城市轨道交通客流特征分析_张成.docx

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1、摘 要 城市轨道交通项目，是一个城市最大的基础设施建设之一，是一个涉及 面广、综合性很强的系统工程。它的建设是城市发展进程中的百年大计，对 城市发展模式和人民生产生活都将产生深远的影响。因此，怎样做好城市轨 道交通客流特征分析，进而为城市的轨道交通规划创造良好条件；以及轨道 交通项目按规划建成后，如何有效发挥城市轨道交通的整体效益，能否促进 沿线土地的有效开发利用，都是当前亟待探索解决的重大问题。 论文主要从运营阶段和规划阶段两个方面来进行客流特征分析。 首先运营阶段客流分析的基础是客流调查，论文整合了现有的运营客流 分析的相关研究成果，在此基础上提炼出相应的数据分析指标，得出运营阶 段轨道交

2、通客流的时间分布特征、空间分布特征、站台候车旅客分布和换乘 客流特点。 规划阶段客流特征分析是本论文的重点。 其分析过程以客流预测为基 础， 对城市轨道交通客流产生机理进行了比较详尽的分析， 介绍了城市轨 道交通 客流预测的阶段划分和不同的预测模式， 对集计模型和非集计模型 两类模型 进行了预测方法上的比较， 并就目前城市轨道交通客流预测方面 所存在的问 题进行了分析， 引入了换乘客流的预测方法， 最后结合实际项 目介绍了四阶 段法在城市轨道交通客流预测中的应用。 对于预测结果的分 析， 论文介绍了 相应的分析指标， 并从运量走势分析、 客流时空分布对客 流状态进行了分析， 最后重点分析了高峰

3、时段的出行结构， 结合该时段的 公交运营特性对比分析 了高峰时段的城市轨道交通与常规公交对出行者的 吸引力差异。 从大公交系 统内部和外部分析城市轨道交通客流影响因素， 在此基础上着重从线网结构 变化、 票价因素、 运营服务水平、 社会经济用 地影响四个大的方面对城市轨 道交通客流敏感性进行分析。 论文还从多方 面剖析了预测结果可靠性较差可 能存在的原因， 并尝试引入置信度和置信 区间的概念， 采用数据评估程序， 对可能产生的数据输入偏差和预测模型 的畸变系数进行评估， 修正原预测结 果， 以期达到提高预测结果可靠度的 目的。最后论文以西安市为背景，进行 了城市轨道交通客流特征实例分析。 论文

4、在大量整合已有研究成果的基础上，提出了一些个人的见解：分析 了高峰时段的出行结构，并对高峰时段城市轨道交通与常规公交的运营特点 以及对出行者的吸引力差异进行 了对比分析；结合客流敏感性的影响因素， 综合分析了城市轨道交通客流预测结果偏差较大的主要原因，并初步尝试采 用数据评估程序，对可能产生的数据输入偏差和预测模型的畸变系数进行评 估，以提高预测结果可靠度。 以上的研究内容以期为城市轨道交通规划与运营提供一定的参考。 关键词：城市轨道交通；客流预测；客流特征；客流分析 Abstract The construction of urban rail transit is comprehensiv

5、e system engineering and is one of the most significant infrastructures in the city, which has great influence on the development of the city and the inhabitants daily lives. The analysis of urban rail transit passenger flow will benefit its planning, operation and speed up the development of the la

6、nd near by. The analysis process is focused on the operation phase and planning phase. First of all, the passenger survey is the basis of the analysis in the operation phase. The paper integrated the existing researches that are related to the operational passenger flow, based on which the time-spac

7、e distribution, the waiting passenger distribution on the platform and the transfer passenger distribution of urban rail transit are provided. The passenger flow analysis in the planning phase is the core of the thesis which is based on the passenger flow forecast. The forecasting process is divided

8、 into several parts: the detailed narration on the mechanism for the urban rail transit passenger flows generation, the division of the forecasting phases, the different forecasting mode, the comparison between aggregate and disaggregate model, the existing problems about forecast, the introduction

9、of transfer flow forecast method and the application of four-step method in the urban rail transit passenger forecast. According to the analysis of the forecast results, the evaluation indices, the passenger volume trend and its time-space distribution are provided, the passenger structure in the pe

10、ak hour and the different operation characters between the buses and metros are also analyzed. The passenger flow sensitive analysis is based on the inner and outer factors in the public transit and is from four facets: the change of network, the fare, the services, and the socioeconomic and land-us

11、e causes. The thesis explains the reasons for the poor forecast results5 reliability, and brings in the evaluation procedure that based on notion of degree of confidence and interval of confidence to modify the forecast results and improve the reliability. At last, the thesis ends with the passenger

12、 flow analytical example of Xi5an city. Based on the integration of existing researches, some new sights on the urban rail transit passenger flow are as follows: the passenger structure in the peak the different operation characters and attraction between buses and metros, the reasons for the poor f

13、orecast results reliability, and the evaluation procedure that based on notion of degree of confidence and interval of confidence which could modify the input data and coefficient and improve the forecasting reliability. All the above is supposed to assist the planning and operation management Keywo

14、rds: urban rail transit; passenger flow forecast; passenger flow characteristics; passenger flow analysis 目 录 第 1 章 绪 论 . 1 1.1 研究背景 . 1 1.2 国内外研究动态 . 2 1.2.1 国内研究动态 . 2 1.2.2 国外研究动态 . 4 1.3 研究目的及意义 . 4 1.4 研究内容及技术路线 . 5 第 2 章城市轨道交通运营阶段客流分析 . 7 2.1 客流调查 . 7 2.1.1 客流调査种类 . 7 2.1.2 客流统计指标 . 8 2.2 运营客流

15、分析 . 9 2.2.1 客流时间分布 . 9 2.2.2 客流空间分布 . 12 2,2.3 站台候车旅客分布 . 13 2.2.4 换乘客流分析 . 14 第 3 章城市轨道交通规划阶段客流分析 . 18 3.1 客流预测 . 18 3. U 客流产生机理分析 . 1S 3.1.2 客流预测阶段划分 . 18 3.1.3 客流预测模式分析 . 19 3.1.4 预测方法比选 . 21 3.1,5 客流预测问题分析 . 25 3.1.6 换乘客流预测 . 27 3.1.7 四阶段法在轨道交通客流预测中的应用 . 31 3.2 预测结果分析 . 38 3.2.1 客流统计指标 . 38 3.2

16、.2 客流状态分析 . 39 3.2.3 高峰时段出行结构 . 42 3.3 客流敏感性分析 . 43 3.3.1 客流影响因素分析 . 43 ? 3.3.2 线网结构变化的影响 . 43 3.3.3 票价的影响 . 45 3.3.4 运营服务水平的影响 . 46 3.3.5 社会、经济、用地开发的影响 . 47 3.4 预测结果可靠性分析 . 48 3.4.1 预测结果可靠性现状 . 48 3.4.2 提高预测结果可靠性初步探索 . 50 第 4 章实例分析 . 53 4.1 项目背景 . 53 4.1.1 地理区位分析 . 53 4 丄 2 社会经济概况 . 54 4.1.3 城市交通现状

17、 . 54 4.2 客流预测 . 56 4.2.1 预测基础 . 56 4.2.2 预测结果 . 57 4.3 客流分析 . 60 4.3.1 乘降量 . 60 4.3.2 换乘客流 . 61 4.3.3 高峰小时断面客流 . 62 4.3.4 全日客流时段分布 . 63 4.3.5 客流走势分析 . 63 4.3.6 客流敏感性分析 . 64 Tfe . 66 SC % . 68 参考文献 . 69 攻读硕士期间发表的论文和参与的科研项目 . 72 第 1 章 绪 论 1. 1 研究背景 改革开放以来，我国经济建设飞速发展，城市化进程逐步加快，城市人 口急剧增加，大量流动人口进入城市，人员出

18、行和物资交流频繁，城市交通 面形势严峻。当前，全国大中城市普遍存在着道路拥堵、交通秩序混乱的现 象，如何解决城市交通问题已成为全社会关注的热点。 我国人口众多，目前 1万人口以上的大城市己发展到 34 个，而 50 100 万人口之间的大城市也达到 43 个 1 。 我国城市的公共交通， 绝大多 数还是采 用传统的运量不大的公共汽车。 而现代城市在一天的客运高峰期 间， 旅客高 度集中、 流向大致相同的客流现象已很普遍， 低运量的交通工 具己不能满足 居民出行的需要 2 。 城市交通是保持城市活力最主要的基础设施之一，是城市生活的动脉。 发 展多层次、立体化、智能化的现代化交通体系，将是城市建

19、设发展追求的 目标。 而发展大、中、低客运量相互匹配的多种形式相结合的综合交通体系， 将是实 现上述目标的重要措施。 为了改善城市交通紧张的局面，不是仅靠拓宽道路就能解决问题的。现 代城市需要有一个与其现代化生活相适应的现代化交通体系，要形成一个与 城市发展布局高度协调的综合交通格局，把长远规划目标同近期调整改善结 合起来。应做好与城市交通量基本相适应的道路网络系统，逐步改善常规公 共交通的服务质量，有机地配合综合交通规划，拓展空间利用条件，重点发 展以轨道交通为骨干的公共交通网络，积极引入具有大、中客运量的地铁和 轻轨交通方式 3 。 随着城市建设的迅猛发展， 我国许多大城市都纷纷筹划修建大

20、、 中运量 的 地铁或轻轨交通项目。 已有 20 多个大城市不断投入大量人力物力， 进行了 不同 程度的轨道交通项目建设前期工作和可行性研究，但在项目选型、 系统 规模和建 设标准等方面， 都还存在着一定问题 4 。 随着经济的发展， 计划修 建轨道交通的 城市将越来越多。 因此， 需要提出一些导向性的建设方针政策， 做到宏观调控更 有科学依据，使各地的建设单位和咨询设计部门对城市轨道 交通的发展目标和要 求都能建立在一个相对统一认识的基础上，避免在强调 建设必要性的同时，出现建设标准导向失误的不良后果。 因此，怎样做好城市轨道交通客流特征分析，进而为城市的轨道交通规 划创造条件，以及轨道交通

21、项目按规划建成后，如何有效发挥城市轨道交通 的整体效益，能否促进沿线土地的有效开发，这些都是当前需要解决的重大 问题。 1. 2 国内外研究动态 1.2.1 国内研究动态 在査阅大量的相关参考资料的基础上，可将国内城市轨道交通客流预测 分析的研究分为以下四个方面： 1、 运营客流状况分析类 上海地铁一号线在 1995 年 4 月 10 日全线试通车运营。 徐立国就当初 上 海地铁一号线通车前的客流预测做出分析， 并对试通车以的分级票价管 理 的利弊进行探讨 8 。 伍敏介绍了上海地铁 1 号线目前的运营状况， 并分 析预 测了客流增长情况及发展趋势，剖析了运能紧张的状况并就应对措施 进行了 探

22、讨 9 。 徐瑞华以上海轨道交通明珠线为背景， 分析了上海轨道交 通明珠线 的线路结构， 在既有客流预测数据基础上， 利用 OD 矩阵推算方 法分析了环 线网络的客流特点， 提出了可能的共线运营方案， 并分析了各 个方案的优缺 点和适用条件 1 ( ) 。周淮，王如路根据上海地铁一号线历年运 营客流数据对客 流变化规律进行了深入研究， 并就影响客流量的主要因素 进行了分析 1 1 。 2、 意见、建议类 梁青槐在 城市轨道交通客流预测问题分析及建议 中提出目前我国城 市轨道交 通客流预测中，普遍存在着规划阶段的预测结果与运营之后的实际 客流有较大差异、实 际客流远小于远期预侧客流、不同机构预侧

23、的客流量离 散性较大的问题。在分析问题原 因的基础上，提出了建立完整的城市轨道交 通客流预测体系、加强城市交通基础数据调 査等改善城市轨道交通客流预测 的一些建议 1 2 。 康拥政针对当前城市轨道交通规划客 流预测中存在的问题， 分析了目前主流预测模型理论及影响预测精度的原因，对城市轨 道交通客流 预测进行了深层次的思考 1 4 。马林指出我国城市正处于城市化起步阶段，城 市形态、土地使用和人口状况都处于不稳定状态，这使客流预测面临着极大 的困难。并 提出在探讨客流预测问题时，应该重视四个方面的问题：城市轨 道交通系统与城市土地使用模式的关系；城市轨道交通系统与其他交通方式 的关系；客流预测

24、中票价因素的影响；轨道交通网络客流分析与线路客流分 析的关系 1 6 。 3、改进预测方法类 在客流预测方法的改进方面，近年来产生了大量的研究成果，主要是对 传统的四阶段预测法进行局部改动，或者是发展了原来的非集计模型，或者 是利用其他学科特别是数学方法对客流预测相关模型进行改进并提出了新 的 算法， 也产生了一些新的客流预测分析理念： 沈景炎阐述了客流预测的 目的 和内容， 分析了客流预测的难度和风险， 提出了评价要点。 创建了抗 风险设 计的理念， 分析了客流预测的风险， 提出了抗风险的适应性和转移 性的措施， 使客流预测的数据与运营能力设计之间具有较大适应弹性 1 8 。 过秀成针对基

25、于全方式 0D 采用联合方式划分交通分配模型的不足，提出了 基于合作竞争 类 0D 的联合方式划分交通分配模型，对分层次策略性交通方 式划分和联合 方式划分交通分配作了详细的阐述 1 9 。李存军通过分析地铁 客流量的特点， 提出了一种基于神经网络数据融合的预测方法。 该方法根 据预测数据各属性 的特点， 将采集的数据提取出多个相关序列， 对各序列 采取不同的处理方法， 再利用神经网络进行融合， 该方法可以有效地改善 预测的误差 2 1 1 。 .4、依托具体项目类 康海燕在 北京轨道交通客流预测模型的研究中针对过去客流预测中 存在的问 题，通过数字分析和计算机程序的应用，建立了符合我国国情的

26、客 流预测分析模型，幵 发了适合城市轨道交通网的客流预测应用系统，进行出 行总量预测、小区 0D 出行预测、 进出站流量预测和交通网流量分配四个阶 段分析，并将成果运用到了实际的客流预测工 作中 2 2 1 。王峰针对广州市轨道 交通二号线进行了功能定位的研究，分析了沿线土地利用 的基本特征。根据 轨道交通二号线功能特点提出了客流预测的技术路线，预测了轨道交 通二号 线基本客流指标， 并从实现城市战略发展规划和支持轨道交通二号线客流的 角 度，提出了相应的建议 2 3 。陈白磊从客流预测前期工作、客流预测方法这 两个方面介绍 了在杭州市轨道交通客流预测中对于一些问题的解决方法 2 4 。 程万

27、斌通过分析兰州市居 民出行特征、出行次数，结合居民对出行工具选择 概率分析，预测各种出行工具所占的 市场份额，进而预测轻轨能够承担的客 流量 2 5 。蒋晃介绍了南京市地铁南北线客流预测 的影响因素、步骤、模型、 软件及结果，并对预测结果进行了简要分析 2 6 。 1. 2 . 2 国外研究动态 国外的相关研究主要集中在以下两个方面： 1 、 交通需求预测的模型改进方面。 M.GJBoamet 给出了一种预测城市 内 部人口和就业岗位增长的经验模型 2 7 。 Ahem.A 就城市引入新的公共交 通方 式后，居民在交通出行方式选择上的问题进行了研究 28。 De Palma 对 日内瓦 城市居

28、民工作出行方式选择进行了分析 2 9 。 Hensher 分别运用神经 网络模型 和巢式 Logit 模型预测了出行者对通勤列车的选择， 并对相关预 测结果进行 了对比分析利用人工神经网络模型来估算随机路径选择的出行 时间 P2 2 、轨道交通沿线土地开发与交通需求预测。该研究方向文献资料主要分 析 了土地开发与城市轨道交通运营以及出行者时间价值三者之间的相互关 系，并就 相关城市的具体情况列举数据进行了较为详尽的分析 。 R. Voith 介 绍了费城 CBD 区域轨道交通系统的资本率变动情况 3 3 】 。 C. Bollinger 以亚特 兰大 MARTA 轨道 交 通 系 统 为 实

29、例 ， 介 绍 了 快 速 轨 道 交 通 对 城 市 经 济 发 展 的 作 用 3 4 ; D. H. Gatzlaff 分析了地铁对车站附近居住区土地价值的影响 3 5 1 。 1 . 3 研究目的及意义 贯彻执行 公交优先 的政策，大力发展快速、 安全、 环保、 准时的城 市轨道 交通系统已成为社会各界的共识。北京、上海、广州、武汉、大连、 南京等城市的 城市轨道交通线路己投入运营， 深圳、 长春、 成都、 西安等城 市的轨道交通项目还 在建设和规划之中。 轨道交通规划作为城市总体规划一个重要组成部分 ，要与 城市功能区划、 城 市用地开发、城市环境生态保护等方面有机结合起来，才能使我

30、国城市的 轨道交 通事业做到实事求是、健康循序地发展，并促进城市的可持续发展。 一个城市需要什么样的轨道交通， 需要多大规模的轨道交通线网， 这些 都 与城市客运交通需求有密切的联系。 深入的客流特征分析是做好城市轨道 交通 线网规划和运输组织的基础（图卜 1)。 图 1-1 客流特征的基础作用示意图 对于规划阶段的城市轨道交通线网，如何预测分析其未来特征年的客运 交通需求，分析其轨道交通客流特征，为轨道交通线网规划和运行组织提供 有力支撑；对于己经建成的轨道交通系统，我们应该加强运营客流调查分析， 找到在城市线网逐步完善的过程中， 城市轨道交通的客流与城市其他客运交 通系统、 城市社会经济发

31、展等影响因素之间的作用规律，以期更好的指导运 营组织工作，并为其他城市的轨道交通客流预测提供参考，以上这些问题都 是本研究力图解决的问题。 1 . 4 研 究 内 容 及 技 术 路 线 本研究在对大量相关资料进行总结分析的基础上，从国内外城市轨道交 通客流特征分析方法出发，结合国内城市的社会经济发展具体情况，从运营 和规划两个方面对城市轨道交通客流特征的分析方法进行探讨。对运营阶段， 考虑客流调查基础上的客流分析，给出调查指标和统计指标，结合多种分析 方法得到相应的结果。在规划阶段，考虑客流预测基础上的客流分析，介绍 了 多种客流预测方法，比较其各自的特点和适用范围，提出客流预测结果应 该

32、达到的指标。其中，运营阶段的相关客流分析结果，可以为规划阶段的客 流 预测与分析提供参考。 研究技术路线如图 1-2 所示。 图 1- 2 研究技术路线 在研究范围上，本文主要研究城市区域内部的城市轨道交通客流系统， 未 涉及城际轨道交通系统；在研究对象上，城市轨道交通系统包括多种类型， 本 研究重点针对地铁系统。 第 2 章城 市轨 道交 通运 营阶 段客 流分 析 2 . 1 客 流 调 查 客流是动态变化的，对城市轨道交通运营客流调查数据进行统计分析， 可 以了解客流在时间、空间上的动态变化规律；同时对既有线路的运营客流 特征 分析，也能为后续实施线路或者其他城市的规划路网提供参考数据，

33、从 而为其 线网规模的控制、基建工程和设备采用与布置以及运输组织等诸多方 面提供参 考。 2 . 1 . 1 客 流 调 查 种 类 2.1.1.1 全面客流调查 全面客流调查是对全线客流的综合调查，通常也包含了乘客情况抽样调 查。 全面客流调査时间长、工作量大、需要较多的调査人员。但通过对调查 资料进 行整理和统计分析，能对客流现状及客流规律有一个全面清晰的了解。 全面客流调查有随车调查和站点调查两种调査方式。随车调查是在车门 处对全日运营时间内所有运行列车的上下车乘客进行调查，站点调查是在车 站检票口对全日运营时间内所有在车站上下车乘客进行调査。轨道交通系统 全面客流调查多采用后者，调查一

34、般应连续进行两天或三天，在全日运营时 间内，调查全线各站所有乘客的下车地点和票种情况 5 1 。 2.1.1.2 乘客情况抽样调查 抽样调查是用样本来近似地代替总体，这样做有利于减少客流调查的人 力、 物力和时间消耗。乘客情况抽样调査通常是用问卷方式进行，调査内容 主要包 括乘客构成情况和乘车情况两方面。 乘客构成情况调查一般是在车站进行。调查内容包括年龄、性别、职业、 居 住地和出行目的等，调查时间可选择在客流比较稳定的运营时间段。 乘客乘车情况调查可以根据需要分类进行，也可在特定的时间、地点进 行。 调查内容除年龄、性别和职业外，还可包括家庭住址、家庭收入、日均 乘车次数、上车站和下车站、到达车站的方式和所需时间，下车后到达目的 地 的方式和所需时间等。 2_1_1_3 断面客流调查 断面客流调查是一种经常性的客流抽样调查，可选择一两个断面进