趙華偉 李道全

(北京城建設(shè)計(jì)研究總院有限責(zé)任公司 北京100037)

1 乘客換乘路徑的研究背景

伴隨著國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速的發(fā)展、城市化進(jìn)程的加快、機(jī)動(dòng)車快速的增長(zhǎng)，城市交通阻塞日益嚴(yán)重。由于地鐵具有運(yùn)量大、準(zhǔn)時(shí)、快捷、環(huán)保等特點(diǎn)，發(fā)展地鐵已成為大、中城市發(fā)展公共交通的重要指導(dǎo)方針。

地鐵網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)的最終目的是方便乘客出行，而要達(dá)到這一目的，必須使地鐵和其他交通方式綜合協(xié)調(diào)發(fā)展。只有在真正形成網(wǎng)絡(luò)化格局后，才能將乘客吸引到公共交通，解決城市交通擁堵的問題。地鐵網(wǎng)絡(luò)的換乘模式主要分為:非付費(fèi)區(qū)換乘和無縫換乘。當(dāng)?shù)罔F網(wǎng)絡(luò)采用非付費(fèi)區(qū)換乘的模式時(shí)，AFC系統(tǒng)可以準(zhǔn)確地記錄乘客出行的起終點(diǎn)和中間的換乘節(jié)點(diǎn)，就很容易了解他們的出行規(guī)律，了解地鐵網(wǎng)絡(luò)中每條線路的客流數(shù)據(jù)、換乘站客流流向等資料。如果是不同的運(yùn)營(yíng)商在經(jīng)營(yíng)不同的地鐵線路，那么這種換乘模式有助于各條地鐵線路的運(yùn)營(yíng)商能準(zhǔn)確地獨(dú)立收費(fèi)。然而，這種換乘模式增加了乘客的不便性，降低了地鐵吸引乘客的能力。目前，我國地鐵建設(shè)均采用無縫換乘模式，如北京、上海、深圳、廣州、南京等地。這種換乘模式能更多地將乘客吸引到地鐵，但也增加了各條線路運(yùn)營(yíng)商之間票務(wù)清分清算的難度，通過AFC系統(tǒng)的記錄僅有乘客出行的起點(diǎn)和終點(diǎn)。在龐大的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)中，如果想更好地掌握客流規(guī)律，特別是每條線的客流規(guī)律，就需要了解各換乘站點(diǎn)的乘客換乘路徑，這樣才能知道乘客在地鐵線網(wǎng)中如何進(jìn)行換乘站間的多條路徑選擇。

地鐵網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)中出現(xiàn)客流的非線性增長(zhǎng)，引起乘客換乘路徑的變化，這對(duì)地鐵的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理提出了更高的要求。因此，單從理論上研究地鐵的客流分布規(guī)律，不能滿足網(wǎng)絡(luò)化、大客流、小間隔運(yùn)營(yíng)組織管理的需要，不能勝任新線網(wǎng)規(guī)劃、換乘站改擴(kuò)建、設(shè)施設(shè)備更新改造等工作任務(wù)。

2 乘客換乘路徑研究的必要性

1)深入研究乘客換乘路徑特征，對(duì)于統(tǒng)籌城市公共交通資源并合理配置具有指導(dǎo)作用，有助于地鐵與地面公交運(yùn)力進(jìn)行科學(xué)、合理匹配。

2)深入研究乘客換乘路徑特征，對(duì)換乘站的統(tǒng)籌設(shè)計(jì)、換乘站相關(guān)換乘線路的選擇、列車運(yùn)力的匹配都具有深刻的意義，同時(shí)也可以根據(jù)乘客換乘路徑特征進(jìn)行車站建筑的商業(yè)開發(fā)。

3)地鐵清分清算的核心是乘客的換乘路徑特征，線網(wǎng)內(nèi)線路間的清分清算比例分配受乘客對(duì)換乘路徑選擇的影響。乘客換乘路徑具有隨機(jī)性，深入研究其特征可以掌握乘客換乘路徑的比例。目前，清分清算需要依據(jù)乘客換乘路徑理論值，其選擇受影響的因素較多，很難通過理論計(jì)算來精確得到合理的數(shù)值，只能在抽取的換乘站進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)換乘客流調(diào)研來驗(yàn)證乘客換乘路徑比例模型，調(diào)整參數(shù)比例，但這種模式具有片面性。

4)地鐵網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)的最終目的是提高客運(yùn)能力，而客運(yùn)的核心是客流組織與列車運(yùn)力。深入研究乘客的換乘路徑特征，可以指導(dǎo)客運(yùn)的資源優(yōu)化配置，科學(xué)地調(diào)整列車運(yùn)行圖，從而達(dá)到資源的優(yōu)化利用。

3 乘客換乘路徑研究中存在的問題

北京、上海、深圳、廣州、南京等地的地鐵線網(wǎng)已經(jīng)形成并逐漸擴(kuò)大，可供乘客選擇的換乘路徑也逐漸增加，乘客的實(shí)際換乘方式成為社會(huì)、企業(yè)、科研單位關(guān)注的重點(diǎn)，但目前的乘客換乘路徑研究?jī)H限于理論計(jì)算及人工客流調(diào)查。隨著科技的發(fā)展，視頻識(shí)別技術(shù)逐漸在地鐵客流計(jì)算中得到一些應(yīng)用，但由于其本身的局限性，難以研究乘客完整的換乘路徑，僅對(duì)單個(gè)換乘車站的客運(yùn)組織、應(yīng)急疏散提供一些幫助。

隨著城市多元化的發(fā)展，客流預(yù)測(cè)的結(jié)果與實(shí)際客流偏差也越來越大，部分城市的近期客流量已達(dá)到原客流預(yù)測(cè)時(shí)的遠(yuǎn)期客流量。這給車站客流組織及客運(yùn)組織帶來極大的困難，造成目前的運(yùn)力不匹配。若能得到實(shí)時(shí)、高精確度的換乘數(shù)據(jù)，對(duì)于線網(wǎng)規(guī)劃將具有重要的指導(dǎo)意義。人工方式不可行，視頻模式識(shí)別成本高、信息量少且準(zhǔn)確度差，因此采用經(jīng)濟(jì)合理又不影響乘客便利出行的地鐵乘客換乘路徑信息實(shí)時(shí)采集技術(shù)非常必要。

4 國內(nèi)雙頻卡技術(shù)的現(xiàn)狀

2010年9月22日，國內(nèi)的一項(xiàng)實(shí)用新型專利“地鐵客流調(diào)查用雙頻非接觸IC卡”獲得了國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的正式授權(quán)，分為嵌套式布局及平行式布局兩種形式，其結(jié)構(gòu)如圖1～圖2所示。雙頻非接觸式IC卡主要由天線、芯片組成的核心層與基材(圖1～圖2中的代號(hào)為1)構(gòu)成，核心層包括高頻芯片(13.56 MHz，是美國保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證的卡(簡(jiǎn)稱UL卡)，或Mifare 1(簡(jiǎn)稱MF1卡)，或含有微處理器的卡(簡(jiǎn)稱CPU卡)，圖1～圖2中的代號(hào)為2)、高頻天線(13.56 MHz，UL卡，或MF1卡，或CPU卡，圖1～圖2中 的 代號(hào) 為3)、超 高 頻 芯 片(900 MHz，RFID，圖1～圖2中的代號(hào)為4)、超高頻天線(900 MHz，射頻識(shí)別技術(shù)，簡(jiǎn)稱RFID，圖1～圖2中的代號(hào)為5)。該卡長(zhǎng)85.6 mm，寬54.0 mm，厚0.5 mm，專門用于持卡乘客出行數(shù)據(jù)(時(shí)間、地點(diǎn)等信息)的精確收集，收集場(chǎng)所不僅在換乘點(diǎn)處，也可以發(fā)展到乘車點(diǎn)、進(jìn)出站處乃至車廂中。目前，國內(nèi)有廠家生產(chǎn)出樣卡及配套900 MHz的讀寫器，并通過了內(nèi)部預(yù)驗(yàn)收測(cè)試。

圖1 嵌套式布局

圖2 平行式布局

5 在換乘路徑研究中的可用性

5.1 技術(shù)可行性

1)隨著超高頻段識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用，中距離信息交互技術(shù)已經(jīng)成熟地應(yīng)用于相關(guān)領(lǐng)域，如高速公路不停車收費(fèi)、郵政部門采用RFID跟蹤和監(jiān)控郵包等。

2)國內(nèi)已有公司研制出雙頻卡的樣卡及對(duì)應(yīng)的讀寫器，即樣卡、讀寫器等前端配套設(shè)施已完成了可行性論證。同時(shí)，清分清算(ACC)系統(tǒng)的軟件改動(dòng)較小，只需在現(xiàn)有的ACC票卡綜合信息對(duì)比軟件模塊上增加部分功能，并不影響ACC的清分清算速度。

3)線網(wǎng)票務(wù)中心部門只需在目前票卡管理的配套技術(shù)基礎(chǔ)上對(duì)既有票卡進(jìn)行改造或?qū)⑵涓鼡Q成新卡，在編碼分揀機(jī)及票卡清洗機(jī)上增設(shè)900 MHz讀寫器，在雙頻卡初始化時(shí)建立票卡綜合信息庫，在換乘站增加900 MHz讀寫器，確保此種卡作為單程票或一卡通票使用時(shí)不影響其原有的使用功能。

4)900 MHz的讀寫距離一般為7～10 m，900 MHz讀寫器可以安裝于換乘通道或站臺(tái)屏蔽門的端門，安裝施工難度不大，900 MHz讀寫器可直接接入到相應(yīng)車站的AFC計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，不需對(duì)系統(tǒng)的其他部分做任何改造。

5.2 應(yīng)用原理

900 MHz的RFID芯片與13.56 MHz的UL卡(或MF1卡，或CPU卡)各自的邏輯卡號(hào)具有唯一性，可利用組成雙頻卡的綜合邏輯卡號(hào)唯一性的原理進(jìn)行乘客換乘票卡的跟蹤。在換乘通道或站臺(tái)屏蔽門的端門設(shè)置900 MHz讀寫器，對(duì)所感應(yīng)到的900 MHz的RFID芯片進(jìn)行讀寫，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)乘客換乘路徑的跟蹤。

除正常的售檢票外，在換乘通道或站臺(tái)屏蔽門等處都設(shè)置900 MHz的讀寫器，對(duì)每個(gè)雙頻卡進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤，通過車站AFC系統(tǒng)傳到ACC系統(tǒng)。通過讀取900 MHz的RFID芯片邏輯卡號(hào)及900 MHz讀寫器的位置，對(duì)13.56 MHz芯片的售票、進(jìn)出站信息進(jìn)行綜合處理，從而研究乘客換乘特征，其跟蹤原理如圖3所示。

圖3 雙頻卡跟蹤原理

5.3實(shí)驗(yàn)測(cè)試

為了驗(yàn)證乘客換乘路徑信息實(shí)時(shí)采集技術(shù)在地鐵中的可用性，筆者隨同國內(nèi)某個(gè)廠家進(jìn)行了簡(jiǎn)易驗(yàn)證平臺(tái)的搭建及測(cè)試。

5.3.1 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)

該廠家的辦公大樓有4層，每層樓的中間位置設(shè)置兩組電梯，每層樓的兩端各設(shè)置一組疏散樓梯，同層樓兩組疏散樓梯相隔超過25 m，避免了同層樓兩組疏散樓梯內(nèi)的900 MHz讀寫器在對(duì)雙頻卡讀寫時(shí)的干擾。

5.3.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

預(yù)備好20張雙頻卡，分別由20人拿在手中;在每層樓兩組疏散樓梯的內(nèi)墻壁上分別設(shè)置1臺(tái)900 MHz讀寫器，安裝高度約為3 m，共計(jì)8臺(tái);每臺(tái)900 MHz讀寫器通過網(wǎng)線將信息在數(shù)據(jù)采集設(shè)備上匯聚，再上傳給便攜式計(jì)算機(jī);在便攜式計(jì)算機(jī)上，裝配有預(yù)先編制完成的雙頻卡綜合信息分析軟件。

5.3.3 實(shí)驗(yàn)方案

將持雙頻卡的20人分3次測(cè)試，組合成3個(gè)測(cè)試方案。測(cè)試方案1:10人由4層左側(cè)樓梯行至1層，10人由4層右側(cè)樓梯行至1層;測(cè)試方案2:12人由4層左側(cè)樓梯行至1層，8人由4層右側(cè)樓梯行至1層;測(cè)試方案3:15人由4層左側(cè)樓梯行至1層，5人由4層右側(cè)樓梯行至1層。通過設(shè)置在每層樓每組疏散樓梯內(nèi)墻壁上的900 MHz讀寫器，對(duì)所有通過其讀寫區(qū)域的雙頻卡進(jìn)行讀寫。

5.3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，測(cè)試人員持雙頻卡所走的路徑與測(cè)試結(jié)果一致，驗(yàn)證了乘客換乘路徑信息實(shí)時(shí)采集技術(shù)在地鐵中的可用性。

5.4經(jīng)濟(jì)性分析

乘客換乘路徑信息實(shí)時(shí)采集技術(shù)在地鐵中的應(yīng)用，主要涉及ACC系統(tǒng)、車站AFC系統(tǒng)所增加的部分投資。

5.4.1 ACC系統(tǒng)

票務(wù)中心需將原單一功能的13.56 MHz票卡進(jìn)行改造或替換成雙頻卡，每張票卡成本增加約0.5元;編碼分揀機(jī)及票卡清洗機(jī)共需增設(shè)約20臺(tái)900 MHz的讀寫器，每臺(tái)900 MHz讀寫器的成本約1 000元。

在票卡綜合信息對(duì)比軟件模塊上，增加了部分綜合邏輯卡號(hào)識(shí)別、換乘位置等信息分析功能，增加投資約20萬元。

5.4.2 車站AFC系統(tǒng)

在每座換乘車站的換乘通道處(或站臺(tái)屏蔽門等處)設(shè)置約20臺(tái)900 MHz讀寫器，每臺(tái)成本約1 000元;每座車站換乘增加2臺(tái)交換機(jī)，每臺(tái)成本約3 000元;每座換乘車站增加投資共計(jì)約6萬元(含部分軟件調(diào)整費(fèi)用)。

和其產(chǎn)生的效益相比，采用雙頻卡增加的投資不大，從經(jīng)濟(jì)方面證明了乘客換乘路徑信息實(shí)時(shí)采集技術(shù)在地鐵中具有較好的可用性。

6 結(jié)語

綜上所述，雙頻卡技術(shù)克服了傳統(tǒng)技術(shù)的缺點(diǎn)，適用于地鐵乘客換乘路徑的研究。采用這項(xiàng)技術(shù)，將改善并取代目前基于人工的客流調(diào)查方式，最終形成獨(dú)創(chuàng)性的成果在同行業(yè)或相近行業(yè)推廣。雙頻卡技術(shù)是線網(wǎng)AFC系統(tǒng)“裸”清分的必然趨勢(shì)，是科學(xué)進(jìn)行客流預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)，是統(tǒng)籌規(guī)劃線網(wǎng)建設(shè)(如換乘車站建筑規(guī)模、車型的選擇等)的依據(jù)，它為后續(xù)規(guī)劃建設(shè)地鐵乘客出行引導(dǎo)信息系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)。

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