基于地鐵運營大數據的乘客出行效用分析

王昭曦

（北京地鐵運營有限公司運營三分公司，北京 100082）

0 引言

隨著我國經濟和城市化的發展，交通服務的供給快速增長，地鐵乘客的運輸量也同步大幅度增長。因此，只有建立新的站點和新的運行線路，才能有效地解決交通擁擠的問題，從而最大限度地提高乘客的乘坐體驗感。但是新建地鐵運營路線網勢必會大幅度地增加地鐵交通的運行壓力，使地鐵延誤停留的概率大大增加。尤其是遇上出行高峰的時期，很可能出現緊急情況，比如地鐵車門的重啟和再次關閉等情況，從而使乘客的等待時間增加，最終會放大乘客負面的出行感受。所以，為了解決乘客的出行要求，緩解地鐵交通供給失衡的情況，最為有效且集約的辦法就是以目前的地鐵交通網絡為基礎，對車頭時距進行縮減，以提高地鐵的使用頻率，并減少地鐵延誤的時間。

1 相關研究成果

1.1 文獻綜述

回顧公共交通領域發展的過程，對于停站時間的研究和討論在早些年之前是比較匱乏的，比如20 世紀70年代由Kraft 主要分析和研究了影響停站時間的因素。最近幾年，有關專家越來越重視公共交通系統領域停站時間的研究，所研究的內容也均有關于站點的客流量。比如：Reyes 和Cipriano 分析和研究了地鐵交通不同客流量的站點停靠時間，主要應用仿真和建模的方法對站點停靠時間進行分析和研究，又如Hassannayebi 對于站點停靠時間的研究是以仿真技術為基礎的。2015年Keiji 利用仿真技術分析了東京城市內交通網絡的站點停靠時間。還有Yang，X 在2016年和2017年利用建模的技術分析和研究了地鐵交通站點停靠時間。2011年Zhang＆Lu 利用建模技術分析和研究了影響城市地鐵交通站點停靠時間的因素。2017年Li 建立了控制客流量的站點停靠時間和行車間隔的模型。2017年Lesel 利用建模技術研究了站點停靠時間，以對地鐵的運行管理進行優化和完善。以模型為基礎的研究方法，是大多地鐵交通停站時間研究所采用的方法，但利用大數據技術，就可以擺脫模型的束縛，只需要計算和檢查自身的相關數據就可以實現。不同于建模分析，以大數據技術為基礎的研究方法的側重點是對已有的數據進行分析，進而表現出地鐵交通的運行情況，此類分析研究結果可信度更高。所以，本文對乘客出行停站時間的分析，是以大數據為基礎的，結合行程和站均時延等指標，對乘客的乘坐體驗進行分析和研究。

1.2 運營效率影響因素分析

由于地鐵交通系統的組成比較復雜，有諸多影響運行效率的因素，所以不能獨立分析某一因素。地鐵交通的特點是復雜性、多向性、混合性、交叉性和客流沖擊性等，作為地鐵運行部門最為基礎的工作就是組織控制地鐵客流量，其主要依據是地鐵運行部門事前制定的運營方案，直接影響地鐵交通的運行效率。組織地鐵客流的工作根據其流線，可以分為站外和站內客流組織。地鐵交通正式投運之后，很難在短時間內改變原有的基礎建設，但可以在原有基礎建設的基礎上，對地鐵運營方案進行優化和升級，以最大限度地降低地鐵運營的成本，盡可能地滿足乘客的出行要求，從而提升地鐵運行的效率，以提高地鐵交通的產出。地鐵運營效率的高低很大程度上取決于地鐵運營方案的好壞，一旦缺乏科學合理的運行方案，即使地鐵線網結構再發達，基礎設施再完備，也發揮不出其應有的效果。作為研究地鐵交通提供服務的重要指標，停站時間主要包括圖定和延時兩種停站時間，前者是指上下車所耗費的時間，且取決于地鐵的運行線路圖；后者指的是地鐵因故障而導致站點等待的時間，影響因素往往很多，是乘客搭乘地鐵出行效用的直接體現。本文評定乘客乘坐體驗的指標設定為地鐵的延時情況，乘客出行的滿意度會隨著延時停站時間的增加而降低，而且延時過長會直接影響地鐵的運行[1]。

地鐵自動售票、檢票系統大數據獲取搭乘地鐵出行乘客由起點站的檢票口直到離開終點站的檢票口的出行用時。主要步驟分為：tstep1表示乘客買票進閘口，并步行至地鐵車站所耗費的時間；tstep2表示等車時間，數據量過大時，可以取用一半的行車頭時距；tstep3表示乘客上車直到終點站臺所耗費的時間；tstep4表示乘客下車之后步行至終點站出站閘口出站所耗費的時間。由地鐵自動售票、檢票系統大數據所獲取的乘客搭乘地鐵出行用時間tall表示上述耗費的總時間。

第一，地鐵停站時間和行程時延。地鐵停站時間指的是地鐵在站點停靠所耗費的總時間，行程是指搭乘地鐵乘客進出地鐵車站閘機的一次完整出行，一個完整的行程包括多個車站，對于地鐵在每個車站的停靠時間，是從地鐵到達該站點的時間為起始，直至地鐵關閉車門啟動載客前往下一個站點為終止所耗費的時間，加法計算行程經過的所有停站時間，也就是此次完整行程所耗費的總時間，用tdwt表示。所以，上述tstep3的一部分是停站時間，另一部分是地鐵在行進過程中所耗費的總時間，用Σttravel表示，地鐵停靠某一站點的全部過程，如圖1所示。

當地鐵進站停靠站點后，必須耗費的時間包括：車門打開時間t1、圖定停車時間t2和地鐵啟動時間t5。當地鐵全部車門成功關閉后，t3＝0；若有人為因素或者其他因素導致地鐵車門無法關閉，需要重新開始再重新關閉所耗費的總時間為t3；同理，若地鐵所前往的下一車站沒有其他地鐵，可以繼續行駛，t4＝0；若下一車站有其他地鐵時，地鐵在隧道內等待的時間為t4。所以，停站時間可以分為tdwt.scheduled圖定停站時間（t1，t2，t5）和tdwt.delay行程時延（t3，t4）兩部分。

第二，地鐵車站平均時延。搭乘地鐵出行的乘客圖定行程時間包括地鐵途徑所有站點之間的軌道的運行行駛時間總和與圖定停站時間總和兩部分。

2 大數據計算結果

2.1 全線路人均出行時間及人均乘坐站數

根據大數據計算結果顯示，自2013年10月開始，到2018年6月，城市搭乘地鐵乘客在出行高峰期平均出行時間、平均每次行程乘坐站數在三個階段的數值對比，如圖2所示，此段時間以來，隨著地鐵交通線路和乘客換乘次數的不斷增加，乘客在每條線路上平均的耗費時間和乘坐車站數均呈現出下降的趨勢，由于城市外來人員的數量增多，乘客在每條線路上平均的耗費時間和乘坐車站數在春節期間出現明顯的波動。乘客平均每行程乘坐的站數和平均出行時間的降低，體現出乘客搭乘地鐵出行效率不斷地提高。

2.2 行程時延和客流量呈正相關性

經過相關的數據分析，搭乘地鐵出行的乘客所耗費的站均延時時間與客流量的趨勢大體相仿。據Pearson 進一步分析站均時延和日均客流量相關性，顯示二者之間的相關系數＞0.6，所以可以認定二者之間的關系為正相關，地鐵站均時延時間隨著客流量的增加而正向增加。以地鐵長期運營的數據為基礎，顯示地鐵的部分熱門線路在出行高峰期的載客率已超過100%，越來越多的客流量大大地增加了地鐵延誤壓力，也成為該區域內地鐵服務質量提升的嚴重阻礙[2]。

對乘客搭乘地鐵出行的準點率情況進行分析，以此作為乘客滿意度的參考指標。雖然乘客出行行程的準點率波動比較大，但總體上說是呈現下降的趨勢，這與地鐵運行線路密度和客流量有關系。由于多種不確定的意外因素影響，比如地鐵乘客故意長時間在車站逗留等原因，所以不能僅僅依靠全部乘客完成整個行程作為評定指標，而是要科學合理地設定一個比例數值。以50%～90%的乘客完成整個出行行程，與之相對應的最大行程時延作為乘客滿意度評定的標準，也就是說，有50%～90%的乘客完成整個行程出行之后，此部分乘客最大的行程時延要小于相應的數值。

3 地鐵運營對策

3.1 完善地鐵運營系統

進一步加速地鐵運營系統的優化和完善，以盡早實現地鐵網絡化運行，以實際行動為乘客出行提供方便，有效地減緩交通系統所面臨的壓力。許多城市目前的地鐵工程項目都在建設過程當中，地鐵網絡化運營遲早能夠實現。對地鐵票價的制度進行改革，對地鐵票種結構進行優化。作為地鐵運營初期階段影響客流量的重要因素，票價的變動會直接地影響乘客的出行選擇。一般來說，中低收入群體是地鐵客流量的頂梁柱，且對于票價的漲跌非常敏感。我國地鐵目前所實施的票價主要有單一票價、計程票價和分區間票價等三種票價模式。對于地鐵票價的定價，不僅要考慮地鐵建設成本、運營成本和財政壓力等因素，還要切實地考慮乘客的承受范圍。目前，有一部分城市地鐵的定價區間是介于其他公共交通和出租車之間的，還是相對比較科學合理的。但是，隨著地鐵網絡化運營的發展，勢必多次調整地鐵的票價。除此之外，對于地鐵票種結構的優化，可以有效地吸引客流量。可以提供月票、季票和年票等給規律出行的乘客，也可以實行團購的方式購買地鐵票，還可以以節假日促銷或者特定優惠日等方法吸引和維穩客流量。

3.2 提高軌道交通服務水平和服務質量

為了規范地鐵交通的運營，可以制定相關的城市地鐵交通乘客服務水平制度。我國目前缺乏軌道交通乘客的服務質量標準，現有的城市快速軌道交通工程項目建設標準中的軌道車輛（地鐵）定員要求，甚至還遠遠低于美國城市軌道交通的乘客服務質量標準中的最低等級F。雖然此類情況與我國人口數量眾多有關，但是在未來，隨著人們生產生活水平不斷提高和發展，再加之相關法律法規不斷健全，勢必會提出更高的服務水平和服務質量的要求，以規范地鐵交通的乘客服務水平。相關單位應加速制定城市軌道交通乘客服務質量標準，以確保地鐵運營的標準化和規范化。隨著經濟的發展和社會的進步，地鐵逐漸成為人們日常出行首選的交通方式，而目前需要解決的問題是，如何對地鐵車廂內部進行移動視頻監控。與此同時，以公共交通為中心，不斷擴展一系列的增值服務，以更好地為乘客提供高質量、高水平的完整服務，以此不斷地吸引和維穩客流量。比如，在地鐵車站內部設置自動存取款機、設置天氣和交通等各種信息查詢的網點、餐食、便利店、藥店、按摩椅、充電口等便民設施，以滿足乘客日常生活的需求，不斷增加乘客對于地鐵出行的依賴程度。地鐵各個車站外部的停車環境是目前比較嚴重且乘客比較關注的問題，只有特別少的地鐵車站外部設有停車場和車輛保管點。一體化的軌道交通換乘是指在軌道交通車站周圍科學合理地按照規劃預留和整合用地資源，為其他類參與交通的車輛，比如公交車、私家車、出租車等提供合理的暫存或者停放場地，以實現以地鐵車站為中心的多品類交通方式的有效運行，進而提高軌道交通的服務水平和服務質量。

3.3 根據乘客出行消耗時間優化線路方案

在一定程度上來看，乘客乘坐地鐵所耗費時間的多少決定了其滿意的程度，主要包括等車、地鐵停站、地鐵換乘和地鐵運行等所耗費的總時間。為了確保乘客滿意度得到有效的提升，可以綜合上述幾個因素進行解決，最大限度地降低乘客乘坐地鐵所耗費的時間。可以將乘客在車站等車的時間設定為一個固定的常數，因為一般來說乘客對于地鐵到站的時間都比較了解，可以對其選擇性忽略；地鐵的停站時間指的是乘客乘坐地鐵是在非目的地車站停靠所耗費的時間，這會直接增加乘客出行形成所耗費的時間，所以這一段時間的把控與地鐵交通的運行管理制訂的停站方案有著直接的關系[3]。與此同時，乘客出行行程的遠近和地鐵行駛速度的快慢也會在很大程度上影響乘客乘坐地鐵所耗費的總時間，但由于行程的距離是無法更改的，所以只能加快地鐵運行的速度，以有效地解決乘客時間耗費的問題。換乘時間就是乘客在地鐵站進行兩條地鐵換乘所耗費的時間，這與乘客的行走速度和換乘地鐵的發車頻率有關。

3.4 優化車站能力及區間通過能力

優化車站的能力就是對其接發車的能力進行優化，車站能力與車站往返能力和接發線路的多少有著很大的關系，所以可以適當地增加車站接發線路的數量，以切實地提高車站接發車的能力。除此之外，車站的位置、社會環境和外部環境因素等也是要綜合考慮的重要因素。地鐵的區間通過能力指的是在特定范圍基礎上，目前具備的車站設備單位時間內通過地鐵的最大數量。其中，區間距離的長短、區間地鐵線路的多少及其相關設備設施等是影響其通過能力的主要因素，可以對此進行優化和升級。還有優化地鐵的運營時間主要可以從以下兩方面入手：一方面，要科學合理地結合乘客出行等綜合因素；另一方面，一般地鐵的運營時間是18～20h，也有一部分地鐵是24h 運營，因此可以通過優化地鐵的運營時間，盡可能地提高地鐵的服務水平和服務質量，從而為乘客提供更人性化、更便捷的出行服務。

4 結語

總而言之，隨著人們生活節奏的加快，地鐵依靠不擁堵、高效且零污染的優勢成為現代交通的寵兒。所以，為了更好地發揮地鐵的優勢作用,通過大數據技術來對乘客的出行效用進行分析顯得尤為重要。