基于改进四阶段法的武广客运专线客流预测_曹尧谦

A b s t r a c t : B a s e do nt h ef l o wf o r e c a s t s t u d yo f Wu h a n-G u a n g z h o up a s s e n g e rl i n e , a c c o r d i n gt ot h eo p e r a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e p a s s e n g e r l i n e a n di t s a f f e c t i o nf o r c h a n n e l p a s s e n g e r t r a n s p o r t , t h et r a d i t i o n a l f o u r s t a g e f o r e c a s t m e t h o dw a s i m p r o v e d .U s i n g t h e g r a y m o d e l i n s t e a do f t h e o r i g i n a l g r a v i t y m o d e l , t h e v o l u m e w a s d i v i d e d i n t o d i r e c t t r a f f i c f l o wa n di n d u c e dt r a f f i cf l o wa n dw a sf o r e c a s t e dr e s p e c t i v e l y , w h i c hm a k e s f o r e c a s t b ec l o s e r w i t ht h e f a c t p a s s e n g e r f l o wo f t h e a i my e a r s o f t h e p a s s e n g e r l i n e . T h e f o r e c a s t r e s u l t s a r e s i g n i f i c a n t r e f e r e n c e f o r t h eo p e r a t i o no f t h e p a s s e n g e r l i n e a n dt h e f u r t h e r c o n s t r u c t i o no f t h eWu h a nG u a n g z h o up a s s e n g e r l i n e . K e yw o r d s : Wu h a n G u a n g z h o up a s s e n g e r l i n e ;p a s s e n g e r f l o wf o r e c a s t ;i m p r o v e d f o u r s t a g e m e t h o d
( S c h o o l o f T r a f f i c ＆T r a n s p o r t a t i o n ,E n g i n e e r i n g C e n t r a l S o u t hU n i v e r s i t y ,C h a n g s h a410075, C h i n a )
铁 道科学与工程学报
2010 年 6 月
Hale Waihona Puke 择、 交通分配 4 个阶段 。 以 1962 年美国芝加哥市 发表的 《C h i c a g o A r e a T r a n s p o r t a t i o nS t u d y 》为标志 , 四阶段法诞生 , 并逐步成为城市交通规划或者公路 网规划的通用模式 。 四阶段法通过对未来交通产 生和交通分布的预 测 , 并进行 方式选择和交 通分 配 , 形成交通流量预测方法 。 与其他传统的预测方 法相比 , 四阶段 法因对预测的 完整定义和准 确刻 画 , 并且可对需求的社会经济因素 、服务水平和交 通运输系统内的竞争进行全面的考量 , 从而在交通 规划 、 运营组织管理等方面有着广泛的应用 。 与国 内沿用的密度预测法等相比 , 四阶段预测法在客运 专线客流预测中具有如下特点 : ( 1) 避免了过去将铁路运输系统视 作封闭运 输系统 , 仅考虑铁路一种运输方式的局限 , 充分考 虑了各种运输方式 ( 如高速公路 、民航等 ) 与铁路 间的竞争关系 , 比较真实地反映了市场竞争条件下 各运输方式间的运量分配情况 。 ( 2) 有助于分析高速铁路系统在外 界竞争环 境下采用的管理和运营组织决策对旅客选择的影 响 , 使得客流预测和营销决策能够更好的契合 , 使 客流预测更好地为铁路旅客运输决策服务 。 ( 3) 通过效用函数描述客流的理性选择行为 , 有利于分析运输条件变化对客流需求的影响 。 ( 4) 长期以来 , 受铁路运输条件和运输能力的 制约 , 人们的出行需求处在一种抑制状态 。 客运专 线建成后 , 运输资源短缺的局面将得到根本改善 , 运输需求得到释放 , 以往通过弹性系数预测得到的 运量会低于实际需求 , 采用四阶段法可以避免这种 缺点 。 总之 , 四阶段法具有良好的理论基础 , 预测结 果可信程度较高 。 因此 , 本文采用四阶段法对武广 客运专线的客流进行预测 。 1. 2 四阶段法的改进 四阶段法一般采用重力模型作为直接需求模 型 , 需要繁多的国民经济数据 。 在对未来的经济指 标相关数据掌握不是很全面的情况下 , 若用重力模 型 , 不但运算繁琐 , 还会严重影响预测结果的精度 。 灰色预测法是一种对含有不确定因素的系统进行 预测的方法 , 可 以用较少的数 据建立模型进 行预 测 。 由于所能 掌握的经济 指标相关 数据有限 , 因 此 , 本文采用灰色模型代替重力模型作为直接需求 模型 。 同时 , 针对客运专线运营后会产生相应数量的 诱增运量的情况 , 本文 采用 L O G S U M算 子估计客 运专线建成前 、后各种运输方式广义成本的变化 ,
1. 1 四阶段法 四阶段法可分为交通产生 、交通分布 、方式选
基金项目 : 北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室开放课题 ( S K L 2007K 002) 作者简介 : 曹尧谦 ( 1969 ) , 男 , 湖南资兴人 , 博士研究生 , 讲师 , 从事交通运输规划与管理研究
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从而推算客运专线投入运营后可能产生的诱发运 量的比例 。 在方式选择和分配方面 , 四阶段法的主要模型 有集计 模型 、非集计模 型两类 。 本文 采用 L O G I T 集计模型对客运专线的市场份额进行估计 。 基于以上分析 , 形成的改进四阶段法的主要步 骤如下 : ( 1) 针对武广通道运输系统实际 , 估计各运输 方式的效用函数 。 ( 2) 建立客运专线通道旅客直接需求模型 , 预 测未来年度在没有客运专线条件下的运量 。 ( 3) 建立诱发运量预测模型 , 计算客运专线投 入运营后产生的诱增型运量 。 ( 4) 建立运输方式分配模型 , 计算各运输方式 的运量 。 改进四阶段法客流预测的执行过程如图 1所示 。
图 1 改进的四阶段法步骤图 F i g . 1S t e p so f i mp r o v e df o u r -s t a g em e t h o d
1. 3 改进四阶段法的数学模型 1. 3. 1 广义成本的效用函数模型 广义成 本包 括 直接 费 用 、旅行 时 间 、进 出站 ( 场) 时间和等候时间等 。 区段 i j 间方式 k 的广 k [ 12] 义成本效用函数 U 可表示为 : i j U i j =B 1k +B 2k ×C i j +B 3k ×T i j +B 4k ×E i j+ B 5k ×W i j
( 0) ( 0)
( 1) ( 0) μ -a ( t-1) μ X ( t ) =( X ( 1)- ) e + ( 2) a a ( 1) X 即为所得到的直接需求预测数据 。
1. 3. 3 诱发运量模型 采用 L O G S U M算子估计客运专线建成前 、后 各种运输方式广义成本的变化 , 从而推算客运专线 投入运营后可能产生的诱发运量的比例 本公式为 ( U ) i j I = a β -1 P i j ( U ) i j
第 7 卷 第 3 期 2010 年 6 月
铁道科学与 工程学报 J OU R NA LOFR A I L WA YS CI E N C EA NDE N GI N E E RI NG
V o l . 7 N o . 3 J u n e 2010
基于改进四阶段法的武广客运专线客流预测
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曹尧谦 , 李夏苗 ( 中南大学 交通运输工程学院 , 湖南 长沙 410075)
a b b β [ 35]
X ( t ), 并 有
( 0)
∈ N ,X ( t )≥ 0( N 表示自然数集 ) , X ( t ), t 即可用 G M( n , h ) 模型对系统进行描述 。 其中 n 表 示微分方 程的阶数; h 表 示 序 列 数 。本 文 选 用 G M( 1, 1) 模型 , 步骤如下 。 ( 1) 对原始数据进行累加生成累加数据列 。 ( 0) ( 0) 假设客流实际值的时间序列 X ={ X ( 1) , X ( 2) ,X ( 3) , …, X ( N ) } , 有相 应的 1 阶累 加序列 X
＊ 收稿日期 : 2010 -01 -10
力 , 是国外用得较多的一种预测方法 。 本文作者在 对武广客运专线的客流进行预测时 , 采用灰色模型 代替原来的重力模型作为直接需求模型 , 对四阶段 法进行改进 。 采用改进的四阶段法 , 能在数据不是 很完善的情况下对客流较好地进行预测 。
1 改进 四阶 段 法的 步 骤 及其 数 学 模型
客流预测是运用科学的预测技术 , 从调查分析 过去和现在有关数据 、 情况和经验出发 , 对特定区 域范围的客运市场需求进行分析 、测算 , 得到客流 的变化规律和趋势 。 客流预测是铁路网络建设 、 运 营组织和客运营销的重要依据 。 我国正处在客运 专线建设的大发展时期 , 如何根据现有数据科学地 预测客运专线运营后的客流量 , 是一个亟待解决的 问题 。 客流预测的难点在于对运输需求众多影响 因素的全面考量 , 以及采用模型方法是否合理 。 客 流预测方法较为成熟的有时间序列预测法 、灰色预 测法 、回归预测法 、四阶段预测法 、密度预测法等 。 其中 , 四阶段预 测法因具有更 高的可信度和 说服