城市軌道交通客流預測四階段法及其在TransCAD中的應用

朱小軍, 王九州, 苗賽松

（天津市市政工程設計研究院、天津市基礎設施耐久性企業重點實驗室，天津?300392）

0 引言

城市軌道交通客流預測是項目進行必要性、可行性及功能定位研究的重要依據，預測結果的正確與否對于確定城市軌道交通的系統制式、線網的規模大小、線路的走向、站場的規模起著非常關鍵的作用[1]。

在掌握城市總體規劃和交通規劃、獲取軌道交通線路信息等相關資料后，在城市軌道交通項目前期規劃階段，可在?TransCAD?中運用四階段法進行軌道交通線路的客流預測，得出相應的客流預測結果。

四階段客流預測方法起源于城市交通規劃，在實際的預測工作中應用良好，目前我國北京、天津、上海等地均使用此方法進行軌道交通客流預測。四階段法在前期基礎數據調查時，需要大量的時間和精力進行調查和數據處理，且需求預測模型與軌道交通客流適應性需進一步驗證優化。因此，使用四階段法進行軌道交通客流預測時，在不同的階段有不同的目標要求和工作要點，應根據不同階段客流預測深度選擇合適的工作模式和預測模型。

1 基于四階段法的城市軌道交通客流預測方法

1.1 四階段交通模型預測方法

四階段交通模型預測方法是將交通產生、交通吸引、出行分布、方式劃分等相關因素建立數學模型，通過交通分配來進行預測的方法。與其他預測方法相比，四階段交通模型預測方法更適用于城市軌道交通預測，主要分為?4?個階段：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。預測研究區域中的每一個小區產生和吸引的出行數量。這個階段僅關心每個小區產生和吸引的出行數量，但不關心出行起訖點之間的聯系。

（2）出行分布階段。用來估算各個交通小區之間出行的交換量。通常，出行分布是根據未來年的交通產生量和吸引量的估算以及?OD?對（Origin?Destination，起訖點）之間的出行費用矩陣，來預測一個新的?OD?分布矩陣。

（3）方式劃分階段。預測各種出行方式所占的比例或出行數量。一般來說，方式劃分是通過分析研究出行調查的個體數據，得出各種交通方式的初始分配比例，然后再根據相關變量作出預測。

（4）交通分配階段。預測得到路網上的交通流量數據，以?OD?對之間的?OD?分布矩陣作為輸入文件，根據路網中所有路徑的阻抗矩陣（或出行時間），將每個OD?對間的交通流量分配到路網相應的路徑上。

四階段法中各階段常用數學模型如表?1?所示。

1.2 基于四階段法的城市軌道交通客流預測方法

在上述四階段交通模型預測方法的基礎上，總結城市軌道交通規劃階段客流預測的整個過程，提出基于四階段法的城市軌道交通客流預測技術路線（圖?1），主要為以下?7?個步驟。

（1）客流需求分析。對城市軌道交通線路經過的鐵路、機場樞紐站、旅游景點站等重點車站及沿線居民出行現狀進行充分調查和分析，結合城市各項規劃成果，根據軌道交通沿線城市空間布局特征和軌道交通系統適應性條件，將軌道沿線范圍劃分為若干個交通小區，并獲得基準年的交通小區的交通吸引量和發生量，以及交通小區之間的現狀全方式?OD。

（2）交通生成預測。在對規劃年各小區的人口、土地利用、就業崗位數相關指標進行分析的基礎上，建立小區的交通吸引量和發生量預測模型，進行模型的參數標定，并進行預測，得到規劃年的各小區交通吸引量和發生量的預測結果。

（3）在?TransCAD?中建立軌道交通線路模型，標定阻抗函數，設置線路的容量、速度、時間等屬性數據。

（4）在?TransCAD?中進行重力模型標定，用標定的參數進行重力模型分布預測，得到交通小區?OD?分布矩陣，創建?OD?分布期望線。

（5）方式劃分預測。通過對調查所獲得的個體數據的分析估算出目標年各交通方式分擔比例，將軌道交通方式的分擔比例應用于交通小區?OD?分布矩陣中，得到軌道交通的交通小區?OD?分布矩陣。

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

（7）判斷得到的客流預測結果是否合理：①通過四階段法得到現狀年的客流，與實際調查得到的現狀年客流進行對比分析，如果相差較大，則需返回出行生成步驟，對交通小區的吸引量和發生量的?TransCAD?預測模型進行重新預測；②出行阻抗函數是否收斂，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。

表1 四階段法中各階段常用數學模型

圖1 基于四階段法的城市軌道交通客流預測技術路線圖

2 TransCAD 客流預測四階段法應用過程

結合四階段法中各個階段的基本思路和?TransCAD的使用方法，總結四階段法在?TransCAD?中的應用過程，如表?2?所示。

3 TransCAD 客流預測四階段法應用實例分析

基于四階段法的城市軌道交通客流預測方法，本文以三亞機場接駁軌道交通前期規劃項目為例進行實例分析。

（1）交通小區劃分。在對機場建設規劃、高鐵站、沿線居民出行進行調查及系統分析的基礎上，結合城市各項規劃成果，根據軌道交通沿線城市空間布局特征和軌道交通系統適應性條件，將軌道沿線范圍劃分為?23?個小區（圖?2），并獲得基準年的交通小區的交通吸引量和發生量，以及交通小區之間的初始?OD?矩陣。

（2）交通生成預測。在對規劃年各交通小區的人口、土地利用、就業崗位數相關指標進行分析的基礎上，建立交通小區的吸引量和發生量的?TransCAD?預測模型，進行模型的參數標定，并進行預測，得到規劃年的各小區交通吸引量和發生量的預測結果（表?3）。

（3）在?TransCAD?中建立軌道交通線路模型，生成阻抗函數，設置線路的容量、速度、時間等屬性數據，如表?4?所示。

（4）在?TransCAD?中進行重力模型標定，用標定的參數進行重力模型分布預測，得到交通小區?OD?分布矩陣，創建OD?分布期望線，如圖?3?所示。

（5）方式劃分預測。通過對調查所獲得的個體數據的分析估算出目標年各交通方式分擔比例，如表?5?所示。將軌道交通方式的分擔比例?24%?應用于交通小區OD?分布矩陣中，得到軌道交通的交通小區?OD?分布矩陣。

表2 四階段法在 TransCAD 中的應用過程

圖2 軌道交通沿線交通小區劃分圖

表3 規劃年的各小區交通吸引量和發生量 人次

表4 線路屬性數據

圖3 目標年交通小區間居民 OD 分布期望線

表5 目標年各交通方式分擔比例

（6）交通分配預測。對得到的軌道交通方式的交通小區?OD?分布矩陣采用用戶平衡分配法進行交通分配，得到客流預測結果。

（7）對?TransCAD?交通分配生成的客流預測數據進行分析處理后，得到此條軌道交通線路未來年的斷面客流量及客流相關指標，如表?6?所示。

表6 未來年客流預測指標匯總表

4 結語

使用?TransCAD?實現客流預測四階段法，可以簡化各個階段的數據處理和模型應用過程，直觀顯示客流預測結果，提高設計工作效率。本文通過總結四階段法在?TransCAD?中的應用，提出基于四階段法的城市軌道交通客流預測方法，并以三亞機場接駁軌道交通前期規劃項目為例進行實例驗證，得出的客流預測結果符合預期，表明本文提出的客流預測方法具有一定的適用性。