高鐵車站接駁方式的換乘效率評價方法*

戴學臻 吳智偉 王小雙

(長安大學公路學院,710064,西安∥第一作者,副教授)

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高鐵車站接駁方式的換乘效率評價方法*

戴學臻 吳智偉 王小雙

(長安大學公路學院,710064,西安∥第一作者,副教授)

通過平均換乘時間、平均換乘距離、乘客換乘滿意度、換乘方式吸引度等四個指標對高鐵車站的地鐵、出租車、公交車這三種接駁方式進行換乘效率評價,重點是對三種接駁方式的平均換乘時間進行評價分析。運用灰色系統理論,建立基于綜合灰色關聯加權法的接駁方式換乘效率評價模型,以及運用非線性加權綜合法對整個換乘樞紐進行了綜合評價。以西安北站為例,對其各種換乘方式和整個樞紐進行了換乘效率實例分析。

高鐵車站; 接駁方式; 接駁效率; 灰色關聯加權; 評價指標

Author′s address School of Highway Engineering,Chang′an University,710064,Xi′an,China

隨著高鐵的快速發展和新建高鐵站的不斷出現,研究和評價高鐵站的換乘方式及換乘效率已顯得十分重要。在運用傳統的灰色關聯度法[1]確定換乘效率評價指標的權重時,只選取一個序列作為參考列,其余作為比較列,進而求得評價指標權重。但該方法主觀性較大,易造成比較大的誤差。換乘時間的準確性對于換乘效率的評價至關重要,但在過去的文獻中多沒有進行非常詳細的討論。本文采用綜合灰色關聯度加權法確定各換乘方式的換乘效率具有以下優點:在確定灰色關聯度矩陣的過程中,不是選取某一數列為固定參考列,而是求出影響換乘效率所有因素兩兩間的關聯度,并構建灰色關聯度矩陣,同時在確定權重方面,運用綜合灰色關聯度法確定權重,減少評價的主觀性。運用排隊論去詳細分析出行者的平均換乘時間使獲得的數據更加準確,更具有代表性。

1 建立評價指標體系

1.1 建立評價指標體系的原則

(1) 綜合性原則:對評價指標體系中的各個要素應當綜合分析,對體系進行整體評價。

(2) 可比性原則:評價指標體系中的各要素可比性越強,評價結果的可信度就越高。

(3) 實用性原則:評價指標體系的各要素應盡量簡單且容易獲得,且具有良好的可操作性。

(4) 定性評價與定量評價相結合原則:評價指標體系中應包括定量指標和定性指標,定性指標多來源于乘客的主觀感受,這樣評價結果能夠更好的貼近實際[2]。

1.2 評價指標的選取

通過對換乘系統的分析研究,將乘客的換乘便捷性、換乘舒適性以及換乘方式對乘客的吸引度視為評價的主要因素,具體評價指標如下:便捷性——平均換乘時間和平均換乘距離;舒適性——乘客換乘滿意度;吸引度——運載效率。

1.2.1 平均換乘時間

平均換乘時間是指旅客在高鐵站完成換乘的平均時間,包括旅客換乘的步行時間、買票排隊時間、候車時間。該指標反映了旅客利用不同交通方式完成換乘的時間消耗,是評價換乘效率的重要因素。平均換乘時間T的計算公式為

(1)式中:

T——平均換乘時間;

ti——第i種接駁方式的平均買票排隊時間;

t1i——第i種接駁方式的平均候車時間;

t2i——第i種接駁方式的平均換乘步行時間;

t3i——第i種接駁方式的平均安檢時間。

一般來講,換乘距離和人們的平均步速基本上是穩定的,根據G.Bouladon的假設,步行距離與感到舒適的步行時間的函數關系

(2)式中:

t2i——第i種接駁方式的平均換乘步行時間;

Di——第i種接駁方式的平均換乘距離;

K,r——模型參數。

考慮到換乘客流的特征,設定換乘步行距離為200 m時,步行距離為4 min;步行距離為500 m時,步行時間為15 min。這樣就確定了模型中的參數,參數擬合后的模型如式(3)所示:

(3)

下面分別研究地鐵、公交車和出租車的平均買票排隊時間、平均候車時間以及安檢時間。

1.2.1.1 地鐵

對于地鐵來說,其買票系統主要為自助買票系統。由于高鐵站的到發車頻次比較密集,可以認為乘客的到達是隨機的,所以將地鐵站的自主買票系統簡化為多路排隊多通道服務系統。

由排隊論可知,多路排隊多通道服務的平均服務時間為

(4)

式中:

λ地鐵——乘客的平均到達率;

μ地鐵——自助售票系統的平均服務率;

N地鐵——售票機的數量。

對于地鐵的平均候車時間可取發車間隔時間的一半,表達式如下[4]

(5)

式中:

t1地鐵——地鐵的平均候車時間;

I地鐵——高峰時段地鐵的平均發車間隔時間。

在所有的換乘方式中,地鐵是唯一進行安檢的換乘方式,且換乘時間在數值上不可忽略,所以也需對對安檢時間采用排隊論進行分析。

設地鐵站安檢設施的數量為P,乘客換乘的平均到達率為λ地鐵,安檢設施的平均服務率為μ3地鐵,則其平均安檢時間為

(6)

1.2.1.2 公交車

公交車換乘時間主要是平均候車時間和平均買票排隊時間。

(1)平均候車時間

設i路公交車乘客的平均到達率為λi,其車輛到站間隔為ti,假設每分鐘初有λi個乘客到達,計算在ti時間間隔內,所有乘客的候車總時間

(7)

則乘客平均候車時間為

(8)

(2) 平均買票排隊時間

假設公交車皆為自動售票,即先買票后上車,且認為每輛公交車的購票服務率是相等的。設為μ公交車,將其買票過程通過排隊論進行分析,則i路公交車買票時間為

(9)

則平均買票排隊時間為

(10)

1.2.1.3 出租車

由于出租車的購票過程一般在下車時進行,所以我們只分析其候車時間。通常,在高鐵站的出租車候車區,每次到達站臺的出租車基本都會大于兩輛,所以我們可以將出租車換乘簡化為一個單通道多服務臺系統,其候車的平均消耗時間為

(11)

(12)

式中:

N——服務通道的數量。

1.2.2 平均換乘距離

各接駁方式的換乘距離可由實測獲得,可以分別得到三種換乘方式的平均換乘距離分別為l地鐵、l公交車、l出租車。

1.2.3 乘客換乘滿意度

將乘客對換乘工具服務的評價分為5個等級,分別為:非常滿意、滿意、一般、不滿意、非常不滿意,并將其量化為數值5、4、3、2、1。

1.2.4 換乘吸引度

設第i種接駁方式的吸引度為ki,第i種接駁方式實際小時客運量為vi,第i種接駁方式的小時運營能力Vi,則有

(13)

2 評價模型及算法

2.1 確定評價指標權重

(1) 構建初始矩陣A為

(14)

(2) 使用均值法進行無量綱化處理[6-7],同時構建無量綱化矩陣

(15)

(3) 選取矩陣C的第一列為參考列,其余各列為比較列,按照式(16)計算關聯系數。

(16)

式中ξ為分辨系數,一般在最小信息原理下取0.5,則灰色關聯度為

(17)

(4) 依次選取第2列、第3列等作為參考列,其余各列作為比較列,得到評價指標兩兩間的關聯度,并構建關聯度矩陣

(18)

(5) 根據式(19)計算各指標的權重[8]

(19)

2.2 綜合評價

(1) 求標準化矩陣。對原始矩陣A=[aij]m×n進行標準化處理[9],即對于正向和中性指標aij,利用zij=aij/aik(k任意取定,且aik≠0);對于負向指標aij,利用zij=aik/aij(k任意取定,且aij≠0)。通過計算,得標準化矩陣Z=[zij]m×n。

(2) 各換乘方式評價結果計算。利用權重ωj對標準化矩陣Z=[zij]m×n加權,得到綜合評價值

(20)

然后按照Zi值對被比較對象進行排序[10]。

(3)換乘樞紐綜合評價計算。為了使換乘樞紐的換乘效率達到最大并且使各換乘方式全面協調發展,這里采用非線性加權綜合法[8]對整個換乘樞紐進行評價,即

(21)

3 案例分析

以西安北站的地鐵、公交車和出租車接駁方式為例,通過上述分析得到的初始矩陣A的指標值如表1所示。

表1 評價指標初始值

根據式(17)可以得到兩兩指標的關聯度,如表2所示。

表2 評價指標兩兩間的關聯度

由式(18)和式(19)可得各評價指標的權重,其中平均換乘時間為0.25,平均換乘距離為0.26,換乘滿意度為0.23,吸引度為0.26。換乘滿意度與吸引度為正向指標,平均換乘距離和平均換乘時間為負向指標,將其進行標準化處理,結果見表3。

表3 評價指標的標準化

最后,將評價對象進行綜合評價并將其排序,如表4所示。計算綜合評價值,得到整個高鐵站的換乘效率M=0.929。

表4 綜合評價值及順序

4 結語

利用綜合灰色關聯度法能有效評價高鐵站內不同換乘方式的換乘效率,并且可以得到各種換乘方式綜合評價值、排序以及整個換乘樞紐的綜合評價值。由于在對整個換乘樞紐進行評價時采用了非線性的評價方法,更加突出了換乘效率低的換乘方式對整體換乘效率的影響,這樣就得到了一個通過上述方法進行多次評價,在每次評價中不斷找到換乘效率最低的換乘方式。通過各指標分析進行改進,經過有限次的迭代,去逼近理想的換乘樞紐綜合評價值(各評價指標取理想值)。

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Comparative Study of Transfer Mode Efficiency Based on Comprehensive Gray Correlation

DAI Xuezhen, WU Zhiwei, WANG Xiaoshuang

In this paper,the efficiency of transfer to subway, taxi and bus at high-speed railway station are evaluated based on the indexes of average transfer time, transfer distance, transfer satisfaction and transfer attraction. The average transfer time in three transfer modes are mainly analyzed,and the gray system theory is used to establish a transfer efficiency evaluation model, and the non-linear weighted synthesis method is used to evaluate the transfer hub. Based on the practical operation, Xi'an North Station is taken as an example to analyze the transfer efficiency of this hub.

high-speed railway station; transfer mode; transfer efficiency; gray correlation weighting; evaluation indicator

*國家自然科學基金項目(51208051)

U238; U293.1+1

10.16037/j.1007-869x.2016.08.014

2015-01-08)