楊子帆，徐海輝，錢慧敏，張建強(qiáng)，趙 箐

(北京市交通運(yùn)行監(jiān)測(cè)調(diào)度中心，北京 100161)

0 引言

以文藝活動(dòng)、體育賽事、展覽展出為代表的大型活動(dòng)在各大城市頻繁舉辦，僅北京市，每年舉辦的活動(dòng)就超過(guò)2 000場(chǎng)次.活動(dòng)的舉辦將導(dǎo)致場(chǎng)館周邊客流快速集聚和消散，因此在活動(dòng)開(kāi)始前后或活動(dòng)期間將對(duì)場(chǎng)館周邊城市公共交通、路網(wǎng)運(yùn)行及出租車需求產(chǎn)生巨大影響.

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于大型活動(dòng)的相關(guān)客流變化及影響分析展開(kāi)了相關(guān)的研究.崔洪軍、陸建等[1]對(duì)十運(yùn)會(huì)開(kāi)幕式散場(chǎng)的交通流進(jìn)行調(diào)查，綜合考慮停車場(chǎng)的空間分布和場(chǎng)館周邊道路交通條件總結(jié)出場(chǎng)館周邊路段交通流隨時(shí)間變化的規(guī)律.黃莉[2]針對(duì)大型文體設(shè)施交通影響程度，提出相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法,給出綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的計(jì)算方法及評(píng)判標(biāo)準(zhǔn).姜桂艷等[3]總結(jié)大型活動(dòng)對(duì)周邊道路交通的影響規(guī)律，從交通需求、交通供給以及交通影響3個(gè)方面提出了針對(duì)大型活動(dòng)交通影響分析方法.陸建等[4]根據(jù)大型活動(dòng)的特殊交通需求和交通流特征，提出了大型活動(dòng)交通研究范圍的確定方法，利用觀眾吸引總量預(yù)測(cè)以及觀眾生成及分布預(yù)測(cè)技術(shù)確定了判定大型活動(dòng)交通研究范圍的閾值.王振報(bào)等[5]提出了針對(duì)大型活動(dòng)周邊道路交通系統(tǒng)的影響分析方法，利用路段實(shí)際運(yùn)行速度與自由行駛速度之比作為評(píng)價(jià)指標(biāo)反映各條路段在不同時(shí)間上的運(yùn)行狀態(tài).毛保華等[6]分析了大型活動(dòng)交通特性，對(duì)大型活動(dòng)會(huì)場(chǎng)內(nèi)外的交通組織方法進(jìn)行分析.王田田等[7]利用青島世園會(huì)實(shí)時(shí)客流數(shù)據(jù)分析其客流規(guī)模特點(diǎn)及影響因素，分析了入園客流的時(shí)間變化特征.錢慧敏等[8]分析了北京園博會(huì)客流特征并定量化闡述了氣溫、降雨、日期屬性等因素對(duì)活動(dòng)客流的影響.

現(xiàn)階段研究方法主要針對(duì)世界級(jí)或國(guó)家級(jí)的大型活動(dòng)，交通組織保障方案體系性強(qiáng)、專業(yè)程度高、針對(duì)性突出，而面向城市內(nèi)頻繁舉辦的體育賽事活動(dòng)、文藝演出等大型活動(dòng)的研究較少.并且現(xiàn)階段研究對(duì)象單一，多關(guān)注與客流特征及其影響因素，缺乏基于多源數(shù)據(jù)的大型活動(dòng)周邊交通運(yùn)行影響定量分析.因此，本文基于道路檢測(cè)器數(shù)據(jù)、公交刷卡數(shù)據(jù)、地鐵刷卡數(shù)據(jù)、出租車GPS與計(jì)價(jià)器等多源數(shù)據(jù)，從時(shí)間、空間和程度3個(gè)維度構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用離差最大化方法為評(píng)價(jià)指標(biāo)賦予權(quán)重，通過(guò)加權(quán)計(jì)算得到城市大型活動(dòng)交通影響指數(shù).

1 城市大型活動(dòng)交通影響評(píng)價(jià)方法

城市大型活動(dòng)交通影響評(píng)價(jià)主要是對(duì)活動(dòng)開(kāi)始前后場(chǎng)館周邊的城市路網(wǎng)運(yùn)行情況、公共交通運(yùn)行情況和出租車輛運(yùn)行情況進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，主要涉及影響空間、影響時(shí)間和影響程度3個(gè)方面.單一的評(píng)價(jià)指標(biāo)難以反映大型活動(dòng)對(duì)場(chǎng)館周邊交通運(yùn)行的綜合影響，本文從時(shí)間、空間和程度3個(gè)角度選取評(píng)價(jià)指標(biāo)，綜合構(gòu)建城市大型活動(dòng)交通影響指數(shù).

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

研究選取反映影響空間角度的道路擁堵里程變化率、反映影響時(shí)間角度的道路擁堵時(shí)間變化率和反映影響程度角度的客流強(qiáng)度變化率作為城市大型活動(dòng)交通影響評(píng)價(jià)指標(biāo).

1.1.1 道路擁堵里程變化率

道路擁堵里程反映城市大型活動(dòng)對(duì)場(chǎng)館周邊交通運(yùn)行的空間影響范圍，即評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)場(chǎng)館周邊區(qū)域處于擁堵級(jí)別的城市道路累計(jì)擁堵里程.目前關(guān)于國(guó)內(nèi)各城市、交通服務(wù)運(yùn)營(yíng)商在使用交通指數(shù)工具對(duì)城市區(qū)域交通狀態(tài)評(píng)價(jià)時(shí)通常采用15 min[9]，并且現(xiàn)階段可獲取的路段速度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)間維度也是15 min，因此本研究中使用的平均速度數(shù)據(jù)為該路段在某個(gè)15 min內(nèi)的平均行程速度.

道路擁堵里程反映城市大型活動(dòng)對(duì)場(chǎng)館周邊交通運(yùn)行的空間影響范圍，即評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)場(chǎng)館周邊區(qū)域處于擁堵級(jí)別的城市道路累計(jì)擁堵里程.

(1)

式中，TCLij為第i條道路在評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)第j時(shí)間粒度的擁堵里程.

研究通過(guò)評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)大型活動(dòng)場(chǎng)館周邊區(qū)域道路擁堵里程與無(wú)大型活動(dòng)的工作日或非工作日進(jìn)行對(duì)比，反映大型活動(dòng)對(duì)交通運(yùn)行的空間影響.

(2)

1.1.2 道路擁堵時(shí)間變化率

道路擁堵時(shí)間反映城市大型活動(dòng)對(duì)場(chǎng)館周邊交通運(yùn)行的時(shí)間影響范圍，即評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)場(chǎng)館周邊區(qū)域處于擁堵級(jí)別的城市道路累計(jì)擁堵時(shí)間.

(3)

式中，TCTij為第i條道路在評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)第j時(shí)間粒度處于k級(jí)擁堵?tīng)顟B(tài)的時(shí)間.k分別為輕度擁堵、中度擁堵和嚴(yán)重?fù)矶?當(dāng)處于輕度擁堵時(shí)α=0.8，當(dāng)處于中度擁堵時(shí)α=1.0，當(dāng)處于嚴(yán)重?fù)矶聲r(shí)α=1.3.

研究通過(guò)評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)大型活動(dòng)場(chǎng)館周邊區(qū)域道路擁堵時(shí)間與無(wú)大型活動(dòng)的工作日或非工作日進(jìn)行對(duì)比，反映大型活動(dòng)對(duì)交通運(yùn)行的時(shí)間影響.

(4)

1.1.3 客流強(qiáng)度變化率

客流強(qiáng)度反映城市大型活動(dòng)對(duì)場(chǎng)館周邊客流集聚和消散的真實(shí)強(qiáng)度，包括公交、地鐵、出租以及小汽車等多種客流集散方式，即場(chǎng)館周邊不同交通方式客流的總發(fā)生量和總吸引量.

PFI=PFbus+PFmetro+αPFtaxi+βPFcar

(5)

式中，PFI為客流強(qiáng)度；PF為評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)不同交通方式的到達(dá)、離開(kāi)客流人次；α和β分別為出租車和小汽車的平均搭載率.

研究通過(guò)評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)大型活動(dòng)場(chǎng)館周邊區(qū)域的客流強(qiáng)度與無(wú)大型活動(dòng)的工作日或非工作日進(jìn)行對(duì)比，反映大型活動(dòng)對(duì)交通運(yùn)行的影響程度.

(6)

1.2 評(píng)價(jià)方法

在城市大型活動(dòng)交通影響評(píng)價(jià)指標(biāo)選取的基礎(chǔ)上，需要將評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合構(gòu)建為城市大型活動(dòng)交通影響指數(shù)，通常采用賦權(quán)法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行分配.離差最大化方法具有客觀性強(qiáng)、排除主觀偏好影響等優(yōu)點(diǎn)，較權(quán)重組合等方法更加直接，能夠克服多指標(biāo)組合評(píng)價(jià)過(guò)程中指標(biāo)權(quán)重組合對(duì)結(jié)果產(chǎn)生的偏差，使最終得到的組合評(píng)價(jià)值較為分散，便于決策和排序，避免了由于評(píng)價(jià)值之間彼此較近所產(chǎn)生的評(píng)價(jià)方法選取的公平性問(wèn)題，適用于中大規(guī)模統(tǒng)計(jì)分析，以及評(píng)價(jià)屬性間主觀偏好較低的問(wèn)題，因此研究選取離差最大化方法進(jìn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算，具體步驟如下：

1.2.1 構(gòu)造評(píng)價(jià)指標(biāo)值矩陣

收集m個(gè)大型活動(dòng)和n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理和無(wú)量綱化處理等，構(gòu)造m個(gè)大型活動(dòng)和n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)指標(biāo)值矩陣：

(7)

1.2.2 獲取評(píng)價(jià)指標(biāo)的總離差

1)大型活動(dòng)Ai與大型活動(dòng)Ak(k=1,2,3,…,m；k≠i)間評(píng)價(jià)指標(biāo)Tj的離差記為dijk，則dijk=|uij-ukj|；

1.2.3 構(gòu)建離差最大化評(píng)價(jià)模型

權(quán)重向量w的選擇應(yīng)使得總離差D最大，由此得到最優(yōu)化模型如式(8)所示：

(8)

1.2.4 模型求解

求解權(quán)重向量w=(w1,w2,w3,…,wj,…,wn)等價(jià)于求解該模型的最優(yōu)解，因此采用拉格朗日的方法進(jìn)行處理，作拉格朗日函數(shù)：

(9)

對(duì)L(w,ε)求偏導(dǎo)，并滿足以下條件：

(10)

以此求得wj的最優(yōu)解，通過(guò)歸一化處理，求得權(quán)重wj為：

(11)

1.2.5 城市大型活動(dòng)交通影響指數(shù)

由此城市大型活動(dòng)交通影響指數(shù)的函數(shù)表達(dá)式為：

(12)

1.3 評(píng)價(jià)分級(jí)

K-means聚類方法是最著名的劃分聚類算法，由于簡(jiǎn)潔、高效和容易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用.因此，研究選取K-means聚類方法對(duì)城市大型活動(dòng)交通影響指數(shù)的閾值進(jìn)行劃分，具體步驟如下：

步驟1先隨機(jī)選取k個(gè)對(duì)象作為初始的聚類中心.

步驟2計(jì)算每個(gè)對(duì)象與各個(gè)初始聚類中心之間的距離，把每個(gè)對(duì)象分配給距離它最近的聚類中心，此時(shí)聚類中心以及分配給它們的對(duì)象就代表1個(gè)聚類.

步驟3一旦全部對(duì)象都被分配了，每個(gè)聚類的聚類中心會(huì)根據(jù)聚類中現(xiàn)有的對(duì)象進(jìn)行重新計(jì)算.這個(gè)過(guò)程將不斷重復(fù)直到滿足某個(gè)終止條件：

1)沒(méi)有(或最小數(shù)目)對(duì)象被重新分配給不同的聚類.

2)沒(méi)有(或最小數(shù)目)聚類中心再發(fā)生變化.

3)誤差平方和局部最小.

由此，可以得到城市大型活動(dòng)交通影響指數(shù)的閾值劃分.

2 工人體育場(chǎng)大型活動(dòng)交通影響分析評(píng)價(jià)

研究以2017-08-05—2019-01-31期間，工人體育場(chǎng)所舉辦的56場(chǎng)大型活動(dòng)為評(píng)價(jià)對(duì)象，主要包括公司年會(huì)、體育比賽和文藝演出等3類，持續(xù)時(shí)間從2 h到4 h不等，最高額定43 000人次.大型活動(dòng)類型為公司年會(huì)5場(chǎng)，體育比賽21場(chǎng)，文藝演出30場(chǎng).

研究以西二環(huán)、西三環(huán)、東直門外大街以及朝陽(yáng)北路所圍成的區(qū)域?yàn)楣と梭w育場(chǎng)所舉辦大型活動(dòng)的交通影響評(píng)價(jià)范圍，如圖1所示.區(qū)域內(nèi)共包含軌道站點(diǎn)7站，公交站點(diǎn)28站，主要城市道路6條.

圖1 交通影響評(píng)價(jià)范圍圖

通過(guò)對(duì)研究區(qū)域內(nèi)部分大型活動(dòng)開(kāi)始前后軌道站點(diǎn)進(jìn)出站量統(tǒng)計(jì)分析，可以得出大型活動(dòng)開(kāi)始前2 h，結(jié)束后1 h兩個(gè)時(shí)間段為客流主要集散時(shí)間，如圖2所示.由此確定研究的評(píng)價(jià)時(shí)段為大型活動(dòng)開(kāi)始前2 h和結(jié)束后1 h.

圖2 軌道站點(diǎn)進(jìn)出站量分布

研究基于城市道路檢測(cè)器所獲取的城市道路運(yùn)行速度數(shù)據(jù)，參考《城市交通運(yùn)行狀況評(píng)價(jià)規(guī)范》(GB/T 33171—2016)中對(duì)于路段交通運(yùn)行狀況等級(jí)劃分的規(guī)定，將城市道路運(yùn)行速度轉(zhuǎn)與擁堵程度進(jìn)行轉(zhuǎn)換，如表1所示.由此可以得到每場(chǎng)大型活動(dòng)在評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)6條主要道路的累計(jì)道路擁堵里程和道路擁堵時(shí)間.

表1 城市道路運(yùn)行狀況等級(jí)

基于公交刷卡數(shù)據(jù)、軌道刷卡數(shù)據(jù)、城市道路檢測(cè)器數(shù)據(jù)、出租車計(jì)價(jià)器數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)等，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理和匹配分析等流程，研究分別獲取評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)的軌道站點(diǎn)進(jìn)出站量、公交站點(diǎn)登降量、路段交通量和出租車上下車人次數(shù)據(jù)，用以計(jì)算客流強(qiáng)度指標(biāo).

對(duì)城市大型活動(dòng)交通影響評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)值進(jìn)行計(jì)算和整理，形成評(píng)價(jià)指標(biāo)值矩陣，其中部分評(píng)價(jià)指標(biāo)值如表2所示.

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)與交通影響指數(shù)匯總表

按照文中所提出的離差最大化方法流程，計(jì)算得到評(píng)價(jià)指標(biāo)值矩陣的權(quán)重向量w=(0.223,0.416,0.362)，最后通過(guò)加權(quán)得到交通影響指數(shù)，指數(shù)模型如圖3所示.從指數(shù)模型中可以看出，城市大型活動(dòng)對(duì)交通擁堵時(shí)間的影響最大，其次是客流強(qiáng)度，擁堵空間影響相對(duì)較小.

圖3 交通影響評(píng)價(jià)指數(shù)計(jì)算結(jié)果分布圖

TIA=0.223ρTCL+0.416ρTCT+0.362ρPFI

對(duì)北京工人體育場(chǎng)2017—2019年所舉辦的56場(chǎng)大型活動(dòng)的交通影響指數(shù)進(jìn)行計(jì)算.交通影響指數(shù)主要分布在[20,60]區(qū)間內(nèi)，最高值為63.29，最低值為18.70，整體分布較為均勻合理.其中文藝演出對(duì)周邊區(qū)域交通影響的波動(dòng)較大，基本覆蓋整個(gè)指數(shù)值區(qū)間；體育活動(dòng)的影響較為均衡和集中，波動(dòng)較小，對(duì)周邊區(qū)域的影響為整體中等水平；公司年會(huì)的影響基本較小，指數(shù)值基本處于20左右.

基于計(jì)算所得的交通影響指數(shù)，通過(guò)K-means均值聚類方法對(duì)指數(shù)計(jì)算結(jié)果劃分為輕度影響、中度影響和重度影響，并以此作為城市大型活動(dòng)交通影響評(píng)價(jià)分級(jí)的參考，生成的聚類中心如表3所示：

表3 均值聚類中心

經(jīng)過(guò)最終聚類，各影響等級(jí)的交通影響評(píng)價(jià)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)信息如表4所示：

表4 均值聚類統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

從各評(píng)價(jià)等級(jí)的大型活動(dòng)次數(shù)來(lái)看，產(chǎn)生中度影響的次數(shù)最多，占據(jù)全部次數(shù)的57%，輕度影響和重度影響的次數(shù)較為接近，分別占據(jù)全部次數(shù)的20%和23%.考慮到不同等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果的數(shù)據(jù)量以及更加清晰的區(qū)分度和使用效果，研究最終將城市大型活動(dòng)交通影響評(píng)價(jià)等級(jí)劃分如表5所示.

表5 城市大型活動(dòng)交通影響評(píng)價(jià)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)束語(yǔ)

1)研究通過(guò)考慮城市大型活動(dòng)對(duì)場(chǎng)館周邊區(qū)域交通運(yùn)行空間、時(shí)間和程度3個(gè)方面的影響，選擇道路擁堵里程、擁堵時(shí)間和客流強(qiáng)度等的變化率指標(biāo)，通過(guò)離差最大化方法構(gòu)建交通影響指數(shù)模型，并采用K-means聚類方法將大型活動(dòng)影響劃分為輕度擁堵、中度擁堵和重度擁堵3個(gè)等級(jí)，為交通組織管理者制定相應(yīng)的預(yù)防對(duì)策和管控措施提供科學(xué)依據(jù).

2)研究基于所提出的交通影響評(píng)價(jià)方法，對(duì)2017—2019年北京市工人體育場(chǎng)舉辦的56場(chǎng)大型活動(dòng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，所得到的評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際相符.其中文藝表演帶來(lái)的交通影響波動(dòng)性最高，主要受到不同表演內(nèi)容的影響；體育活動(dòng)影響較為均衡，能夠適用常態(tài)化預(yù)防管控手段；公司年會(huì)的規(guī)模和影響程度均相對(duì)最小.綜上所述，研究所提出的交通影響評(píng)價(jià)方法較為合理，適用于一般型城市大型活動(dòng)的交通影響評(píng)價(jià).