城际快速轨道交通客流预测方法研究

城际快速轨道交通客流预测方法研究　

陆化普 王建伟 陈 明

（清华大学）　

摘 要 伴随着我国经济的快速发展，城市化进程加快，规划建设城际快速轨道交通已经成为区域经济发展的迫切需求。本文从城际轨道交通的特点出发，将城际轨道交通的客流分为城市内客流与城市间客流，提出了采用竞争分配的方法进行客流预测的思路、模型与方法。　关键词 城际轨道交通　　客流预测　　竞争分配 中图分类号： U491.2 文献标识码：A 文章编号：1000-131X (2003) 01-0041-05

STUDY ON THE METHODS TO FORECAST THE PASSENGER VOLUME OF

INTERCITY RAPID RAILWAY

Lu Huapu Wang Jianwei Chen Ming

（Tsinghua University）

Abstract

Recently, planning and constructing intercity rapid railway network in China has become an urgent requirement to develop the system of economy and cities. According to the character of intercity rapid railway, This paper divide the passenger volume of intercity rapid railway to the incity passenger volume and intercity one, and put forward the method of competitory assignment for the two kinds of passenger volume.

Keywords: intercity rapid railway，passenger volume forecasting，competitory assignment

１　　引　　言　

伴随着经济的快速发展，城市化进程加快，我国逐渐形成了以北京、上海、广州为中心的三大都市群。在都市群内部，城市与城市之间的巨大交通需求，使得常规的交通运输方式难以负荷。同时，由于常规运输方式速度慢，换乘不便，也造成了城市间的出行不便，影响了都市群城镇体系的合理布局。因此规划建设城市间的快速轨道交通已经成为城市群城镇体系和经济发展的迫切需求。

城际轨道交通的客流预测是指在一定的社会经济发展条件下科学预测各目标年度城际轨道交通线路的断面流量、站点乘降量以及站间OD、平均运距等反映轨道交通客流需求特征的指标。上述指标是城际轨道交通可行性研究和设计的重要依据。

２　　城际轨道交通及其客流特点　

城际轨道交通沿途所经区域既有城市的建成区，也有非建成区或未完全城市化的区域。它不仅承担着城市之间的旅客运输任务，同时也服务于城市内部的居民出行需求。城际轨道交通不仅对于满足城市间巨大的交通需求起着重要的作用，同时它对都市群区域经济结构的改变、城镇体系的形成以及城市群产业结构的调整均有着重要的影响。对缺少大运量交通系统的中等城市来说，城际轨道交通穿越其客运主通道，也将对解决城市内部交通拥挤问题起着积极的作用。

其次，城际轨道交通与城市内部的轨道交通系统、公共交通系统以及都市群区域的公路、铁路、水运网络甚至航空网络紧密联系在一起，城际轨道交通系统和区域以及城市内部的其它交通系统一起构成了区域综合交通运输网络。城际轨道交通系统和其它交通系统存在着一定的竞争关系，但更重要的是相互衔接、相互补充的关系。只有多种交通方式相互补充、有效

收稿日期：2002-09-03；收到修改稿日期：2002-12-10　

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衔接，才能充分发挥综合交通运输系统的综合效益。这其中城际轨道交通起着骨干的、快速便捷的交通通道作用。

另外，由于城际轨道交通系统与城市内部的轨道交通相互衔接，而城市轨道交通系统隶属于各个城市，城际轨道交通系统又隶属于其它部门，在线路上统一运营管理存在着相当大的困难。为兼顾城市间客流快速通过和城市内部客流的需求，需要同时开通大站快车和一般快车。由于城际轨道交通线路可能较长，旅客服务需求也较城市轨道交通的旅客服务需求复杂。

道交通的客流预测中也已充分运用，本文不再详细探讨。本文采取以下方法进行轨道交通城市内部客流预测：应用四阶段法进行城市客运需求预测，得到公交类OD。将公交类OD在公交网（常规公交+轨道交通）上进行竞争分配，计算得到轨道网上各断面的客流量、各站点的乘降量和站间OD等。

３．２　　城际轨道交通城市间客流的预测　

首先，将全方式居民出行分为公路出行和铁路、水运等出行，由OD反推、同时通过相关城市居民出行调查获取的有关参数，利用部分公路交通流量进行校核的方法获得公路出行的现状OD分布，从现有铁路、水运等客运统计数据计算得到铁路、水运等出行OD分布，将上述二者加和便得到全方式OD，同时标定重力模型，得到相关参数和K系数矩阵。然后预测目标年各小区（研究区域各城市）的交通发生与吸引量，再根据重力模型和调整后的小区相关系数K预测未来年OD分布，最后在公路网、轨道网、铁路网上进行联合竞争分配。

３．３　　客流预测的总体技术路线　

总结以上思路，城际轨道交通客流预测总体技术路线见图1所示。

３　　客流预测的基本思路　

根据以上城际轨道交通的基本特点，我们将城际轨道交通的客流预测分为城市间客流和城市内客流两部分分别进行预测，然后进行迭加的方法进行。其基本考虑有如下两点。一是因为城市内部交通产生、分布、方式划分的预测方法和城市间的交通需求预测方法不尽相同。二是即便用同样的预测方法，其参数也不相同。此外，城市内部轨道交通和城市间轨道交通吸引客流的费用、方式等也不相同。 ３．１　　城际轨道交通城市内客流的预测　

城市内部客流预测方法有多种，在许多城市的轨

相关城市总体规划 城市经济、人口、就业及土地利用 现状公路交通流量 居民出行调查 现状公路OD 居民出行调查 现状铁路OD 居民出行发生、分布预测 一阶段方式划分 现状全方式OD 各城市社会经济现状济发展 居民城市间出行发生、分布预测 步行OD 自行车OD 公共交通OD 其它OD 高峰小时系数 目标年公交全日及高峰小时OD 目标年轨道网 和常规公交网 方式划分与路网 分配的联合模型 目标年全方式全日及高峰小时OD 目标年轨道网、 公路网和铁路网 城市间轨道各站全日及各小时乘降量和断面客流量及其它预测结果 城市内部轨道各站全日及各小时乘降量和断面客流量及其它预测结果 最终预测结果 图１　　城际轨道交通客流预测技术路线　

Fig.1 The technical way for forecasting the passenger volume of intercity rapid railway

第36卷　　第1期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　陆化普等城际快速轨道交通客流预测方法研究　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　43

３．４　　几点说明　

（1） 研究区域

由于城际轨道交通网络与区域交通网络紧密相连，城际轨道交通的某条或某段线路不仅承担这段线路沿线的客流，而且可能承担都市群城市间的过境客流或沿线城市与都市群其它城市之间的客流。因此无论研究整个城际轨道交通线网的客流预测，还是研究城际轨道交通线网某条线路的客流预测，都必须将整个城际轨道交通线网涉及的都市群区域作为研究对象区域。当然在具体操作上，这条线路途径的沿线区域需要重点考虑，在小区划分上进行细化，其它研究区域则可以以大的行政区划来进行小区划分。 （2） 城市间客流与城市内客流

本文将城际轨道交通客流预测分为城市间客流和城市内客流两条技术路线分别进行预测。城市内客流是指城际轨道交通承担的城市内部的客流。城市内不是以城市的行政区划划分的，而是根据实际情况而定。例如在进行珠江三角洲经济区快速轨道交通一期工程即广佛地铁项目的客流预测时，由于广佛地铁途经的佛山市区和南海市区联连成一片，我们将佛山市区和南海市区一起做为城市内部，其居民出行调查时也是同时进行的。即将广佛地铁承担的佛山市区内部客流、南海市区内部客流以及佛山市区与南海市区的之间的客流都认为是城市内部的客流。

本文着重探讨城市间的客运需求预测和城际轨道交通城市间客流的预测方法。

Y0i——将第i个城市的基年GDP、人口、机动车保有

量、土地利用等带入标定后的函数计算得到的发生量或吸引量。

需要说明的是，现状发生吸引量可以从现状全方式OD中获得。现状全方式OD可以由公路OD、铁路OD、水运OD、水运OD、海运OD、航空OD相加获得。公路OD可以通过调查获得的公路交通流量反推并经校核后得到，铁路OD、水运OD、海运OD、航空OD可以通过相应的客流统计数据获得。一般来说，如果水运、海运和航空在都市群的总客运量中所占比例较小，可以不予考虑。 ４．２　　客流分布预测　

客流分布类似城市的客流分布预测，采用修正重力模型。用基年OD进行标定，获得反映小区间特殊联系的K矩阵和相应参数，由此建立居民出行分布模型，并预测未来特征年居民城市间全方式出行OD表。需要说明的是，由于都市群城市社会经济发展的方向和速度不尽相同，现状的K系数并不能反映未来年城市间的相互联系，需要对K系数进行调整。

两个城市间的交通关联度，主要与它们相互间的经济关系、空间联系的难易程度和每个城市自身的人口规模和土地利用平衡程度有关。由于交通需求是由社会经济活动派生的需求，并且依托于一定的土地利用功能，因此从根本上看，两个城市的交通联系度，首先取决于二者在整个都市圈产业结构中的地位和相互经济关系，其次取决于各个城市内部的土地利用均衡状况，即居住、商业、工业三大城市功能的均衡。

（1） 城市产业结构对K系数的影响

分析我国31个主要城市1982～2001年的就业人口职业分布情况，可以发现，我国主要城市总的经济结构发展趋势是第一、二产业的就业人口下降和第三产业的就业人口显著增加。进一步分析产业结构构成情况发现，都市圈内一些城市之间的产业互补现象非常明显。2001年广州市和佛山市三个产业结构比分别为3.57∶42.33∶54.10和6.9∶52.6∶40.5，这表明广州与佛山在长期发展过程中，已经形成了一定的分工合作关系。类似地，北京和天津也有着很强的互补性。从经济和空间地域联系上看，北京－天津、广州－佛山分别处于京津唐和珠江三角洲的城镇密集带上，都属于经济和城镇人口高度密集的重要经济核心区。它们相互之间将产生巨大的交通联系，因此Ｋ的取值也较大。

（2） 城市内部土地利用均衡状况对Ｋ系数的影响

一般而言，上学出行大多数在城市内部完成，因

４　　城市间客运需求预测　

４．１　　客流生成预测　

城市间交通的发生与吸引量的增长主要与各城市的经济、人口、机动车的增长以及土地利用等密切相关。目标年交通发生与吸引量的预测，可以以各城市基年交通发生或吸引量作为因变量，以基年GDP、人口、机动车保有量、土地利用等作为自变量，来标定各参数，然后根据目标年各城市GDP、人口、机动车保有量、土地利用等进行预测。

由于都市群区域各城市出行特点的差别较大，用函数法进行预测时，可能有较大误差。可以考虑使用调整系数。调整系数计算方法如下：

Ci=

Yi

Y0i

Ci——第i个城市的发生量或吸引量调整系数； Yi——第i个城市基年的发生量或吸引量；

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此两个城市间的上学出行交通联系度可以取零值。而上班出行则很大程度取决于城市自身的居住、工业、商业用地布局的协调程度。一般地，如果商业和工业用地能为城市内的居住人口提供足够多的就业岗位，那么城市间的上班出行就会大大减少，城市间的交通联系度也会降低。随着城市化的迅速发展，在都市群形成了部分居民在中心城市就业，在中心城市周边的小城市居住的格局，大大加强了中心城市与周边城市间的交通联系。

然而，由于影响两个城市之间交通联系度的因素非常复杂，其一般化的量化关系函数甚至无法获知。因此，需要在对研究区域进行调查分析的基础上，用定性分析与定量计算相结合的方法，对比分析现在和未来，对比分析条件相似的城市间交通需求，对K系数进行调整。

４．３　　方式分担预测　

城市间的交通方式有公路、铁路、城际轨道交通、航空、海运和水运。其中公路交通中又可以分为小汽车、长途客车以及摩托车。考虑城市间的出行运用的交通方式较为复杂，而且采用何种交通方式和各种交通方式的运输网络密切相关，因此，我们考虑运用交通方式分担与交通分配的联合模型进行分析预测，即在公路、铁路和城际轨道交通以及航空、海运、水运网络组成的综合交通运输网络上，通过公路上的小汽车、长途汽车、摩托车以及铁路和城际轨道交通、航空、海运、水运的行程时间、换乘时间、票价、舒适度等综合费用之间的竞争来吸引客流，从而确定城际轨道交通承担的客运量。在航空、海运和水运所占比例很低时，可以不予考虑。

图２　　城际轨道交通网络与公路网的衔接　Fig.2 The connection between the network of intercity rapid railway and the network of pavement t=t0⋅(1+0.045⋅(xaca)4) 其中，t0为路段自由流走行时间，xa为路段交通量，ca为路段通行能力。

城际轨道线路网、铁路网、水运网、海运网和航空网的走行时间不考虑拥挤影响，只有最大运送能力的。

（2） 运营速度 公路网上小汽车的和摩托车的自由流速度可以取公路的设计车速，而公路网上长途公共汽车以及城际轨道交通、铁路、水运、海运、航空等的速度根据实际情况确定。

（3） 公交费率与换乘费用

长途公共交通和城际轨道交通的费率一般采用距离费率，也可以采用固定费用或距离分段费用制。在考虑换乘费用时，需要考虑铁路、航空、水运、海运的发车 （或起飞、发船） 频率问题。 ５．３　　运用组合模型的竞争分配方法　

在城际轨道交通的客流预测中，当获得城市间全方式OD之后，有两种做法可得到城际轨道客流量。一是利用方式划分模型直接划分出城际轨道交通OD，再利用路网分配技术将轨道交通OD在轨道网上进行分配；二是利用方式划分和交通分配联合模型将全方式公交OD在联合网络中进行分配。

第一种方法在工程实际中会遇到许多问题：城际轨道交通OD的方式划分是一次性完成的，划分时参数标定依据的基础数据是通过实际调查或者意向调查得来的，不能够反映出综合交通运输网络对客流的影响；城际轨道交通属于干线交通，需要大量的接驳交通线路与各交通小区相连，这给轨道交通OD在轨道网上的分配带来困难。

利用方式划分和路网分配联合模型实现在城市间全方式OD下轨道客流量的预测可以方便地解决上

５　　城市间轨道交通客流预测方法　

５．１　　路网设定　

将由研究区域公路网、铁路网、城际轨道交通网、水运网、航空网、海运网组成的综合交通运输网络作为客流预测基础网络。下图举例说明了一个城际轨道交通线网在换乘站与公路网的衔接方法。

在图2中，1号线和2号线两条城际轨道交通线路在站点R1和R3换乘，同时和公路S1换乘。通过设定如图所示的换乘线段，可以方便的设定换乘费用，记录站点换乘和上下客流。 ５．２　　交通分配基本参数的确定　

（1） 路段走行时间函数

公路网上小汽车、长途公共汽车和摩托车的路段走行时间函数采用美国道路局开发的BPR函数，即：

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述问题，取得很好的预测效果。

（1） 交通方式的竞争选择

居民出行时对交通方式的选择主要取决于交通方式的服务水平（效用U），体现在交通方式的旅行时间，费用以及舒适度等。其中对中国城市的居民出行来说，旅行时间和费用是最为敏感的两个因素，也是我们进行客流分析与预测时须着重考虑的因素。出行效用可表达为：

U=αT+βC+γ

其中：T为旅行时间，C为旅行费用，α,β,γ为系数。

选择是交通出行过程中的重要组成部分，交通选择的模型模拟在交通需求分析中十分重要而且常常是成功的交通规划的先决条件，由于进行受控制下的实

P（轨道交通）＝

验的可能性非常有限，所以经验性的公式非常少。我们可以通过一些简化处理来对居民出行的选择行为用定量化的模型进行分析，通常有以下两种选择模型。 l 确定性选择模型

这种模型假设人们的选择是确定性的，当居民在轨道交通和其它方式之间进行选择时，居民要选择效 用最大的交通方式。即在，当U轨道交通>U其它方式时， 出行者选择轨道交通，否则选择其它方式。 l 随机选择模型

这种模型认为人们的选择要受到各种随机因素的影响而具有一定的不确定性，效用大的选择枝只具有较大的被选择概率，而不是100%的被选中概率。随机选择模型中，较有代表性的为Logit模型，将Logit模型应用于交通的选择，轨道交通被选中的概率为：

e

U轨道交通

+e

U铁路

eU轨道交通UUU

+e小汽车+e摩托车+e长途汽车+⋅⋅⋅

（2） 效用函数

效用函数一般用费用（负数）来表示。除旅行费用、停车费用外，其它如旅行时间、换乘等均需换算为费用。需要说明的是，由于城市间的出行可能距离较远，在一定距离之外，须将摩托车强迫性转移走，即摩托车不参与竞争分配。

（3）　交通量的分配

在处理每一个OD对间的交通量时，更新每条路段的客流量和旅行时间，搜索比较所有的有效出行路线，选择最短路（出行效用最高）进行确定性路网分配或在所有有效出行路线中进行概率性分配，如此进行下去，当处理完最后一对OD后，便得到每一条路段的交通量。由此获得城际轨道交通城市间客流预测

的结果。

如果输入不同的轨道交通或常规长途客运的票价，本方法则可以进行票价的敏感度分析。　

参　　考　　文　　献　［１］　

陈庆琳．城市轨道交通线网规划与客流预测方法与模型研究［D］．清华大学硕士论文，1999　

［２］　［３］　

陆化普．交通规划理论与方法［M］．北京：清华大学出版社，1998　

陆化普等．珠江三角洲经济区快速轨道交通一期工程广佛轨道交通客流预测报告．北京：清华大学交通研究所，2002

陆化普　　清华大学交通研究所教授，博士生导师。主要从事交通规划，交通管理与控制，智能交通系统以及交通经济

学研究。通讯地址：100084　　清华大学交通研究所　。电子邮箱：ｌｕｈｐ＠ｍａｉｌ．ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ　　

王建伟　　清华大学交通研究所博士研究生。主要从事交通规划，交通管理与控制，轨道交通系统研究。　陈　　明　　清华大学交通研究所硕士研究生。主要从事交通规划，轨道交通系统研究。