蘆 毅，翁勇南，蔡 宇，張 欣

（1.北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司 地鐵運(yùn)營(yíng)技術(shù)研發(fā)中心，北京 102208；2.地鐵運(yùn)營(yíng)安全保障技術(shù) 北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102208；3.北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司，北京 100044）

客流分布對(duì)于城市軌道交通運(yùn)營(yíng)階段的影響作用十分明顯[1]，其分布特征可從時(shí)間、地點(diǎn)、車(chē)站類(lèi)型等不同方面進(jìn)行分析[2]?？土鲾?shù)據(jù)是軌道交通規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)管理的重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[3]，對(duì)客流數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)分析，是掌握客流分布規(guī)律、提高城市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理能力的重要前提。

目前，對(duì)軌道交通運(yùn)營(yíng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的客流數(shù)據(jù)，通常源于自動(dòng)售檢票(AFC)系統(tǒng)獲得的客票數(shù)據(jù)[4]。從1998年底開(kāi)始，AFC系統(tǒng)在我國(guó)城市軌道交通系統(tǒng)中投入使用[5]，2008年6月起，北京城市軌道交通啟用新型AFC檢票售票系統(tǒng)[6]，為客流的自動(dòng)化統(tǒng)計(jì)分析提供了基礎(chǔ)。

然而，通過(guò)AFC系統(tǒng)匯總的客流數(shù)據(jù)，從軌道交通指揮中心導(dǎo)出后仍為Excel表格方式[7]。隨著地鐵系統(tǒng)規(guī)模以及客流量的日益增大，通過(guò) Excel表格進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析越來(lái)越難以適應(yīng)當(dāng)今地鐵客流數(shù)據(jù)量巨大的發(fā)展趨勢(shì)。本文通過(guò)分析大量客流數(shù)據(jù)及現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了地鐵路網(wǎng)客流數(shù)據(jù)特征分析系統(tǒng)的總體架構(gòu)及內(nèi)部各功能模塊的形式、內(nèi)容和查詢方法，該系統(tǒng)可以快速準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)客流數(shù)據(jù)信息，已在運(yùn)營(yíng)實(shí)踐中得到了應(yīng)用。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)原則

（1）模塊化原則

模塊化是指將系統(tǒng)劃分成相對(duì)獨(dú)立模塊的過(guò)程，可以將復(fù)雜問(wèn)題化簡(jiǎn)，節(jié)約解決問(wèn)題的成本[8]，合理劃分功能模塊是本系統(tǒng)研究的重點(diǎn)，決定了系統(tǒng)功能的總體架構(gòu)。

（2）高內(nèi)聚低耦合原則

模塊耦合是指兩個(gè)模塊間聯(lián)系的緊密程度，模塊內(nèi)聚是指一個(gè)模塊內(nèi)各組成部分聯(lián)系的緊密程度[8]，系統(tǒng)的高內(nèi)聚低耦合是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，直接影響系統(tǒng)各個(gè)功能的設(shè)計(jì)思路。

（3）可擴(kuò)展性原則

可擴(kuò)展性為今后系統(tǒng)數(shù)據(jù)及功能升級(jí)擴(kuò)充的保障，目前，地鐵路網(wǎng)規(guī)模逐年增大，一線部門(mén)的需求也將不斷更新，系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮相應(yīng)的升級(jí)接口和升級(jí)空間。

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要功能包括包括以下6個(gè)部分。

（1）全路網(wǎng)查詢：主要是通過(guò)對(duì)北京市城市軌道交通全路網(wǎng)所有線路斷面客流、斷面滿載率、車(chē)站客流的整體顯示，以圖形的方式為管理者總體把握全網(wǎng)運(yùn)營(yíng)情況提供直觀的描述。

（2）統(tǒng)計(jì)查詢：通過(guò)對(duì)日期、周期、星期等時(shí)間信息，對(duì)線路、車(chē)站、換乘站、斷面等位置信息，對(duì)客運(yùn)量、換乘量、票卡等類(lèi)型信息的選擇，以表格的形式展現(xiàn)所需上述客流數(shù)據(jù)的任意統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

（3）定制查詢：以Excel表格直接輸出，旨在自動(dòng)生成日常的對(duì)日、周、月、季度、年等固定時(shí)期需要的特定統(tǒng)計(jì)表格，以自動(dòng)化形式簡(jiǎn)化工作內(nèi)容，提高工作效率，同時(shí)規(guī)范各分公司的日常工作。

（4）運(yùn)力運(yùn)量配比：通過(guò)表格配圖形的形式對(duì)斷面的運(yùn)力運(yùn)量配比情況實(shí)現(xiàn)全方位多角度的分析。

（5）同比環(huán)比查詢：目的是以表格配圖形的形式對(duì)以往的客流信息走勢(shì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

（6）系統(tǒng)管理：為系統(tǒng)管理員專用功能，旨在為系統(tǒng)以后的管理、維護(hù)、更新、完善提供保證。

系統(tǒng)的6大功能模塊各有特點(diǎn)。全路網(wǎng)查詢功能側(cè)重于對(duì)全路網(wǎng)整體客流分布的直觀描述，統(tǒng)計(jì)查詢功能側(cè)重于任意類(lèi)型特定的查詢結(jié)果，定制查詢功能側(cè)重于定期的定制報(bào)表輸出，運(yùn)力運(yùn)量配比和同比環(huán)比功能針對(duì)兩類(lèi)特定方面的實(shí)際需求，系統(tǒng)管理功能則是對(duì)用戶、時(shí)間、地點(diǎn)、數(shù)據(jù)源等方面的數(shù)據(jù)維護(hù)。

1.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有客流數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)查詢、匯總分析、導(dǎo)入導(dǎo)出、管理維護(hù)等功能為目的，系統(tǒng)輸出形式以圖形和表格為主。

系統(tǒng)基于Java平臺(tái)開(kāi)發(fā)，使用DB2數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，采用B/S結(jié)構(gòu)，信息的分析處理在服務(wù)器端完成。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

2 關(guān)鍵技術(shù)

本系統(tǒng)中統(tǒng)計(jì)查詢和運(yùn)力運(yùn)量配比的功能設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，在此對(duì)其設(shè)計(jì)分析過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2.1 統(tǒng)計(jì)查詢

如前所述，統(tǒng)計(jì)查詢功能旨在實(shí)現(xiàn)客流數(shù)據(jù)在任意時(shí)間、任意地點(diǎn)、任意維度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，其查詢思想也貫穿于地鐵客流數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)其它功能之中。

查詢思想具體而言即通過(guò)本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，最終實(shí)現(xiàn)快速及時(shí)地統(tǒng)計(jì)任意時(shí)期(年、月、周、日、工作日、節(jié)假日等)、任意時(shí)段（24 h、1 h、0.5 h、早高峰、晚高峰等）、任意地點(diǎn)（線路、車(chē)站、換乘站、斷面區(qū)間等）、任意類(lèi)型（客運(yùn)量、換乘量、進(jìn)出站量、票卡信息、斷面信息、滿載率信息等）、任意統(tǒng)計(jì)方式（同比、環(huán)比、日?qǐng)?bào)表、周報(bào)表、月報(bào)表等）的各種客流數(shù)據(jù)信息，以及其不同表示方法（圖、表等）的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。

通過(guò)對(duì)客流數(shù)據(jù)源[7]中各種參數(shù)的研究發(fā)現(xiàn)，其間關(guān)系相對(duì)比較復(fù)雜，交織在一起可以形成諸多不同的需求結(jié)果，以下為一些典型的實(shí)例：

（1）某段時(shí)間某條線路的客運(yùn)量匯總（按本線、其它線進(jìn)出劃分），內(nèi)容包括進(jìn)線量、換乘量、客運(yùn)量、路網(wǎng)客運(yùn)量；

（2）某段時(shí)間某條線路的客運(yùn)量匯總（按付費(fèi)性質(zhì)、票種劃分），內(nèi)容包括進(jìn)線量、換乘量、客運(yùn)量；

（3）某段時(shí)間某換乘站客運(yùn)量匯總，內(nèi)容包括日換乘總量、小時(shí)最大換乘量、對(duì)應(yīng)小時(shí)段、占全日比例；

（4）某段時(shí)間某換乘站按每0.5 h統(tǒng)計(jì)的進(jìn)站量、出站量、換乘量及合計(jì)量，換乘量包括上、下行間的交叉換乘量和總換乘量；

（5）某段時(shí)間某條線路某車(chē)站按每0.5 h統(tǒng)計(jì)的進(jìn)站量、出站量、進(jìn)出站量及日合計(jì)量；

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖

（6）某段時(shí)間某條線路某車(chē)站的出站票、車(chē)站工作票、單程票、定值紀(jì)念票、福利票、一卡通員工卡、一卡通儲(chǔ)值卡等票卡信息；

（7）某段時(shí)間某條線路某斷面區(qū)間按每0.5 h統(tǒng)計(jì)的斷面客流量；

（8）某段時(shí)間某條線路某斷面客流量匯總，內(nèi)容包括小時(shí)最大斷面客流量、對(duì)應(yīng)區(qū)間段、時(shí)間段、滿載率等。

根據(jù)對(duì)以上諸多不同參數(shù)及不同功能的分析，最終確定系統(tǒng)基礎(chǔ)查詢的具體設(shè)計(jì)方案。即按時(shí)間周期到地點(diǎn)再到類(lèi)型的選擇順序進(jìn)行查詢，時(shí)間周期為最初始、最關(guān)鍵也是最基礎(chǔ)的查詢選項(xiàng)類(lèi)別，其影響后面的地點(diǎn)和類(lèi)型的結(jié)構(gòu)，也決定了最終查詢結(jié)果的表格結(jié)構(gòu)。

圖2所示為統(tǒng)計(jì)查詢功能中客運(yùn)量和換乘量的基礎(chǔ)查詢功能設(shè)計(jì)圖。圖3所示為統(tǒng)計(jì)查詢功能中客運(yùn)量查詢最終的系統(tǒng)截圖，其基礎(chǔ)查詢過(guò)程與設(shè)計(jì)思路完全一致。

2.2 運(yùn)力運(yùn)量配比

通過(guò)對(duì)斷面客流數(shù)據(jù)源[7]的深入分析，發(fā)現(xiàn)斷面運(yùn)力運(yùn)量配比功能的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)冗余維度比較多。

2.2.1 維度分析

就單日單線路單行車(chē)方向而言，可從以下幾個(gè)角度進(jìn)行分析。

（1）時(shí)間維度

以整點(diǎn)0.5 h為坐標(biāo)劃分，全日24 h可以劃分為48個(gè)時(shí)間坐標(biāo)（由于本日結(jié)束時(shí)刻即為下一日開(kāi)始時(shí)刻，所以不能重合），而可以組合形成的時(shí)間段為個(gè)，即有276個(gè)時(shí)間段之多。

圖2 基礎(chǔ)查詢功能設(shè)計(jì)圖

圖3 客運(yùn)量基礎(chǔ)查詢功能系統(tǒng)截圖

（2）地點(diǎn)維度

以地鐵線路的車(chē)站為坐標(biāo)點(diǎn)劃分，全線n個(gè)車(chē)站可以劃分為n個(gè)地點(diǎn)坐標(biāo)，如果以某兩個(gè)車(chē)站間的區(qū)間為一個(gè)區(qū)間單元，一條線路n個(gè)車(chē)站可以劃分為個(gè)斷面區(qū)間，如考慮斷面區(qū)間的上下行方向即為個(gè)斷面區(qū)間（假定線路為非環(huán)線線路）。例如某條地鐵線路有車(chē)站23座，相鄰斷面區(qū)間為22個(gè)，可組合形成的斷面區(qū)間為253個(gè)，考慮上下行情況的話，斷面區(qū)間分別為44個(gè)和506個(gè)。

（3）斷面極值維度

由上所述，斷面客流數(shù)據(jù)在時(shí)間和空間上全面反映了全路網(wǎng)客運(yùn)流量的整體運(yùn)行情況，而就某一時(shí)間或某一地點(diǎn)維度統(tǒng)計(jì)的斷面客流量的極值即最大峰值，其在對(duì)應(yīng)的地點(diǎn)或時(shí)間維度又可以形成反映最大斷面流量的客流數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

此極值流量不僅和時(shí)間、地點(diǎn)維度密切相關(guān)，反映了地鐵運(yùn)營(yíng)的潮汐特點(diǎn)，而且即便是同一時(shí)間同一斷面在運(yùn)力和運(yùn)量上的表現(xiàn)也不盡相同，對(duì)其分布規(guī)律的研究將為提高地鐵運(yùn)營(yíng)管理質(zhì)量提供非常有益的支持。

（4）運(yùn)力與運(yùn)量維度

運(yùn)力與運(yùn)量作為兩個(gè)不同的維度，實(shí)質(zhì)上是理論與實(shí)際在運(yùn)營(yíng)組織中的不同表現(xiàn)，即運(yùn)力是為了滿足運(yùn)量需要和運(yùn)營(yíng)效率最大化而不斷變化的，運(yùn)力的不斷變化又不斷影響著運(yùn)量，運(yùn)力與運(yùn)量的相互作用又形成了滿載率。由此可見(jiàn)，運(yùn)力與運(yùn)量在實(shí)際中是運(yùn)營(yíng)管理的核心。

圖4為北京地鐵5號(hào)線（上行）某工作日全日全斷面客流運(yùn)量分布圖，其中，x軸為時(shí)間維度，y軸為斷面維度，z軸為斷面運(yùn)量維度。根據(jù)運(yùn)行圖車(chē)次時(shí)刻表也可得出類(lèi)似的列車(chē)運(yùn)力分布圖。

圖4 北京地鐵5號(hào)線（上行）全日全斷面客流分布圖

2.2.2 統(tǒng)計(jì)方式分析

通過(guò)以上分析可知，以時(shí)間維度和地點(diǎn)維度構(gòu)成的二維平面基礎(chǔ)上，加之運(yùn)力或運(yùn)量維度共同構(gòu)成的三維立體客流數(shù)據(jù)平臺(tái)上，沿時(shí)間維度、地點(diǎn)維度和流量維度依次切割可形成不同類(lèi)型的統(tǒng)計(jì)形式。

此統(tǒng)計(jì)方式相對(duì)復(fù)雜，因其在運(yùn)力運(yùn)量配比功能中體現(xiàn)較為明顯，下面就以此功能為例詳細(xì)說(shuō)明設(shè)計(jì)的分析過(guò)程。

根據(jù)對(duì)全日全斷面客流分布圖的研究，可從以下不同角度對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

（1）全時(shí)段全斷面

全時(shí)段全斷面統(tǒng)計(jì)為各線路每日斷面的最全面最詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，其又包括上行和下行、運(yùn)力和運(yùn)量等不同類(lèi)型。

（2）單時(shí)段全斷面和全時(shí)段單斷面

單時(shí)段全斷面和全時(shí)段單斷面統(tǒng)計(jì)為把全日全斷面三維分布圖按時(shí)間維度和地點(diǎn)維度分別切入得出的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，也包括上行和下行、運(yùn)力和運(yùn)量等不同類(lèi)型。

（3）單時(shí)段單斷面最大與全日最大

單時(shí)段或單斷面最大值為之上所述單時(shí)段全斷面和全時(shí)段單斷面統(tǒng)計(jì)的延伸，全日最大為單日中最大值對(duì)應(yīng)的時(shí)段和區(qū)間。最大值除了包括上行和下行、運(yùn)力和運(yùn)量等不同類(lèi)型外，每個(gè)極值還有著各自對(duì)應(yīng)的時(shí)段和區(qū)間，也可以理解為沿值的維度對(duì)全日全斷面三維分布圖的分析研究。

（4）相加問(wèn)題

根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)源表格，時(shí)間維度取每整半小時(shí)的客運(yùn)量數(shù)據(jù)，地點(diǎn)維度表示為每相鄰車(chē)站區(qū)間的客運(yùn)量數(shù)據(jù)，結(jié)合上述2.2.1中所指時(shí)間維度和地點(diǎn)維度中的多相鄰時(shí)間段和區(qū)間段，經(jīng)過(guò)分析可得如下結(jié)論：

a. 不同日，相同時(shí)間段或區(qū)間段，對(duì)應(yīng)運(yùn)力或運(yùn)量均可相加；b. 不同日，相同或不同時(shí)間段或區(qū)間段，最大運(yùn)力或運(yùn)量均不可相加；c. 同一日，相同時(shí)間段不同區(qū)間段，運(yùn)力或運(yùn)量均不可相加；d. 同一日，相同區(qū)間段不同時(shí)間段，運(yùn)力或運(yùn)量均可相加；e. 同一日，不同時(shí)間段或不同區(qū)間段，最大運(yùn)力或運(yùn)量均不可相加。

（5）滿載率及其它因素

除了上述幾方面的研究，功能設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮滿載率及其它方面的因素。滿載率是運(yùn)量和運(yùn)力的比值，使其達(dá)到一定的合理范圍是運(yùn)營(yíng)管理的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，而其它方面的因素還包括工作日和節(jié)假日的區(qū)分、列車(chē)定員數(shù)量等。

通過(guò)對(duì)以上5個(gè)問(wèn)題的分析，運(yùn)力運(yùn)量配比功能的設(shè)計(jì)最終選取了8項(xiàng)相對(duì)有價(jià)值的子功能，其查詢?cè)瓌t基于基礎(chǔ)查詢思想但相對(duì)更加復(fù)雜精細(xì)。圖5所示為運(yùn)力運(yùn)量配比功能中全斷面單時(shí)段運(yùn)力運(yùn)量配比最終的系統(tǒng)截圖。

圖5 全斷面單時(shí)段運(yùn)力運(yùn)量配比截圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)研究了地鐵客流數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，由于篇幅所限許多功能不能詳盡描述。該系統(tǒng)已應(yīng)用于北京地鐵運(yùn)營(yíng)公司客運(yùn)管理相關(guān)部門(mén)，有助于地鐵工作人員對(duì)整體客流信息的把握，實(shí)現(xiàn)對(duì)客流數(shù)據(jù)系統(tǒng)化、規(guī)?；芾?，為優(yōu)化運(yùn)營(yíng)組織提供基礎(chǔ)，是線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)計(jì)劃制訂和協(xié)調(diào)的重要依據(jù)。

[1] 李 樸，徐田坤，劉夏楠.網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)模式下城市軌道交通客流分布特性[J].綜合運(yùn)輸，2013（2）：73-77.

[2] 王 洋，賈利民，徐 杰，等.城市軌道交通突發(fā)事件客流誘導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2012，21（10）：55-58.

[3] 盧 愷，韓寶明，魯 放.城市軌道交通運(yùn)營(yíng)客流數(shù)據(jù)分析缺陷及應(yīng)對(duì)[J].都市快軌交通，2014，27（4）：25-29.

[4] 邵星杰，李其林.票卡清分客流分析系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)[J].都市快軌交通，2011（5）：51-54.

[5] 鄧先平，陳鳳敏.我國(guó)城市軌道交通AFC系統(tǒng)的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].都市快軌交通，2005，18（3）：18-21.

[6] 汪 波.城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)理論與應(yīng)用[M].北京：人民交通出版社股份有限公司，2014：12-16.

[7] 北京市軌道交通指揮中心. 2016軌道交通路網(wǎng)運(yùn)營(yíng)信息日?qǐng)?bào)[R]. 北京：北京市軌道交通指揮中心， 2016：1-365.

[8] 劉新航.軟件工程與項(xiàng)目管理案例教程[M].北京：北京大學(xué)出版社，2009：58-63.