于文平,李季濤,何南

(大連交通大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，遼寧 大連 116028)*

0 引言

為解決城市的交通問題，構(gòu)建軌道交通一體化的運(yùn)輸體系已成為各大城市交通發(fā)展的共識，但軌道交通僅能提供點(diǎn)與點(diǎn)之間的快捷客運(yùn)服務(wù)，為了實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)”到“面”運(yùn)輸功能的擴(kuò)張，國內(nèi)外學(xué)者從多方面對軌道交通一體化銜接進(jìn)行了研究.Brown等人針對軌道交通銜接客流建立ML模型預(yù)測各銜接方式所占的比例[1]，Beckmann等人就城市交通流量分配模型和算法進(jìn)行了研究[2-3]，郭子渝在考慮出行者體能消耗的基礎(chǔ)上，對以軌道交通為主的全出行路徑選擇問題進(jìn)行了研究[4]，城市軌道交通研究主要集中在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、客流分配、運(yùn)營組織與管理上[5- 8]，對城市軌道交通一體化客流分配的研究相對較少，本文在以往研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合NL(Nested-Logit)模型研究城市軌道交通一體化銜接的客流預(yù)測問題，提升城市公共交通系統(tǒng)的運(yùn)輸效率.

1 模型的標(biāo)定及分析

對軌道交通一體化銜接的研究，不僅要考慮銜接方式的交通服務(wù)水平，還應(yīng)考慮乘客的個(gè)人因素.本文的模型主要研究在出行者選擇軌道交通為出行方式的基礎(chǔ)上，結(jié)合出行者的出行目的對軌道交通銜接方式的二次選擇.

1.1 Nested-Logit模型簡介

針對Logit模型的IIA特性，Williams等人提出了巢式Logit模型(Nested-LogitModel，簡稱NL模型).NL模型選擇樹如圖1所示.

圖1 NL模型選擇樹狀圖

NL模型是由多個(gè)MNL模型構(gòu)成的多層樹狀結(jié)構(gòu)，每一獨(dú)立層中的選擇肢具有相關(guān)性，NL模型通過條件概率實(shí)現(xiàn)上層對下層的約束，通過內(nèi)涵值進(jìn)行下層對上層的反饋.模型從底層開始參數(shù)標(biāo)定，從上層開始預(yù)測.m為出行者n第1層的選擇方案數(shù)；rmn為出行者n與節(jié)點(diǎn)m相結(jié)合的第1層的選擇方案數(shù).出行者n選擇第2層上的任意選擇方案(rm)的概率Pn(rm)為在選擇了m條件下選擇r的條件概率Pn(r|m)與選擇了m的概率Pn(m)的乘積.即：

Pn(rm)=Pn(r|m)Pn(m)

(1)

(r=1,2,...,R;m=1,2,…,M)

(2)

(3)

Vrmn和Vmn是出行者n選擇方案rmn和mn的效用函數(shù)，Vr|m是出行者n在選擇m的條件下選擇rm方案的效用函數(shù)，模型通過內(nèi)涵值Logsum實(shí)現(xiàn)下層對上層的反饋，表達(dá)式為：

(4)

(5)

(6)

Vmn=Vm+Vr|m

(7)

1.2 多層Nested-Logit城市軌道交通銜接模型

考慮居民出行具有目的性，在軌道交通路線及站點(diǎn)確定后，結(jié)合居民出行目的構(gòu)建選擇軌道交通出行方式的乘客選擇銜接方式的多層NL模型，選擇樹如圖2所示.確定各銜接方式的分擔(dān)率，結(jié)合《城市軌道沿線地區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則》[10]的換乘設(shè)施配置準(zhǔn)則，對常規(guī)公交、出租車、自行車、步行換乘設(shè)施進(jìn)行計(jì)算，獲得相關(guān)設(shè)施用地規(guī)模.

圖2 多層NL城市軌道交通一體化銜接選擇樹狀圖

根據(jù)NL模型的基礎(chǔ)理論得到概率公式：

Paij=Pa×Pi|a×Pj|ai

(8)

(9)

(10)

(11)

式中,Paij為出行者以a目的出行，選擇出行方式i選擇銜接方式j(luò)的概率，為出行者在選擇了a出行目的，i出行方式的條件下選擇j銜接方式的條件概率Pj|ai，與出行者選擇a出行目的的條件下選擇i出行方式的條件概率Pi|a，與選擇a出行目的的概率Pa的乘積；Pa為出行者以a目的出行的概率；Pi|a為出行者以a目的選擇出行方式i的條件概率；Pj|ai為出行者以a目的選擇出行方式i出行，選擇銜接方式j(luò)的條件概率.

其中Va、Vai、Vaij表示各層的效用函數(shù)，Vi|a、Vj|ai表示各層之間的聯(lián)系.每層的效用表達(dá)式為：第一層效用函數(shù)：

Van=Va+Vi|a

(12)

(13)

(14)

第二層效用函數(shù)：

Vain=Vai+Vj|ai

(15)

(16)

(17)

第三層效用函數(shù)：

(18)

式中,θk為變量參數(shù)；Xk為各階段模型中影響效用函數(shù)的變量；k為參與第三層模型中效用函數(shù)中變量的個(gè)數(shù)；k1為參與第二層模型中效用函數(shù)中變量的個(gè)數(shù)；k2為參與第一層模型中效用函數(shù)中變量的個(gè)數(shù)；βm、βd為待估計(jì)參數(shù)[11].

2 城市軌道交通一體化銜接實(shí)例分析

(1)軌道線路及站點(diǎn)規(guī)劃中山市在軌道交通線網(wǎng)布局的基礎(chǔ)上，初步確定了1、2號線，其中1號線(福源路站-博愛路站段)線長12.3 km，設(shè)站11座，起始于港口世紀(jì)東路的福源路站，到達(dá)博愛路站；2號線(環(huán)鎮(zhèn)北路站-中山站段)線長31.0 km，設(shè)站19座，始于小欖環(huán)鎮(zhèn)北路站，到達(dá)中山站，如圖3所示.本文以2號線為例，根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查，軌道交通2號線各站點(diǎn)周邊交通設(shè)施現(xiàn)狀如圖4所示.

圖3 軌道交通線路走向示意圖

圖4 站點(diǎn)周邊交通設(shè)施現(xiàn)狀圖

(2)站點(diǎn)客流預(yù)測城市現(xiàn)狀人口為320萬人，規(guī)劃年2020年常住人口為435萬人，在模型中考慮5種出行目的：上班、上學(xué)、休閑娛樂、回家和其他，影響出行目的選擇的因素分為：時(shí)間、費(fèi)用、年齡、性別，職業(yè).出行方式的選擇包括5種：常規(guī)公交、出租車和小汽車、軌道交通、非機(jī)動車、步行，其影響因素分為：時(shí)間、費(fèi)用、步行距離.軌道交通銜接方式的選擇包括4種：常規(guī)公交、出租車和小汽車、非機(jī)動車、步行，其影響因素分為：時(shí)間、費(fèi)用、步行距離.利用軟件對模型的影響因素進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)通過，將影響因素作為效用函數(shù)中的變量，帶入模型中標(biāo)定相關(guān)參數(shù)，結(jié)合交通需求客流預(yù)測，預(yù)測出軌道交通2號線的遠(yuǎn)期客流數(shù)據(jù)如表1所示.

表1 2號線站點(diǎn)的遠(yuǎn)期客流數(shù)據(jù)表

(3)銜接設(shè)施規(guī)模得出軌道交通各銜接方式常規(guī)公交、出租車、公共自行車、步行的分擔(dān)率，通過相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算各銜接設(shè)施的配置規(guī)模，如表2所示.

表2 2號線站點(diǎn)交通接駁設(shè)施規(guī)模

表2 2號線站點(diǎn)交通接駁設(shè)施規(guī)模(續(xù)表)

備注：各換乘設(shè)施規(guī)模僅考慮軌道換乘需求，并不包括站點(diǎn)周邊城際鐵路、長途客運(yùn)、周邊用地開發(fā)等所需配套交通設(shè)施規(guī)模.

3 結(jié)論

在各大城市采用軌道交通一體化運(yùn)輸體系解決城市交通問題的背景下，提出構(gòu)建城市軌道交通一體化的原則，為使軌道交通的銜接設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理，結(jié)合出行者的出行目的與出行者選擇軌道交通出行方式的基礎(chǔ)上銜接方式的選擇建立了多層NL模型，運(yùn)用模型得到銜接方式的分擔(dān)率，進(jìn)而設(shè)計(jì)軌道交通的銜接方式.本文以中山市軌道交通2號線為例，在軌道站點(diǎn)和線路走向確定的基礎(chǔ)上，運(yùn)用模型，結(jié)合交通需求客流預(yù)測，預(yù)測出軌道交通2號線沿線各站點(diǎn)的銜接客流，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)出中山市軌道交通2號線銜接方式的配置規(guī)模，緩解城市的交通問題，有效提升城市公共交通系統(tǒng)的運(yùn)輸效率.

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