城際軌道交通客流預測方法研究

【摘 要】：伴隨著經濟的快速發展，城市化進程加快，規劃建設城際間快速軌道交通已經成為城市群城鎮體系發展的迫切需求。本文從城際軌道交通的特點出發，將城際軌道交通的客流分為城市內客流與城市間客流，提出了采用競爭分配的方法分別進行客流預測的方法。
【關鍵詞】：城際軌道交通、客流預測、競爭分配

伴隨著經濟的快速發展，城市化進程加快，我國逐漸形成了以北京、上海、廣州為中心的三大都市群。在都市群內部，城市與城市之間的巨大交通需求，使得常規的交通運輸方式難以負荷。同時，由于常規運輸方式速度慢，換乘不便，也造成了城市間的出行不便，影響了都市群城鎮體系的合理布局。因此規劃建設城際間快速軌道交通已經成為城市群城鎮體系和經濟發展的迫切需求。
城際軌道交通的客流預測是指在一定的社會經濟發展條件下科學預測城市各目標年度軌道交通線路的斷面流量、站點乘降量以及站間OD、平均運距等反映軌道交通客流需求特征的指標。上述指標是城際軌道交通可行性研究和設計的重要依據。
一、城際軌道交通及其客流需求特點
城際軌道交通沿途所經區域既有城市的建成區，也有非建成區或未完全城市化的區域。它不僅承擔著城際間的旅客運輸任務，同時也服務于城市內部的居民出行需求。城際軌道交通不僅對于滿足城際間巨大的交通需求起著重要的作用，同時它對都市群區域經濟結構的改變、城鎮體系的形成以及城市群產業結構的調整均有著重要的影響。對缺少大運量交通系統的中等城市來說，城際軌道交通穿越其客運主通道，也將對解決城市內部交通擁擠問題起著積極的作用。
其次，城際軌道交通與城市內部的軌道交通系統、公共交通系統以及都市群區域的公路、鐵路、水運網絡甚至航空網絡緊密聯系在一起，使得城際間客流利用城際軌道交通的方式有更多的選擇可能性。同時，城際軌道交通系統和區域以及城市內部的其它交通系統一起構成了區域綜合交通運輸網絡。城際軌道交通系統和其它交通系統存在著一定的競爭關系，但更重要的是相互銜接、相互補充的關系。只有多種交通方式相互補充、有效銜接，才能充分發揮綜合交通運輸系統的綜合效益。這其中城際軌道交通起著骨干的、快速便捷的交通通道作用。
另外，由于城際軌道交通系統與城市內部的軌道交通相互銜接，而城市軌道交通系統隸屬于各個城市，城際軌道交通系統又隸屬于其它部門，在線路上統一運營管理存在著相當大的困難。為兼顧城際間客流快速通過和城市內部客流的需求，需要同時開通大站快車和一般快車。由于城際軌道交通線路可能較長，旅客服務需求也較城市軌道交通的旅客服務需求復雜。
二、客流預測的基本思路
根據以上城際軌道交通的基本特點，我們提出將城際軌道交通的客流預測分為城際間客流和城市內客流兩部分分別進行預測，然后進行迭加的方法進行。提出這一思路的基本考慮有如下兩點。一是因為城市內部交通產生、分布、方式劃分的預測方法和城際間的交通需求預測方法不盡相同。二是即便用同樣的預測方法，其參數也不相同。此外，城市內部軌道交通和城際間軌道交通吸引客流的費用、方式等也不相同。
1．城際軌道交通城市內客流預測
城市內部客流預測方法有多種，在許多城市的軌道交通線網規劃中也已充分運用，本文不再詳細探討。本文采取以下方法進行城市內部的客流預測：應用四階段法進行城市客運需求預測，得到公交類OD。將公交類OD在綜合公交網（常規公交+軌道交通）上進行競爭分配，計算得到軌道網上各斷面的客流量、各站點的乘降量和站間OD，同時給出相應的常規公交的分擔狀況以及對常規公交的疏散效果等。
2．城際軌道交通城際間的客流預測
首先，將全方式居民出行分為公路出行和鐵路、水運等出行，由OD反推、同時通過相關城市居民出行調查獲取的有關參數，利用部分公路交通流量進行校核的方法獲得公路出行的現狀OD分布，從現有鐵路、水運等客運統計數據計算得到鐵路、水運等出行OD分布，將上述二者加和便得到全方式OD，同時標定重力模型，得到相關參數和K系數矩陣。然后預測目標年各小區的交通發生與吸引量，再根據重力模型計算OD分布，最后在公路網、軌道網、鐵路網上進行聯合分配。
3．客流預測的總體技術路線
總結以上思路，城際軌道交通客流預測總體技術路線見下圖：

4．幾點說明
1） 研究區域
由于城際軌道交通網絡與區域交通系統網絡緊密相連，城際軌道交通的某條或某段線路不僅承擔這段線路途經區域（稱為A區域）的客流，而且可能承擔都市群區域間的過境客流或A區域與A區域外之間的客流。因此無論研究整個城際軌道交通線網的客流預測，還是研究城際軌道交通線網某條或某段線路的客流預測，都必須將整個城際軌道交通線網涉及的都市群區域作為研究對象區域。當然在具體操作上，這條線路途徑的區域需要重點考慮，在小區劃分上進行細化，其它研究區域則可以以大的行政區劃來進行小區劃分。
2） 城際間客流與城市內客流
本城際軌道交通客流預測方法從交通需求預測開始，分為城際間客流和城市內客流兩條技術路線分別進行預測。城市內客流是指城際軌道交通承擔的城市內部的客流。城市內不是以城市的行政區劃劃分的，而是根據實際情況而定。例如在進行珠江三角洲經濟區快速軌道交通一期工程即廣佛地鐵項目的客流預測時，由于廣佛地鐵途經的佛山市區和南海市區聯連成一片，我們將佛山市區和南海市區一起做為城市內部，其居民出行調查時也是同時進行的。即將廣佛地鐵承擔的佛山市區內部客流、南海市區內部客流以及佛山市區與南海市區的之間的客流都認為是城市內部的客流。本文著重探討城際間的客運需求預測和城際軌道交通城際間客流的預測方法。
三、城際間客運需求預測
1．客流生成預測
在客流生成階段，主要解決各交通小區發生量與吸引量的問題。城際間交通的發生與吸引量的增長主要與各城市的經濟、人口、機動車的增長以及土地利用等密切相關。目標年交通發生與吸引量的預測，可以以各城市基年交通發生或吸引量作為因變量，以基年GDP、人口、機動車保有量、土地利用等作為自變量，來標定各參數，然后根據目標年各城市GDP、人口、機動車保有量、土地利用等進行預測。
由于都市群區域各城市出行特點的差別較大，用函數法進行預測時，可能有較大誤差。可以考慮使用調整系數。
需要說明的是，現狀發生吸引量可以從現狀全方式OD中獲得。現狀全方式OD可以由公路OD、鐵路OD、水運OD、水運OD、海運OD、航空OD相加獲得。公路OD可以通過調查獲得的公路交通流量反推并經校核后得到，鐵路OD、水運OD、海運OD、航空OD可以通過相應的客流統計數據獲得。如果水運、海運和航空在都市群和城際軌道交通線路沿線的總客運量中所占比例較小，可以不予考慮。
2．客流分布預測
客流分布類似城市的客流分布預測，采用修正重力模型。用基年OD進行標定，獲得反映小區間特殊聯系的K矩陣和相應參數，由此建立居民出行分布模型，并預測未來特征年居民城際間全方式出行OD表。
3．方式分擔預測
城際間的交通方式有公路、鐵路、城際軌道交通、航空、海運和水運。其中公路交通中又可以分為小汽車、長途客車以及摩托車。考慮城際間的出行運用的交通方式較為復雜，而且采用何種交通方式和各種交通方式的運輸網絡密切相關，因此，我們考慮運用交通方式分擔與交通分配的聯合模型進行分析預測，即在公路、鐵路和城際軌道交通以及航空、海運、水運網絡組成的綜合交通運輸網絡上，通過公路上的小汽車、長途汽車、摩托車以及鐵路和城際軌道交通、航空、海運、水運的行程時間、換乘時間、票價、舒適度等綜合費用之間的競爭來吸引客流，從而確定城際軌道交通承擔的客運量。
四、城際間客流預測方法
1．路網設定
將由研究區域公路網、鐵路網、城際軌道交通網、水運網、航空網、海運網組成的綜合交通運輸網絡作為客流預測基礎網絡。下圖舉例說明了一個城際軌道交通線網在換乘站與公路網的銜接方法。

城際軌道交通網絡與公路網的銜接

在圖2中，R1和R2兩條城際軌道交通線路在站點S1換乘，同時和公路B1換乘。通過設定如圖所示的換乘線段，可以方便的設定換乘費用，記錄統計站點換乘和上下客流。
2．交通分配基本參數的確定
1）路段走行時間函數
公路網上小汽車、長途公共汽車和摩托車的路段走行時間函數采用美國道路局開發的BPR函數，即： 其中， 為路段自由流走行時間， 為路段交通量， 為路段通行能力。城際軌道線路網、鐵路網、水運網、海運網和航空網的走行時間不考慮擁擠影響，只有最大運送能力的限制。
2）運營速度
公路網上小汽車的和摩托車的自由流速度可以取公路的設計車速，而公路網上長途公共汽車以及城際軌道交通、鐵路、水運、海運、航空等的速度根據實際情況確定。
3）公交費率與換乘費用
長途公共交通和城際軌道交通的費率一般采用距離費率，也可以采用固定費用或距離分段費用制。在考慮換乘費用時，需要考慮鐵路、航空、水運、海運的發車（或起飛、發船）頻率問題。
3．運用組合模型的競爭分配方法
在城際軌道交通的客流預測中，當獲得城際間全方式OD之后，有兩種做法可得到城際軌道客流量。一是利用方式劃分模型直接劃分出城際軌道交通OD，再利用路網分配技術將軌道交通OD在軌道網上進行分配；二是利用方式劃分和交通分配聯合模型將全方式公交OD在聯合網絡中進行分配。
第一種方法在工程實際中會遇到許多問題：城際軌道交通OD的方式劃分是一次性完成的，劃分時參數標定依據的基礎數據是通過實際調查或者意向調查得來的，不能夠反映出綜合交通運輸網絡對客流的影響；城際軌道交通屬于干線交通，需要大量的接駁交通線路與各交通小區相連，這給軌道交通OD在軌道網上的分配帶來困難。
利用方式劃分和路網分配聯合模型實現在城際間全方式OD下軌道客流量的預測可以方便地解決上述問題，取得很好的預測效果。
1）交通方式的競爭選擇
居民出行時對交通方式的選擇主要取決于交通方式的服務水平（效用U），體現在交通方式的旅行時間，費用以及舒適度等。其中對中國城市的居民出行來說，旅行時間和費用是最為敏感的兩個因素，也是我們進行客流分析與預測時須著重考慮的因素。
選擇是交通出行過程中的重要組成部分，交通選擇的模型模擬在交通需求分析中十分重要而且常常是成功的交通規劃的先決條件，由于進行受控制下的實驗的可能性非常有限，所以經驗性的公式非常少。我們可以通過一些簡化處理來對居民出行的選擇行為用定量化的模型進行分析，通常有以下兩種選擇模型。
確定性選擇模型
這種模型假設人們的選擇是確定性的，當居民在常規公交和軌道交通之間進行選擇時，居民要選擇效用最大的交通方式。即在，當 時，出行者選擇軌道交通，否則選擇常規公交。
隨機選擇模型
這種模型認為人們的選擇要受到各種隨機因素的影響而具有一定的不確定性，效用大的選擇枝只具有較大的被選擇概率，而不是100%的被選中概率。隨機選擇模型中，較有代表性的為Logit模型，將Logit模型應用于交通的選擇，軌道交通和常規公交被選中的概率分別為：
2）效用函數
效用函數一般用費用（負數）來表示。除旅行費用、停車費用外，其它如旅行時間、換乘等均需換算為費用。需要說明的是，由于城際間的出行可能距離較遠，在一定距離之外，須將摩托車強迫性轉移走，即摩托車不參與競爭分配。
3）交通量的分配
在處理每一個OD對間的交通量時，更新每條路段的客流量和旅行時間，搜索比較所有的有效出行路線，選擇最短路（出行效用最高）進行確定性路網分配或在所有有效出行路線中進行概率性分配，如此進行下去，當處理完最后一對OD后，便得到每一條路段的交通量。由此獲得城際軌道交通城際間客流預測的結果。

參考文獻：
[1] 陳慶琳．城市軌道交通線網規劃與客流預測方法與模型研究．清華大學碩士論文，1999
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