（北京市基礎設施投資有限公司,100101,北京∥第一作者,工程師）

北京城市軌道交通清分方法及結果應用

杜世敏趙路敏

（北京市基礎設施投資有限公司,100101,北京∥第一作者,工程師）

基于北京城市軌道交通多運營主體的特點,在大量理論研究、國內(nèi)外調(diào)研和客流調(diào)查的基礎上,通過簡單的實例,描述了城市軌道交通客流及票款清分的基本流程,并對清分系統(tǒng)的輸出結果及其應用方向進行了探討。實踐證明：清分方法不僅實現(xiàn)了運營主體和線路間客流、票款的清分清算,而且清分系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)結果相比傳統(tǒng)調(diào)查數(shù)據(jù),更加精確、可靠、全面。該清分方法在城市軌道交通運營信息統(tǒng)計分析、乘客出行誘導、運輸能力評估及突發(fā)事件處置協(xié)調(diào)等多方面起到了重要的作用,為企業(yè)運營管理和政府相關部門決策提供了依據(jù)。

城市軌道交通;網(wǎng)絡化;清分方法;結果應用

First-author’saddress Beijing Infrastructure Investment Co.,Ltd.,100101,Beijing,China

隨著城市軌道交通建設步伐的加快,北京的軌道交通運營管理已步入了多運營主體的網(wǎng)絡化運營時代。目前,北京已有14條運營線路,運營里程336 km,運營車站196座,換乘站21座。其中地鐵4號線和大興線由北京京港地鐵公司運營管理,其它線路由北京市地鐵運營有限公司經(jīng)營管理。如此龐大的城市軌道交通網(wǎng)絡,使得乘客出行的可達性和路徑選擇多樣性大大增加。雖然自動售檢票（AFC）系統(tǒng)可以準確獲取乘客進出的車站、時間及票種信息,但在一票無障礙的換乘模式下,系統(tǒng)難以準確獲取起終點（OD）車站間乘客出行的路徑和換乘的具體信息。為了解決票款收入在運營主體間的合理分配問題,掌握客流在路網(wǎng)上的時空分布情況,非常有必要建立城市軌道交通網(wǎng)絡的清分方法,同時為運營信息統(tǒng)計分析、乘客出行誘導、運輸能力評估及突發(fā)事件處置協(xié)調(diào)等多業(yè)務提供技術支撐。

1 清分方法的確定

對于無障礙換乘的城市軌道交通網(wǎng)絡的票款清分,一般包括基于路網(wǎng)規(guī)模的清分方法、基于最短路徑和多路徑選擇的清分方法［1］。

第一種方法是按照各個運營主體營運的線路里程的比例,對整個路網(wǎng)的票款進行清分。該方法簡單易行,未考慮各個運營主體線路間客流量的分配,不能客觀地反映各個運營主體應得的收益,在精確度、合理性上都存在明顯缺陷。

第二種方法是假定某兩站之間的乘客全部選擇最短路徑,將運費收益分配給最短路徑上做出貢獻的運營主體。該方法不能充分體現(xiàn)乘客路徑選擇的多樣性,特別是在連通度較高的城市軌道交通網(wǎng)絡中不能反映客流分布的實際狀況。

第三種方法考慮了乘客出行路徑的多樣性,確定幾條乘客可能選擇的路徑,根據(jù)出行時間或距離阻抗確定每條路徑的客流分配比例,進而結合各線路承擔的運輸里程計算清分比例。

考慮到北京市軌道交通網(wǎng)絡化的規(guī)模、結構的復雜性以及多運營主體的實際情況,依據(jù)路網(wǎng)規(guī)?；蜃疃搪窂降那宸址椒ú⒉荒苷鎸嵉胤从硨嶋H的乘客出行路徑,進而在清分中使得利益在各運營商中的分配產(chǎn)生不公之處。因此,北京市軌道交通依據(jù)大量的乘客出行問卷調(diào)查數(shù)據(jù),在綜合考慮影響乘客出行因素的基礎上,采用了基于多路徑選擇的“兩階段、雙比例”的清分方法,以更加切合實際地反映乘客的出行情況,客觀公平地分配客流及票款收益。

2 清分總體思路

2.1 路徑清分的依據(jù)

乘客在城市軌道交通網(wǎng)絡中出行時,確定起點（O）和終點站（D）后,影響乘客路徑選擇的因素分為兩類（見圖1）。第一類為確定性因素,如路網(wǎng)結構、列車運行時間、運營服務時間等,可直接通過有關路網(wǎng)規(guī)劃設計和運營管理的信息確定。第二類為不確定性因素,主要為乘客主觀性的選擇行為,其對于清分的影響程度須根據(jù)實際調(diào)查分析進行量化。

圖1 路徑選擇影響因素

通過客流調(diào)查結果的分析（見圖2）,60%以上的乘客視“時間最短”為出行路徑選擇的首要因素。同時由于在無障礙換乘條件下,一旦OD確定,則該OD間所有路徑上的票價是相同的,因此清分系統(tǒng)選擇乘客的旅行時間作為OD間多路徑清分的依據(jù)（借鑒城市道路網(wǎng)的理論,文中稱旅行時間為“綜合出行阻抗”）,并且考慮換乘次數(shù)和擁擠度的影響。

圖2 出行影響因素調(diào)查結果比例

2.2 路徑清分的思路［2］

“兩階段”是指客流在OD間不同出行路徑上分配比例的確定分成兩個階段完成。第一階段,以有效路徑的綜合出行阻抗為基礎,根據(jù)乘客出行路徑選擇的概率分布模型,計算OD間各有效路徑分擔OD客流的比例;第二階段,考慮乘客出行徑路選擇中的不確定因素,包括換乘次數(shù)和線路擁擠程度,對上一階段計算出的客流在路徑上分配比例進行修正。

“雙比例”是指分別按OD間多條有效路徑之間的客流分配比例和每一路徑中不同運營主體（按線路）承擔的運距比例進行最終的清分。即在“兩階段”路徑客流分配比例的基礎上,根據(jù)每條路徑中各運營主體（線路）承擔的運輸里程比例計算出相關運營收益方的清分比例,具體見圖3。

圖3 “兩階段、雙比例”清分方法的基本思路

3 清分基本流程

在將城市軌道交通路網(wǎng)結構和綜合出行阻抗進行計算機數(shù)據(jù)化描述的基礎上,清分的基本流程主要包括 OD間如圖4所示的5個步驟［3］。

本文結合簡單的網(wǎng)絡（見圖5）算例對清分基本流程進行說明。假如起點為5號線和平里北街（O站）,終點為2號線和平門（D 站）,07：00一08：00時段OD間出行的乘客總量為3 000人次,在2元單一票制情況下,票款總收入為6 000元。

3.1 OD間有效出行路徑的確定

假如經(jīng)OD間可行性路徑搜索并經(jīng)有效性判斷后,和平里北街站至和平門站共有4條有效路徑。

路徑1：和平里北街—崇文門—和平門,換乘1次;

路徑2：和平里北街—雍和宮（內(nèi)環(huán)）—和平門,換乘1次;

路徑3：和平里北街—雍和宮（外環(huán)）—和平門,換乘1次;

路徑4：和平里北街—雍和宮—西直門—宣武門—和平門,換乘3次。

圖4 清分的基本流程

圖5 和平里北街至和平門站網(wǎng)絡圖

3.2 綜合出行阻抗的計算

基于乘客出行的全過程分析,綜合出行阻抗即乘客的旅行時間,包括進站時間、區(qū)間運行時間、站停時間、換乘時間和出站時間,即綜合出行阻抗為乘客出行時間的總和。結合列車運行時刻表及換乘站走行調(diào)查數(shù)據(jù),4條路徑綜合出行阻抗分別為20 min、25 min、30 min和35 min。

3.3 客流分配比例的計算

根據(jù)乘客出行路徑選擇的概率分布模型,按照各路徑的綜合阻抗可將OD總量分配到4條路徑上。一般來說,阻抗值越?。ǔ鲂袝r間越短）,乘客趨向于選擇這條路徑的意愿越強。假如經(jīng)過概率分配計算后,4條路徑客流分配如下。

路徑1（45%）：3 000人次×45%=1 350人次;

路徑2（25%）：3 000人次×25%=750人次;

路徑3（20%）：3 000人次×20%=600人次;

路徑4（10%）：3 000人次×10%=300人次。

3.4 客流分配比例的修正

由于乘客在路徑選擇時,會考慮到換乘次數(shù)和擁擠度的影響,因此需進行客流分配比例的修正。假設路徑1非常擁擠,路徑4略微擁擠,路徑2、路徑3舒適。同時考慮路徑4換乘次數(shù)遠多于路徑1～路徑3,乘客心理上會感覺同樣的換乘時間大于車上時間。修正后4條路徑客流分配比例分別為：40%、30%、25%和5%,即最終客流分配為1 200人次、900人次、750人次和150人次。

路徑客流比例修正之后,各線路客運量、換乘量及斷面客流量都可以得到有效分配。以客運量舉例,因4條路徑均經(jīng)過5號線和2號線,其客運量分配均為3 000人次;但對4號線而言僅有第4條路徑經(jīng)過,其客運量分配為150人次。

3.5 票款分配結果的計算

在4條路徑客流分配結果確定后,需按照各線路在路徑中承擔的運距比例進行票款的清分。假定4條路徑中5號線、2號線和4號線承擔的運距比例如下：

路徑1：5號線為80%,2號線為20%;

路徑2：5號線為10%,2號線為90%;

路徑3：5號線為8%,2號線為92%;

路徑4：5號線為10%,2號線為50%,4號線為40%。

那么在客流分配比例和運距承擔比例的基礎上,路網(wǎng)2元票制下地鐵5號線、2號線和4號線票款清分的結果如表1所示。

表1 和平里北街至和平里站票款清分結果 元

4 清分輸出結果

通過AFC系統(tǒng)上傳的乘客個體進出站信息（主要包括進站時間、進站車站、卡票類型、出站時間和出站車站）,經(jīng)過清分系統(tǒng) OD配對和計算后,系統(tǒng)的主要輸出結果為OD間出行路徑信息、客流分布和票款分配數(shù)據(jù)。需要說明的是,清分系統(tǒng)實現(xiàn)了網(wǎng)絡化運營條件下客流指標的準確計算,并且指標的統(tǒng)計方式相比AFC系統(tǒng)開通前和單線運營模式發(fā)生了較大程度的變化。

（1）OD間路徑比例信息——根據(jù)當日路網(wǎng)乘客出行的實際情況,支持輸出路網(wǎng)所有OD對間可行有效的路徑集、最短路徑及相應的客流分配比例。

（2）進出站量信息——支持輸出最小粒度為1 min間隔的車站分票種、分上下行的進出站量信息。在目前個別換乘站存在共用閘機的情況下,清分系統(tǒng)輸出的結果中進站量分為兩部分,一部分為本線進出OD量,另一部分為本線進他線出OD量。出站量也采用類似的計算方式。

（3）換 乘量 信 息——支 持 輸 出 最 小 粒 度 為1 min間隔的換乘車站分換乘方向的換乘量信息。同樣地,清分系統(tǒng)輸出的結果中換乘量也分為兩部分,一部分為他線進本線出OD量,另一部分為途徑本線OD量。

（4）客運量信息——支持輸出最小粒度為1 min間隔的線路客運量信息。清分系統(tǒng)輸出的客運量則是進站量和換乘量的加和,分為本線進出、本線進他線出、他線進本線出和途徑本線OD量4部分。

（5）斷面客流量信息——支持輸出最小粒度為1 min間隔的路網(wǎng)各線路、分上下行的區(qū)間斷面客流量。

（6）乘客出行特征信息——支持輸出路網(wǎng)乘客出行的平均運距、平均乘車站數(shù)、平均乘車時間、平均換乘次數(shù)以及各粒度范圍內(nèi)乘客數(shù)量。

（7）票款收入信息——支持輸出路網(wǎng)分運營企業(yè)、分線路及分票種的票款收入分配信息。

5 清分結果的應用

5.1 信息統(tǒng)計分析系統(tǒng)

清分系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)信息是支撐運營組織管理的重要基礎,同時也是政府部門、規(guī)劃部門關注的重要內(nèi)容。在清分系統(tǒng)中數(shù)據(jù)以日為單位分類存儲,通過建立數(shù)據(jù)接口,在其基礎上進行客流及票款信息報表和相關統(tǒng)計分析內(nèi)容的開發(fā),實現(xiàn)各指標時間（時、日、周、月、任意階段）、空間（車站、線路、路網(wǎng)）特征的分析,為運輸計劃編制、客運組織方案制定、票卡配送計劃、票制票價制定等提供支持。

5.2 乘客出行誘導系統(tǒng)

5.2.1 乘客出行路徑查詢

基于清分系統(tǒng)中OD對間的路徑搜索算法及路網(wǎng)基礎信息（包含各區(qū)段運行時間、站停時間、換乘站走行時間、區(qū)間運行距離等）,結合線路各車站分向首末班車信息,可實現(xiàn)乘客出行路徑的查詢。查詢的結果不僅提供可達的多條路徑,而且提供各路徑途徑的換乘站、預計花費時間及出行公里數(shù),為乘客日常出行提供便利。

5.2.2 乘客出行擁擠度誘導

乘客在出行路徑選擇時,舒適程度是考慮的重要因素之一。基于清分系統(tǒng)輸出的各斷面客流量信息,結合線路計劃列車運行圖或從 ATS（列車自動監(jiān)控系統(tǒng)）采集的實時列車運行圖,可實現(xiàn)對城市軌道交通路網(wǎng)各線路區(qū)段擁擠度的全天候誘導,為乘客選擇出行路徑提供依據(jù)。在誘導乘客選擇舒適線路的同時,還可降低擁擠區(qū)段的運輸壓力。

5.2.3 運輸能力的適應性評估

清分系統(tǒng)輸出的進出站、斷面客流量及換乘量數(shù)據(jù)均可支持1 min粒度的輸出。利用客流在車站、區(qū)間的分布特征信息,并結合乘客在各環(huán)節(jié)的出行時間、列車運行圖運力等數(shù)據(jù),建立與仿真系統(tǒng)的接口,實現(xiàn)線路客流與設備設施能力、客流與車流（運力）能力適應性的評估,為運輸組織方案優(yōu)化和運輸能力制約瓶頸消解提供依據(jù)。

5.2.4 突發(fā)事件處置及協(xié)調(diào)

當城市軌道交通路網(wǎng)發(fā)生突發(fā)事件時,針對突發(fā)事件發(fā)生的地點或區(qū)段,依據(jù)清分系統(tǒng)的OD分布結果,可分析乘客來向及去向分布。比如某線路中斷運行時,對即將到來的乘客范圍進行確定并發(fā)布乘客信息,有利于減少次生災害的影響;對事發(fā)位置或斷面乘客的去向分布了解后,可及時協(xié)調(diào)地面公交支援,明確支援的運力、支援的方向。如天通苑早高峰時段進站的5.83萬人次乘客主要去向為惠新西街南口站、雍和宮站等車站。

6 結語

北京市軌道交通網(wǎng)絡的“兩階段、雙比例”的清分方法以AFC系統(tǒng)實時上傳的乘客OD信息為基礎,結合乘客出行路徑選擇的主要因素,通過系統(tǒng)分步驟地實現(xiàn)了客流在OD間路徑上的分布計算和各線路間票款的清分清算。清分系統(tǒng)輸出的結果可科學、準確、全面地反映軌道交通路網(wǎng)時間、空間的分布特征,在運營信息統(tǒng)計分析、乘客出行誘導、運輸能力評估和突發(fā)事件應急協(xié)調(diào)等多領域具有重要的應用價值。

隨著城市軌道交通路網(wǎng)客流迅猛增長,相比以前出現(xiàn)了很多新的運營特點,這都需要在清分方法中進一步完善。比如高峰期間乘客滯留站臺、換乘通道擁堵等現(xiàn)象比較普遍,乘客在路徑中出行的時間相比平峰期明顯增加,進而影響到路徑清分的結果。目前,我們正在進行相關的客流調(diào)查進行此項工作,以便為城市軌道交通清分清算、運營管理及其應用提供更加準確、可靠的依據(jù)。

［1］ 毛保華,四兵鋒.城市軌道交通網(wǎng)絡管理及收入分配理論與方法［M］.北京：科學出版社,2007.

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［5］ 朱嘉斌.關于提高城市軌道交通清分中心處理能力的設計研究［J］.城市軌道交通研究,2012（3）：69.

Clearing Method and Its Application in Beijing Urban Rail Transit

Du Shimin,Zhao Lumin

Based on the characters of multi-operation bodies in Beijing urban rail transit and an extensive investigation on passenger flow both in China and abroad,the basic process of passenger flow and fare clearing is described,the output results and the application of the clearing method are discussed.Compared with the traditional ways of investigation,the clearing method could not only liquidate the passenger flow and ticket fees between the main operation body and different lines,but also provide more pricise and reliable data.The adoption of this method will play a very important role in traffic data analysis,passenger route guidance,transport capacity evaluation and so on,thus providing a basis for decision-making and operational management.

urban rail transit;networking;clearing method;application

F 530.7

2012-06-08）