鐵路客運樞紐旅客離站換乘決策方法研究＊

（武漢理工大學交通學院 武漢 430063）

0 引 言

鐵路客運樞紐作為城市客運交通基礎設施網絡的重要組成部分，是客流集散、換乘的主要場所．旅客流在鐵路客運樞紐內部的集散與列車的到發站時刻呈現很強關聯性，往往能在短時內聚集很高的人流密度．近年來，隨著人們出行量的急劇增加，樞紐內部可利用空間急劇減少，如何提高樞紐的換乘效率以及樞紐的服務水平，已成為相關領域的研究熱點［1－2］．

在分析我國鐵路客運樞紐的基本特征以及旅客流出行行為特性的基礎上，選取旅客選擇換乘交通方式以及旅客站內換乘可達性影響因子，并建立交通方式換乘選擇非集計模型和鐵路客運樞紐旅客站內換乘時間可達模型，用于分析旅客離站換乘效率和樞紐換乘服務水平．

1 鐵路客運樞紐出站旅客交通特性分析

1.1 鐵路客運樞紐特征

有別于人行道、過街天橋、地下通道、人行橫道等普通的行人交通設施，鐵路客運樞紐及其行人交通設施具有一定的特殊性，使旅客在站內的出行行為發生變化［3］．具體表現為客流密集不均衡性、封閉性和串聯性．

我國鐵路客運樞紐主要有以下3種銜接布局模式：放射－集中式；途徑－分散式，綜合布局模式，見圖1．

1.2 旅客宏觀交通特性

鐵路客運樞紐內快速行走的出站旅客與一般步行設施上的行人一樣，同樣需考慮旅客流的流量、步速、密度等交通特性，此外，其在樞紐內部行走時還具有一定的特殊性：

1）出站換乘路線較長、活動具有多樣性 根據調查顯示出站旅客在樞紐內部行走時，能夠承受的最大換乘距離較其他設施長，這同樣說明了他們所能容忍的換乘時間較長．同時，旅客在換乘過程中也伴隨著一系列活動，他不僅限于步行，期間可能會伴隨著等待、檢票、購物、飲食等活動，這會帶來一系列其他現象，如：擁擠、排隊等．

2）流量的激變性 隨著鐵路列車在一定時間間隔的到達，樞紐內的客流量呈現出急劇升高的特性，這種狀態持續一段時間后，站內客流量逐漸減少，在下趟列車到來后，這種現象既而復現．

3）乘客受周圍環境影響較大 一方面，由于列車到站，旅客流量急劇上升，受周圍旅客行為特性的影響，個體旅客極易出現跟隨盲從行為；另一方面，由于受樞紐內部步行設施的布局限制、各種信息指示的影響，旅客在步行出站換乘過程中，走行速度也會隨之變化．

4）行包影響 鐵路客運樞紐作為一個換乘集散的重要場所，旅客由于其各自的出行目的不同，所攜帶的行包大小、重量比例也不同，在出站換乘步行的各種交通設施上，行包對旅客自身以及周圍旅客流的個體空間、步速都會產生影響．

圖1 鐵路客運樞紐換乘銜接布局模式

1.3 旅客換乘心理特征

旅客出行心理現象是一個極其復雜的過程［4］．“安全、快速、便捷、舒適”具體化了旅客出行最集中、最根本的共性心理需求．旅客在對各個屬性進行比較，分析哪種交通工具出行條件優越，最后選定交通工具．

1）經濟心理 旅客對于換乘方式經濟性的心理預期，在很大程度上決定了旅客如何選擇交通方式和交通工具．在外界條件相同的情況下，人們更愿意選擇價格較低的公共交通方式或公共交通線路．但當價格較低的交通方式不能滿足旅客在時間上的要求時，這種心理則顯得不再重要．在此情況下，旅客往往以犧牲價格的方式來換取時間．

2）安全心理 安全是旅客出行首先考慮并希望得到保障的心理需求，是衡量運輸服務最主要的標準，包括旅客人身安全和行包安全．

3）快速心理 旅客總是希望快速到達車站，順利買到票，車能夠準時到達和出發，途中不會發生意外或耽擱，并隨著人們時間觀念的加強，要求盡可能少的中間環節，盡可能提高運輸速度，縮短在途時間，以減少旅行疲勞，減少額外的費用支出，即快速到達目的地．

4）方便心理 旅客總是希望有最有利于自己出行習慣和時間需要的班車，買票和檢票不需要排太長的隊，總之旅客希望一旦有了換乘需要時能得到稱心及時的運輸服務．

5）舒適心理 這是旅客出行心理的高級階段，是各種心理需求的一個總的綜合，隨著人們收入的增加和生活生活水平的提高，旅客對出行舒適性的要求也越來越高．乘車環境、服務態度、文化娛樂等，都成為旅客選擇出行換乘模式的影響因子．

綜合上述分析可知，旅客在選擇換乘交通方式時，更多注重的是時間、費用以及出行距離的影響．同時，在選擇離站路徑過程中，旅客始終希望選擇一條最短路徑到達換乘站點，由此需要對樞紐站內換乘可達性進行分析．

2 樞紐內旅客離站換乘交通方式選擇

本研究以武昌火車站為例調查分析，對于武昌火車站旅客離站交通方式可以有公交車、出租車、私家車、步行等4種．假定旅客離站交通方式選擇受所選擇交通工具所耗費的時間、費用、出行距離等因素的影響．由于調查數據樣本容量限制在此則不考慮其他影響換乘交通方式選擇的因素．

在此建立如下 MNL模型［5－6］，其特性變量見表1．

定義效用函數中的確定項Vim為選擇枝（交通方式）特性變量的線性函數

表1 武昌火車站旅客離站交通方式選擇MNL模型特性變量

可以得到武昌火車站旅客離站交通方式選擇MNL模型為

運用SPSS軟件［7］中多變量Logit回歸分析，計算得

分別得到武昌火車站旅客離站選擇各種交通方式換乘的概率為公交車74．12%，出租車25．32%，私人小汽車0．55%．則，武昌火車站旅客離站選擇步行交通方式的概率為P＝0．01%．

通過對上述經過是SPSS統計分析之后的數據得知，旅客在選擇換乘交通方式時所主要考慮的換乘費用、時間的參數值均為負值，這樣的分析與實際情況相符合，當費用和時間增加時旅客更不易傾向于選擇此種交通方式，同時通過檢驗各參數的估計值，均滿足t檢驗要求．因此在已知鐵路客運樞紐每天旅客平均交通流量基礎，即可根據此非集計模型分析得出換乘各種交通方式的旅客流量．

3 樞紐站內換乘決策可達性分析

3.1 換乘決策點

鐵路客運樞紐旅客在離站過程中，由于樞紐內部交通服務設施的布局、旅客自身的經濟價值觀、到站的客流量以及各種換乘交通方式的旅客集散能力的影響，使得旅客在樞紐內部進行換乘的過程中，會進行一系列的行為決策［8］，見圖2～3．

圖2 旅客出站過程

圖3 旅客樞紐站內換乘決策過程

因此，本文“換乘決策點”的定義是指離站旅客為換乘預期的交通工具離站，在換乘過程中根據自身特性及周圍換乘環境因素影響，綜合考慮為達到換乘最大效用，對于樞紐內部的各種交通設施的使用進行選擇決策，最終在生理行為上進行選擇行動的點．

3.2 換乘影響因素

樞紐內部旅客的宏觀行為特性參數是旅客流流量、密度、速度；微觀特性參數是旅客步幅、步頻、步速、個體空間需求．相對于旅客自身的行為特性，旅客在換乘過程中行人相互作用對旅客交通行為特性的影響更為重要，進而對樞紐內部換乘可達性產生影響．同時旅客換乘的可達性不僅僅取決于旅客流的行為特性的影響，還受到樞紐換乘設施布局的影響，旅客到達換乘站點步行的距離長度是樞紐換乘布局情況的直接反應．

綜合以上分析，本文選取換乘距離、密度和速度作為換乘可達性因子，同時本文假設旅客離站換乘過程中除了正常的進行換乘行為沒有其他活動如在樞紐內商店購物、吃飯等活動，而是直接到達換乘站點．

3.3 旅客離站換乘可達性模型

為確定旅客離站換乘時間，研究鐵路客運樞紐服務水平．本文以換乘時間t作為路阻函數因變量，以換乘可達性影響因子旅客流密度k、旅客流步行平均速度v、旅客換乘距離l作為可達性影響因子變量建立路阻函數，確定各換乘決策點之間的有效換乘時間．

由此建立鐵路客運樞紐旅客換乘可達性模型即是tij＝｛lij，kij，vij｝，是多因素影響下的綜合鄰接矩陣．

且v ＝0．005 7k4＋0．074 4k3－0．274 5k2＋0．014 2k＋α；k＝Q／S，其中：Q為通道、樓梯等離站設施旅客流量；S為通道、樓梯等離站設施面積，α為統計參數修正因子．

對于鐵路客運樞紐而言，旅客離站路徑選擇是一種選擇最短路的過程，旅客希望到達換乘站點位置的時間、距離越小越好．為此，本文在建立鄰接矩陣的基礎上，分析樞紐站內換乘兩點間的可達性，最后再根據Floyd算法計算有權有向的路阻函數可達矩陣的最短換乘時間．

為此，運用Floyd算法計算k步最短換乘時間矩陣．設換乘決策點i經過中間點r（中間點r包括實際的換乘決策點）到達換乘決策點j，i經過k－1步到達中間點r的最短換乘時間為－1），中間點r經過k－1步到達換乘決策點（或換乘站點）j的最短換乘時間為－1），則決策點i經k步到達決策點j的最短換乘時間為

比較矩陣Tk和Tk－1，當Tk＝Tk－1時得到任意兩點間的最短換乘時間路阻函數可達矩陣Tk．

設換乘網絡中決策點的數目為n，并且tij≥0，迭代次數k需滿足

由此計算旅客離站選擇不同交通方式的最短路徑，確定基于非集計模型下不同交通方式選擇后的旅客流出站最短換乘時間，提供有效的換乘信息．有利于旅客快速高效的離站，提高鐵路客運樞紐旅客離站換乘服務水平．

在此以武昌火車站為例，根據調研分析知武昌火車站旅客離站換乘系統為“途徑－分散式”布局模式，運用上述可達性模型對其旅客離站換乘時間計算，得出旅客離站換乘各種交通方式的最短換乘時間．東廣場旅客離站換乘時間：公交車tb＝304s，出租車tt＝281s，社會車輛tc＝277s；西廣場旅客離站換乘時間：公交車tb＝430s，出租車tt＝350s，社會車輛tc＝374s．

上述計算結果與武昌火車站實際換乘條件較為吻合，武昌火車站旅客離站換乘效率較高，樞紐換乘設施布局比較合理．

4 結束語

在實際中，鐵路客運樞紐旅客離站選擇換乘交通方式的行走路徑并不一定是最短換乘時間的那條路徑，但對于整個樞紐換乘效率、樞紐集散能力以及樞紐各種交通設施的布局合理性分析時，本文建立以換乘距離、速度、密度為影響因子的可達性路阻函數模型，并基于Floyd算法得出換乘時間可達矩陣模型．該模型通過各點相互之間的最短換乘時間，能夠有效的反映樞紐內換乘站點間的可達性，為分析鐵路客運樞紐換乘效率和服務水平提供新的分析方法．

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