城市轨道交通客流预测方法

图5西安地铁3号线线位
客流预测及结果分析
在研究范围内划分了519个交通小区(与2008年居民出行调查交通小区保持一致) ,经预测整个区域在3个特征年的出行总量分别为: 1 727. 3× 人次、2 043. 5× 人次、2 186. 6× 人次。
全日出行分布预测采用式( 2)和式( 3)所示的双约束重力模型进行,其中模型中的阻抗函数,采用负指数函数形式。高峰小时的发生吸引和分布采用式( 4)和式( 5)进行预测。根据高峰小时的工作和上学出行现状OD量,标定了模型参数,见表1。
2. 1各交通小区全日出行的发生(吸引)预测交通小区的日发生量与人口数相关、吸引量与就业岗位数相关,并服从指数关系。
其计算式为：
i , j=1,2,…,n
式中: G i为交通小区i的发生量; A j为交通小区j的吸引量; P i为交通小区i的人口数; W j为交通小区j的就业岗位数; a i、b i、cj、d j均为模型参数,反映了交通小区i的土地利用性质; n为交通小区数。
=
式中: 为路段a上的k类机动车行驶时间; 为自由车流状态下路段a的k类机动车行驶时间; 为路段a上k类机动车交通量； 为k类机动车折算成标准小客车的折算系数; 为路段a的通行能力。
路段a上的公交车流量,可按照该路段上的线路条数和相应的发车间隔计算。
为了简单起见,对于步行、自行车和轨道交通方式,可采用固定速度来计算路段走行时间,即
终端成本、始端等待成本)。运行成本是指所采用的交通方式在行走途中消耗的成本,包括行走时间价值和货币成本2部分,设置在各路段上。换乘成本包括换乘时间价值与换乘货币成本。换乘时间价值主要包括换乘步行时间和换乘候车时间;对于换乘货币成本,则主要为上一交通工具的存取费用。连接弧成本主要是指候车时间和存车费用。其中,类似于小汽车的停车费用,可以根据所在区域的不同设置不同的费用,这也是设置连接弧的一个重要作用。对于时间成本,步行和等待期间的单位时间价值与行车期间的单位时间价值是不同的。文献[ 12]提出的相关理论:通勤者愿意花在公交车上的时间价值,约为该时间段内工资的一半;普通的通勤者愿花他每小时薪水的一半而不愿花1 h在公共汽车或火车上,而花在步行或等待上的时间价值还要大2~ 3倍,一个普通的通勤者愿花他每小时薪水的1. 0~ 1. 5倍而避免花1 h来步行或等待。西方国家的公共交通规划中,时间价值的系数一直沿用这个相对比例。由于受体力的限制,对于步行和自行车方式应限定在一定走行距离,超出这个距离就认定其广义费用为无穷大或给定一个大数。本文根据西安市的调查数据,建议一次连续步行距离限制在1 500 m以内,一次自行车连续走行限制在4 000 m以内。
1轨道交通客流预测的总体框架
“四阶段”法的大框架,部分吸收非集聚模型的优点,如图1所示。
图1轨道交通客流预测总体技术路线
考虑到高峰小时与全日出行分布规律 的差异性,建议分别构建全日客流O D矩阵和高峰小时客流OD矩阵,然后通过相应的分配过程,得到轨道交通线路的全日客流指标和高峰小时客流指标
2全日出行的发生(吸引)和分布预测
it模型将节点i、j之间的OD量在这m条典型路径上作概率选择,划分各主出行方式的比例,得到节点i、j之间的各主方式出行量;对除常规公交和轨道交通外其余交通方式为主方式的出行量,分别按随机型或确定型分配到相关路径上;以常规公交或轨道交通为主方式的出行量联合,再次采用Log it模型在不同的公共交通线路(因为同一区段可能存在多条同一走向的线路)上进行选择分配;在分配过程中,通过统计各种客流信息,整理得到最终的客流预测结果。
图4综合交通超级网络拓扑
在综合交通超级网络中,换乘弧和连接弧意义重大,一些在路段难以表示的费用,在这2类弧上都可得到很好的表示,如出行的终端成本(小汽车、摩托车和自行车等出行,需在终端发生一定的停车费用)、候车成本(
出租车、公交车和轨道交通等交通方式,在上车前一般会有不同的等待时间)和换乘成本(由公交换乘到轨道交通可能需要步行一段时间)。为了网络的合理性,在路径搜索时必须设定规则:在一条路径中换乘弧和连接弧之间、换乘弧和换乘之间、连接弧和连接弧之间均不能连续行走。因此整个网络的构建较复杂,一般需要借助GIS技术。
2. 2全日出行分布预测
全日出行分布预测可采用双约束重力模型
其中，
i, j=1,2,…,n
式中: Q ij为从交通小区i到j的全日出行总量; 、 分别为行约束系数和列约束系数; f ( cij )为交通小区i到j的阻抗函数; cij为交通小区i到j的出行阻抗。
3高峰小时的生成-分布共生模型
调查结果显示:在高峰小时时段内,以工作和上学为主的通勤出行所占比例很大,一般为80% ~90%。由于工作、上学是工作日所必须的,且时间性强。因此,分别建立工作和上学的出行生成分布共生模型,并根据这2种出行目的,
4. 2方式划分和交通分配联合操作的技术路线
随着交通方式的多元化,组合出行越来越频繁。因此,本文在前人研究的基础上,基于综合交通超级网络,提出了多方式、多路径选择概率分配方法。具体操作技术路线如图3所示。
图3方式划分与分配的技术路线
4. 3超级路网的建立
将由全方式的交通网络构成一个超级路网作为客流预测的基础网络,包括步行网络、自行车网络、摩托车网络、出租车网络、私家车和单位车网络、常规公交网络、轨道交通网络。由于城市交通网络基本上是依据道路网衍生而来(轨道交通可不依赖道路,但其线路大多沿主干道路铺设,且站点一般都设在道路沿线) ,因此,含全方式的综合交通网络可由。
4. 6 路径选择
出行者在选择交通方式及路径时往往有很大的随机性。出行者从节点i到节点j的可行路径中出行链l的选择概率为
P( i , j , l ) =
式中: P( i , j , l )为节点i到节点j的OD量在路径出行链l上的分配比例,这里路径l通常是组合出行路径; F( i, j , l )为节点i到节点j的可行路径中出行链l的广义费用; N为可行路径出行链的数目; !为参数,一般取3. 0 ~ 3 . 5。
其中, 和 有以下关系式
式中: 为高峰小时交通小区i到j的总出行人次数; 为高峰小时工作出行所占的比例; 为高峰小时上学出行所占的比例。
4方式划分与分配组合模型
4.1组合出行
组合出行是指居民一次出行,从起点到终点采用了多种出行方式联合完成。居民由起点到终点的一次组合出行如图所示。
图2组合出行
由图2可看出,居民从起点出发,步行至A点乘坐公交车,至B点换乘轨道交通,在C点下车后步行至终点。显然,居民的出行方式组合是:步行+常规公交+轨道交通+步行;其出行路径构成一条典型的组合出行路径。一般认为,图2所示的组合出行在方式划分时应按主出行方式划定。在采用多种交通方式的组合出行中,行走路程最长(一般要求超过总行程的50% )的交通方式为该次完整出行的主出行方式,其余出行方式为辅助方式。
轨道交通客流预测的总体框架四阶段法的大框架部分吸收非集聚模型的优点如图实用文档标准文案考虑到高峰小时与全日出行分布规律的差异性建议分别构建全日客流矩阵和高峰小时客流od矩阵然后通过相应的分配过程得到轨道交通线路的全日客流指标和高峰小时客流指标全日出行的发生吸引和分布预测各交通小区全日出行的发生吸引预测交通小区的日发生量与人口数相关吸引量与就业岗位数相关并服从指数关系
以及在高峰小时出行中所占的比例进行调整,从而预测得到高峰小时的出行发生(吸引)及分布。
工作出行模型为
i, j=1,2,…,n
上学出行模型为
i, j=1,2,…,n
式中: 为高峰小时交通小区i到j的工作出行人次数; 为高峰小时交通小区i到j的上学出行人次数; a w、b w、cw、d w均为高峰小时工作出行的生成分布共生模型参数; a s、b s、cs、d s均为高峰小时上学出行的生成分布共生模型参数。
( 2)扩展节点。将节点v i分别扩展为m个节点v i ( 1) , v i ( 2) , &, v i ( m) ,这里m = 7。其中, 1为步行,2为自行车, 3为摩托车, 4为出租车, 5为小汽车, 6为常规公交, 7为轨道交通。
( 3 )按照各种交通方式布设情况,确定各子图内部连接关系,形成各交通方式的子图G i (Vi，Ai) ( i = 1, 2, …, m)。其中, V i为第i种交通方式网络的顶点集, A i为第i种交通方式网络的弧集。( 4 )设置连接弧。在扩展节点与相应的道路节点之间设置连接弧,用以连接这些节点。( 5 )设置换乘弧。在相应的可换乘位置设置不同交通方式之间的换乘弧,沟通不同的子图。换乘弧除在不同交通方式之间存在外,对常规公交和轨道交通,还需要子系统内部的换乘,以保证不同线路之间的换乘。这样建立的超级路网拓扑关系如图4所示,图中, v h、v k、v l、v j均为城市道路网络中的节点。
表1高峰小时生成分布共生模型参数标定
出行目的
模型参数
工作
=0.0295
=-0.0067
=0.7401
=0.1401
上学
=0.0033
=-0.0168
=0.6798
=0.3614
高峰小时工作和上学出行所占的比例和分别为: α= 0. 571 6; β= 0. 306 0。
实例分析
5. 1 西安地铁3号线概况
西安地铁3号线是西安城市轨道交通线网的主骨架线路,线路全长50. 5 km,共设车站30座,具体线路布设如图5所示。整个工程分两期实施:一期工程(鱼化寨%国际港务区) ,线路长37. 57 km,共设车站24座;二期工程(鱼化寨%侧坡) ,线路长12. 93 km,共设车站8座。3号线一期工程计划2011年开工, 2015年9月通车试运营。据此,确定西安地铁3号线客流预测特征年初期为2018年;近期为2025年;远期为2040年。
为了避免出现Байду номын сангаас红蓝巴士”的诡异现象,在具体分配时可采用2次Logit概率分配。具体做法如下:找出节点i、j之间的最短路径,其广义费用为F min ; !继续搜索节点i、j之间的广义费用在F min ~1. 5F min的所有有效路径集K;在路经集K中寻找含各主方式的最短路径,以交通方式m( m = 1, 2, &,7)为主方式的最短路径为Km,将路径Km作为主方式m的典型路径,其广义费用为 min; )利用Log