北京城市軌道交通清分方法及結(jié)果應(yīng)用

（北京市基礎(chǔ)設(shè)施投資有限公司,100101,北京∥第一作者,工程師）

北京城市軌道交通清分方法及結(jié)果應(yīng)用

杜世敏趙路敏

（北京市基礎(chǔ)設(shè)施投資有限公司,100101,北京∥第一作者,工程師）

基于北京城市軌道交通多運(yùn)營主體的特點(diǎn),在大量理論研究、國內(nèi)外調(diào)研和客流調(diào)查的基礎(chǔ)上,通過簡單的實(shí)例,描述了城市軌道交通客流及票款清分的基本流程,并對(duì)清分系統(tǒng)的輸出結(jié)果及其應(yīng)用方向進(jìn)行了探討。實(shí)踐證明：清分方法不僅實(shí)現(xiàn)了運(yùn)營主體和線路間客流、票款的清分清算,而且清分系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)結(jié)果相比傳統(tǒng)調(diào)查數(shù)據(jù),更加精確、可靠、全面。該清分方法在城市軌道交通運(yùn)營信息統(tǒng)計(jì)分析、乘客出行誘導(dǎo)、運(yùn)輸能力評(píng)估及突發(fā)事件處置協(xié)調(diào)等多方面起到了重要的作用,為企業(yè)運(yùn)營管理和政府相關(guān)部門決策提供了依據(jù)。

城市軌道交通;網(wǎng)絡(luò)化;清分方法;結(jié)果應(yīng)用

First-author’saddress Beijing Infrastructure Investment Co.,Ltd.,100101,Beijing,China

隨著城市軌道交通建設(shè)步伐的加快,北京的軌道交通運(yùn)營管理已步入了多運(yùn)營主體的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營時(shí)代。目前,北京已有14條運(yùn)營線路,運(yùn)營里程336 km,運(yùn)營車站196座,換乘站21座。其中地鐵4號(hào)線和大興線由北京京港地鐵公司運(yùn)營管理,其它線路由北京市地鐵運(yùn)營有限公司經(jīng)營管理。如此龐大的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò),使得乘客出行的可達(dá)性和路徑選擇多樣性大大增加。雖然自動(dòng)售檢票（AFC）系統(tǒng)可以準(zhǔn)確獲取乘客進(jìn)出的車站、時(shí)間及票種信息,但在一票無障礙的換乘模式下,系統(tǒng)難以準(zhǔn)確獲取起終點(diǎn)（OD）車站間乘客出行的路徑和換乘的具體信息。為了解決票款收入在運(yùn)營主體間的合理分配問題,掌握客流在路網(wǎng)上的時(shí)空分布情況,非常有必要建立城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的清分方法,同時(shí)為運(yùn)營信息統(tǒng)計(jì)分析、乘客出行誘導(dǎo)、運(yùn)輸能力評(píng)估及突發(fā)事件處置協(xié)調(diào)等多業(yè)務(wù)提供技術(shù)支撐。

1 清分方法的確定

對(duì)于無障礙換乘的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的票款清分,一般包括基于路網(wǎng)規(guī)模的清分方法、基于最短路徑和多路徑選擇的清分方法［1］。

第一種方法是按照各個(gè)運(yùn)營主體營運(yùn)的線路里程的比例,對(duì)整個(gè)路網(wǎng)的票款進(jìn)行清分。該方法簡單易行,未考慮各個(gè)運(yùn)營主體線路間客流量的分配,不能客觀地反映各個(gè)運(yùn)營主體應(yīng)得的收益,在精確度、合理性上都存在明顯缺陷。

第二種方法是假定某兩站之間的乘客全部選擇最短路徑,將運(yùn)費(fèi)收益分配給最短路徑上做出貢獻(xiàn)的運(yùn)營主體。該方法不能充分體現(xiàn)乘客路徑選擇的多樣性,特別是在連通度較高的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中不能反映客流分布的實(shí)際狀況。

第三種方法考慮了乘客出行路徑的多樣性,確定幾條乘客可能選擇的路徑,根據(jù)出行時(shí)間或距離阻抗確定每條路徑的客流分配比例,進(jìn)而結(jié)合各線路承擔(dān)的運(yùn)輸里程計(jì)算清分比例。

考慮到北京市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化的規(guī)模、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及多運(yùn)營主體的實(shí)際情況,依據(jù)路網(wǎng)規(guī)?；蜃疃搪窂降那宸址椒ú⒉荒苷鎸?shí)地反映實(shí)際的乘客出行路徑,進(jìn)而在清分中使得利益在各運(yùn)營商中的分配產(chǎn)生不公之處。因此,北京市軌道交通依據(jù)大量的乘客出行問卷調(diào)查數(shù)據(jù),在綜合考慮影響乘客出行因素的基礎(chǔ)上,采用了基于多路徑選擇的“兩階段、雙比例”的清分方法,以更加切合實(shí)際地反映乘客的出行情況,客觀公平地分配客流及票款收益。

2 清分總體思路

2.1 路徑清分的依據(jù)

乘客在城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中出行時(shí),確定起點(diǎn)（O）和終點(diǎn)站（D）后,影響乘客路徑選擇的因素分為兩類（見圖1）。第一類為確定性因素,如路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、列車運(yùn)行時(shí)間、運(yùn)營服務(wù)時(shí)間等,可直接通過有關(guān)路網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)營管理的信息確定。第二類為不確定性因素,主要為乘客主觀性的選擇行為,其對(duì)于清分的影響程度須根據(jù)實(shí)際調(diào)查分析進(jìn)行量化。

圖1 路徑選擇影響因素

通過客流調(diào)查結(jié)果的分析（見圖2）,60%以上的乘客視“時(shí)間最短”為出行路徑選擇的首要因素。同時(shí)由于在無障礙換乘條件下,一旦OD確定,則該OD間所有路徑上的票價(jià)是相同的,因此清分系統(tǒng)選擇乘客的旅行時(shí)間作為OD間多路徑清分的依據(jù)（借鑒城市道路網(wǎng)的理論,文中稱旅行時(shí)間為“綜合出行阻抗”）,并且考慮換乘次數(shù)和擁擠度的影響。

圖2 出行影響因素調(diào)查結(jié)果比例

2.2 路徑清分的思路［2］

“兩階段”是指客流在OD間不同出行路徑上分配比例的確定分成兩個(gè)階段完成。第一階段,以有效路徑的綜合出行阻抗為基礎(chǔ),根據(jù)乘客出行路徑選擇的概率分布模型,計(jì)算OD間各有效路徑分擔(dān)OD客流的比例;第二階段,考慮乘客出行徑路選擇中的不確定因素,包括換乘次數(shù)和線路擁擠程度,對(duì)上一階段計(jì)算出的客流在路徑上分配比例進(jìn)行修正。

“雙比例”是指分別按OD間多條有效路徑之間的客流分配比例和每一路徑中不同運(yùn)營主體（按線路）承擔(dān)的運(yùn)距比例進(jìn)行最終的清分。即在“兩階段”路徑客流分配比例的基礎(chǔ)上,根據(jù)每條路徑中各運(yùn)營主體（線路）承擔(dān)的運(yùn)輸里程比例計(jì)算出相關(guān)運(yùn)營收益方的清分比例,具體見圖3。

圖3 “兩階段、雙比例”清分方法的基本思路

3 清分基本流程

在將城市軌道交通路網(wǎng)結(jié)構(gòu)和綜合出行阻抗進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)化描述的基礎(chǔ)上,清分的基本流程主要包括 OD間如圖4所示的5個(gè)步驟［3］。

本文結(jié)合簡單的網(wǎng)絡(luò)（見圖5）算例對(duì)清分基本流程進(jìn)行說明。假如起點(diǎn)為5號(hào)線和平里北街（O站）,終點(diǎn)為2號(hào)線和平門（D 站）,07：00一08：00時(shí)段OD間出行的乘客總量為3 000人次,在2元單一票制情況下,票款總收入為6 000元。

3.1 OD間有效出行路徑的確定

假如經(jīng)OD間可行性路徑搜索并經(jīng)有效性判斷后,和平里北街站至和平門站共有4條有效路徑。

路徑1：和平里北街—崇文門—和平門,換乘1次;

路徑2：和平里北街—雍和宮（內(nèi)環(huán)）—和平門,換乘1次;

路徑3：和平里北街—雍和宮（外環(huán)）—和平門,換乘1次;

路徑4：和平里北街—雍和宮—西直門—宣武門—和平門,換乘3次。

圖4 清分的基本流程

圖5 和平里北街至和平門站網(wǎng)絡(luò)圖

3.2 綜合出行阻抗的計(jì)算

基于乘客出行的全過程分析,綜合出行阻抗即乘客的旅行時(shí)間,包括進(jìn)站時(shí)間、區(qū)間運(yùn)行時(shí)間、站停時(shí)間、換乘時(shí)間和出站時(shí)間,即綜合出行阻抗為乘客出行時(shí)間的總和。結(jié)合列車運(yùn)行時(shí)刻表及換乘站走行調(diào)查數(shù)據(jù),4條路徑綜合出行阻抗分別為20 min、25 min、30 min和35 min。

3.3 客流分配比例的計(jì)算

根據(jù)乘客出行路徑選擇的概率分布模型,按照各路徑的綜合阻抗可將OD總量分配到4條路徑上。一般來說,阻抗值越小（出行時(shí)間越短）,乘客趨向于選擇這條路徑的意愿越強(qiáng)。假如經(jīng)過概率分配計(jì)算后,4條路徑客流分配如下。

路徑1（45%）：3 000人次×45%=1 350人次;

路徑2（25%）：3 000人次×25%=750人次;

路徑3（20%）：3 000人次×20%=600人次;

路徑4（10%）：3 000人次×10%=300人次。

3.4 客流分配比例的修正

由于乘客在路徑選擇時(shí),會(huì)考慮到換乘次數(shù)和擁擠度的影響,因此需進(jìn)行客流分配比例的修正。假設(shè)路徑1非常擁擠,路徑4略微擁擠,路徑2、路徑3舒適。同時(shí)考慮路徑4換乘次數(shù)遠(yuǎn)多于路徑1～路徑3,乘客心理上會(huì)感覺同樣的換乘時(shí)間大于車上時(shí)間。修正后4條路徑客流分配比例分別為：40%、30%、25%和5%,即最終客流分配為1 200人次、900人次、750人次和150人次。

路徑客流比例修正之后,各線路客運(yùn)量、換乘量及斷面客流量都可以得到有效分配。以客運(yùn)量舉例,因4條路徑均經(jīng)過5號(hào)線和2號(hào)線,其客運(yùn)量分配均為3 000人次;但對(duì)4號(hào)線而言僅有第4條路徑經(jīng)過,其客運(yùn)量分配為150人次。

3.5 票款分配結(jié)果的計(jì)算

在4條路徑客流分配結(jié)果確定后,需按照各線路在路徑中承擔(dān)的運(yùn)距比例進(jìn)行票款的清分。假定4條路徑中5號(hào)線、2號(hào)線和4號(hào)線承擔(dān)的運(yùn)距比例如下：

路徑1：5號(hào)線為80%,2號(hào)線為20%;

路徑2：5號(hào)線為10%,2號(hào)線為90%;

路徑3：5號(hào)線為8%,2號(hào)線為92%;

路徑4：5號(hào)線為10%,2號(hào)線為50%,4號(hào)線為40%。

那么在客流分配比例和運(yùn)距承擔(dān)比例的基礎(chǔ)上,路網(wǎng)2元票制下地鐵5號(hào)線、2號(hào)線和4號(hào)線票款清分的結(jié)果如表1所示。

表1 和平里北街至和平里站票款清分結(jié)果 元

4 清分輸出結(jié)果

通過AFC系統(tǒng)上傳的乘客個(gè)體進(jìn)出站信息（主要包括進(jìn)站時(shí)間、進(jìn)站車站、卡票類型、出站時(shí)間和出站車站）,經(jīng)過清分系統(tǒng) OD配對(duì)和計(jì)算后,系統(tǒng)的主要輸出結(jié)果為OD間出行路徑信息、客流分布和票款分配數(shù)據(jù)。需要說明的是,清分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營條件下客流指標(biāo)的準(zhǔn)確計(jì)算,并且指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)方式相比AFC系統(tǒng)開通前和單線運(yùn)營模式發(fā)生了較大程度的變化。

（1）OD間路徑比例信息——根據(jù)當(dāng)日路網(wǎng)乘客出行的實(shí)際情況,支持輸出路網(wǎng)所有OD對(duì)間可行有效的路徑集、最短路徑及相應(yīng)的客流分配比例。

（2）進(jìn)出站量信息——支持輸出最小粒度為1 min間隔的車站分票種、分上下行的進(jìn)出站量信息。在目前個(gè)別換乘站存在共用閘機(jī)的情況下,清分系統(tǒng)輸出的結(jié)果中進(jìn)站量分為兩部分,一部分為本線進(jìn)出OD量,另一部分為本線進(jìn)他線出OD量。出站量也采用類似的計(jì)算方式。

（3）換 乘量 信 息——支 持 輸 出 最 小 粒 度 為1 min間隔的換乘車站分換乘方向的換乘量信息。同樣地,清分系統(tǒng)輸出的結(jié)果中換乘量也分為兩部分,一部分為他線進(jìn)本線出OD量,另一部分為途徑本線OD量。

（4）客運(yùn)量信息——支持輸出最小粒度為1 min間隔的線路客運(yùn)量信息。清分系統(tǒng)輸出的客運(yùn)量則是進(jìn)站量和換乘量的加和,分為本線進(jìn)出、本線進(jìn)他線出、他線進(jìn)本線出和途徑本線OD量4部分。

（5）斷面客流量信息——支持輸出最小粒度為1 min間隔的路網(wǎng)各線路、分上下行的區(qū)間斷面客流量。

（6）乘客出行特征信息——支持輸出路網(wǎng)乘客出行的平均運(yùn)距、平均乘車站數(shù)、平均乘車時(shí)間、平均換乘次數(shù)以及各粒度范圍內(nèi)乘客數(shù)量。

（7）票款收入信息——支持輸出路網(wǎng)分運(yùn)營企業(yè)、分線路及分票種的票款收入分配信息。

5 清分結(jié)果的應(yīng)用

5.1 信息統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)

清分系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)信息是支撐運(yùn)營組織管理的重要基礎(chǔ),同時(shí)也是政府部門、規(guī)劃部門關(guān)注的重要內(nèi)容。在清分系統(tǒng)中數(shù)據(jù)以日為單位分類存儲(chǔ),通過建立數(shù)據(jù)接口,在其基礎(chǔ)上進(jìn)行客流及票款信息報(bào)表和相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析內(nèi)容的開發(fā),實(shí)現(xiàn)各指標(biāo)時(shí)間（時(shí)、日、周、月、任意階段）、空間（車站、線路、路網(wǎng)）特征的分析,為運(yùn)輸計(jì)劃編制、客運(yùn)組織方案制定、票卡配送計(jì)劃、票制票價(jià)制定等提供支持。

5.2 乘客出行誘導(dǎo)系統(tǒng)

5.2.1 乘客出行路徑查詢

基于清分系統(tǒng)中OD對(duì)間的路徑搜索算法及路網(wǎng)基礎(chǔ)信息（包含各區(qū)段運(yùn)行時(shí)間、站停時(shí)間、換乘站走行時(shí)間、區(qū)間運(yùn)行距離等）,結(jié)合線路各車站分向首末班車信息,可實(shí)現(xiàn)乘客出行路徑的查詢。查詢的結(jié)果不僅提供可達(dá)的多條路徑,而且提供各路徑途徑的換乘站、預(yù)計(jì)花費(fèi)時(shí)間及出行公里數(shù),為乘客日常出行提供便利。

5.2.2 乘客出行擁擠度誘導(dǎo)

乘客在出行路徑選擇時(shí),舒適程度是考慮的重要因素之一?；谇宸窒到y(tǒng)輸出的各斷面客流量信息,結(jié)合線路計(jì)劃列車運(yùn)行圖或從 ATS（列車自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)）采集的實(shí)時(shí)列車運(yùn)行圖,可實(shí)現(xiàn)對(duì)城市軌道交通路網(wǎng)各線路區(qū)段擁擠度的全天候誘導(dǎo),為乘客選擇出行路徑提供依據(jù)。在誘導(dǎo)乘客選擇舒適線路的同時(shí),還可降低擁擠區(qū)段的運(yùn)輸壓力。

5.2.3 運(yùn)輸能力的適應(yīng)性評(píng)估

清分系統(tǒng)輸出的進(jìn)出站、斷面客流量及換乘量數(shù)據(jù)均可支持1 min粒度的輸出。利用客流在車站、區(qū)間的分布特征信息,并結(jié)合乘客在各環(huán)節(jié)的出行時(shí)間、列車運(yùn)行圖運(yùn)力等數(shù)據(jù),建立與仿真系統(tǒng)的接口,實(shí)現(xiàn)線路客流與設(shè)備設(shè)施能力、客流與車流（運(yùn)力）能力適應(yīng)性的評(píng)估,為運(yùn)輸組織方案優(yōu)化和運(yùn)輸能力制約瓶頸消解提供依據(jù)。

5.2.4 突發(fā)事件處置及協(xié)調(diào)

當(dāng)城市軌道交通路網(wǎng)發(fā)生突發(fā)事件時(shí),針對(duì)突發(fā)事件發(fā)生的地點(diǎn)或區(qū)段,依據(jù)清分系統(tǒng)的OD分布結(jié)果,可分析乘客來向及去向分布。比如某線路中斷運(yùn)行時(shí),對(duì)即將到來的乘客范圍進(jìn)行確定并發(fā)布乘客信息,有利于減少次生災(zāi)害的影響;對(duì)事發(fā)位置或斷面乘客的去向分布了解后,可及時(shí)協(xié)調(diào)地面公交支援,明確支援的運(yùn)力、支援的方向。如天通苑早高峰時(shí)段進(jìn)站的5.83萬人次乘客主要去向?yàn)榛菪挛鹘帜峡谡?、雍和宮站等車站。

6 結(jié)語

北京市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的“兩階段、雙比例”的清分方法以AFC系統(tǒng)實(shí)時(shí)上傳的乘客OD信息為基礎(chǔ),結(jié)合乘客出行路徑選擇的主要因素,通過系統(tǒng)分步驟地實(shí)現(xiàn)了客流在OD間路徑上的分布計(jì)算和各線路間票款的清分清算。清分系統(tǒng)輸出的結(jié)果可科學(xué)、準(zhǔn)確、全面地反映軌道交通路網(wǎng)時(shí)間、空間的分布特征,在運(yùn)營信息統(tǒng)計(jì)分析、乘客出行誘導(dǎo)、運(yùn)輸能力評(píng)估和突發(fā)事件應(yīng)急協(xié)調(diào)等多領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

隨著城市軌道交通路網(wǎng)客流迅猛增長,相比以前出現(xiàn)了很多新的運(yùn)營特點(diǎn),這都需要在清分方法中進(jìn)一步完善。比如高峰期間乘客滯留站臺(tái)、換乘通道擁堵等現(xiàn)象比較普遍,乘客在路徑中出行的時(shí)間相比平峰期明顯增加,進(jìn)而影響到路徑清分的結(jié)果。目前,我們正在進(jìn)行相關(guān)的客流調(diào)查進(jìn)行此項(xiàng)工作,以便為城市軌道交通清分清算、運(yùn)營管理及其應(yīng)用提供更加準(zhǔn)確、可靠的依據(jù)。

［1］ 毛保華,四兵鋒.城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)管理及收入分配理論與方法［M］.北京：科學(xué)出版社,2007.

［2］ 徐瑞華,羅欽,高鵬.基于多路徑選擇的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)客流分布模型及算法研究［J］.鐵道學(xué)報(bào),2009,31（2）：110.

［3］ 趙路敏,郝慶玲,杜世敏.北京市軌道交通線網(wǎng)客流及票款清分方法［J］.都市快軌交通,2009,20（2）：58.

［4］ 楊甲,羅欽,徐瑞華.城市軌道交通線網(wǎng)絡(luò)清分方法研究［J］.城市軌道交通研究,2009（5）：22.

［5］ 朱嘉斌.關(guān)于提高城市軌道交通清分中心處理能力的設(shè)計(jì)研究［J］.城市軌道交通研究,2012（3）：69.

Clearing Method and Its Application in Beijing Urban Rail Transit

Du Shimin,Zhao Lumin

Based on the characters of multi-operation bodies in Beijing urban rail transit and an extensive investigation on passenger flow both in China and abroad,the basic process of passenger flow and fare clearing is described,the output results and the application of the clearing method are discussed.Compared with the traditional ways of investigation,the clearing method could not only liquidate the passenger flow and ticket fees between the main operation body and different lines,but also provide more pricise and reliable data.The adoption of this method will play a very important role in traffic data analysis,passenger route guidance,transport capacity evaluation and so on,thus providing a basis for decision-making and operational management.

urban rail transit;networking;clearing method;application

F 530.7

2012-06-08）