城市軌道交通客流預(yù)測現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

元銘

摘 要：隨著城市軌道交通線路的不斷增加，城市人口不斷地增多，客流量預(yù)測就成了軌道交通工作中一個重要的環(huán)節(jié)。本文就針對客流預(yù)測這一問題，展開了討論。開篇闡述了客流預(yù)測的重要性及其內(nèi)涵，介紹了預(yù)測工作存在的四大問題，然后從宏觀客流預(yù)測和微觀客流預(yù)測兩個方面分別簡述了一些重要的預(yù)測模型和算法，簡單說明了國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及目前我國軌道交通客流預(yù)測存在的四個主要問題和發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：客流量預(yù)測；四階段法；向量機模型；研究發(fā)展

中圖分類號：U93.13 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）13-0209-02

隨著城市化建設(shè)的推進(jìn)，軌道交通的優(yōu)點也逐漸體現(xiàn)出來。目前我國有很多城市在大力發(fā)展軌道交通這一出行方式，來緩解城市交通中產(chǎn)生的堵車、客流量大等現(xiàn)象。但是隨著軌道交通的發(fā)展，很多問題也日漸突出，例如，在很多重要的換乘節(jié)點或者交通樞紐處都出現(xiàn)了不同程度的擁堵，或者一些突發(fā)事件。因此為了能夠解決這一問題，相關(guān)研究人員和部門要對客流量能夠進(jìn)行有效的預(yù)測，實時觀測和把握客流量的趨勢，向組織部門和運力部門的工作提供科學(xué)的數(shù)據(jù)，做到能夠預(yù)防和緩解擁堵現(xiàn)象的發(fā)生。

1 城市軌道交通客流量預(yù)測的內(nèi)涵

根據(jù)我國出臺的相關(guān)規(guī)定來看，客流量預(yù)測主要包含了以下6大內(nèi)容：（1）全網(wǎng)客流量預(yù)測：其中又包含了兩個主要內(nèi)容，分別是各條支線的高峰時期的客流量的預(yù)測和各支線全天客流量的預(yù)測。（2）全線客流量預(yù)測：其中包含了全天客流量的預(yù)測、每個時段的客流量的預(yù)測、全天的平均運距以及高峰時刻的運距等等。（3）車站客流量預(yù)測：這里面包含的內(nèi)容較多，可分為四個部分，分別是：突發(fā)客流的預(yù)測、高峰時刻系數(shù)、早晚高峰及全天單位時間段內(nèi)的客流量、早晚高峰及全天單位時間段內(nèi)的乘降量。（4）OD客流：主要是包含了早晚高峰及全天時間內(nèi)的車站站間OD表以及區(qū)域內(nèi)外的OD客流。（5）換乘客流：主要是觀測早晚及全天每個站臺在換乘的時候的客流量。（6）出入口客流量預(yù)測：主要是預(yù)測各個進(jìn)出站口在高峰時期分擔(dān)的客流量。

城市軌道交通在設(shè)計之初就應(yīng)該考慮到客流量這一重大因素。從上面介紹的內(nèi)容可以看出，城市軌道交通所要預(yù)測的內(nèi)容范圍之廣和跨度之大。客流量的預(yù)測不僅要求相關(guān)工作人員能夠從全局出發(fā)進(jìn)行宏觀預(yù)測，還要求工作人員能夠?qū)δ硞€站臺，某一段時間進(jìn)行具體的預(yù)測，這就預(yù)示了客流量預(yù)測工作的難度和復(fù)雜程度。一般來說其復(fù)雜性和難點主要集中在以下四個方面：（1）需要完成的預(yù)測項目繁多：從上面介紹的六個方面中可以發(fā)現(xiàn)每個方面還包含了不同的具體任務(wù)，有的甚至高達(dá)四五個具體項目。這其中需要牽涉涉及很多數(shù)據(jù)，而且很多還是要求具體到某一個時間段。目前預(yù)測較大范圍內(nèi)的客流量的工作已經(jīng)有了較好的計算模型來進(jìn)行處理，但是針對到具體的站點或者時段的客流量卻沒有很好地手段來進(jìn)行預(yù)估，使用現(xiàn)在這些技術(shù)來進(jìn)行預(yù)測的話帶來的偏差較大。（2）預(yù)測時間長：一般來說一個軌道交通路線從開始規(guī)劃到竣工至少需要五年時間，而在竣工之后要求能夠至少預(yù)測未來25年內(nèi)的客流量，而隨著科技的發(fā)展，城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷推進(jìn)，人們的生活方式變化較快，這個預(yù)測時間幾乎長達(dá)30年，這就對預(yù)測工作帶來了時間跨度上的挑戰(zhàn)。（3）發(fā)展起步晚，難以進(jìn)行有效數(shù)據(jù)的積累：我國發(fā)展軌道交通時間晚，積累的相關(guān)數(shù)據(jù)較少，經(jīng)驗也不夠多，因此很多工作都處于起步摸索階段。（4）交通出行方式呈多元化發(fā)展：根據(jù)發(fā)達(dá)國家積累的經(jīng)驗來看，有了軌道交通之后，選擇公共交通方式的居民越來越多，其中也包含了公交車、共享單車、網(wǎng)約車等等。這些交通方式的參與，也導(dǎo)致了客流預(yù)測難度的不斷加大，為建模和流量控制帶來了一定的難度。

2 城市軌道交通客流預(yù)測的研究現(xiàn)狀

2.1 客流量預(yù)測的重要意義

城市軌道交通弄客流量的預(yù)測一直是軌道交通問題研究的重點，其意義主要是以下5個方面：（1）首先為各個相關(guān)部門提供科學(xué)的數(shù)據(jù)能夠有效地分配資源和人力，提高整個交通系統(tǒng)的安全性、舒適性和經(jīng)濟(jì)效益。（2）能夠為有關(guān)部門處理緊急突發(fā)事件提供有效的數(shù)據(jù)。（3）尤其是在組織大型活動時，客流量的預(yù)測能夠幫助軌道交通運營單位做好相應(yīng)乘客運輸能力的調(diào)整匹配，既能夠保證活動的順利進(jìn)行也能夠減少對其他居民的影響。（4）通過對客流預(yù)測量的廣泛宣傳報道，能夠讓乘客科學(xué)合理的選擇公共交通方式，盡量做到錯峰出行，不僅能夠夠提高乘客的出行效率，而且會減少軌道交通的壓力。（5）軌道交通的客流預(yù)測數(shù)據(jù)能夠為突發(fā)事件提供有效的數(shù)據(jù)保障。

2.2 客流量預(yù)測的主要方法

一般來說客流量的預(yù)測分為兩種：宏觀客流量預(yù)測和微觀客流量預(yù)測，兩者的預(yù)測方法有所差別。其中宏觀客流量指的是整個路線的客流量的分布，其預(yù)測主要是采用以下三種方法：（1）四階段法：這一方法在我國的軌道交通客流量預(yù)測中可以經(jīng)常見到。因為其依次分為出行發(fā)生、出行布局、方式劃分、交通分配這四個階段，所以稱其為四階段法。這種方法主要是利用歷史數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)來進(jìn)行預(yù)測。（2）土地利用法：這個方法是研究距離換乘車站一定范圍內(nèi)的土地利用率。它和四階段法一樣都無法反映出公共交通方式之間的內(nèi)在聯(lián)系。（3）交通特征模型預(yù)測法：這個方法的主要研究對象是人，包括人是否選擇出行、出行的交通方式、出行的目的地、出行的起點等等。而微觀客流量的預(yù)測方法主要包含以下兩大類：（1）線性預(yù)測的方法，其中主要包含了對歷史客流量進(jìn)行平均的預(yù)測算法、對時間序列進(jìn)行預(yù)測的算法等。這種方法建模簡單，但是精度低，具有一定的參考意義。（2）非線性預(yù)測的方法：這類方法包含的具體模型很多，例如有灰度預(yù)測法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、基于混沌理論法等等。這些方法的特點就是計算量大、建模過程復(fù)雜，但是它的預(yù)測結(jié)果較為準(zhǔn)確。現(xiàn)在又發(fā)展出了將線性和非線性的模型進(jìn)行相互結(jié)合的客流量預(yù)測算法，例如：多模型融合預(yù)測算法，這類算法的最大特點就是將線性和非線性算法的優(yōu)點進(jìn)行組合改進(jìn)，不僅能夠提高工作效率，而且預(yù)測精度也有所提高。

2.3 客流量預(yù)測的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國外發(fā)展交通軌道技術(shù)要領(lǐng)先我國很多年，因此在這方面的經(jīng)驗也積累的比我國多。目前來說，在國外宏觀預(yù)測還是采用四階段法較多。對微觀的客流量預(yù)測也有不少理論模型，但是都有其缺點，并且得到的結(jié)果不是很理想。相較于國內(nèi)而言國外主要集中分析客流的敏感性。例如，改變某項乘車政策或者是一些基礎(chǔ)設(shè)施對乘客選擇出行方式的影響。而在國內(nèi)，我們是從1970年代才開始對這一課題進(jìn)行研究的，到現(xiàn)在也不過短短近50年的時間，已經(jīng)建立起了一套定量預(yù)測客流量的具體模型。并且隨著時間的推進(jìn)，我國軌道交通數(shù)量不斷地增多，越來越多的學(xué)者開始對已有的模型進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，例如有不少學(xué)者利用互聯(lián)網(wǎng)科技、云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)與現(xiàn)有模型進(jìn)行結(jié)合，提高預(yù)測結(jié)果的可信度。

3 城市軌道交通客流預(yù)測存在的問題和發(fā)展趨勢

根據(jù)目前客流預(yù)測體系所得到的數(shù)據(jù)來看，其與現(xiàn)實的客流量數(shù)據(jù)還存在著較大的偏差，這從一定程度上也反映出了我國在構(gòu)建這一體系上仍然存在著很多的問題，只有把這些問題進(jìn)行解決之后才能得到科學(xué)合理的數(shù)據(jù)。現(xiàn)存的問題主要有以下四點：（1）預(yù)測體系不完善：土地和交通之間的聯(lián)系沒有充分進(jìn)行研究，并且對整個交通規(guī)劃體系的研究也不夠透徹。現(xiàn)在的客流量預(yù)測只是能夠滿足在一定引導(dǎo)情況下的客流量預(yù)測，缺乏對整個交通生態(tài)圈的探索和研究，整體意識不夠強，只是關(guān)注到了交通軌道出行這一種方式。（2）現(xiàn)行的預(yù)測手段和方法單一，幾乎都是采用了四階段法，都是將邊界條件和基礎(chǔ)分別設(shè)成了總體規(guī)劃和現(xiàn)狀分析。而城市規(guī)模、公共交通方式、經(jīng)濟(jì)水平等外來因素都沒有進(jìn)行考慮。只采用這一種方案進(jìn)行估計會大大降低預(yù)測結(jié)果的完備性和科學(xué)性，導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏差越來越大。而且在預(yù)測方案中對綜合交通的研究少，幾乎都是采用小樣本來代替大范圍的取樣方式，數(shù)據(jù)樣本中存在的誤差進(jìn)一步導(dǎo)致結(jié)果準(zhǔn)確性下降。并且現(xiàn)在的模型我們很少和國內(nèi)外進(jìn)行比較分析，忽略了國外軌道交通系統(tǒng)這一良好的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗來源。（3）本身模型存在問題：現(xiàn)在我國大多數(shù)城市都采用的是四階段法，在預(yù)測過程中要充分考慮到這四個階段的相互作用。四階段法在模型建立之初就存在著一定的誤差，再加上大部分地區(qū)沒有和自己的實際情況相結(jié)合，就導(dǎo)致了誤差的進(jìn)一步增大。（4）在關(guān)鍵參數(shù)的選取上存在較大偏差：上面已經(jīng)指出在很多城市里，研究人員都采用小樣本來代替大范圍，這樣就會造成一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)缺乏普遍性，例如：人口、用地等等。而且這些數(shù)據(jù)的獲取需要多個部門進(jìn)行相互配合，并且需要投入大量的人力和物力，這就導(dǎo)致了取樣難度的增大和關(guān)鍵數(shù)據(jù)節(jié)點的可靠性降低。而且我國目前成處于城市化階段發(fā)展較快的時候，很多數(shù)據(jù)都在不斷地變化當(dāng)中，因此這也為取樣工作帶來了不少的困難。

4 結(jié)語

前面介紹了很多關(guān)于客流量預(yù)測的問題和難點，我們必須認(rèn)識到，能夠準(zhǔn)確地描述預(yù)測客流量是一件非常困難且內(nèi)容龐雜的工作。現(xiàn)在已經(jīng)有不少研究人員意識到客流預(yù)測不是孤立的一個項目，它應(yīng)該與整個城市的規(guī)劃和總體建設(shè)進(jìn)行結(jié)合，為設(shè)計和決策提供有力的判據(jù)。目前來說，整個客流量預(yù)測體系的可信度較低，但是相信隨著研究的進(jìn)一步深入，預(yù)測結(jié)果會越來越準(zhǔn)確，從而進(jìn)一步提高軌道交通的綜合性能。

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