天津軌道交通網絡化運營清分規則研究

馮進峰

(天津市地下鐵道運營有限公司，300222，天津∥高級工程師)

1 天津軌道交通線網結構

1.1 線網情況

天津軌道交通實現網絡化運營前，已經有2 條在運營的軌道交通線路，分別是天津地鐵運營的地鐵1號線和津濱輕軌運營的輕軌線。地鐵1號線包括22 座車站，位于天津市區;輕軌線包括14 座車站，是天津市區和濱海新區之間的城市軌道交通線，1號線和輕軌線無換乘站。除已運營的線路外，天津軌道交通路網中還包括3 條即將投入運營的軌道交通線路，分別是地鐵2、3號線和輕軌9號線(輕軌線的東延線)，地鐵 2、3、9號線在天津站換乘，1、2號線、1、3號線分別有交叉換乘。

1.2 清分規則設置要求

天津市對于軌道交通線網的規劃有一票通、一卡通、無障礙換乘3 個要求。要求在軌道交通范圍內的跨線換乘時不設置閘機;換乘車站存在多個運營商的設備時，視為同一設備處理。清分規則設置時的清分基點是車站，因此需要將運營收益清分至每個車站。

1.3 清分規則設置難點

面對天津軌道交通線網的需求，天津軌道交通的清分規則設計主要有3 個技術難點需要解決。

1.3.1 同一線網不同票價體系

天津地鐵和津濱輕軌由于一個是市區軌道交通，一個是郊區軌道交通，因此物價局批復的每公里運價截然不同。天津地鐵的每公里運價遠高于津濱輕軌的每公里運價，且津濱輕軌9號線全線開通運營后，在9號線一條線路內會同時存在2 種不同的票價體系，因此在清分規則的設置中需要做到按照票價體系區別清分。

1.3.2 兩家運營商兩套結算系統

天津軌道交通線路分屬兩家運營商，對于本線進出、跨線進出、換乘站進出等收益清分時要充分考慮到兩家運營商的分配合理性，必要時采取清分規則自動生成和人工修正相結合的特殊方式。

1.3.3 多票制屬性

天津軌道交通設置的票種票制屬性多，包括了計程票、計次票、計時票、區段票、周期票和各類優惠票。在設置清分規則時需要分別考慮每種票制的屬性，對每個票種在軌道交通范圍內的不同操作如進出站、更新、退票等進行分別清算。

2 清分方案

2.1 天津軌道交通目前支持的清分方案

確定清分方案是確定清分規則的必要條件。如果一個城市的軌道交通總車站為s 座，線路總數有t條。如果假定每條線路的站點個數平均為20，那么需要確定的可換乘線路數大約將達到×t條。這表明在聯網的m 個站點中，至少需要確定-×t 條換乘路徑，所以確定一種綜合優選的路徑選擇方案是建立清分方案的基礎。

天津軌道交通主要支持最短路徑尋徑和時間權重尋徑2 種路徑選擇方案。

2.2 最短路徑方案

乘客在乘坐軌道交通出行時往往會選擇運營里程最短、換乘總時間最少或換乘站點個數最少的線路。在軌道交通網絡中，確定路徑方案時必須首先確定優選的準則。經分析，影響天津軌道交通乘客選擇出行徑路的因素主要有以下幾種:

(1)線路運營里程。乘客在選擇軌道交通時，往往最在意的是軌道交通的快捷和高效，因此在起始站和目的站之間的運營里程是乘客路徑選擇時的主要因素。

(2)換乘站點數。軌道交通形成路網后，起始站和目的站之間會存在多條選擇路徑，每條路徑的換乘次數不同，由于換乘時的擁擠程度、換乘后的乘車時間不同，會影響乘客的路徑選擇。

(3)乘軌道交通出行的總時間。綜合國內許多城市的地鐵線網圖，最短里程的路徑不見得就是出行時間最少的路徑，因此，較多乘客在早晚高峰時段會選擇出行時間最少的路徑乘車。

(4)乘車舒適性。舒適性作為軌道交通運營服務的一個重要指標對于乘客路徑選擇上也有舉足輕重的作用，尤其是在平峰時段最為明顯。

通常情況下，人們出行首選的當然是最快到達目的地的路徑。目前，作為一種經典的尋徑方案，最短路徑算法已經得到廣泛的應用。天津軌道交通清分規則中支持最短路徑法的尋徑方案。在選擇最短路徑前首先標志路段，將線路中兩座相鄰車站之間的區段標志為一個路段，按此原則標志出全線網所有的路段。然后選擇最短路徑，起始站和目的站之間存在多條選擇路徑時，選擇所經過的路段合計數量最少的為最優路徑。

以上是標準的最短路徑尋徑方法，然而在很多實際環境中，由此算法得到的最短路徑并不一定是首選的路徑。在城市軌道交通或道路交通中，由于路網中理論上的最短徑路不能直達或比較擁擠，乘客往往會出于方便、節省時間或乘坐舒適性等目的而實際選擇了其他的乘車路徑。這就說明，為了解決某些實際問題，有時必須用最短路徑法結合外部因素來確定網絡中其他的優選路徑。天津地鐵在充分考慮路網整體情況后，對最短路徑尋徑方案進行了優化，加入了郊區段修正功能，結合最短路徑里程、最小乘車時間對路徑綜合修正后得出每次出行的最短路徑。

2.3 時間權重方案

天津軌道交通清分規則支持的另外一種尋徑方案是時間權重方案，此方案的主要特點是將所有影響到乘客路徑選擇的因素都以時間權重的方式進行量化，按照量化后的值計算路徑選擇概率。參與量化的值主要包括以下幾項。

(1)路段行車時間(m):將軌道交通路網的每兩座站之間的行車時間進行量化。目前天津地鐵市內的行車間隔為2 min，因此路段行車時間的量化值為2，該值根據路段不同會進行相應調整。

(2)換乘次數(n):主要是對換乘次數進行量化，如換乘1 次的時間權值為2，換乘2 次時間權值為4。按照一般規律，換乘次數越多，時間權值將成倍增加。

在主要參與量化的時間權值外，引入了預留的量化值，主要包括以下2 項。

(1)線路發車間隔(j):將線路的發車間隔進行量化，如量化成時間權值后取值1，則乘客在換乘后選擇該路徑是總體時間權值加1。

(2)乘坐舒適度(s):將線路的乘車舒適度進行量化，但是該值占比很小。

2.3.1 路徑權值計算

在線路i 中有a 個路段被有效路徑選擇時，用以下公式可計算出該路徑的總時間權值R。

2.3.2 權值優化

按照軌道交通線路的特點，龐大和復雜的路網導致起始站和目的站之間的路徑有數十條，一大部分路徑的乘客選擇概率極低，因此有必要引入權值優化參數，對路徑進行篩選。目前天津地鐵主要引入的參數有最大路徑數量權值、最大路徑增長量權值、最大路徑倍增權值來減少有效路徑數量。

3 清分規則

清分方案確認后，按照清分方案搭建清分模型，設置具體的清分規則。天津地鐵由于路網中包括市區和市郊2 個不同的票價體系，因此分別制定了不同的收益分配規則。將整個路網帶清分數據分成2部分，即純市區票價體系數據和跨越2 個票價體系的數據。具體分配規則在下文中詳述。

3.1 收益分配規則

(1)A:起始站至目的站的總票價;

(2)B:市區票價體系下，起始站至9號線中山門車站(市區和市郊票價體系的分界車站)的票價;

(3)Cn:市區票價體系下的n號線的所有路段和;

(4)Dn:n號線市區票價體系下的清分后收益。

地鐵1號線在純市區票價體系下的清分后收益為:1號線收益D1=AC1/Cn。

地鐵1號線在跨市區和市郊票價體系下的清分后收益為:1號線收益D1=BC1/Cn。

在跨市區和市郊票價體系下，津濱輕軌的收益為總票價扣除地鐵1、2、3號線的清分后收益，既:津濱輕軌收益=A-D1-D2-D3。

換乘站同站進出的，收益由換乘站所有運營商平均分配;本線進出的只分配給提供行車服務的運營商。

3.2 按最短路徑原則清分

選擇最短路徑作為尋徑方案時，由于路徑唯一，因此收益分配也是唯一。按照路段正常的收益分配規則進行清分。

3.3 按時間權重清分

經過建模，將每條路徑對應的時間權重進行計算，并選出有效路徑。按照一般規律，有效路徑的選擇概率符合正態分布規律，利用正態分布公式N(μ，σ2)，按照每個城市個性化的 σ 值，可以計算出所有有效路徑的選擇概率Pn。

因此，在時間權重方案下，線路Ln的收益為:

Ln= P1Dn路徑1+ P2Dn路徑2+ … + PnDn路徑n

3.4 清分規則應用實例

圖1所示為天津軌道交通路網圖，按照文中所述的兩種清分方案分別對1號線下瓦房車站至2號線靖江路車站(總票價3 元)的清分方式進行描述。

圖1 天津軌道交通線網圖

按照路網圖所示，從1號線下瓦房車站到2號線靖江路車站共有2 條可選路徑，第一條為地鐵1號線從西南角站換乘地鐵2號線，第二條為地鐵1號線在營口道站換乘3號線，3號線在天津站換乘2號線。

(1)選擇最短路徑法作為尋徑方案。第一條路徑共經過13 個區間，第二條路徑共經過8 個區間，因此，在做收益分配時按照本文3.1 節的計算方式以第二條路徑進行收益分配，1號線得2/8 收益，計0.75 元;2號線得 3/8 收益，計 1.125 元;3號線得3/8 收益，計 1.125 元。

(2)選擇時間權重方案作為尋徑方案。目前天津軌道交通路網在選擇權重因子時，考慮區間間隔和換乘權值2 個因子。區間間隔固定為2 min，第一次換乘權值為2，第二次換乘權值為4，第三次及以上的換乘權值為10。因此，通過計算可知第一條路徑的時間權值為28，第二條路徑的時間權值為22。將時間權值帶入公式(σ 值根據每個城市的情況自行設置，天津地鐵的σ 值設置為0.238)，計算出選擇第一條路徑的概率為0.3415，選擇第二條路徑的概率為0.6585。根據本文3.1 節的計算公式，可得以下各線路的收益分配值:1號線為0.97 元，2號線為 1.29 元，3號線為 0.74 元。

4 結語

對天津軌道交通現行清分規則系統進行了研究分析，由于自動售檢票系統的地域差異性、軌道交通線網運營的地域差異性，每個城市在進行清分系統建設、清分規則選擇時，都是以個性化定制為主導。因此，對于清分規則的選擇還應該結合各地的實際情況進行分析。

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