基于出行過程的區域軌道交通系統服務水平評價

李向蔚，鞠艷妮，2，陳怡萱，尹嘉誠

(1.西南交通大學 交通運輸與物流學院，四川 成都 611756；2.四川警察學院 道路交通管理系，四川 瀘州 646000)

0 引言

紐約、巴黎等大型城市群、都市圈均已建立起區域軌道交通系統，交通協同效益顯著。我國城市群內的區域軌道交通系統(Regional Rail Transit System，RRTS)包含城市軌道交通、市域鐵路、城際鐵路和高速鐵路。隨著RRTS 網絡規模日益擴大，設施設備技術升級更新、運輸組織協同融合，以及人民生活水平的改善，旅客對于運輸服務質量的要求逐漸提高。當系統提供運輸服務質量與旅客服務水平需求不匹配時，容易出現系統運輸效率低、出行體驗差等問題。

旅客在RRTS出行過程中所感受到的運輸服務質量被稱為系統服務水平。1999年，美國運輸研究委員會發布的公共交通能力與服務質量手冊(Transit Capacity and Quality of Service Manual，TCQSM)[1]

形成了軌道交通相關設施服務能力評價方法，以及考慮旅客感知的服務質量評價框架，并支撐了2000年公路能力手冊(Highway Capacity Manual，HCM)[2]的相關內容。目前，RRTS 服務水平的研究對象大多針對車站、通道、站臺等出行環節，系統綜合服務水平評價的研究較少。耿美君[3]、胡帥[4]和鄭玲鈺等[5]對篩選出的綜合客運樞紐和軌道交通路網等的服務水平影響因素進行問卷調查，并根據調查結果選出排名靠前的影響因素作為最終評價指標。周慧娟等[6]基于馬斯洛需求理論分析，建立了一套城市軌道交通服務水平評價體系，涵蓋了安全、快速、方便、舒適和滿意5個方面，共28個指標。望愛詩[7]依據服務過程和責任主體建立了城市軌道交通綜合服務水平評價指標體系，并以結構方程原理構建了評價模型。劉建榮等[8]、Kim 等[9]和邢玉玲等[10]基于Rasch 模型，從可達性、車站、車廂、安全性等方面對城市軌道交通整體服務水平進行了評價。Jia 等[11]在綜合考慮了車站和線路服務水平的基礎上，提出了軌道交通網絡服務水平評價方法。

現有的RRTS 服務水平研究中，評價指標體系標準不統一，指標過少造成評價結果不全面，指標過多導致評價方法不便捷；城市公共交通服務水平分級因國情而異[12]，當前缺乏適用于我國的RRTS服務水平系統分級。因此，基于旅客出行過程，通過分析各環節服務水平主要影響因素，建立適用于我國RRTS 的服務水平評價指標體系，并通過問卷調查明確各指標的服務水平分級標準，進一步提出適用于系統層面的RRTS 服務水平評價方法，為優化旅客出行的整體服務水平提供有效標準，以利于提高運營效率，改善旅客出行體驗。

1 RRTS服務水平評價指標體系

RRTS 包括城市軌道交通和國家鐵路2 種制式，系統內旅客出行因此分為單一制式和跨制式2 類。跨制式的接續聯程特殊性使得系統內出行環節更加復雜，影響系統服務水平的因素眾多。

1.1 RRTS服務水平影響因素分析

從系統服務過程來看，旅客對于服務質量的感知主要體現在車站的集散，多制式樞紐(以下簡稱“樞紐”)的換乘接續和線路的列車搭乘中，故分別從車站、樞紐和線路3 個層面出發來進行影響因素的分析。

RRTS 中車站為旅客提供的服務包括集散、登乘和落客；樞紐為旅客提供的服務包括集散、登乘、落客和跨制式換乘；線路為旅客提供搭乘列車服務。參考美國交通研究委員會發布的第二版本的TCQSM 和《公共交通都市考核評價指標體系》[13]，結合區域軌道交通運輸的服務特點，并考慮指標的關鍵性和相關性，構建RRTS 服務水平影響因素如圖1所示。

圖1 RRTS服務水平影響因素Fig.1 Factors affecting RRTS service level

為了能夠篩選出RRTS 服務水平的主要影響因素并對其進行量化，通過調查問卷的方式來確定車站、樞紐及線路服務水平的主要影響因素，并構建服務水平指標體系。

1.2 RRTS服務水平評價指標體系構建

通過對服務水平的影響因素進行分析可知，在車站、樞紐及線路3 個層面共計有8 種影響因素，以此為基礎設計問卷進行各影響因素重要程度評判的調查。將各影響因素按其重要程度進行賦值，1～5 分依次對應5 個等級：非常不重要、不重要、一般、重要、非常重要，其中1分為非常不重要，5分為非常重要。可以用如下公式計算各影響因素的重要程度。

式中：θx表示第x個影響因素的重要程度打分；λxy表示第x個影響因素的第y個重要程度所選擇人數占總人數的比例；μy表示第y個重要程度的分值，其中μ1=1，μ2=2，…，μ5=5。

在RRTS內開展問卷調查，共發放問卷120份，回收有效問卷103 份，有效率85.8%。根據調查結果代入公式⑴計算服務水平各影響因素的重要度，得到各影響因素重要度計算結果如表1所示。

表1 各影響因素重要度計算結果Tab.1 Importance calculation results of each factor

現有研究[4]將達到4 分及以上的影響因素視作較為重要。根據統計結果，篩選出我國RRTS 的服務水平評價指標為進出站走行時間、站臺(廳)候車時間、跨制式換乘時間和車廂擁擠程度。

1.3 RRTS服務水平評價指標計算

1.3.1 車站服務水平評價指標

車站服務水平的評價指標包括進出站走行時間和站臺候車時間，分別以車站集散時間動態系數和站臺平均候車時間來度量。

（1）車站集散時間動態系數，是指該車站在單位時間內的旅客平均集散時間與旅客在自由走行狀態下集散時間的比值。其中車站i的旅客平均集散時間t集(i)指車站在單位時間內所有旅客的進出站走行時間的平均值，可表示為

式中：表示旅客r從進站閘機到站臺的進站走行時間，min；表示旅客r從站臺到出站閘機的出站走行時間，min；p表示車站i在單位時間內的集散旅客總人數，人。

故車站i的集散時間動態系數β集(i)，可表示為

（2）站臺平均候車時間，車站i的站臺平均候車時間t臺(i)，是指車站在單位時間內所有旅客的站臺候車時間的平均值，可表示為

式中：表示旅客r從到達站臺候車到其上車的候車時間，min；q表示車站i在單位時間內在站臺候車的旅客總人數，人。

1.3.2 樞紐服務水平評價指標

除了進出站走行時間和站臺候車時間外，樞紐服務水平的評價指標還包括站廳候車時間和跨制式換乘時間，分別以站廳平均候車時間和跨制式平均換乘時間來度量。

（1）站廳平均候車時間，樞紐i的站廳平均候車時間t廳(i)，是指樞紐在單位時間內所有旅客的站廳候車時間的平均值，可表示為

式中：表示旅客r從到達站廳候車到其上車的候車時間，min；q表示車站i在單位時間內在站廳候車的旅客總人數，人。

（2）跨制式平均換乘時間，樞紐i的跨制式平均換乘時間t換(i)，是指旅客從某一制式閘機出站換乘到另一制式閘機進站花費的時間，可表示為

式中：表示旅客r從通過前一制式出站閘機開始，到進入后一制式進站閘機為止的時間，min；s表示該車站在單位時間內跨制式換乘旅客總人數，人。

1.3.3 線路服務水平評價指標

線路服務水平的評價指標有車廂擁擠程度，以區間滿載率和線路滿載率度量。列車上旅客的擁擠水平通過區間滿載率量化，區間滿載率是指單位時間內區間輸送的總人數與運輸能力的比值。

式中：fk(l)表示線路l的第k個區間k(l)的滿載率，%；pk(l)表示區間k(l)輸送的旅客總人數，人；ck(l)表示區間k(l)的各車次列車定員人數之和，人。

考慮到同一線路上不同區間的服務水平存在差異，因此，通過各區間在線路上所占權重wk(l)進一步確定線路滿載率fl，其計算公式如下。

式中：nk(l)表示有效空間路徑集中區間k(l)出現的次數。

2 基于旅客感知的服務水平分級

根據旅客服務質量評價進行服務水平分級對于指導RRTS 建設和決定運營服務競爭力有重要意義。參照HCM 和TCQSM，將服務水平(LOS)分為A 至E 共5 個等級，A 代表服務水平最好(很滿意)，E 代表最差(不能接受)。在RRTS 中選定調查對象，跟蹤觀測其出行行為后對其進行“體驗—響應”服務質量評判調查，調查結果采用連續類別評判方法[14]，將車站、樞紐和線路服務水平的量化指標值縮放到具體的分級標準范圍內，分別確定車站、樞紐和線路的服務水平分級標準。

考慮到旅客的服務水平感受具有相似性，根據調查結果的時間長短，將旅客劃分為j組，則在第j組中旅客i所感受到的服務水平為

旅客i感受到的第k個服務水平等級上界對應的服務水平為

第j組旅客將該組對應的時間評判為第k服務水平等級或低于第k服務水平等級的概率為

根據旅客服務水平等級評判調查數據，可以得到j組分級指標值對應k或比k差的概率pjk。Pjk近似等于pjk，故得到公式⒂。

式中：yjk表示正態分布左端與相對應的正態離差，查表可得。

3 RRTS服務水平評價方法

在RRTS 運營過程中，存在某些車站、樞紐或區間達到指定服務水平等級，而其他部分沒有達到指定服務水平等級的情況，為了從系統層面整體衡量RRTS服務水平，引入以下3個指標。

式中：ηLOS表示系統服務水平指數，η∈(0，1]，代表RRTS滿足服務水平LOS的程度。

旅客出行需求與系統服務水平指數之間的關系并非線性變化。隨著出行需求的增加，系統服務水平指數平穩下降，一旦出行需求突破閾值，系統服務水平指數會發生突變，即系統服務水平無法滿足指定的服務水平要求[6]。而此時對應的ηLOS可以被認為是給定服務水平要求下的閾值。因此，本研究定義了系統服務水平指數變化率Jl。

4 實例分析

以重慶RRTS 為研究對象，由于旅客存在盡早登上列車心理，開展進出站走行問卷調查會對客流造成較大的影響，參考既有研究[11]獲取集散時間動態系數分級標準，并根據旅客在軌道交通中的空間要求[1]確定區間滿載率的服務水平分級標準。在此基礎上，在RRTS 內開展問卷調查，針對站臺候車時間、站廳候車時間和跨制式換乘時間的服務水平分級標準進行研究，于2021 年3 月1 日至2021 年3 月31 日在重慶RRTS 的重慶西站、重慶北站、沙坪壩站等多個車站內開展問卷調查，共回收有效問卷1 637 份，符合樣本量的要求。在參與問卷調查的群體中，男性占比為53.7%，女性占比為46.3%；職業包含機關、企業事業單位人員，學生，自由職業者，離退休人員和其他，其中機關、企業事業單位人員占比54.1%，學生占比19.6%，兩者占總量73.7%；年齡階段劃分為，22 歲以下占比17.9%，23 歲至45 歲占比最大，為67.7%，45 歲至60 歲占比為11.4%，大于60 歲占比最小，為3%。以上結果表明了問卷調查覆蓋對象的全面性，保證問卷數據的可分析性和有效性。

4.1 各指標服務水平等級劃分

將調查得到的旅客跨制式換乘時間樣本按2 min的距離進行分組，共11組。根據公式⑽至公式⒃計算得到，并對其進行歸零化處理，每組各等級正態離差如表2所示。

表2 每組各等級正態離差Tab.2 Normal deviations for each group under different grades

進行各組旅客平均換乘時間與平均服務水平的回歸分析，建立換乘服務水平LOStrans與換乘時間Ttrans之間的回歸關系如公式，回歸模型的相關系數R2=0.94。

進而得到跨制式換乘時間服務水平分級標準如表3所示。

表3 跨制式換乘時間服務水平分級標準Tab.3 Service level classification standards of cross-system transfer time

同理，建立站臺候車服務水平與候車時間的回歸關系模型，得到站臺、站廳候車時間服務水平分級標準如表4所示。

表4 站臺、站廳候車時間服務水平分級標準Tab.4 Service level classification standards of waiting time in platform and hall

4.2 車站、樞紐和線路服務水平分級標準

根據表3 和表4，結合區間滿載率、集散時間動態系數服務水平分級標準，車站服務水平分級標準如表5所示，樞紐服務水平分級標準如表6所示，線路(區間)服務水平分級標準如表7所示。

表5 車站服務水平分級標準Tab.5 Service level classification standards of stations

表6 樞紐服務水平分級標準Tab.6 Service level classification standards of hubs

表7 線路(區間)服務水平分級標準Tab.7 Service level classification standards of lines (sections)

4.3 RRTS服務水平評價

根據重慶RRTS 高峰和平峰時段的旅客出行需求，采用基于Logit 模型的隨機用戶均衡配流模型確定旅客的出行路徑，通過對出行需求進行壓力測試[6]的方法進行系統服務水平評價。

4.3.1 高峰時段

高峰時段客流需求為23.50 萬人/h，當LOS 要求為D 級時，進行高峰時段RRTS 服務水平評價。高峰時段RRTS 在D 級服務水平評價如表8 所示，高峰時段RRTS服務水平指數變化如圖2所示。當第9次實驗旅客需求增加到28.57萬人/h時，系統服務水平指數發生突變，意味著系統服務水平不再滿足D 級要求，達到了旅客不能接受的E 級。因此，高峰時段為保證重慶RRTS 提供的運輸服務質量在旅客可接受范圍內，應控制出行量小于28.18萬人/h。

表8 高峰時段RRTS在D級服務水平評價Tab.8 Evaluation of RRTS at grade D service level during peak hours

圖2 高峰時段RRTS服務水平指數變化Fig.2 Changes of RRTS service level index during peak hours

區間在所屬線路內所占權重如圖3 所示，根據公式⑻和公式⑼，從線路運營層面進行服務水平研究。在D級服務水平下，車站、樞紐及線路服務水平不能滿足D 級(達到E 級)的占比隨加載客流的變化，高峰時段服務水平達到E級的車站、樞紐和線路數量占比如圖4 所示。當系統中客流較少時，車站服務水平是制約系統服務水平的主要因素，當系統中人數逐漸增多時，線路服務水平成為制約系統服務水平的主要因素，在整個實驗過程中，樞紐服務水平都能夠滿足D級服務水平要求，不會成為影響系統服務水平的制約因素。

圖3 區間在所屬線路內所占權重Fig.3 Weight of the section within the line

圖4 高峰時段服務水平達到E級的車站、樞紐和線路數量占比Fig.4 Proportion of the number of stations,hubs,and lines at grade E service level during peak hours

高峰時段，由于客流需求較大，部分區間滿載率過高，導致線路服務水平差。如2號線的動物園—牛角沱區間，3 號線的花溪—紅旗河溝區間和嘉州路—兩路口區間、6 號線的黃泥磅—光電園區間和光電園—黃泥磅區間服務水平均為E 級，2 號線和3 號線服務水平達到E 級。因此，為保證系統服務水平，在高峰時段要注重客流需求管理，也應配合出行路徑誘導，疏解滿載率過高區間的客流壓力。

4.3.2 平峰時段

平峰時段客流需求為7.1 萬人/h，當LOS 要求為D 級時，進行平峰時段RRTS 服務水平評價，平峰時段RRTS在D級服務水平評價如表9所示。

表9 平峰時段RRTS在D級服務水平評價Tab.9 Evaluation of RRTS at grade D service level during off-peak hours

當第9 次實驗客流需求增加到9.51 萬人/h 時，系統服務水平指數發生突變，意味著系統服務水平不再滿足D 級要求。因此，平峰時段為保證重慶RRTS 提供的運輸服務質量在旅客可接受范圍內，應控制出行量小于9.10 萬人/h。系統服務水平指數在平峰時段為0.758，高峰時段為0.706，表明在D級服務水平需求下，平峰時段能夠滿足服務水平要求的車站、樞紐或區間多于高峰時段。

在D級服務水平下，車站、樞紐及線路服務水平不能滿足D 級(達到E 級)的占比隨加載客流的變化情況如圖5 所示。車站服務水平是制約系統服務水平的主要因素，而在整個實驗過程中，線路、樞紐的服務水平都能夠滿足D級服務水平要求，不會成為影響系統服務水平的制約因素。

圖5 平峰時段服務水平達到E級的車站、樞紐和線路數量占比Fig.5 Proportion of the number of stations,hubs,and lines at grade E service level during off-peak hours

平峰時段，由于列車發車間隔較大，部分車站平均候車時間過長，導致車站服務水平差。如2 號線天堂堡—魚洞區間、3 號線魚洞—九公里區間和碧津—舉人壩區間、4號線民安大道—唐家沱區間，以及6號線蔡家—北培區間，發車間隔超過10 min，導致候車時間過長，車站服務水平達到E 級。因此，為保證系統服務水平，在平峰時段既要注重客流需求管理，也應合理調整發車間隔，提高運輸服務供給。

5 結論

（1）不同時段，重慶RRTS 在D 級服務水平下的系統服務水平指數不同。系統服務水平指數在平峰時段為0.758，高峰時段為0.706，平峰時段能夠滿足服務水平要求的車站、樞紐和區間多于高峰時段。

（2）不同時段制約系統服務水平的因素不同。樞紐不會成為影響系統服務水平的制約因素。高峰時段，線路的區間滿載率是系統服務水平的主要影響因素，不滿足服務水平的區間主要集中在2號線、3 號線和6 號線上客流量大的部分；平峰時段，車站的候車時間成為系統服務水平的主要影響因素，不滿足服務水平的車站主要集中在2號線、3號線、4號線和6號線上發車間隔長的部分。

（3）為保證系統提供的運輸服務質量在旅客可接受范圍內，建議運營管理部門高峰時段應控制出行量小于28.18 萬人/h，平峰時段應控制出行量小于9.10 萬人/h。同時，建議高峰時段通過電子屏幕滾動播放每條線路的擁堵情況，以便于旅客合理規劃出行路徑。建議平峰時段安排值班站長動態監控站廳和站臺候車人數，當站內候車人數較多時及時上報，配合調整發車間隔。

（4）根據RRTS 服務水平影響因素重要度的調查結果，站內環境也是旅客較為關注的一個方面。運營管理部門應盡可能保證站內環境潔凈、無異味、溫度適宜等，減緩旅客進站后長時間候車的焦慮心理。對于換乘人數較多的樞紐站，如冉家壩、紅旗河溝等車站，可以進一步完善母嬰室、殘障人士無障礙通道等配套設施，提高旅客滿意度。