城市軌道交通客流預(yù)測四階段法及其在TransCAD中的應(yīng)用

朱小軍, 王九州, 苗賽松

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院、天津市基礎(chǔ)設(shè)施耐久性企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津?300392）

0 引言

城市軌道交通客流預(yù)測是項(xiàng)目進(jìn)行必要性、可行性及功能定位研究的重要依據(jù)，預(yù)測結(jié)果的正確與否對(duì)于確定城市軌道交通的系統(tǒng)制式、線網(wǎng)的規(guī)模大小、線路的走向、站場的規(guī)模起著非常關(guān)鍵的作用[1]。

在掌握城市總體規(guī)劃和交通規(guī)劃、獲取軌道交通線路信息等相關(guān)資料后，在城市軌道交通項(xiàng)目前期規(guī)劃階段，可在?TransCAD?中運(yùn)用四階段法進(jìn)行軌道交通線路的客流預(yù)測，得出相應(yīng)的客流預(yù)測結(jié)果。

四階段客流預(yù)測方法起源于城市交通規(guī)劃，在實(shí)際的預(yù)測工作中應(yīng)用良好，目前我國北京、天津、上海等地均使用此方法進(jìn)行軌道交通客流預(yù)測。四階段法在前期基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查時(shí)，需要大量的時(shí)間和精力進(jìn)行調(diào)查和數(shù)據(jù)處理，且需求預(yù)測模型與軌道交通客流適應(yīng)性需進(jìn)一步驗(yàn)證優(yōu)化。因此，使用四階段法進(jìn)行軌道交通客流預(yù)測時(shí)，在不同的階段有不同的目標(biāo)要求和工作要點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)不同階段客流預(yù)測深度選擇合適的工作模式和預(yù)測模型。

1 基于四階段法的城市軌道交通客流預(yù)測方法

1.1 四階段交通模型預(yù)測方法

四階段交通模型預(yù)測方法是將交通產(chǎn)生、交通吸引、出行分布、方式劃分等相關(guān)因素建立數(shù)學(xué)模型，通過交通分配來進(jìn)行預(yù)測的方法。與其他預(yù)測方法相比，四階段交通模型預(yù)測方法更適用于城市軌道交通預(yù)測，主要分為?4?個(gè)階段：出行生成、出行分布、方式劃分以及交通分配。

（1）出行生成階段。預(yù)測研究區(qū)域中的每一個(gè)小區(qū)產(chǎn)生和吸引的出行數(shù)量。這個(gè)階段僅關(guān)心每個(gè)小區(qū)產(chǎn)生和吸引的出行數(shù)量，但不關(guān)心出行起訖點(diǎn)之間的聯(lián)系。

（2）出行分布階段。用來估算各個(gè)交通小區(qū)之間出行的交換量。通常，出行分布是根據(jù)未來年的交通產(chǎn)生量和吸引量的估算以及?OD?對(duì)（Origin?Destination，起訖點(diǎn)）之間的出行費(fèi)用矩陣，來預(yù)測一個(gè)新的?OD?分布矩陣。

（3）方式劃分階段。預(yù)測各種出行方式所占的比例或出行數(shù)量。一般來說，方式劃分是通過分析研究出行調(diào)查的個(gè)體數(shù)據(jù)，得出各種交通方式的初始分配比例，然后再根據(jù)相關(guān)變量作出預(yù)測。

（4）交通分配階段。預(yù)測得到路網(wǎng)上的交通流量數(shù)據(jù)，以?OD?對(duì)之間的?OD?分布矩陣作為輸入文件，根據(jù)路網(wǎng)中所有路徑的阻抗矩陣（或出行時(shí)間），將每個(gè)OD?對(duì)間的交通流量分配到路網(wǎng)相應(yīng)的路徑上。

四階段法中各階段常用數(shù)學(xué)模型如表?1?所示。

1.2 基于四階段法的城市軌道交通客流預(yù)測方法

在上述四階段交通模型預(yù)測方法的基礎(chǔ)上，總結(jié)城市軌道交通規(guī)劃階段客流預(yù)測的整個(gè)過程，提出基于四階段法的城市軌道交通客流預(yù)測技術(shù)路線（圖?1），主要為以下?7?個(gè)步驟。

（1）客流需求分析。對(duì)城市軌道交通線路經(jīng)過的鐵路、機(jī)場樞紐站、旅游景點(diǎn)站等重點(diǎn)車站及沿線居民出行現(xiàn)狀進(jìn)行充分調(diào)查和分析，結(jié)合城市各項(xiàng)規(guī)劃成果，根據(jù)軌道交通沿線城市空間布局特征和軌道交通系統(tǒng)適應(yīng)性條件，將軌道沿線范圍劃分為若干個(gè)交通小區(qū)，并獲得基準(zhǔn)年的交通小區(qū)的交通吸引量和發(fā)生量，以及交通小區(qū)之間的現(xiàn)狀全方式?OD。

（2）交通生成預(yù)測。在對(duì)規(guī)劃年各小區(qū)的人口、土地利用、就業(yè)崗位數(shù)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，建立小區(qū)的交通吸引量和發(fā)生量預(yù)測模型，進(jìn)行模型的參數(shù)標(biāo)定，并進(jìn)行預(yù)測，得到規(guī)劃年的各小區(qū)交通吸引量和發(fā)生量的預(yù)測結(jié)果。

（3）在?TransCAD?中建立軌道交通線路模型，標(biāo)定阻抗函數(shù)，設(shè)置線路的容量、速度、時(shí)間等屬性數(shù)據(jù)。

（4）在?TransCAD?中進(jìn)行重力模型標(biāo)定，用標(biāo)定的參數(shù)進(jìn)行重力模型分布預(yù)測，得到交通小區(qū)?OD?分布矩陣，創(chuàng)建?OD?分布期望線。

（5）方式劃分預(yù)測。通過對(duì)調(diào)查所獲得的個(gè)體數(shù)據(jù)的分析估算出目標(biāo)年各交通方式分擔(dān)比例，將軌道交通方式的分擔(dān)比例應(yīng)用于交通小區(qū)?OD?分布矩陣中，得到軌道交通的交通小區(qū)?OD?分布矩陣。

（6）交通分配預(yù)測。將軌道交通方式的交通小區(qū)OD?分布矩陣采用用戶平衡分配法進(jìn)行交通分配，得到客流預(yù)測結(jié)果。

（7）判斷得到的客流預(yù)測結(jié)果是否合理：①通過四階段法得到現(xiàn)狀年的客流，與實(shí)際調(diào)查得到的現(xiàn)狀年客流進(jìn)行對(duì)比分析，如果相差較大，則需返回出行生成步驟，對(duì)交通小區(qū)的吸引量和發(fā)生量的?TransCAD?預(yù)測模型進(jìn)行重新預(yù)測；②出行阻抗函數(shù)是否收斂，如不收斂，則需返回交通方式劃分步驟，重新生成出行阻抗函數(shù)。

表1 四階段法中各階段常用數(shù)學(xué)模型

圖1 基于四階段法的城市軌道交通客流預(yù)測技術(shù)路線圖

2 TransCAD 客流預(yù)測四階段法應(yīng)用過程

結(jié)合四階段法中各個(gè)階段的基本思路和?TransCAD的使用方法，總結(jié)四階段法在?TransCAD?中的應(yīng)用過程，如表?2?所示。

3 TransCAD 客流預(yù)測四階段法應(yīng)用實(shí)例分析

基于四階段法的城市軌道交通客流預(yù)測方法，本文以三亞機(jī)場接駁軌道交通前期規(guī)劃項(xiàng)目為例進(jìn)行實(shí)例分析。

（1）交通小區(qū)劃分。在對(duì)機(jī)場建設(shè)規(guī)劃、高鐵站、沿線居民出行進(jìn)行調(diào)查及系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合城市各項(xiàng)規(guī)劃成果，根據(jù)軌道交通沿線城市空間布局特征和軌道交通系統(tǒng)適應(yīng)性條件，將軌道沿線范圍劃分為?23?個(gè)小區(qū)（圖?2），并獲得基準(zhǔn)年的交通小區(qū)的交通吸引量和發(fā)生量，以及交通小區(qū)之間的初始?OD?矩陣。

（2）交通生成預(yù)測。在對(duì)規(guī)劃年各交通小區(qū)的人口、土地利用、就業(yè)崗位數(shù)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，建立交通小區(qū)的吸引量和發(fā)生量的?TransCAD?預(yù)測模型，進(jìn)行模型的參數(shù)標(biāo)定，并進(jìn)行預(yù)測，得到規(guī)劃年的各小區(qū)交通吸引量和發(fā)生量的預(yù)測結(jié)果（表?3）。

（3）在?TransCAD?中建立軌道交通線路模型，生成阻抗函數(shù)，設(shè)置線路的容量、速度、時(shí)間等屬性數(shù)據(jù)，如表?4?所示。

（4）在?TransCAD?中進(jìn)行重力模型標(biāo)定，用標(biāo)定的參數(shù)進(jìn)行重力模型分布預(yù)測，得到交通小區(qū)?OD?分布矩陣，創(chuàng)建OD?分布期望線，如圖?3?所示。

（5）方式劃分預(yù)測。通過對(duì)調(diào)查所獲得的個(gè)體數(shù)據(jù)的分析估算出目標(biāo)年各交通方式分擔(dān)比例，如表?5?所示。將軌道交通方式的分擔(dān)比例?24%?應(yīng)用于交通小區(qū)OD?分布矩陣中，得到軌道交通的交通小區(qū)?OD?分布矩陣。

表2 四階段法在 TransCAD 中的應(yīng)用過程

圖2 軌道交通沿線交通小區(qū)劃分圖

表3 規(guī)劃年的各小區(qū)交通吸引量和發(fā)生量 人次

表4 線路屬性數(shù)據(jù)

圖3 目標(biāo)年交通小區(qū)間居民 OD 分布期望線

表5 目標(biāo)年各交通方式分擔(dān)比例

（6）交通分配預(yù)測。對(duì)得到的軌道交通方式的交通小區(qū)?OD?分布矩陣采用用戶平衡分配法進(jìn)行交通分配，得到客流預(yù)測結(jié)果。

（7）對(duì)?TransCAD?交通分配生成的客流預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理后，得到此條軌道交通線路未來年的斷面客流量及客流相關(guān)指標(biāo)，如表?6?所示。

表6 未來年客流預(yù)測指標(biāo)匯總表

4 結(jié)語

使用?TransCAD?實(shí)現(xiàn)客流預(yù)測四階段法，可以簡化各個(gè)階段的數(shù)據(jù)處理和模型應(yīng)用過程，直觀顯示客流預(yù)測結(jié)果，提高設(shè)計(jì)工作效率。本文通過總結(jié)四階段法在?TransCAD?中的應(yīng)用，提出基于四階段法的城市軌道交通客流預(yù)測方法，并以三亞機(jī)場接駁軌道交通前期規(guī)劃項(xiàng)目為例進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證，得出的客流預(yù)測結(jié)果符合預(yù)期，表明本文提出的客流預(yù)測方法具有一定的適用性。