鐵路客運(yùn)營銷輔助決策系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)研究

■ 單杏花 衛(wèi)瑞明 王煒煒 張軍鋒 呂曉艷

鐵路客運(yùn)營銷輔助決策系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)研究

■ 單杏花 衛(wèi)瑞明 王煒煒 張軍鋒 呂曉艷

依據(jù)鐵路信息化總體規(guī)劃，開展鐵路客運(yùn)營銷輔助決策系統(tǒng)的研制。介紹系統(tǒng)的架構(gòu)及功能，并對系統(tǒng)在數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)、客流預(yù)測模型與技術(shù)、票額智能預(yù)分及預(yù)警技術(shù)、分析評價(jià)展現(xiàn)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)方面進(jìn)行研究，取得了卓有成效的應(yīng)用效果。

鐵路；客運(yùn)營銷；輔助決策；數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)；客流預(yù)測；預(yù)警技術(shù)；票額自動(dòng)分配

1 背景

國外鐵路（如法國、日本）在鐵路客運(yùn)領(lǐng)域的營銷決策支持及關(guān)鍵技術(shù)研究方面取得了較大進(jìn)展，信息系統(tǒng)已由面向運(yùn)輸組織的控制系統(tǒng)逐步轉(zhuǎn)為面向客運(yùn)營銷與成本控制的基于數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)的市場營銷策劃系統(tǒng)，向著綜合化、智能化的方向發(fā)展。

國內(nèi)鐵路客運(yùn)領(lǐng)域，圍繞著客運(yùn)的組織、經(jīng)營和管理，已經(jīng)相繼建立了客票系統(tǒng)、旅服系統(tǒng)和客管系統(tǒng)，尤其是客票系統(tǒng)經(jīng)過近二十年的發(fā)展，售票渠道、支付方式日趨便利，積累了大量的歷史數(shù)據(jù)，為鐵路客運(yùn)營銷輔助決策系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)）的建設(shè)奠定了良好的數(shù)據(jù)和技術(shù)基礎(chǔ)。而隨著客運(yùn)專線的建設(shè)和投入運(yùn)營，鐵路旅客運(yùn)輸能力得到大幅擴(kuò)充，部分區(qū)段、部分時(shí)段甚至出現(xiàn)能力緊張，如何了解并掌握客流，根據(jù)客流調(diào)整旅客列車開行方案，適時(shí)推出更有競爭力的客運(yùn)產(chǎn)品，提高每一趟旅客列車能力利用率，都是系統(tǒng)需要解決的難題。

鐵路客運(yùn)營銷輔助決策系統(tǒng)是以現(xiàn)代市場營銷理念為指導(dǎo)，以運(yùn)輸理論和客運(yùn)市場信息資源為基礎(chǔ)，以先進(jìn)信息技術(shù)和決策分析方法為手段構(gòu)建的智能化信息系統(tǒng)，滿足中國鐵路總公司（簡稱總公司）、鐵路局及基層站段營銷管理人員的業(yè)務(wù)需要，為客運(yùn)部門把握市場動(dòng)態(tài)、完善產(chǎn)品設(shè)計(jì)、優(yōu)化運(yùn)能利用、提升社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益提供決策支持。

2 系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 總體架構(gòu)

系統(tǒng)用戶對象包括總公司、鐵路局和站段三級客運(yùn)管理和決策人員，系統(tǒng)數(shù)據(jù)源主要來源于客票系統(tǒng)，其次是旅服系統(tǒng)、客管系統(tǒng)、清算系統(tǒng)、財(cái)務(wù)系統(tǒng)等，考慮網(wǎng)絡(luò)、安全及數(shù)據(jù)處理效率等問題，系統(tǒng)總體架構(gòu)采用面向三級用戶的集中與分布相結(jié)合的兩級架構(gòu)（見圖1）。

總公司級數(shù)據(jù)倉庫存放全路的所有歷史主題數(shù)據(jù)，支持全路性的整體分析與決策；各鐵路局?jǐn)?shù)據(jù)倉庫存放本局的實(shí)時(shí)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和從總公司返回的歷史數(shù)據(jù)，支持區(qū)域性的實(shí)時(shí)分析與決策。

2.2 系統(tǒng)功能架構(gòu)

系統(tǒng)始終圍繞著客流分析預(yù)測、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、運(yùn)營決策和分析評價(jià)4個(gè)環(huán)節(jié)開展研究與開發(fā)，系統(tǒng)功能架構(gòu)見圖2。

（1）市場調(diào)查與預(yù)測子系統(tǒng)：提供完備的市場調(diào)查手段與分析方法，完成長短期客流調(diào)查與分析功能，及時(shí)準(zhǔn)確地掌握客運(yùn)市場動(dòng)態(tài)，預(yù)測未來發(fā)展趨勢，為客運(yùn)營銷提供市場調(diào)查與預(yù)測結(jié)果信息。

（2）運(yùn)營策劃子系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)客運(yùn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，包括開行方案設(shè)計(jì)、席位配置方案設(shè)計(jì)、運(yùn)價(jià)決策模型、日常調(diào)整方案設(shè)計(jì)、運(yùn)力資源規(guī)劃和營銷管理決策功能，為決策者提供輔助決策支持。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

圖2 系統(tǒng)功能架構(gòu)

（3）分析評價(jià)子系統(tǒng)：針對不同的用戶對象，提供客運(yùn)生產(chǎn)情況的統(tǒng)計(jì)查詢、分析評價(jià)功能，主要包括列車效益分析、客車開行方案評價(jià)、客運(yùn)統(tǒng)計(jì)查詢、客運(yùn)資源運(yùn)用評價(jià)和營銷策略評價(jià)等功能。運(yùn)用指標(biāo)計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘的模型與方法，研究客運(yùn)產(chǎn)品、營銷渠道和手段、旅客行為等要素間的潛在關(guān)系，為經(jīng)營管理者調(diào)整和組織客運(yùn)營銷策略提供決策支持。

（4）數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)：主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)倉庫中客運(yùn)營銷信息資源管理，完成日常的數(shù)據(jù)信息交換、整合、存儲(chǔ)、計(jì)算等，為系統(tǒng)的輔助決策功能提供信息基礎(chǔ)。

（5）系統(tǒng)管理子系統(tǒng)：提供保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的基本功能，包括用戶管理、數(shù)據(jù)監(jiān)控、性能監(jiān)控和安全監(jiān)控等。

3 關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)

客運(yùn)系統(tǒng)是一個(gè)基于數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)的輔助決策分析系統(tǒng)，根據(jù)決策、分析的業(yè)務(wù)需要，建立了基于歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的混合數(shù)據(jù)倉庫體系結(jié)構(gòu)。

歷史數(shù)據(jù)倉庫針對歷史生產(chǎn)信息，以業(yè)務(wù)主題為主線，進(jìn)行各主題的模型設(shè)計(jì)，采用星型模型和雪花模型相結(jié)合的數(shù)據(jù)組織設(shè)計(jì)方式，以星型模型為基礎(chǔ)，在部分維度上擴(kuò)展為雪花模型。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)倉庫針對交易系統(tǒng)產(chǎn)生的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)庫復(fù)制技術(shù)，實(shí)時(shí)載入到數(shù)據(jù)倉庫，保證了實(shí)時(shí)決策業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

通過歷史數(shù)據(jù)倉庫和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)倉庫相結(jié)合的體系架構(gòu)，可以同時(shí)滿足鐵路局決策和分析人員進(jìn)行中長期的戰(zhàn)略決策，也能滿足站段基層業(yè)務(wù)人員完成短期戰(zhàn)術(shù)查詢和決策。該混合數(shù)據(jù)倉庫對業(yè)務(wù)模型是透明的、無差異化的，兩者可以同時(shí)使用、互為補(bǔ)充。

由于系統(tǒng)的絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)來源于客票系統(tǒng)，根據(jù)客票系統(tǒng)的分布式特點(diǎn)[1]，以及分析人員對信息時(shí)效和內(nèi)容的要求不同，數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)采集流程采用了多種策略。本局?jǐn)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)復(fù)制、外局?jǐn)?shù)據(jù)準(zhǔn)實(shí)時(shí)傳輸、歷史數(shù)據(jù)按日分發(fā)，采用自主開發(fā)工具和數(shù)據(jù)庫工具相結(jié)合的方式對本局的席位、存根數(shù)據(jù)采用實(shí)時(shí)復(fù)制方式，對外局客票數(shù)據(jù)采用每30 min循環(huán)的傳輸方式，對長期分析用到的數(shù)據(jù)采用每天定時(shí)傳輸方式，讓鐵路局具備掌握擔(dān)當(dāng)、返程、通過列車完整數(shù)據(jù)的條件，并可以依托系統(tǒng)開展全新的實(shí)時(shí)分析、全程分析管理的業(yè)務(wù)。系統(tǒng)首次實(shí)現(xiàn)了鐵路客運(yùn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的全路完整共享，系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程見圖3。

3.2 客流預(yù)測模型與技術(shù)

在鐵路客流預(yù)測方面，目前國內(nèi)的各種研究主要集中在預(yù)測理論和方法上，還沒有能夠與業(yè)務(wù)系統(tǒng)對接的投入使用的預(yù)測系統(tǒng)，而國外的客流預(yù)測系統(tǒng)因?yàn)榭瓦\(yùn)組織方式和國情的不同，無法直接拿來應(yīng)用于我國的鐵路行業(yè)。系統(tǒng)結(jié)合我國鐵路客運(yùn)組織和業(yè)務(wù)系統(tǒng)現(xiàn)狀，進(jìn)行了客流預(yù)測模型的研究和客流預(yù)測系統(tǒng)的研發(fā)，對短期客流進(jìn)行預(yù)測，為營銷分析和產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持和決策依據(jù)。

根據(jù)鐵路的客流呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性這一特性，系統(tǒng)分別引入時(shí)間序列（移動(dòng)平均、指數(shù)平滑、ARMA自回歸等）和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并進(jìn)行了信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，以支持不同季節(jié)、不同時(shí)段、不同客流特點(diǎn)的客流預(yù)測。

系統(tǒng)對全路客票系統(tǒng)產(chǎn)生的運(yùn)量、運(yùn)能、需求等海量異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并運(yùn)用經(jīng)過適應(yīng)性改造的預(yù)測模型進(jìn)行計(jì)算，可以進(jìn)行客流總量預(yù)測和OD客流預(yù)測。具體實(shí)現(xiàn)了以下功能：

（1）列車客流預(yù)測功能。預(yù)測旅客列車的整體或OD客流情況，按照歷史數(shù)據(jù)具備情況可分為針對開行方案穩(wěn)定列車、調(diào)圖列車、新增列車的客流預(yù)測。

（2）區(qū)域客流預(yù)測功能。對指定區(qū)域整體或OD客流情況進(jìn)行分析預(yù)測，區(qū)域可分為大站或其他車站、鐵路局、全路或其他自定義區(qū)域。

（3）線路OD客流預(yù)測功能。針對高鐵OD間的客流進(jìn)行預(yù)測，如按照其OD的時(shí)間序列客流將OD分類。

2014年中秋節(jié)、國慶節(jié)客流預(yù)測系統(tǒng)的預(yù)測誤差控制在5%～15%，并實(shí)現(xiàn)了在3 h內(nèi)完成全路直通列車OD客流預(yù)測的目標(biāo)。

3.3 票額自動(dòng)預(yù)分及預(yù)警技術(shù)

票額自動(dòng)預(yù)分以列車客流預(yù)測為基礎(chǔ)，建立了列車票額自動(dòng)分配與優(yōu)化調(diào)整模型，根據(jù)列車編組、停站時(shí)刻數(shù)據(jù)，計(jì)算并自動(dòng)完成列車票額在經(jīng)由停車站間的分配。它將旅客列車票額的靜態(tài)分配變成了適應(yīng)客流需求的動(dòng)態(tài)分配，以達(dá)到穩(wěn)定旅客列車沿途站的常態(tài)客流，應(yīng)對突發(fā)客流，吸引淡季客流，提高鐵路旅客列車全程客座率的作用，其主要由客流預(yù)測模型和票額自動(dòng)分配模型兩個(gè)核心模型構(gòu)成。

3.3.1 客流預(yù)測模型

目前對于客流預(yù)測方法的研究十分廣泛，但大多集中在對客流的總量預(yù)測上，對于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)的列車分席別、站站客流的預(yù)測研究則十分有限，能用于指導(dǎo)生產(chǎn)的客流預(yù)測方法鮮見論述。高鐵的客流預(yù)測模型是以鐵路客票發(fā)售與預(yù)訂系統(tǒng)產(chǎn)生的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用基于時(shí)間序列的預(yù)測方法，并提出了“四因素”時(shí)間序列客流預(yù)測模型[2]，實(shí)現(xiàn)對列車分席別的OD客流預(yù)測。

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程

3.3.2 票額自動(dòng)分配

票額分配模型主要解決以下問題：當(dāng)列車可發(fā)售票額數(shù)量已確定，列車站間OD客流數(shù)量已完成預(yù)測，如何將這些可發(fā)售票額合理分配至列車途徑各停靠站，并設(shè)定所有票額其允許作為上車站的區(qū)間和允許作為到達(dá)站的區(qū)間，以滿足客流需求，從而保證本次列車票額分配方案的科學(xué)性、合理性及安全性[3]。

票額分配原則：一是分配方案不可影響票額所有站的票額發(fā)售；二是票額分配需要有一定的誤差消解處理能力，由于客流預(yù)測的不完全精準(zhǔn)性，需要將客流預(yù)測在可接受范圍內(nèi)的預(yù)測誤差不帶入或盡量少帶入列車票額預(yù)分方案。

系統(tǒng)建立的票額分配方法，既可在能力充裕時(shí)，通過加大票額裂解控制系數(shù)，減小票額保護(hù)系數(shù)，使得票額提前分配至沿途站，增加票額的營銷時(shí)間機(jī)會(huì)，實(shí)現(xiàn)“票盡其用”的效果，又可在能力不足時(shí)，通過加大票額保護(hù)系數(shù)，減小票額裂解控制系數(shù)，有效控制票額在票額所有站，保證列車開行的整體效益，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸能力的自動(dòng)、快速分配。

在實(shí)現(xiàn)票額自動(dòng)分配的同時(shí)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了車站售票行為監(jiān)控預(yù)警、重點(diǎn)列車售票情況預(yù)警、列車余票分時(shí)切片、車站能力利用預(yù)警等功能，用戶通過定制關(guān)注的重點(diǎn)車次、區(qū)域等作為監(jiān)控對象，設(shè)置預(yù)警閥值，實(shí)現(xiàn)對鐵路整體售票組織策略、線路區(qū)段客流、票額預(yù)分策略的合理性預(yù)警分析，保障票額預(yù)分的科學(xué)性、合理性。

票額自動(dòng)預(yù)分的實(shí)施取得了顯著效果：提高單趟列車運(yùn)輸能力利用和精細(xì)化管理水平，智能化的實(shí)現(xiàn)票額自動(dòng)分配，優(yōu)化票額組織，提高列車席位利用率，趟車客座率最高提升43．9%；提高全鐵路客運(yùn)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)力利用，首次實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)級別的列車間票額分配優(yōu)化，保證客運(yùn)產(chǎn)品開行效益，2014年前10月同比2013年動(dòng)車組列車客座率平均增長2．9%；保證列車開行效益前提下，為列車沿途站解決預(yù)售期內(nèi)的票額發(fā)售問題，為車站增加營銷時(shí)間機(jī)會(huì)，提升旅客列車沿途站的服務(wù)水平；客運(yùn)管理者通過相關(guān)專家參數(shù)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)客流淡旺季的票額優(yōu)化調(diào)整與客流引導(dǎo)。以武廣高鐵為例，高鐵列車客座率穩(wěn)步上升，7月份的客座率由2010年的50%提升到2014年的80%。

3.4 分析評價(jià)展現(xiàn)技術(shù)

分析評價(jià)展現(xiàn)技術(shù)的核心為客運(yùn)業(yè)務(wù)整合模型及可視化展現(xiàn)技術(shù)，系統(tǒng)業(yè)務(wù)整合模型緊密結(jié)合客運(yùn)管理業(yè)務(wù)流程，建立了運(yùn)能、運(yùn)量、業(yè)務(wù)量考核、區(qū)段密度、實(shí)時(shí)銷售、互聯(lián)網(wǎng)售票、電話訂票等業(yè)務(wù)模型，實(shí)現(xiàn)了對異構(gòu)數(shù)據(jù)的、面向服務(wù)的、低耦合度的客運(yùn)數(shù)據(jù)訪問。

系統(tǒng)構(gòu)建了基于時(shí)空指標(biāo)體系的客運(yùn)業(yè)務(wù)分析模式（見圖4），在空間上實(shí)現(xiàn)了“點(diǎn)-線-面”聯(lián)動(dòng)的多視角分析模式；在時(shí)間上實(shí)現(xiàn)了任意時(shí)間段數(shù)據(jù)分析；在指標(biāo)上針對特定需求形成專題分析，并以此作為運(yùn)營決策的數(shù)據(jù)依賴和驗(yàn)證手段。

對客運(yùn)產(chǎn)品的評價(jià)從旅客列車的運(yùn)量、收入、設(shè)施利用、服務(wù)能力等方面入手，研究和建立列車開行方案評價(jià)指標(biāo)體系，設(shè)計(jì)相應(yīng)的可視化表達(dá)手段，同時(shí)，分析開行方案設(shè)計(jì)與調(diào)整決策的要素，建立以車底及旅客需求為主要約束的旅客列車開行方案生成算法及評價(jià)模型，通過最優(yōu)化、數(shù)據(jù)挖掘、信息技術(shù)等的綜合運(yùn)用，較好地解決了理論與實(shí)踐之間的結(jié)合問題。

系統(tǒng)引入地理信息系統(tǒng)可視化技術(shù)，基于富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用（RIA）技術(shù)的Web GIS平臺(tái)，將地圖展現(xiàn)與客運(yùn)業(yè)務(wù)分析數(shù)據(jù)無縫融合，通過地圖直觀展現(xiàn)全路、各局、各站到發(fā)客流及鐵路線上的車流、列流。

4 結(jié)束語

圖4 系統(tǒng)時(shí)空指標(biāo)體系示意圖

目前，系統(tǒng)已經(jīng)在總公司和各鐵路局建成并投入使用，系統(tǒng)為各級客運(yùn)管理、運(yùn)營部門提供24 h不間斷業(yè)務(wù)保障，先后經(jīng)受了春運(yùn)、黃金周、暑運(yùn)等鐵路客流高峰的考驗(yàn)。實(shí)際應(yīng)用表明，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、高效，顯著的提高了管理人員工作效率，降低了工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了業(yè)務(wù)人員的決策能力和決策水平，在學(xué)生客流組織、實(shí)名制購票分析、互聯(lián)網(wǎng)等新型購票渠道分析等方面發(fā)揮了很大作用。系統(tǒng)下一步將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上引入更加廣泛的相關(guān)信息和技術(shù)，進(jìn)行鐵路客運(yùn)收益管理、客運(yùn)產(chǎn)品效益分析、鐵路旅客客戶關(guān)系管理等延伸領(lǐng)域的研究，進(jìn)一步擴(kuò)展和完善系統(tǒng)功能，以更好地支持鐵路客運(yùn)發(fā)展及運(yùn)營的需要。

[1] 朱建生，單杏花，周亮瑾，等． 中國鐵路客票發(fā)售和預(yù)訂系統(tǒng)5．0版的研究與實(shí)現(xiàn)[J]． 中國鐵道科學(xué)，2006，27(6)：95-103．

[2] 單杏花，周亮瑾，呂曉艷，等． 鐵路旅客列車票額智能預(yù)分研究[J]． 中國鐵道科學(xué)，2011，32(6)：125-128．

[3] 王洪業(yè)，呂曉艷，周亮瑾，等． 基于客流預(yù)測的鐵路旅客列車票額智能分配方法[J]． 中國鐵道科學(xué)，2013，34(3)：128-132．

單杏花：中國鐵道科學(xué)研究院電子計(jì)算技術(shù)研究所，研究員，北京，100081

衛(wèi)瑞明：中國鐵路專運(yùn)中心，工程師，北京，100844

王煒煒：中國鐵道科學(xué)研究院電子計(jì)算技術(shù)研究所，副研究員，北京，100081

張軍鋒：中國鐵道科學(xué)研究院電子計(jì)算技術(shù)研究所，副研究員，北京，100081

呂曉艷：中國鐵道科學(xué)研究院電子計(jì)算技術(shù)研究所，副研究員，北京，100081

責(zé)任編輯 楊環(huán)

U293.2+2

B

1672-061X（2015）02-0123-05

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（U13342038）。

所獲獎(jiǎng)項(xiàng)：2014年度中國鐵道學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。