城市轨道交通客流调查与预测

    任务2　城市轨道交通客流调查与预测

    【活动场景】

    利用多媒体学习或实地调查城市轨道交通车站客流。

    【任务要求】

    掌握客流调查种类和统计指标，学会设计、组织客流调查，能够利用客流调查数据对未来客流情况进行预测，能够对规划轨道交通网络客流进行预测。

    【知识准备】

    客流是动态变化的，对城市轨道交通运营客流调查数据进行统计分析，可以了解客流在时间、空间上的动态变化规律；同时对既有线路的运营客流特征分析，也能为后续实施线路或者其他城市的规划路网提供参考数据，从而为其线网规模的控制、基建工程和设备采用与布置以及运输组织等诸多方面提供参考。另外根据客流的动态变化，可以及时调整上线列车数量，给乘客提供良好的公共交通服务。在轨道交通系统的运营过程中，要掌握客流在时间、空间上的动态变化规律，必须经常进行各种形式的客流调查。

    1.客流调查种类

    本节介绍的客流调查是指调查已建成投入运营的轨道交通实际客流。为了反映客流的不同特征，达到不同的调查效果，客流调查主要有以下种类：

    (1)全面客流调查

    全面客流调查是对全线客流的综合调查，通常也包含了乘客情况抽样调查。全面客流调查时间长、工作量大、需要较多的调查人员。但通过对调查资料进行整理和统计分析，能对客流现状及客流规律有一个全面清晰的了解。

    全面客流调查有随车调查和站点调查两种调查方式。随车调查是在车门处对全日运营时间内所有运行列车的上下车乘客进行调查，站点调查是在车站检票口对全日运营时间内所有在车站上下车乘客进行调查。轨道交通系统全面客流调查多采用后者，调查一般应连续进行两天或三天，并考虑周一至周五、周六与周日的不同客流特征，在全日运营时间内，调查全线各站所有乘客的下车地点和票种情况，并将调查资料以5 min、10 min或15 min为间隔分组记录下来。

    (2)乘客情况抽样调查

    抽样调查是用样本来近似地代替总体，这样做有利于减少客流调查的人力、物力和时间消耗。乘客情况抽样调查通常是用问卷方式进行，调查内容主要包括乘客构成情况和乘车情况及乘客满意度调查等。

    乘客构成情况调查一般是在车站进行。调查内容包括年龄(老、中、青)、性别(男、女)、职业、居住地(本地、外地)和出行目的(工作、学习、购物、游览、访友、就医、其他)等，调查时间可选择在客流比较稳定的运营时间段。

    乘客乘车情况调查可以根据需要分类进行，也可在特定的时间、地点进行。调查内容除年龄、性别和职业外，还可包括家庭住址、家庭收入、日均乘车次数、上车站和下车站、到达车站的方式(步行、自行车、出租车、公交车)和所需时间，下车后到达目的地的方式(步行、自行车、出租车、公交车)和所需时间等。

    满意度调查反映轨道交通系统使用者对交通设施状况，供给水平，服务质量的评价，通过各种调查方式，可以准确掌握客运交通系统的改善方向，为提高客运管理水平提供改进依据。

    进行抽样调查，首先需要确定抽样方法与抽样数，以确保抽样调查的结果具有实用意义。抽样方法主要有简单随机抽样、分层抽样、整群抽样和多阶段抽样等。抽样数的大小取决于总体的大小、总体的异质性程度以及调查的精度要求。表3.1所示为美国交通部规定的家访出行调查抽样率。 20世纪80年代，国内天津、上海、广州、南京等城市进行的家访出行抽样调查率均为3%～4%。

    (3)断面客流调查

    断面客流调查是一种经常性的客流抽样调查，可选择一两个断面进行调查。一般是对最大客流断面进行调查，调查人员用直接观察法调查车辆内的乘客人数。目前城市轨道交通大多采用自动售检票系统，通过系统记录的历史数据可以分析得出断面客流数据。

    

    表3.1　家访出行调查抽样率(以家庭为单位)

    

    (4)节假日客流调查

    节假日客流调查是一种专题性客流调查，重点对春节、元旦、国庆节、五一、双休假日和若干民间节日期间的客流进行调查。调查的内容除了节假日期间轨道交通客流量外，还包括机关、学校、企业等单位的休假安排，都市旅游业、娱乐业的发展程度，城市居民生活方式的变化等，该项调查一般通过问卷方式进行。

    (5)重要活动客流调查

    重要活动客流调查主要针对影剧院、体育场馆等客流快速集散的站点进行的专项客流调查，该项调查主要涉及影剧院、体育场馆的规模与附近轨道交通车站的客流影响程度和持续时间之间的相关关系。

    2.客流统计指标

    客流调查结束后，对客流调查资料应认真整理，采用适当的统计方法来汇总分析各项指标。轨道交通系统全面客流调查后应汇总计算的主要指标如下：

    (1)乘客人数

    ①分时各站上下车人数；

    ②全日各站上下车人数；

    ③分时各换乘站换乘人数；

    ④全日各换乘站换乘人数；

    ⑤全线全日乘客人数；

    ⑥全线高峰小时乘客人数。

    (2)断面客流量

    ①分时各区间断面客流量；

    ②全日各区间断面客流量；

    ③分时最大断面客流量；

    ④全日最大断面客流量；

    ⑤高峰小时最大断面客流量。

    (3)乘客乘坐站数与乘车距离

    ①本线乘客乘坐不同站数人数及所占比例；

    ②跨线乘客乘坐不同站数人数及所占比例；

    ③乘客平均乘车距离。

    包括年龄(老、中、青)比例，性别(男、女)比例，居住地(本地、外地)，出行目的(工作、学习、购物、游览、访友、就医、其他)。

    (4)乘客构成

    ①全线持不同票种乘客人数及所占比例；

    ②车站按年龄、出行目的等统计的乘客人数及所占比例；

    ③车站三次吸引(步行、公交车、轨道交通)乘客人数及所占比例；

    ④从不同距离，以不同方式到达车站的乘客人数；

    ⑤居住在城市不同区域乘客人数及其所占比例。

    (5)乘客乘车情况

    包括年龄、性别、职业、家庭住址、到达车站的方式(步行、骑车、乘公交车等)和时间，上、下车站及换乘站，乘坐轨道交通比其他常规公共交通方式所节省的时间等。

    (6)列车运输

    ①客车公里，客车公里的计算公式为：

    

    ②客位公里，客位公里的计算公式为：

    

    ③乘客密度(人／车)，乘客密度的计算公式：

    

    ④客车满载，客车满载率的计算公式为：

    

    或：

    

    ⑤断面满载率，断面满载率计算公式为：

    

    3.客流预测

    (1)客流预测年限

    预测年限也就是轨道交通的设计年限，是控制工程规模和投资的重要因素，其合理与否，将直接影响工程建成后的效益和效率。设计年限定的长，虽为将来的发展留下余地，但却使轨道运营长期处于欠负荷状态；设计年限定的过短，会使整个系统的交通容量很快饱和，系统将长期处于超负荷运营状态，不但降低了服务质量，也不能很好地解决交通问题，恰当的定好设计年限是非常重要的。按照《城市轨道交通工程项目建设标准》的规定，客流预测年限分为初期、近期和远期。初期为建成通车后的第3年，近期为交付运营后的第10年，远期为交付运营后的第25年。每条线路的客流预测应按初期、近期和远期设计年限对相应建成范围分别预测，若一条线路分段建设每段通车时间相距3年以上应按不同项目实施。后期实施的项目设计年限应按后期项目建成通车年为基准年，重新推定初期、近期和远期设计年限进行全线客流预测。

    (2)轨道交通客流形成机理分析

    快速轨道交通承担的客流量主要包括趋势客流量、转移客流量和诱增客流量。趋势客流量指轨道车站及沿线正常增长的客流量，转移客流量指由于快速轨道交通具有快捷、准时、安全、方便等优点，原来主要由地面常规公交和自行车方式承担的中长距离客流转移到快速轨道交通。诱增客流量指快速轨道交通建设促进沿线土地开发、人口聚集，使区域之间可达性增加、服务水平提高、居民出行强度增加而诱增的客流。

    城市客流主要取决于城市土地利用空间布局和交通组织。同时，由于轨道交通作为一种快速、大运量的城市客运系统，改变了轨道线路沿线的可达性，相应地会对城市土地利用空间布局产生一定的影响，如加快郊区城市化进程和提高轨道线路沿线土地的开发强度等，从而影响轨道客流的产生和分布。而城市客运交通结构和城市客流的流向流量由居民的平均出行距离、交通设施的服务水平、出行者的经济承受能力和价值观念以及城市所采取的宏观调控政策等因素综合决定。轨道交通承担的客流量还涉及与城市中其他交通方式的协调关系。因此，城市客流的产生、分布、方式和路径选择并不是一个单向的作用机制，而是一种相互反馈的动态平衡机制。因此轨道客流的形成是建立在城市空间布局、交通发展战略、城市各种客运方式的特点和相互间的协调关系以及出行者的经济能力的基础上。

    (3)客流预测的目的与意义

    城市轨道交通的建设是为了满足城市居民的出行需求，这种需求数量的变化随着交通状况、路网建设和不同交通方式竞争而呈动态性变化。轨道交通建设的模式和规模要适应近期城市交通的需求，又要适应远期城市交通发展的要求，预测的客流量是城市轨道交通规划、设计、建设及运营各环节的基本依据。客流预测是城市轨道交通建设的一个重要环节，是城市轨道交通规模设计工作的基础。预测结果的可靠与否直接关系到城市轨道交通的建设投资、运营效率和经济效益。

    首先，客流预测是进行轨道交通项目宏观和微观投资决策的依据。从宏观角度看，要对城市轨道交通建设的投资做出合理规划，就必须对城市客运需求的现状和趋势做出科学的判断或预测；从微观角度看，一个具体的轨道交通项目是否值得建设，也必须以未来客运需求为依据才能做出正确的决策。

    其次，客流预测是轨道交通项目可行性研究和项目评估的基础。可行性研究和项目评估都涉及项目经济评价，经济评价是对费用、效益的一种科学的比较分析，但是从衡量、计算费用到衡量、计算效益都离不开项目的客流预测。具体而言，一个项目的投资额和运营成本主要取决于在客流预测基础上确定的系数规模，同样，项目建成后运营期内效益如何，也需要借助逐年的客流预测结果才能衡量和计算。如果没有科学、合理的客流预测为基础，就必然低估或高估项目的费用和效益，致使经济评价失去真实性，从而误导投资者和决策者。

    另外，客流预测是运营阶段管理方案的基础。在运营阶段，票价变化、运营组织变化、服务水平改变、与其他交通方式衔接变化、发车间隔改变、其他交通方式的服务水平改善等都影响轨道交通客流大小，需要对轨道交通客流进行精细预测。

    (4)轨道交通客流预测的内容

    客流预测应按不同研究阶段分别预测。

    1)线网规划阶段客流预测

    ①线网总量预测。依据城市总体规划和综合交通规划分析城市现状和规划区域客流分析和确定远景线网规划承担的客运总量及在公交总量中分担的比例、平均运距、客流负荷强度等相关指标并在全线网范围内按总量控制原则进行各线客流总量预测。

    ②线路客流预测。以远景线网客流总量为基础预测各条线路的全日客流(双向)总量、分段断面流量(图)全日平均运距和客流负荷强度等相关指标进行总量控制分析。并估测各线高峰小时单向最大断面流量。

    2)工程可行性研究阶段客流预测

    应按每一条线路项目的设计年限进行初期、近期和远期的客流预测，预测内容应符合下列规定。预可行性研究阶段客流预测可参照执行。

    ①线网客流预测

    在远景线网规划阶段客流预测基础上预测项目远期设计年限建成的线网规模的全日客流总量、各条线路的全日客流总量和客流负荷强度并对各条线路的客流进行总量控制与分析。

    ②线路客流预测

    预测各条线路全日客流量和各小时段的客流量及其比例、全日和高峰小时的平均运距及平均客流负荷强度、全日各级运距每分级的乘客量。全日客流量是总体表现和评价运营效益的直观指标，也是进一步评价线路负荷强度的重要指标。各小时段的客流量及比率，是为全日行车组织计划提供依据，在保证运营能力和服务水平的前提下，合理安排行车间隔，提高列车的满载率及运营效益。

    ③车站客流预测

    预测全日和早、晚高峰小时的各车站上下行的乘降客流、站间断面流量以及相应的高峰系数；在大型社会活动期间或节假日、双休日对具有突发客流的特殊车站应单独作特别预测和分析。高峰小时时段的站间最大单向断面流量是确定系统运量规模的基本依据，由此选定交通制式、车型、车辆编组长度、行车密度及车站站台长度。全线高峰小时的站间断面流量是全线运行设计的基本依据，由此确定区域折返交路、折返列车数量、折返车站位置及配线形式，并计算车辆配置数量。

    ④OD客流预测

    预测全日、高峰小时的各车站站间对跨越不同区域的线路应进行各区域的内外客流预测并对客流特征进行分析。通过站间客流数据可以反映出不同区域之间出行特征、线路客流重点集中区段，对轨道交通票制票价制定、对建设投资、运营成本财务分析、社会经济效益分析提出项目效益评价意见。

    ⑤换乘客流预测

    预测全日和高峰时段的各换乘车站(含支线接轨站)的换乘客流量及占车站总客流量的比重进行预测。并应预测相关线路之间、不同方位和方向的换乘客流。此项数据对主客流方向的评价很重要，并为换乘形式设计和换乘车站间的换乘通道或换乘楼梯宽度的计算提供依据。

    ⑥出入口分向客流预测

    根据每一座车站确定的出入口分布位置，预测每个出入口分向客流并分析其波动性，为每个出入口宽度计算提供依据。包括各个车站出入口在不同高峰时段的分担客流。预测可在初步设计阶段车站出入口稳定后进行。

    (5)客流预测方法

    客流预测方法主要有定性预测和定量预测两种，具体方法见图3.16。

    

    

    图3.16　城市轨道交通客流预测方法

    1)定性预测方法

    定性预测主要依赖个人的经验感觉或专家的判断，运用预测者的经验，综合考虑各种影响因素，分析城市轨道交通运营的特点和构成，进行预测的一种方法。

    这类方法的优点是简便直观，不需要建立繁琐的数学公式，通过研究系统的定性分析，根据专家丰富的经验，对未来的交通需求进行预测，但这类方法的缺点也比较明显，通过定性预测法预测产生的结果往往带有主观色彩。定性预测方法主要有德尔菲法、类推法、头脑风暴法等。

    ①德尔菲法　德尔菲法是依据系统的程序，采用匿名发表意见的方式，即专家之间不得互相讨论，不发生横向联系，只能与调查人员发生联系，通过多轮次调查专家对问卷所提问题的看法，经过反复征询、归纳、修改，最后汇总成专家基本一致的看法，作为预测的结果。其实施步骤可以分为以下四步：第一步成立专家组；第二步给出所要预测的问题以及有关背景及要求；第三步专家预测结果收集、统计、反馈，进行第二轮预测；第四步是进行第三、四轮预测，综合整理专家意见，得出预测结果。

    ②类推法　类推法是通过不同事物的某些相似性类推其他的相似性，从而预测出它们在其他方面存在类似的可能性的方法。

    ③头脑风暴法　头脑风暴法是让与会者敞开思路，使各种设想在相互碰撞中激起脑海的创造性风暴，综合各方意见后得出的结论。其又可分为直接头脑风暴和质疑头脑风暴法。

    2)定量预测方法

    定量预测方法是根据研究数据之间的相互关系，通过一定的数学公式，建立模型，以进行对未来数据的预测，是比定性预测更为科学的预测方法。定量预测方法的优点是预测较为客观，并且可以进行误差分析，同时对于大量的数据分析可以借助计算机进行辅助预测。但是定量预测方法要求有较为完整的原始数据。定量预测方法的种类繁多，目前，用于交通需求预测的定量预测方法主要有时间序列预测法、不基于现状OD分布的预测方法和基于现状OD分布的预测方法(四阶段预测方法)、非集计模型预测方法。

    ①时间序列预测法　时间序列预测法是完全基于历史数据所显示的特征来推测将来。移动平均法、指数平滑法、季节指数法、自回归分析法等都是时间序列预测法中常用的方法。该类预测方法适用于具有城市轨道交通客流历史数据，并且客流变化规律基本稳定的情况。

    时间序列预测法主要有以下6个步骤：A.选择预测参数；B.收集必要的数据；C.拟合曲线；D.趋势外推；E.预测说明；F.研究预测结果在制定规划和决策中的应用。

    这类预测方法通常具有数学的或统计的性质，它假设预测对象的变化规律基本稳定，发展过程中不存在跳跃式的变化，未来的状况完全取决于以前的状态。因此，当所研究系统的历史数据确实呈现某种依时间变化的统计规律时，用这类方法往往能得到较准确的预测结果。

    时间序列预测法以连贯性原理及概率性原理为主要依据，通过对大量历史资料的统计分析，找出历史资料的时间序列中存在的某种规律性，并通过这种规律性，对未来一段时间内的数据趋势进行预测。对于已经存在并且结构未发生重大变化的客运系统，可以直接预测客流量，根据历年客运量平均增长速度，推算未来年运量。然而，对于我国的城市轨道交通而言，运营时间短，历史资料少是目前各个已经拥有城市轨道交通线路城市的客观事实，仅仅通过几年运营数据，客流量自身所存在的规律性也无法从这些历史数据中得到体现，因此，运用诸如自回归分析法等时间序列预测法进行以后几年的客流预测是比较困难的。

    【任务实施】

    假设某市地铁线网2000年已初具规模，2001年至2006年的客运量见表3.2。

    

    表3.2　某市地铁历年客运量

    

    以上各年全线网年客运量平均增长率为6.65%，图3.17是该市地铁年运量的增长曲线，根据年客运量平均增长率及2006年全线网年客运量可以预测得到2007年客运量为8 285 220人次。

    ②不基于现状客流分布(OD分布)的预测方法　不基于现状客流分布的预测方法的主要思路是将相关公交线路的现状客流和自行车流量向轨道交通线路转移得到虚拟的基年轨道交通客流；然后按照相关公交线路的历史资料和增长规律确定轨道交通客流的增长率，推算远期轨道交通需求客流量，或者由公交预测资料直接转换为远期城市轨道交通客流量。因此，这一类方法在确定基年轨道交通客流后，主要为趋势外推，在确定规划年轨道交通客流增长率时可采用指数平滑法、多元回归法等方法。

    这一模式属于早期模式，受其原理的限制，以现状公交为预测基础，对现状交通特征的反映较为片面，无法考虑城市用地规模、交通设施、出行结构改变上的影响，因此精度较低。由于操作简单，所以目前常用于其他方法预测后的比较验证，或定性分析的辅助手段。

    

    

    图3.17　某市年客运量增长趋势图

    ③基于现状客流分布(OD分布)的预测方法　该方法以现状客流分布(OD分布)为基础数据，主要预测思路是通过居民出行调查，掌握现状各种交通方式的出行分布，在此基础上预测各规划年份全方式出行交通量，然后通过出行方式划分、交通分配，得到规划期城市轨道交通客流量。此模式遵循交通需求预测的“四阶段”即出行产生、出行分布、方式划分和交通分配，预测精度较高，但对于基础数据要求相对较高。近年来城市轨道交通规划线网客流预测一般都属于这一模式，并成为该领域的发展方向。上海轨道交通3号线、南京地铁1号线、西安地铁2号线客流预测采用了此方法。

    四阶段法起源于1962年美国芝加哥市在进行城市交通规划时的前期客流分布与预测的摸底调查，包括：交通发生、交通分布、交通分配三阶段的预测，后由日本广岛市在20世纪60年代加上对不同交通方式划分的预测形成了完整的四阶段法，即交通发生、交通分布、交通分配和交通方式划分四个阶段，具体的预测流程如图3.18所示。

    四阶段法基础理论充分，既能反映居民出行与城市土地使用数据之间的关系，又能反馈不同交通方式相互作用对客流分布的影响。四阶段模型以交通小区为基础，按照出行生成预测、分布预测、方式划分和交通分配四个阶段来分析城市现状和未来的交通状况，是目前交通规划领域应用最广泛的方法。

    虽然近几十年来，对四阶段模型的研究不断深入，出现了将两个或几个阶段合并进行预测的方法，但从宏观的角度把握城市居民的出行特点，然后分阶段预测分析的思路仍是一致的。依据“方式划分”在四阶段模型中的位置不同，大致可以分成四类模型，如图3.19所示。

    A.出行生产预测　四阶段法出行生产预测是指对每一个规划区域内划分的小区产生和吸引的出行数量的预测，亦即预测每一个小区的各种交通方式的进出交通量，但并不预测这些交通流从何处来到何处去。出行生成预测的基础资料是城市的远景人口和就业岗位数等预测数据，而这些数据又需要根据远景土地利用规划得出。土地利用规划规定了土地的居住、工业和商业等用途；决定了各种用地上发生的各种社会经济活动的强度。根据土地利用规划，可以把交通规划的区域划分成许多交通小区。在已知各交通小区的居住人口数、就业岗位数及家庭人口、收入和私人交通工具拥有数的基础上，应用出行率法、增长率法、回归模型法等预测方法来预测各个交通小区的出行。

    B.出行分布预测　出行分布预测是指从起点小区(O)到终点小区(D)的交通量的预测，未考虑路径及交通方式。出行分布预测方法主要有四大类：增长系数法、重力模型法、机会介入模型法及系统平衡模型法。增长系数法假定将来的交通小区与交通小区之间的出行分布模式与现状的分布模式基本一致，其分布量按其系数增加。增长系数法主要包含平均增长系数法、底特律法、福来特法。重力模型法基本假定是交通小区i到交通小区j的交通分布量与交通小区i的交通产生量、交通小区j的交通吸引量成正比，与交通小区i和j之间的交通阻抗参数如两区重心间交通的距离、时间或费用成反比。根据对约束条件的满足情况，重力模型可分为以下几类：无约束重力模型、单约束重力模型、双约束重力模型。机会介入模型基本思想是把从某一个小区发生的出行选择某一小区作为目的地的概率进行模型化，所以属于概率模型。系统平衡模型以交通吸引源、交通工具及交通设施状况构成的系统中，按照系统本身的内在规律选择其目的地，同时满足供求(产生、吸引)平衡的原则进行分布预测的一种方法，该方法在没有或仅有部分现状OD资料的情况下也能使用。

    

    

    图3.18　城市轨道交通规划线网客流量四阶段预测法

    

    

    图3.19　四阶段法预测模型类型图

    C.出行方式预测　方式划分预测是指对每组起、终点间各种可能的交通方式(轨道交通、常规公交、自行车、小汽车等)所承担的比例的预测，即决定出行者采用何种交通方式出行。常用的方式划分预测方法为转移曲线法、回归模型法、非集计模型(具有代表性的模型为Logit模型和Probit模型)。

    D.出行分配预测　交通分配是将每种交通方式的起、终点(OD)之间的客流量通过各自有关的模型网络分配在特定路径上。常用方法有用户优化均衡模型(Wardrop第一原理)、系统优化均衡模型(Wardrop第二原理)、非均衡模型。均衡模型原理在理论上结构严谨，思路明确，但其数学规划，模型维数太多，约束条件也多，且为非线性规划问题，计算困难。非均衡模型算法简单，容易理解，根据分配方法可分为路段阻抗可变和阻抗不变两类，就路径选择可分为单路径与多路径两类，综合起来可分为四类：最短路分配法、阻抗可变单路径分配法、多路径分配法、阻抗可变多路径分配法。

    四阶段法四个步骤(四个子模型)形成一个序列，前一个模型的输出结果为后一个模型的输入数据，最后的子模型提供从起点到终点以及采用某种交通工具行走某条路线的交通流的预测结果，如图3.20所示。

    

    

    图3.20　四阶段交通需求预测流程图

    城市交通规划四阶段需求预测模型可以以一次出行为例，简单用图3.21形象表示，图中表示了人们决定进行一次出行(生产)、决定去何处(分布)、决定采用什么交通方式(方式划分)和决定选用哪条线路(分配)的整个过程。

    

    

    图3.21　四阶段法预测示意图

    ④非集计模型预测方法

    非集计模型又称交通特征模型，它以实际产生交通活动的个人为单位，对个人是否进行出行、去何处、利用何种交通工具以及选择哪条路线等分别进行预测，并按出行分布、交通方式和交通线路分别进行统计，得到交通需求总量的一类模型。这一模型在理论上利用了现代心理学的成果，引入了随机效用的概念，其核心是效用最大化理论。它着眼于研究出行者个体的出行行为。非集计模型相比传统模型的优势是有明确的行为假说、模型的一致性好、模型标定所需调查样本少、模型有较好的时间和地区转移性等特点。其基本假设为：个人将在可能的相互独立的选择肢集合中，选择他认为对自己效用最大的选择肢。即决策者首先选择“可能利用的选择肢群”，其次选择“对其效用最大的选择肢”。利用非集计模型进行居民出行的分析和预测是继四阶段法后出现的构造交通需求预测模型的新方法。

    在城市客流预测中，具有代表性的非集计模型就是MNL模型。 MNL模型是在以下四个假设条件下得出的：

    A.所有出行者具有相同形式的效用函数；

    B.效用函数的参数不随出行者的不同而改变，是相对稳定的；

    C.每个出行者对于不同选择单元的效用函数的随机部分各分量是相互独立的；

    D.效用函数随机部分的各分量服从相同的Gumbel分布，即分布函数为：

    

    E.出行者选择效用函数值最大的选择单元。

    基于以上的假设条件，可得到MNL模型的基本方程式如下：

    

    其中，V_in——个人n对选择肢i的效用函数；

    C_n——选择肢的集合。

    【拓展训练】

    集计模型(四阶段预测法)与非集计模型的比较

    集计模型是一类传统的基于集合行为模型的交通需求分析方法，其预测过程包括出行生成、出行分布、方式划分和交通分配四个阶段。而非集计模型是以出行者个人而非交通小区作为研究对象，以随机效用理论、出行效用最大化理论为研究基础。两类方法在分析单位、模型参数标定方法、适用范围、政策表现能力等方面均不相同，同时在数据的使用效率和自变量的导入可能性等方面存在差异。表3.3表示集计模型(四阶段预测法)与非集计预测模型比较表。

    

    表3.3　集计模型(四阶段预测法)与非集计预测模型比较表

    

    ①集计模型的优点

    A.四阶段预测方法理论成熟。

    B.建模层次分明，便于理解。

    C.有众多成熟的商业软件支持，应用广泛，如TransCAD，EMME/2等，在城市轨道客流预测中方便使用。

    ②集计模型的缺点

    A.模型的建立缺少明确的行为假说，说服力弱。

    B.交通活动的每一次出行被分解成生成、分布、方式选择和分配四个阶段，各阶段之间的一致性不好；也不能考虑一天中的多次出行的相互关系和各种约束条件。

    C.用于预测时无法考虑反馈效果。

    D.模型多取决于建立者的主观决定，缺少严密的统计方法。

    E.难以用来估测个人特性和选择肢特性的局部变化和各种交通政策变化的影响。

    F.模型具有很强的地区及时间上的局限性，在某时某地建立的模型难以推广到其他时间和地点去应用。

    G.为了得到较好的模型需要大量的调查数据，这导致了经济上和时间上的限制。

    ③非集计模型的优点

    A.非集计模型以明确的行为假说为基础，逻辑性强。

    B.可以用较少的样本标定出模型的系数，并可对所求得的参数采用统计学方法进行检验。

    C.可以选用许多与个人决策相关的因素作为自变量，从而可以对多种交通规划、交通政策进行效果评价。

    D.模型具有较好的时间转移性和地区转移性。

    ④非集计模型的缺点

    A.实际的交通规划要求的是以地域为单位的集聚结果，由于在非集计模型中的说明变量的未来值不可能全都知道，因此以其近似值得到的集聚结果肯定会有误差。当然，集计模型也面临着同样问题，只是在表面上被掩盖了而已。

    B.一般来说，影响交通行为的决定性因素是交通服务水平，而交通服务水平又随交通需求量的变动而变动。所以，在进行预测时，通常要求得到交通服务水平与交通需求量的平衡点。但是，用非集计模型，在现阶段还只能依靠反馈解法进行反复计算。要想求得较严密的平衡点则计算量过大。

    C.要想得到好的模型，在自变量的选择上花费的时间要比集计模型多。

    D.标定模型的参数时采用极大似然估计法。这种方法和与之对应的评价方法对许多人，尤其是交通规划决策人员来说较难理解。

    【知识链接】

    轨道交通客流预测方法的评价标准

    客流预测是城市轨道交通建设规模决策的主要依据，预测相对可信度评价标准主要是定性的，一般包括以下几个方面：

    ①客流预测的依据和背景资料来源清楚、有据可查；

    ②客流预测的技术路线清晰，选用参数经过推算论证、纵横比较，相对合理；

    ③客流预测的年限和范围正确，对已建或规划的线路关系明确；

    ④客流预测的内容完整，数据齐全，对预测成果经分析论证，从量级上宏观判断，基本可信；

    ⑤对预测客流进行敏感性分析，波动幅度较小。

    【任务实施】

    选取国内部分城市轨道客流预测中所使用的方法，列举如下：

    ①出行生产预测使用方法

    广州：广州1号线采用的是根据交通小区用地类型的不同建立回归模型。 “广州近期实施轨道网络客流规模研究”中采用以人口和岗位确定小区吸引或产生率的办法得到发生与吸引量。

    南京：南京城市轨道交通建设规划客流预测，根据出行特征分类确定每类的产生与吸引率，再考虑区域系数得到发生与吸引总量，强调总量控制法。

    深圳：参考深圳地铁2号线客流预测，采用交叉分类对每一类出行标定吸引率得到出行发生吸引量。

    杭州：参考杭州地铁1号线工程客流预测报告，根据用地不同、出行目的的不同确定吸引率的方法得到发生与吸引量。

    ②出行分布预测使用方法

    广州：参考广州地铁1号线客流研究，采用分层分布的方法得到出行分布。分层为本区—本区，采用增长率的方法得到分布；本区—强连接区采用修正的分布系数得到分布；本区—其他区采用重力模型得到。 “广州近期实施轨道网络客流规模研究”中出行分布采用双约束的重力模型。

    南京：参考南京城市轨道交通建设规划客流预测，采用双约束重力模型。

    深圳：参考深圳地铁2号线客流预测，采用综合效用重力模型得到出行分布。

    杭州：参考杭州地铁1号线工程客流预测报告，采用重力模型得到出行分布。

    ③方式划分预测使用方法

    广州：参考“广州近期实施轨道网络客流规模研究”中采用Logit模型得到方式结构。

    南京：参考南京城市轨道交通建设规划客流预测，采用改进的Logit模型得到方式结构，其中步行采用转移曲线，出租车采用组团内部与组团间不同比例确定，对于自行车、公交、小汽车采用改进的Logit模型方式划分。

    深圳：参考深圳地铁2号线客流预测，采用二元对数模型划分方式结构。

    杭州：参考杭州地铁1号线工程客流预测报告，采用转移曲线得到方式结构。

    ④交通分配预测使用方法

    广州：参考广州地铁1号线客流研究，直接将交通分配和交通方式划分结合在一起得到轨道交通的站间OD。 “广州近期实施轨道网络客流规模研究”中采用多路径公交分配的方法得到预测结果。

    南京：参考南京城市轨道交通建设规划客流预测，采用最优战略法得到分配结果。

    深圳：参考深圳地铁2号线客流预测，采用多矩阵综合费用平衡分配，将公交车流和道路网络的机动车流统一分配得到轨道流量。

    杭州：参考杭州地铁1号线工程客流预测报告，采用最优战略法得到分配结果。

    【效果评价】

    评价表