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COVID-19在城市轨道交通系统内的传播建模与预测

雷斌 刘星良 曹振 郝亚睿 张源 陈新苗

雷斌, 刘星良, 曹振, 郝亚睿, 张源, 陈新苗. COVID-19在城市轨道交通系统内的传播建模与预测[J]. 交通运输工程学报, 2020, 20(3): 139-149. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.03.013
引用本文: 雷斌, 刘星良, 曹振, 郝亚睿, 张源, 陈新苗. COVID-19在城市轨道交通系统内的传播建模与预测[J]. 交通运输工程学报, 2020, 20(3): 139-149. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.03.013
LEI Bin, LIU Xing-liang, CAO Zhen, HAO Ya-rui, ZHANG Yuan, CHEN Xin-miao. Modeling and forecasting of COVID-19 spread in urban rail transit system[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2020, 20(3): 139-149. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.03.013
Citation: LEI Bin, LIU Xing-liang, CAO Zhen, HAO Ya-rui, ZHANG Yuan, CHEN Xin-miao. Modeling and forecasting of COVID-19 spread in urban rail transit system[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2020, 20(3): 139-149. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.03.013

COVID-19在城市轨道交通系统内的传播建模与预测

doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2020.03.013
基金项目: 

国家重点研发计划项目 2016YFC0802208

陕西省交通科技项目 16-40K

陕西省自然科学基础研究计划 2017JQ5122

详细信息
    作者简介:

    雷斌(1978-), 男, 陕西西安人, 西安建筑科技大学教授, 工学博士, 从事城市轨道交通研究

    通讯作者:

    刘星良(1989-), 男, 陕西西安人, 长安大学工学博士研究生

  • 中图分类号: U113

Modeling and forecasting of COVID-19 spread in urban rail transit system

Funds: 

National Key Research and Development Program of China 2016YFC0802208

Shaanxi Transportation Technology Project 16-40K

Shaanxi Natural Science Basic Research Program 2017JQ5122

More Information
  • 摘要: 考虑城市轨道交通出行特征, 将新冠疫情下城市轨道交通系统内的乘客分为易感者、感染者、暴露者; 假设病毒自由传播, 以疫情发生初期的病例为研究对象, 结合相关研究, 选择病毒传染概率为0.41;将感染者乘坐城市轨道交通的过程分为出入站阶段和乘车阶段, 考虑病毒有效传播范围、人群分布特征、人群流动特征, 建立新冠疫情在城市轨道交通系统内部的传播模型; 以某市地铁为模拟案例, 假如有13个感染者乘坐地铁, 结合历史客运数据确定模型参数的取值, 预测不同载运水平下可能造成的感染人数, 同时研究与可能感染人数相关的各类要素。研究结果表明: 当载运水平降低至平均水平的10%时, 多数案例的可能感染人数降低至1人以下, 证明了城市轨道交通客流管控强度的有效性, 起终点站内人数折减引起的感染人数变化(小于20%)低于车厢人数折减引起的变化(60%~80%), 说明相比起终点站内人数, 车厢内的人群密集程度对可能感染人数的影响更加显著; 在经停时, 假如上下车人数之比不大于1, 则能有效控制可能感染人数的升高; 当经停站数与可能感染人数非线性正相关时, 载运水平、经停站数、可能感染人数之间的函数关系具有较高的拟合优度(决定系数为0.700 1)。

     

  • 图  1  城市轨道交通站内人员分布

    Figure  1.  Passenger distribution in urban rail transit station

    图  2  城市轨道交通车厢内人员分布

    Figure  2.  Passenger distribution in urban rail transit vehicle

    图  3  各案例不同载运水平下的可能感染人数预测结果

    Figure  3.  Prediction results of possible infections under different loading levels in each case

    图  4  可能感染人数与城市轨道交通站内和车厢人数的关系

    Figure  4.  Relationships between possible infections and passenger numbers in station and vehicle

    图  5  上下车人数与可能感染人数之间的关系

    Figure  5.  Relationship among on/off board number and possible infections

    图  6  载运水平、经过站数与可能感染人数之间的关系

    Figure  6.  Relationships among loading level, stop number and possible infections

    表  1  COVID-19模拟病例的地铁出行信息

    Table  1.   Metro travel informations of COVID-19 simulation cases

    案例编号 始发站 始发日期 始发时间 换乘站 中转时间 终点站 终点时间
    1 S4线、站点29 2020-01-14 14:30 S4线、站点7 15:20
    2 S4线、站点7 2020-01-18 13:00 S4线、站点15 13:24 S1线、站点8 13:44
    3 S4线、站点7 2020-01-20 19:40 S4线、站点8 19:49
    4 S4线、站点9 2020-01-20 20:30 S4线、站点7 20:36
    5 S2线、站点8 2020-01-21 10:20 S2线、站点10 10:25 S1线、站点17 10:37
    6 S3线、站点15 2020-01-21 13:30 S3线、站点18 13:38
    7 S4线、站点15 2020-01-21 16:00 S4线、站点7 16:19
    8 S4线、站点7 2020-01-22 15:00 S4线、站点15 15:21 S1线、站点8 15:38
    9 S4线、站点15 2020-01-22 23:00 S4线、站点7 23:19
    10 S4线、站点14 2020-01-25 7:00 S4线、站点15 7:07 S2线、站点10 7:13
    11 S1线、站点15 2020-01-27 20:54 S1线、站点18 21:10 S3线、站点23 21:57
    12 S3线、站点23 2020-01-28 11:40 S3线、站点8 12:44
    13 S4线、站点14 2020-02-04 10:00 S4线、站点15 10:07 S1线、站点1 10:42
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    表  2  COVID-19模拟病例的城市轨道交通出行数据

    Table  2.   Urban rail transit travel data of COVID-19 simulation cases

    编号 客运水平 入站过程 中间过程 出站
    始发站站内人数 初始乘车车厢人数 上半程上下车人数比例 换乘站站内人数 下半程乘车车厢人数 下半程上下车人数比例 终点站站内人数
    1 模拟 80 13 0.79、1.08、1.37、0.94、2.01、1.16、1.20、1.47、1.15、1.12、1.15、1.03、1.42、1.21、1.14、0.93、1.11、0.59、0.68、1.17 38
    平均 57 9 35
    高峰 97 16 67
    2 模拟 25 28 1.03、0.64、0.67、1.36、0.83、1.25、1.38 100 62 1.37、1.07、1.53、1.37、1.36 25
    平均 23 26 90 56 23
    高峰 44 50 182 113 44
    3 模拟 20 25 0.61、2.00 120
    平均 16 20 64
    高峰 30 38 126
    4 模拟 50 62 0.85 30
    平均 33 40 28
    高峰 63 78 54
    5 模拟 60 55 1.31 200 87 0.85、0.69 80
    平均 70 64 162 71 74
    高峰 115 105 242 105 138
    6 模拟 45 32 1.90、1.66 38
    平均 40 28 32
    高峰 81 58 49
    7 模拟 28 49 1.20、1.16、0.93、1.06、0.85、0.83、1.14 70
    平均 22 39 57
    高峰 45 78 109
    8 模拟 20 31 0.91、1.10、0.72、1.18、0.89、0.93、1.23 110 43 1.13、1.29、1.17、1.11、1.08 10
    平均 18 27 67 26 9
    高峰 34 53 135 53 17
    9 模拟 40 25 0.39、0.28、0.52、0.32、1.17、5.07、0.34 20
    平均 110 69 37
    高峰 224 140 70
    10 模拟 13 5 20 4 30
    平均 129 50 103 65 142
    高峰 202 78 205 135 226
    11 模拟 15 4 1.83、0.93 25 3 1.28、0.48、0.43、0.35、0.51、0.44、1.16、6.31 8
    平均 26 41 22 44 10
    高峰 50 83 49 86 19
    12 模拟 7 3 0.21、0.76、1.31、1.55、1.58、1.38、1.72、0.79、1.12、1.31、0.98、1.34、1.38、1.27 24
    平均 19 22 88
    高峰 28 38 153
    13 模拟 12 3 14 3 1.13、0.70、1.31、1.32、1.57、1.07、2.46、1.61、1.18、1.02、1.53、0.76 3
    平均 134 55 63 25 41
    高峰 227 86 122 61 76
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  • 收稿日期:  2020-03-25
  • 刊出日期:  2020-06-25

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