城市軌道交通站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈客流預(yù)測(cè)方法研究

2021-03-23 06:46:24劉慧婷

現(xiàn)代城市軌道交通 2021年3期

苗沁，劉慧婷

（中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川成都 630031）

1 引言

城市軌道交通客流預(yù)測(cè)是城市軌道交通工程設(shè)計(jì)與運(yùn)營(yíng)的重要依據(jù)與基礎(chǔ)，科學(xué)、準(zhǔn)確的客流預(yù)測(cè)結(jié)果有利于保證城市軌道交通系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模、運(yùn)營(yíng)組織方案的合理性。目前，我國(guó)城市軌道交通客流預(yù)測(cè)中，多以“四階段法”為主要預(yù)測(cè)方法，其預(yù)測(cè)結(jié)果大多未使用其他研究方法進(jìn)行檢驗(yàn)和校核，無(wú)法在更高程度上保證客流預(yù)測(cè)結(jié)果的科學(xué)性、準(zhǔn)確性。根據(jù)資料，上海、北京等最早進(jìn)行城市軌道交通建設(shè)的城市所做的客流預(yù)測(cè)與實(shí)際運(yùn)營(yíng)結(jié)果存在較大差距。預(yù)測(cè)精度的缺失將會(huì)造成系統(tǒng)超規(guī)?；蜻\(yùn)營(yíng)能力的緊張。

我國(guó)對(duì)城市軌道交通客流的研究主要分為客流預(yù)測(cè)方法研究與客流分布特征研究?jī)纱箢?lèi)。主要研究?jī)?nèi)容有：結(jié)合城市軌道交通路網(wǎng)與相鄰城際軌道交通網(wǎng)絡(luò)，建立面向“區(qū)域+市區(qū)”的多層次客流預(yù)測(cè)方法；基于土地利用性質(zhì)，建立精細(xì)化劃分的城市軌道交通客流直接估計(jì)模型；通過(guò)路面使用性能衰變理論，建立城市軌道交通客流與車(chē)站距市中心距離的客流空間分布模型；通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外既有城市軌道交通線路的客流統(tǒng)計(jì)分析，提出土地利用性質(zhì)對(duì)客流分布特征影響的預(yù)測(cè)方法等。

結(jié)合相關(guān)研究，并以城市軌道交通客流預(yù)測(cè)的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，本文提出基于城市土地利用法的“站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈”客流預(yù)測(cè)方法，該預(yù)測(cè)方法可輔助“四階段法”，應(yīng)用于城市軌道交通客流預(yù)測(cè)及預(yù)測(cè)結(jié)果的校核，可進(jìn)一步豐富和完善城市軌道交通客流預(yù)測(cè)體系，降低城市軌道交通工程項(xiàng)目決策風(fēng)險(xiǎn)。

2 站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈客流預(yù)測(cè)方法

在實(shí)際工作中，我們對(duì)開(kāi)通運(yùn)營(yíng)后的城市軌道交通線路站點(diǎn)客流量進(jìn)行觀測(cè)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)整理、繪制成相關(guān)圖或表，如圖1所示。

通過(guò)圖1可以得出：一條開(kāi)通的城市軌道交通線路在運(yùn)營(yíng)一段時(shí)間后（未增加新的換乘線路條件下），各個(gè)車(chē)站的客流量會(huì)緩慢上漲，但各車(chē)站間的客流量比例關(guān)系呈相對(duì)穩(wěn)定的特征。對(duì)這種規(guī)律，我們稱(chēng)之為車(chē)站間的“數(shù)據(jù)鏈”客流關(guān)系，即一條線路上各車(chē)站的客流量相互間呈現(xiàn)相對(duì)固定的比例關(guān)系，這種關(guān)系在線路長(zhǎng)度不變，不增加新的換乘線條件下，相對(duì)穩(wěn)定，一般不會(huì)隨著單一車(chē)站客流的增加和減少而浮動(dòng)較大。

在掌握這種“數(shù)據(jù)鏈”關(guān)系的情況下，我們?nèi)裟苤滥骋粋€(gè)車(chē)站的客流數(shù)據(jù)，就可計(jì)算得到該線路其他車(chē)站的客流量，也可相應(yīng)計(jì)算出全線的總客流量；同樣，若知道全線的客流量，則通過(guò)“數(shù)據(jù)鏈”關(guān)系，也可相應(yīng)知道該線每一座車(chē)站的客流量。

圖1 某地鐵運(yùn)營(yíng)車(chē)站客流量統(tǒng)計(jì)圖

結(jié)合上述研究觀點(diǎn)，本文提出“站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈”客流預(yù)測(cè)方法，該方法以車(chē)站為基礎(chǔ)研究單元，通過(guò)分析每座車(chē)站周邊的土地利用性質(zhì)、人口分布密度等特征，計(jì)算得到每座站點(diǎn)的客流吸引量；對(duì)站點(diǎn)的客流量統(tǒng)計(jì)整理，形成站點(diǎn)“數(shù)據(jù)鏈”，以站點(diǎn)客流量和站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈為基礎(chǔ)，進(jìn)行模型計(jì)算，得到全線客流量。

3 站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈的獲取方式

站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)钦军c(diǎn)與站點(diǎn)間，站點(diǎn)與全線間客流關(guān)聯(lián)的重要數(shù)據(jù)紐帶，是站點(diǎn)與線路間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的重要數(shù)據(jù)規(guī)律，故獲取站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)侵陵P(guān)重要的。一般而言，站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈可以通過(guò)以下方式獲?。孩賹?duì)于未開(kāi)通線路，可對(duì)各車(chē)站逐一進(jìn)行分析研究，得到各站點(diǎn)的客流量，將各車(chē)站客流量數(shù)據(jù)進(jìn)行比例匹配，得到站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈；②對(duì)于已開(kāi)通線路，可通過(guò)對(duì)既有車(chē)站客流數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈。

站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈客流預(yù)測(cè)方法以土地利用法為基礎(chǔ)，通過(guò)分析站點(diǎn)吸引范圍內(nèi)的土地利用性質(zhì)與開(kāi)發(fā)強(qiáng)度，預(yù)測(cè)站點(diǎn)周邊的客流吸引量，然后考慮城市軌道交通出行分擔(dān)率，再通過(guò)客流量與分擔(dān)率計(jì)算出城市軌道交通客流量。在得到一個(gè)車(chē)站客流量的基礎(chǔ)上，用相同方法，得到其他車(chē)站客流量，最后將所有車(chē)站的客流量串接在一起（“串珠成鏈”匹配數(shù)據(jù)比例），即可得到本線的站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈。下面就未開(kāi)通線路站點(diǎn)如何得到站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行闡釋分析。

3.1 城市軌道交通站點(diǎn)綜合交通量計(jì)算

在空間范圍上，城市軌道交通站點(diǎn)對(duì)客流的影響可分為直接吸引范圍和間接吸引范圍，各范圍區(qū)域與車(chē)站的客流吸引關(guān)系由強(qiáng)至弱。在統(tǒng)計(jì)城市軌道交通站點(diǎn)綜合交通量時(shí)，利用公式（1）分別統(tǒng)計(jì)直接吸引范圍與間接吸引范圍內(nèi)的綜合交通量Q：

式（1）中，A辦公、A教育、A商業(yè)、A居住、A其他分別指區(qū)域內(nèi)的辦公、教育、商業(yè)、居住的建筑面積、其他類(lèi)型（交通樞紐、醫(yī)療、旅游）的建筑面積；α辦公、α教育、α商業(yè)、α居住、α其他分別指區(qū)域內(nèi)辦公、教育、商業(yè)、居住、其他等用地類(lèi)型上單位建筑面積產(chǎn)生的交通量。

3.2 城市軌道交通分擔(dān)率計(jì)算

城市軌道交通分擔(dān)率P軌道采用Logit模型，計(jì)算公式為：

式（2）中，e步行、e自行車(chē)、e小汽車(chē)、e常規(guī)公交、e軌道分別代表步行、自行車(chē)、小汽車(chē)、常規(guī)公交以及城市軌道交通等出行方式的分擔(dān)率。

由于不同城市軌道交通站點(diǎn)與城市中心的相對(duì)距離不同，直接吸引范圍、間接吸引范圍的相對(duì)距離也不同，為使各站點(diǎn)客流數(shù)據(jù)精細(xì)化和準(zhǔn)確化，對(duì)城市軌道交通車(chē)站客流分擔(dān)率建議采用分站點(diǎn)、分吸引范圍，分別單獨(dú)計(jì)算。

3.3 城市軌道交通站點(diǎn)客流出行量、站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈計(jì)算

根據(jù)上述計(jì)算獲得的城市軌道交通站點(diǎn)綜合交通量Q與城市軌道交通分擔(dān)率P軌道，可進(jìn)一步計(jì)算得到城市軌道交通線路各站點(diǎn)客流量，以及站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈β i。另外，考慮城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化特征，對(duì)換乘站點(diǎn)的換乘量，引入換乘線客流量予以完善修正，計(jì)算公式為：

式（3）～式（4）中，為城市軌道交通站點(diǎn)i的乘降客流量；、分別為站點(diǎn)i直接吸引范圍、間接吸引范圍內(nèi)的綜合交通量；、分別為站點(diǎn)i直接吸引范圍、間接吸引范圍內(nèi)的城市軌道交通分擔(dān)率；為站點(diǎn)i的換乘客流，若站點(diǎn)i為換乘站，則＞0，否則= 0；βt為站點(diǎn)i的站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈系數(shù)；n為城市軌道交通線路站點(diǎn)數(shù)量。

4 站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈客流預(yù)測(cè)方法應(yīng)用

站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈客流預(yù)測(cè)方法以車(chē)站為基礎(chǔ)研究單元，以站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈為核心數(shù)理關(guān)系，對(duì)各車(chē)站客流量進(jìn)行權(quán)重分布，形成類(lèi)似于權(quán)重系數(shù)的站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈，以站點(diǎn)客流量和站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈為基礎(chǔ)，利用模型計(jì)算，可得到全線相關(guān)的客流量數(shù)據(jù)。

站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈客流預(yù)測(cè)方法已應(yīng)用于杭州地鐵多條線路的客流數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，現(xiàn)結(jié)合杭州地鐵4號(hào)線實(shí)際運(yùn)營(yíng)的客流數(shù)據(jù)對(duì)站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈客流預(yù)測(cè)效果進(jìn)行應(yīng)用與檢驗(yàn)。

4.1 站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈系數(shù)

根據(jù)前述的站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈獲取方法，對(duì)4號(hào)線已運(yùn)營(yíng)線路站點(diǎn)的客流進(jìn)行收集、統(tǒng)計(jì)，將各站點(diǎn)客流量進(jìn)行比例匹配，得到4號(hào)線全線各站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈表，如表1所示（考慮數(shù)據(jù)內(nèi)容過(guò)多，本文截取部分?jǐn)?shù)據(jù)展示）。

4.2 站點(diǎn)間OD分布

在了解全線站點(diǎn)客流分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，將站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈作為權(quán)重指標(biāo)，按照重力模型，對(duì)全線站點(diǎn)OD量進(jìn)行分配計(jì)算，得到全線（部分）站點(diǎn)間OD分布表，如表2所示。

4.3 客流乘降量及斷面量

在全線站點(diǎn)客流OD表基礎(chǔ)上，計(jì)算得到地鐵4號(hào)線全線（部分）站點(diǎn)的分方向乘降量及區(qū)間斷面客流量表，如表3所示。

4.4 預(yù)測(cè)結(jié)果分析

杭州地鐵4號(hào)線開(kāi)通后，采集其1周的實(shí)際運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，并與預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，其結(jié)果如表4所示。根據(jù)表4，對(duì)杭州地鐵4號(hào)線實(shí)際運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行偏差分析：客流預(yù)測(cè)量與實(shí)際日均客流量最小偏差為-6.21%，最大偏差為29.98%。其中，預(yù)測(cè)低值與實(shí)際日均客流量擬合較好，偏差范圍為-6.21%～-14.11%。數(shù)據(jù)分析表明，通過(guò)站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈客流預(yù)測(cè)方法得到的客流預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，客流預(yù)測(cè)量級(jí)較合適，整體數(shù)據(jù)指標(biāo)較接近真實(shí)數(shù)據(jù)，客流預(yù)測(cè)值趨近程度較好。

5 結(jié)束語(yǔ)

城市軌道交通客流預(yù)測(cè)方法和理論是在實(shí)踐中不斷豐富和發(fā)展的。本文所提出的“站點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈”客流預(yù)測(cè)方法，在杭州地鐵4號(hào)線開(kāi)通期客流實(shí)踐性應(yīng)用預(yù)測(cè)表明，在地鐵線路開(kāi)通后，經(jīng)實(shí)際客流與預(yù)測(cè)客流對(duì)比，數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)效果較好，預(yù)測(cè)精度較高，在實(shí)際中得到較好體現(xiàn)?！罢军c(diǎn)數(shù)據(jù)鏈”客流預(yù)測(cè)方法在客流數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)及校核等方面均有一定創(chuàng)新，預(yù)測(cè)手段和研究過(guò)程可操作性較好，對(duì)城市軌道交通客流預(yù)測(cè)工作具有較強(qiáng)的方案示范和理論指導(dǎo)意義。