上，借用有關數學方法對路網進行初步的布設。實踐中，首先需計算結點的重要度，然后對結點進行聚類分層，一般分成二層即可。對較上層結點（如大的區域中心和省會城市）采用完全圖的方法，對較下層結點（如50萬人口城市以及更小的縣級城市）可采用最優樹的方法。首先將選出的上層結點兩兩連接，計算每一條線路的極坐標角θ，然后根據以下步驟對網絡進行優化，流程圖如圖1所示。其中極坐標和重要度的閥值需參考專家經驗。步驟一：檢查擁有相同結點的任意兩條線路的極坐標角差△θ，若△θ小于規定的閥值θ0，則表明兩條線路的走向非常相近，轉入步驟二；否則重新開始步驟一，直至所有線路考查完畢，轉入步驟三。步驟二：對兩條走向相近的線路，考查各自的重要度是否小于規定的閥值，對小于閥值的線路加以剔除，均大于閥值則全部保留。然后轉入步驟一。步驟三：根據線路所在區域，修正線路重要度。平原地區重要度不變，丘陵地區重要度乘以系數α1（α1=1.12丘陵里程修正系數2），山地地區重要度乘以系數α2（α2=1.12山地里程修正系數2）。轉步驟四。步驟四：檢查修正后的線路重要度，若小于閥值則剔除。若出現懸掛點（與任何結點不相連），則根據交通區位理論最佳入射角的原理創建必要的連接線，最終形成較為優化的路網布局方案。分別以上層結點作為根結點，根據結點的關聯性確定每個根結點的結點圈，再采用最優樹原理按以下步驟進行網絡連接，流程圖如圖2所示。步驟一：確定樹根結點，并根據地域特點、經濟交往等因素確定與該結點有密切聯系的結點群。步驟二：按照最優樹原理將樹根結點與結點圈中的結點進行最優樹鋪畫。步驟三：參考專家經驗，以某一閥值為判斷條件對相鄰結點進行線路添加，直至所有相鄰結點檢查完畢。當路網所有線路確定之后，鐵路的概念網就形成了。在概念網基礎上，再根據既有路網實際情況，參考地形地質條件，形成比較符合實際的規劃鐵路網。

實例

按照區域路網布局思路，結合結點重要度的計算結果[1]，采用聚類分析的方法將需要連通的東北地區城市劃分為二個層次：省會城市和省會城市結點圈，如表1所示。根據前文所述線路重要度計算模型，計算出線路重要度如表2所示（表中按重要度排序取前20）。根據前文所述理論，省會層結點采用完全圖原理進行布局連接，其他結點在聚類分層后采用最優樹原理布局鋪畫。按最優樹布設線網時，一般原則是選取從中心到各結點重要度之和最大的方案。1）省會城市連接概念線。根據完全圖原理，區域內省會城市連接概念線如圖3所示。3個省會城市連接出3條概念線，但是由于3個結點幾乎在一條直線上，依據交通區位法原理，沈陽—哈爾濱的連接線顯然應被剔除。2）省會城市與結點圈結點連接概念線。根據最優樹原理及大城市間的線路重要度排序，實現省會城市與結點圈內結點之間的連接，如圖4中綠線。考慮大城市之間的便捷連接，將相鄰大城市之間線路重要度排序靠前的結點加以相連。參考地理條件、區域經濟特點等因素，將個別大城市間的連接線剔除，從而建立大城市之間連接概念網見圖4中藍線。3）生成區域主骨干網。區域路網規劃還需要考慮不同區域之間的交流通道。東北地區周邊的省會城市包括北京、天津、呼和浩特以及隔海相望的濟南市；周邊重要的城市主要有秦皇島、赤峰和通遼。將它們連入東北路網，參考既有路網，經過專家咨詢，最終形成東北地區鐵路骨干網，如圖5所示。東北地區鐵路骨干網是一個初成規模的概念網，它由一橫三縱構成。一橫：濱洲、濱綏概念線；三縱：主軸哈大、濱北概念通道，東翼佳木斯—大連概念線，西翼齊齊哈爾—錦州概念線。根據線路重要度法，得到的東北區域骨干網基本覆蓋了區域內的大部分重要城市，并與周邊區域的主要城市相連接，實現區際交流。形成的骨干網與既有路網基本相符合，同時還生成一些新的線路，如哈爾濱至佳木斯、沈陽至盤錦等線路（《中長期鐵路網規劃（2008年調整）》包含）。

在鐵路網布局中使用定量分析方法的關鍵在于建立科學有效、易于實現的數學模型。依據新構建的線路重要度計算模型，針對路網布局中不同層次的結點，結合東北地區路網布局規劃實例，線路重要度理論在鐵路網規劃中得到應用和實踐。但由于鐵路網規劃的制約和影響因素多，純粹的定量分析也不能解決全部問題，只有把定量和定性分析結合起來，參考一定的專家經驗，才能制定出符合實際需求的鐵路網規劃。

本文作者：孫曉峰梁棟工作單位：鐵道部經濟規劃研究院