程堪弟

(廣州地鐵設計研究院股份有限公司，廣東廣州 510010)

0 引言

2017年國家發(fā)展與改革委員會發(fā)布的《關于促進市域(郊)鐵路發(fā)展的指導意見》[1]中指出：“市域快線是為城市中心城區(qū)與周邊城鎮(zhèn)組團提供大運量、快速度、通勤公交化服務的軌道交通系統(tǒng)，是城市綜合交通運輸體系的重要組成部分。加快市域快線發(fā)展，對擴大交通有效供給，緩解城市交通擁堵，改善城市人居環(huán)境，優(yōu)化城鎮(zhèn)空間布局，推進新型城鎮(zhèn)化建設，加快全面建設小康社會，具有重要作用”。

為避免線網規(guī)劃與建設的盲目性，尋求合理、經濟的線網規(guī)模，以造就高效的城市綜合公共交通系統(tǒng)，應切合城市實際發(fā)展情況，在線網規(guī)劃前期明確市域快線線網合理規(guī)模，使其達到利用最大化。目前，國內學者對軌道交通線網規(guī)模的測算常采用出行需求分析法[2-4]、服務水平法[5-7]及成本效益法[8-11]三種方法。最常用的方法是出行需求分析法，其難點是需對未來客流情況和交通結構進行客觀合理預測[12-13]；服務水平法即覆蓋面積法，主觀性較強，且只考慮用地規(guī)模和線網密度兩個因素[14-15]；成本效益法僅從地區(qū)經濟生產總值出發(fā)，沒有綜合考慮城市空間結構、人口分布、出行客運量等主要影響因素，研究效果欠佳。本文基于綜合交通運輸體系視角，采用客流量轉換系數法、歐式距離不相似測度理論、三次吸引法和客流轉移相結合的方法，通過“溢出+轉移”客運需求分析，對城市綜合交通體系下市域快線線網規(guī)模進行合理預測。

1 溢出客流量預測

市域快線作為連接中心城區(qū)與衛(wèi)星城或組團區(qū)的主要交通方式，在城市交通客流走廊承擔著城市市域范疇內中長途客流的通勤運輸工作。作為城市綜合交通系統(tǒng)的重要組成部分，對提高城市綜合交通通達性和服務水平起著不可或缺的作用。為緩解城市交通壓力，合理引導中心城區(qū)與衛(wèi)星城或組團區(qū)之間的客流，促進城市空間結構合理發(fā)展，建設市域快線是明智之選。但過度修建市域快線不僅不能提升城市綜合交通的效率，反而會造成資源的極大浪費。

在城市綜合交通體系中，市域快線建成后，其客流主要包括轉移客流、趨勢客流和誘增客流三部分，趨勢客流屬于溢出客流部分，而誘增客流是因為交通通達性的提升而誘增的客流量，其影響機理復雜，此處暫不作考慮。因此，先考慮目前城市交通系統(tǒng)中的溢出客運需求，其理論模型[16-17]為：

Syc=αQj-βφQg-St，

(1)

式中：Syc為城市客運系統(tǒng)的溢出客運需求量；β為道路飽和度；φ為城市道路交通需求中客運所占比例；St為規(guī)劃年城市普通地鐵系統(tǒng)線網客運容量；Qj為機動車高峰時段交通需求量。

Qj由對外交通和城市內部交通兩部分構成，對外交通分為過境交通和出入境交通兩種形式，因大城市居民對過境交通一般選擇鐵路或者繞城高速等方式，在此不作考慮，所以高峰時段城市機動車出行交通需求由出入境交通和城市內部交通構成，可得

(2)

式中：σ為高峰時段機動車流量比，通過統(tǒng)計道路年平均車流情況確定；Ri為第i類機動車日均出入境車輛數；μi2為出入境車輛出行強度；?i為出入境車輛平均出行距離；Pi為機動車保有量；ui1為內部交通機動車的出行強度；di為內部交通機動車的平均出行距離；θi為第i類機動車標準車型的換算系數；i為車輛類型，分為客、貨車兩種類型。

式(1)中Qg為城市道路網絡容量，計算式為：

(3)

式(1)中St為規(guī)劃年城市地鐵系統(tǒng)線網客運容量，計算式為：

St=Ltγ，

(4)

式中：Lt為規(guī)劃年城市地鐵建成通車線網總長度，γ為城市地鐵線路的負荷強度。

式(1)中α為城市道路機動車出行交通需求對于客流量的轉換系數，計算式為：

(5)

式中：mi為機動車高峰時段平均實載人數，i、j為客運車輛種類。

2 轉移客流量預測

在一個系統(tǒng)中，新的交通制式建成后，原有的客流量將在不同交通方式或不同線路間重新分布，其總量和分布形式都發(fā)生了變化，稱為客流轉移?？土鬓D移的數量受很多因素的約束，主要包括線路本身屬性、空間因素及時間因素等?？臻g因素主要指交通線路的長度和走向，時間因素集中在出行時間和費用等。

2.1 距離不相似測度

距離分析是運用變量間相似或不相似測度來研究事物多要素相關問題的數學方法。不相似測度是體現兩者之間差異程度的一個定量化描述，用來表達指標之間或類與類之間關系的程度。不相似測度的核心思想是將各指標看成多維空間中的不同點，通過空間中點之間的距離來定義，兩者之間距離越大，差異性越大，不相似特征越多，分在同一類的可能性越??；相反，相似特征越多，分在同一類的可能性越大。

定距型變量間的距離可用很多距離統(tǒng)計量進行描述，如平方歐式距離(squared Euclidean distance)、閔可夫斯基距離(Minkowski distance)、Block距離、歐式距離(Euclidean distance)等。根據歐式距離原理，定義x、y為兩個m維向量，即xi=(xi1xi2…xim)，yi=(yi1yi2…yim)表示各運輸方式的屬性值，則任意兩種運輸方式的距離

(6)

式中：i為市域快線；j為其他交通方式。

2.2 三次吸引法及客流轉移率

歐式距離不相似測度僅考慮客流量轉移的空間影響因素，但隨著社會經濟的發(fā)展和城鎮(zhèn)空間布局及人口分布的變化，客流轉移將在各交通方式間存在不均衡擾動。因此，基于距離不相似測度的研究，結合三次吸引法基本思想，引入人們對出行時間選擇偏好的影響系數，將時間因素和空間因素相結合進行研究，稱為廣義距離不相似測度[18]。

市域快線車站吸引范圍由出行者的選擇意愿決定，一般根據出行者步行和乘車到站耗費時間，市域快線車站的吸引范圍可分為三類，即三次吸引范圍：出行者步行到市域快線車站可接受的區(qū)域為一次吸引范圍，亦稱為直接吸引范圍； 出行者采用非機動車方式到達市域快線車站可接受的區(qū)域為二次吸引范圍；出行者采用機動車方式到達市域快線車站可接受的區(qū)域為三次吸引范圍，二次、三次吸引范圍統(tǒng)稱為間接吸引范圍。國內外學者對軌道交通車站三次吸引范圍做了很多研究[19-20]， 并通過大量居民出行調查和數據統(tǒng)計，得到出行者三次吸引范圍下的出行特征，如表1所示。標準化后為市域快線三次吸引范圍半徑r1、r2、r3，市域快線影響范圍內客流轉移率

表1 三次吸引范圍下出行者出行特征

第j種交通方式向市域快線線路客流轉移率

(10)

2.3 客流轉移模型

在選擇出行方式時，乘客更傾向于選擇速度快、安全便捷、舒適性高的交通方式。市域快線因其準時、快捷等服務特性，將會吸引部分城市客流轉移過來。在城市中、長途距離運輸中，與市域快線存在競爭關系的有城市普通地鐵、長途客運、常規(guī)公交(BRT)、小汽車4種交通方式，它們與市域快線之間的客流轉移模型為

Szy=ZLω1+ZCω2+ZTω3+ZMω4，

(11)

式中：Szy為其他交通方式向市域快線轉移的客流量；ω1、ω2、ω3、ω4分別為長途客運、常規(guī)公交、小汽車、城市普通地鐵向市域快線的客流轉移率；ZL、ZC、ZT、ZM分別為長途客運、常規(guī)公交、小汽車、城市普通地鐵高峰時段非溢出出行量。

3 實例分析

3.1 成都市機動車出行交通需求

根據文獻[21-22]公布的數據，2015年末成都市機動車擁有量為428.6萬輛。根據以往數據構造回歸分析方程，預測2025年成都市市區(qū)各類機動車保有量將達516.6萬輛，出行交通需求量如表2所示。

表2 2025年成都市機動車出行交通需求預測表

根據《城市交通智能檢測及協(xié)同管理系統(tǒng)研究》調查數據顯示，成都市日出入境車輛數Ri=60萬輛，平均出行強度為1.5輛/d，平均出行距離?i=20 km，取平均車型換算系數θi=1.4，并取高峰時段流量比σ=0.11，得到高峰時段機動車交通需求總量Qj=45.27×106pcu·km/h。

3.2 成都市道路網容量計算

根據文獻[23]，到2025年成都市將規(guī)劃快速路480 km，主要干路980 km，次干路1600 km以及支干路3500 km,根據式(3)得到成都市道路網容量如表3所示。

表3 2025年成都市道路網容量

由表3可知，到2025年成都市城市道路網容量Qg=15.15×106pcu·km/h。

3.3 成都普通地鐵系統(tǒng)線網客流容量測算

根據文獻[24]顯示的數據，預計2025年成都地鐵通車運營線路里程有望達到400 km。根據成都市城市軌道交通線網客流預測研究報告，預測2025年成都地鐵線路客流強度為2.30萬人次/(km·d)，客流高峰時段系數為0.152，故線路高峰時段客流強度為0.35萬人次/(km·h)。由式(4)可得2025年成都普通地鐵系統(tǒng)線網客運容量St為139.84萬人次/h。

3.4 溢出客流量

根據文獻[16]調查數據顯示，成都市公交車、大客車、出租車、小客車、摩托車等客運車輛高峰時段平均實載人數分別為32.0、19.0、1.9、1.4、1.3。由式(5)求得交通需求轉換系數α=0.242，取城市交通需求中客運所占比例φ=81.84%，城市道路網絡總體飽和度β=0.75，由式(1)計算高峰時段溢出客流總量為25.787萬人次/h。

3.5 轉移客流量

市域快線、城市普通地鐵、長途客運、常規(guī)公交、小汽車與市域快線的各類線路屬性見表4。

為了得出各線路客流向市域快線轉移的比例，結合表4的線路屬性，根據式(6)可求得市域快線、城市普通地鐵、長途客運、常規(guī)公交、小汽車之間的不相似測度距離，如表5所示。

表4 市域快線與已有線路屬性對比

表5 不相似測度距離

根據文獻[25]關于機動車、非機動車及步行速度的規(guī)定，可得到市域快線三次吸引半徑r1、r2、r3的標準值如表6所示。

根據式(7)～(10)計算小汽車、公交、長途客運及城市地鐵對市域快線的客流轉移率及轉移客流量，如表7所示。

表6 三次吸引范圍半徑標準值

表7 新建市域快線轉移客流分析結果

根據式(11)得小汽車、常規(guī)公交、長途客運及城市普通地鐵轉移至新建市域快線總客流量Szy=55.633萬人次/h。

3.6 成都市市域快線線網規(guī)模

市域快線線網合理規(guī)模既關系城市綜合交通系統(tǒng)服務水平、交通供給情況，又關系到建設投資、城市建設用地等。基于城市綜合交通體系，根據交通需求情況，采用“溢出+轉移”客流需求分析相結合的方法預測市域快線線網合理規(guī)模

(12)

式中：qh為線路客流高峰時段負荷強度，已知2025年成都市域快線線網客流強度為2.1萬人次/(km·d)，市域快線客流高峰時段系數取0.12，則qh=2520 人次/(km·h)。由式(12)預測成都市2025年市域快線線網規(guī)模L=323.1 km。

表8 成都市2025年市域快線線網規(guī)模

3.7 預測結果對比分析

每種預測方法考慮的因素不同，其結果也會出現差異化。本文通過與交通需求法及服務覆蓋面法結果對比，得到預測結果的相對誤差，如表8所示。誤差在接受范圍之內，模型可靠性較高，可用于市域快線線網規(guī)劃的借鑒和修訂。

4 結語

客流需求預測是明確軌道交通線網建設規(guī)模的關鍵依據。從綜合交通運輸體系客流供需平衡角度出發(fā)，基于溢出交通需求計算城市道路網和城市地鐵系統(tǒng)溢出客流量，應用歐式距離不相似測度理論、三次吸引法和客流轉移相結合的思路測算城市綜合交通系統(tǒng)中各競爭運輸方式向新建市域快線的客流轉移量，根據“溢出+轉移”客流需求分析思想，得出市域快線線網合理規(guī)模預算模型，并以成都市為例進行了實例分析和預測結果驗證，相對誤差均小于10%。結果表明，本匡算模型具有較高的可靠性和較強可實施性。