城市軌道交通運營初期客流預測方法研究

馬彩雯，徐燕秋，石晶

(大連交通大學 交通運輸工程學院，遼寧 大連 116028)*

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城市軌道交通運營初期客流預測方法研究

馬彩雯，徐燕秋，石晶

(大連交通大學 交通運輸工程學院，遼寧 大連 116028)*

為了使預測客流與實際客流更吻合，提出了基于三次吸引的四階段客流預測法.該方法是以三次吸引范圍為基礎，分別建立模型對出行發(fā)生吸引、出行分布和交通方式劃分這三個階段進行預測，獲得城市軌道交通運營初期的客流量.并以大連市202軌道交通延伸線為實例，驗證了預測方法的合理性和實用性.

客流預測； 三次吸引； 四階段法；廣義出行費用；LOGIT模型

0　引言

城市軌道交通運營初期的客流預測結果與軌道交通的車輛配置、運營組織、財務測算與評價等直接相關.然而，目前國內大多城市軌道交通開通初期客流預測結果與實際客流存在巨大落差.根據(jù)相關資料[1]顯示，除2005年南京地鐵開通初期客流預測結果比較理想外，其余城市的實際運營客流不到預測客流的25%，長春輕軌的實際客流不到預測客流的10%.預測與實際客流的差異，影響到軌道交通的運營效率和經(jīng)濟效益.因此，選擇合理的預測方法對軌道交通運營初期的客流進行預測顯得至關重要.

1　預測方法研究

目前，國內主要研究短期和遠期客流預測理論和方法，對于城市軌道交通運營初期的客流預測方法研究相對較少.通過查閱相關文獻，將已有的軌道交通運營初期的客流預測方法歸納如下：一類是四階段法[2- 3]，該方法分出行發(fā)生和吸引、出行分布、出行方式劃分和交通分配四個階段進行預測，預測結果比較系統(tǒng)、全面，適用于進行過系統(tǒng)的客流調查且相關資料比較完備的城市；另一類是三次吸引法[4- 5]，該方法以一條規(guī)劃線路為研究對象，以各站為中心，劃出各站的三次吸引范圍，根據(jù)三次吸引范圍的吸引系數(shù)來預測客流總量，適合于單一線路的客流量預測，尤其比較適合于城郊線路客流的預測.綜合研究結果，本文將三次吸引法和四階段法相結合,采用基于三次吸引的四階段客流預測法對城市軌道交通運營初期的客流進行預測，該方法所需數(shù)據(jù)相對較少，預測結果更系統(tǒng)全面.

2　交通小區(qū)劃分與人口預測

2.1吸引范圍

基于三次吸引的四階段預測法的基礎是三次吸引范圍的確定，三次吸引范圍分別是指乘客所能承受的以步行、非機動車和公共交通到達軌道交通車站的距離.通過查閱相關資料[3]，三次吸引范圍與乘客所能承受的不同交通方式到達軌道交通站點的時間和各交通方式的速度直接相關，結合GB50220—95《城市道路交通規(guī)劃設計規(guī)范》中的對步行、非機動車及公共汽車速度的規(guī)定，計算出三次吸引范圍，如表1所示.

表1　三次吸引范圍計算值

2.2交通小區(qū)劃分與人口預測

交通小區(qū)的劃分與規(guī)劃區(qū)域的用地規(guī)模、土地利用性質和規(guī)劃布局相關.根據(jù)目標區(qū)域的土地規(guī)劃，利用已經(jīng)確定的三次吸引范圍，將軌道交通站點周邊小區(qū)劃分為一次吸引小區(qū)、二次吸引小區(qū)和三次吸引小區(qū).在此基礎上，利用目標城市的人口普查數(shù)據(jù)，確定各站點的一次吸引乘客、二次吸引乘客以及三次吸引乘客數(shù)量.

3　發(fā)生與吸引量預測

此次預測是要獲得軌道交通運營初期的客流，故采用特殊的方法，即以站點為單位僅考慮三次吸引范圍內客流的發(fā)生和吸引量.根據(jù)沿線各小區(qū)的預測人口、居民出行調查擬合的平均出行次數(shù)、各站的方向比例和上、下車比例，可求得各站的發(fā)生和吸引量.

3.1發(fā)生量預測

根據(jù)目標區(qū)域的居民出行調查數(shù)據(jù)，可得軌道交通各站的上車比例和方向出行比例.以此為依據(jù)，利用式(1)可求得軌道交通各站的客流發(fā)生量.

(1)

式中：Qa為a站客流發(fā)生量；Pi為a站第i吸引小區(qū)的人口數(shù)；B步為區(qū)內出行比例；θ為日均出行次數(shù)；Ra為方向出行比例；as為a站的上車人數(shù)；Qs為總上車人數(shù).

3.2吸引量預測

與發(fā)生量預測方法類似，根據(jù)出行調查數(shù)據(jù)獲得的下車比例和方向出行比例，利用式(2)可求得軌道交通各站的客流吸引量.

(2)

式中：Da為a站客流發(fā)生量；Pi為a站第i吸引小區(qū)的人口數(shù)；ax為a站的上車人數(shù)；Qx為總上車人數(shù).

4　交通分布預測

利用平均增長系數(shù)法進行交通分布預測，平均增長系數(shù)模型假設未來的OD量按起訖點站增長系數(shù)的平均增長值增長，其分布模型為：

(3)

式中：T(i, j)為i站至j站的預測OD量；t(i, j)為i站至j站的現(xiàn)狀OD量；E(i)為i站的出行發(fā)生增長系數(shù)；F(j)為j站的出行吸引增長系數(shù).

為了減少工作量，根據(jù)模型和收斂判定要求，利用EXCEL軟件編輯迭代程序進行計算得到軌道交通各站全交通方式的OD分布.

5　交通方式選擇預測

居民出行方式的選擇與出行方式的快捷性、經(jīng)濟性、舒適性、準時性等因素直接相關，本次交通方式選擇預測正是利用這四個因素建立基于廣義出行費用的LOGIT模型進行預測.

5.1廣義出行費用

廣義出行費用是指乘客完成一次完整出行過程中所涉及的時間、費用、舒適度以及準時性等指標進行量化整合得出行費用[6].具體建模如下：

(1)快捷性費用

快捷性費用是乘客完成一次出行的時間與時間價值的乘積，主要由出行距離、車站候車時間以及所需交通方式的速度決定.其表達式如下：

(4)

式中：V1為快捷性費用;Ti為采用交通方式i所需的出行時間;li為采用交通方式i出行的距離;vi為交通方式i的旅行速度;twi為交通方式i的平均候車時間;vot出行者的時間價值.

(2)經(jīng)濟性費用

經(jīng)濟性費用是指乘客完成一次完整的出行過程中采用一種或多種交通方式所需的貨幣支出.由于不同交通方式的計價方式不同，為了統(tǒng)一各種交通方式的計價模式，在這里引入出行費率.出行費率即單位出行距離所需的出行費用.經(jīng)濟性費用的表達式如下：

(5)

式中：fai為交通方式i的出行費率;fm為出行過程中產生的換乘費用.

(3)舒適性費用

乘客乘車的舒適度主要取決于額定載客人數(shù)和座位數(shù)，由于不同交通方式在舒適程度上存在交通大差異，所以可采用車內擁擠度來量化舒適性[7].其表達式如下:

(6)

(7)

(8)

式中：V3為舒適性費用；v3(x)為費用函數(shù)； x為區(qū)間在車乘客數(shù)；p為列車發(fā)車頻率；n為列車的座位數(shù)；c為列車額定載客容量；α、 β為額外時間開銷系數(shù)，分別取值為1和2；I(φ)為符號函數(shù)，當φ大于0時取0，否則取1.

(4)準時性費用

交通方式的準時性是由其晚點程度來表達，不同交通方式由于其自身特點的不同，在晚點程度上也有較大的差異，本文通過各方式的平均晚點時間對準時性費用進行量化.其表達式如下：

(9)

式中：V4為準時性費用;Ti晚為交通方式i的平均晚點時間.

通過對目標城市進行交通調查，對涉及廣義出行費用的四項指標的高峰和平峰兩個時段的權重進行標定. 快速、經(jīng)濟、舒適、準時四項指標排序，最重要的填 1，次要的填 2，第三重要填3，最不重要的填4.對調查數(shù)據(jù)進行處理，獲得各項指標高峰和平峰兩個時段的權重分別為w1、w2、w3、w4.結合上述方法，出行者完成一次完整出行所需的廣義費用V可表示為：

(10)

5.2出行方式鏈概率模型

利用交通調查結果結合三次吸引范圍，分別確定一、二、三次吸引范圍的出行方式鏈.然后，計算各出行方式鏈的廣義出行費用.最后，運用LOGIT模型[6]計算出行者選擇軌道交通出行的概率，如下式：

(11)

表2　不同出行方式鏈數(shù)量k對應θ的取值

通過查閱相關文獻可知，在沒有調查數(shù)據(jù)的情況下，θ的取值與出行方式鏈數(shù)量的關系如表2所示.

6　實例分析

202軌道交通延伸線是大連市市區(qū)與旅順經(jīng)濟開發(fā)區(qū)間的一條新建線路，目前正處于試運營階段，具有可供驗證研究方法合理性的客流數(shù)據(jù).因此，本文選擇大連市202軌道交通延伸線作為研究對象進行實例分析，以《大連市人口調查》、《大連市居民出行調查》的相關成果為主要數(shù)據(jù)來源，結合本文提出的運營初期客流的預測方法，對202軌道交通延伸線運營初期的全日客流進行預測.

第一步，根據(jù)表1確定的三次吸引范圍將202軌道交通沿線各站周邊小區(qū)劃分為一次吸引小區(qū)、二次吸引小區(qū)與三次吸引小區(qū)，并根據(jù)各小區(qū)的人口數(shù)據(jù)確定各站的一次吸引乘客、二次吸引乘客與三次吸引乘客數(shù)量，如表3、表4、表5所示.

表3　各站一次吸引小區(qū)及人口數(shù)量 人

表4　各站二次吸引小區(qū)及人口數(shù)量 人

表5　各站三次吸引小區(qū)及人口數(shù)量 人

第二步，利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)，計算各站的上、下車比例和方向出行比例，利用式(1)和(2)計算各站全交通方式的發(fā)生與吸引量，如表6所示.

表6　各站全交通方式的發(fā)生與吸引量

第三步，根據(jù)式(3)，利用EXCEL程序進行迭代收斂計算，求得各站全交通方式的全日OD分布，如表7所示.

第四步，進行居民選擇202軌道交通延伸線出行概率的計算，沿線居民的出行方式主要有公交、大客、快軌202小汽車.考慮乘客的出行心理，除步行外，假設出行鏈里換乘次最多為一次. 供沿線三次吸引乘客選擇的出行方式鏈，如表8所示.

表7　各站全交通方式全日OD分布

表8　三次引乘客的出行方式鏈

表9　廣義出行費用各指標權重值

第五步，利用廣義費用模型和表9中各指標的權重值，分別計算出各站一、二、三吸引范圍不同出行方式鏈高峰和平峰兩個時段的廣義出行費用. 其中，查閱相關資料可知，大連市的平均工資為4 176元，以此可求得大連市居民的出行時間價值為17.4元.并根據(jù)LOGIT模型，分別求出各站一、二、三次吸引范圍高峰和平峰兩個時段的分擔率，求均值得各站高峰和平峰兩個時段的綜合分擔率，如表10和表11所示.

最后一步，利用表7各站的OD與表10、11中分擔率的乘積，可求得202軌道交通延伸線運營初期的全日OD如表12所示.

根據(jù)預測結果可知，大連市202快軌延伸線運營初期的全日客流為3 569人次，而該線路試運營期間全日客流為3 759人次，預測客流與實際客流誤差為5.32%.由于預測過程中未考慮二次以上換乘出行的乘客，導致預測客流與實際客流有較小的偏差，但也很好的達到了預期目的.

表10　202軌道交通延伸線高峰時段分擔率 %

表11　202軌道交通延伸線平峰時段分擔率 %

表12　202軌道交通延伸線運營初期全日OD

7　結論

本文對城市軌道交通運營初期客流預測方法的研究，借鑒了相關文獻中的三次吸引法和四階段法中的相關理論和方法，提出了基于三次吸引的四階段客流預測方法.并以大連市202軌道交通延伸線為例進行了實例分析驗證，驗證結果是預測客流與實際客流比較貼近.因此，本文研究的客流預測方法比較合理，可用于城市軌道交通運營初期的客流預測.

[1]謝靜.城市軌道交通首期開通客流預測方法研究[D].成都：西南交通大學,2012.

[2]卜新春.城市軌道交通換乘車站客流預測及分析[D].西安：長安大學,2014.

[3]姚智勝,董春嬌,熊志華.城際軌道交通轉移客流量預測方法研究[J].交通運輸系統(tǒng)工程與信息,2012(1):119- 123.

[4]姚金龍 ,胡潤洲.一種用于輕軌交通線路客流預測的新方法[J].地鐵與輕軌，1993(2):27- 29.

[5]何寧,馬曉甦,王國曉.南京市地鐵1號線開通初期客流預測[J].城市交通,2009(1):36- 44.

[6]朱旭.城市軌道交通換乘站客流預測方法研究[D].西安：長安大學,2012.

[7]張明輝.基于GP算法的城市軌道交通客流分配問題研究[J].交通科技與經(jīng)濟,2014(3):46- 49.

Initial Passenger Flow Forecast Method of Rail Transit

MA Caiwen,XU Yanqiu,SHI Jing

(School of Traffic and Transportation Engineering,Dalian Jiaotong University,Dalian 116028,China)

Scientific and accurate rail passenger flow forecasting in the initial operation is important to develop reasonable vehicle configuration plan and Operation organization scheme. In order to improve the operation accuracy of the prediction,the forecasting method is studied,and the four stage method is proposed based on three-time attraction to obtain models for travel and attraction，trip distribution，transportation division to get the initial passenger flow.The example of Dalian 202 rail transit proves illustrated the rationality and practicability of the forecast method.

passenger forecasting; three-time attraction; four stage method; generalized travel cost; LOGIT model

1673- 9590(2016)05- 0083- 06

2016- 04- 19

馬彩雯(1961-)，女，教授，博士，主要從事交通運輸規(guī)劃的研究

E-mail:macaiwen@126.com.

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