（交通运输规划与管理专业论文）客运专线客流预测理论研究及实际应用.pdf

中文摘要 高速铁路是一种快速、安全、舒适、低能耗、大容量的新型运输方式，主要 用于解决大城市间繁忙干线旅客运输问题。自1 9 6 4 年日本东海道新干线正式投入 运营以来，高速铁路凭借其良好的经济效益和社会效益，在全世界范围内一直呈 现蓬勃发展的强劲势头为解决我国铁路长期以来的客货互争能力问题，满足旅 客运输需求不断发展的要求，国家制定了 中长期铁路网规划，根据规划内容， 我国即将进入全面建设客运专线时期。 客流量预测是客运专线规划建设的前期和基础工作由于客流量是决定客运 专线技术标准和设备数量的基础，也是决定项目效益的关键，同时又是制定运输 模式和行车组织方案的重要依据，所以，科学合理地进行客运专线客流预测具有 极其重要的意义本论文的研究目的就是要建立起适合我国国情的客运专线客流 预测方法，从而为我国客运专线建设决策提供参考和依据。 本论文首先对国内外通用的高速铁路运量预测方法进行了较为详细的介绍； 然后在对这几种预测方法进行简要评述的基础上，以运输行业市场化的现实为依 据，以影响旅客出行方式选择的影响因素分析为支撑，提出一种以“四阶段”法 为预测过程，以层次分析法为预测主体的客流预测方法；接着以武广客运专线为 预测对象，对这种方法进行了实际应用；最后通过对实例预测结果的分析，得出“途 中换乘为旅客所不愿接受”但“高速车底是否下线要根据0 d 的具体情况而定”，以 及“开行高速动车卧铺符合我国的铁路客运需求”和“快速化、舒适化、方便化 将成为客运发展的方向”等一系列具有共识性而又具有新意性的结论，在检验预 测方法科学合理性的同时，也为武广客运专线的建设决策提供了一定的支持和参 考。 关键词：运输能力；运输市场化；客流预测；层次分析法；武广客运专线 分类号：u 2 9 3 1 + 3 a sak i n do fn e w t r a n s p o r t a t i o nm a n n e r , h i g h - s p e e dr a i l w a ya c t sm o r es w i f l l y m o r e s a f e l ya n dm o r ec o m f o r t a b l e l y t o g e t h e rw i t hi t sl o w e re n e r g yc o n s u m p t i o na n dl a g e r t r a n s p o r t a t i o nc a p a c i t y , i ts e r v e sm a i n l ya st h em o s te f f e d t i v es o l u t i o nt ot h ep a s s e n g e r t r a n s p o r t a t i o np r o b l e mo nb u s yt r u n kl i n ec o n n e c t i n gb i gc i t i e s s i n c et h ed o n g h a i d a o s h i n k a n s e ni nj a p a nw a sp u ti n mo p e r a t i o ni n1 9 6 4 , h i g hs p e e dr a i l w a yh a sg a i n e d f a v o r a b l ee c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t , w h i c ha s s u r a si t sp o w e r f u l l yf u l lf l o u r i s hw i t h i n t h ew h o l ew o r l d i nc h i n a , t h ec o n f l i c to ft h ec a p a c i t yu t i l i z a t i o nb e t w e e np a s s e n g e ra n d f r e i g h tt r a n s p o r t a t i o nh a sl a s t e df o rnl o n gt i m e , w h i c hm a d et h eb a di m p r e s s i o no ft h e t r a v e l e r so nt h er a i l w a ys e r v i c e i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e mo fh i g h p i t c h e d t r a n s p o r t a t i o nc a p a c i t a l s om e e tt h eg r a d u a l l yh i g h e rd e m a n do ft h et r a n s p o r t a t i o n s e r v i c e , t h es t a t eh a sc o n s t i t u t e dt h em e d i u ma n dl o n gp e r i o d l a y o u to ft h em i l w a y a c c o r d i n gt ow h i c ho u rc o u n t r yi sa b o u tt oc o n s t r u c t i n gt h ep a s s e n g e rs p e c i a ll i n ew i t h g r e a ta n df u l lm i g h t y f o rt h ep a s s e n g e rf l o wv o l u m ed e t e r m i n e sn o to n l yt h et e c h n i c a ln o r m sa n dt h e e q u i p m e n tq u a n t i t i e sb u tt h ep r o j e c tb e n e f i t s ，a l s ot h eo p e r a t i o nm o d e a n do r g a n i z a t i o n s c h e m e ，s oi np l a n n i n ga n dc o n s t r u c t i n gt h ep a s s e n g e rs p e c i a ll i n e ，f o r e c a s t i n gt h e p a s s e n g e rf l o wa c t sa st h em o s tb a s i cc o n t e n t , m e a n w h i l e ，r e a l i z i n gas c i e n t i f i ca n d r e a s o n a b l ef o r e c a s t i n gi sp r o v i d e dw i t hg r e a ts i g n i f i c a n c e t h ep a p e rh e r ea i m sa t e s t a b l i s h i n gt h ep a s s e n g e rf l o wf o r e c a s t i n gm a n n e rf u rt h ep a s s e n g e rs p e c i a ll i n ew h i c h f i to u rn a t i o nw e l lt oh e l pm a k ed e c i s i o no nt h ep a s s e n g e rs p e c i a ll i n e s c o n s t r u c t i o n i nt h ep a p e r , s e v e r a lp a s s e n g e rf l o wf o r e c a s t i n gm a n n e r so fp a s s e n g e rs p e c i a ll i n e ， p o p u l a rb o 也h e r ea n da b r o a d , w e mi n t r o d u c e da tl e n g t ha tf r s la f t e rm a k i n gs o m e s i m p l ec o m m e n t so nt h e m ，an e wf o r e c a s t i n gm a n n e rw a sp u tf o r w a r d ，w h i c hw a sb a s e d o nt h ef a c to ft r a n s p o r t a t i o ni n d u s t r y sm a r k e t i n g , u p h e l db yt h ea n a l y s i so fi n f l u e n c i n g f a c t o r so nt r a v e l e r s c h o i c eo ft h et r a n s p o r t a t i o nt o o l s ，a n dt o o kt h e “f o u rs t a g e r m a n n e r a si t sf o r e c a s t i n gp r o c e s sa n da n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s sa si t sm a i nb o d y t h e r e a f t e r , t o o kt h ep a s s e n g e rf l o wo ft h ew u h a n - g u a n g z h o up a s s e n g e rs p e c i a ll i n ea s a ne x a m p l e ，t h ev e r yf o r e c a s t i n gm a n l i e rw a sp u ti n t op r a c t i c e a tl a s t ，a c c o r d i n gt ot h e a n a l y s i so nt h ef o r e c a s t i n gr e s u l t , i tc a i n et o s o m ea c c e p t a b l ea n dn o v e lc o n c l u s i o n s s u c ha s “i ti su n a c c e p t a b l ef o rt h et r a v e l e r st ot r a n s i td u r i n gt h et r a v e l b u t w h e t h e rt h e h i g hs p e e dt r a i ns t o c kr u n so nt h ee x i s t i n gl i n es h o u l db ea s c e r t a i n e db yt h es p c c i f i c c o n d i t i o nb e t w e a nt h e p a r t i c u l a r0 d ，：t h eo p e r a t i o no fh i g hs p e e dp o w e r e db e r t h a c c o r d sw i t ht h ed e m a n do ft h er a i l w a yp a s s e n g e r st r a n s p o r t a t i o na n d “m o l es w i f t e r , m o r ec o m f o r t a b l ea n dm o r ec o n v e n i e n tt r a v e lw i l lb e , c o m et h en e wa i mf o rt h e p a s s e n g e rt r a n s p o r t a t i o na n d o n a l lo ft h e s ec o n c l u s i o n sp r o v e dt h ef o r e c a s t i n g m a i m e rt ob es c i e n t i f i ca n dr e a s o n a b l e a tt h es s m ct i m e , i ta l s op r o v i d e ds o m ec e r t a i n s u p p o r ta n dr e f e r e n c ef o rt h ed e c i s i o no nt h ew u h a n - g u a n g z h o up a s s e n g e rs p e c i a l l i n e sp l a n n i n ga n dc o n s t r u c t i o n k e y w o r d s ：t r a n s p o r t a t i o nc a p a c i t y ；t r a n s p o r t a t i o ni n d u s t r y sm a r k e t i n g ；p a s s e n g e r f l o wf o r e c a s t i n g ；a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ；w u h a n - g u a n g z h o up a s s e n g e rs p e c i a ll i n e c l a s s n o ：u 2 9 3 1 + 3 致谢 首先衷心感谢我的导师孙晚华教授，本论文是在孙老师的悉心指导和帮助下 完成的。论文写作期间，老师曾给予认真的指导；论文定稿前老师曾多次提出宝 贵的修改意见，使论文不断完善和提升，同时也使我的科研态度逐渐严谨。 事实上，自2 0 0 4 年入学以来我一直跟从孙老师学习和工作，老师认真的科学 态度、严谨的治学精神、脚踏实地的工作作风、诲人不倦的师道风范、耐心细致 的言传身教使我受益匪浅，受用一生同时，老师和善的性格、坦荡的为人，淡 泊的心境给了我很大的人生启迪，使我对生命和生活有了更多的理解和领悟。在 此，对孙晚华老师一直以来所给予的方方面面的关怀和帮助表示衷心的感谢! 另外特别感谢贾俊芳老师，感谢她在科研项目中给予我的耐心指导和热心帮 助，感谢她用自己的实际行动教会了我做科研的正确态度和科学方法1 感谢同一课题组的韩学雷老师、秦璐老师以及廖镇同学，和他们的交流与探 讨拓宽了我的专业视野，丰富了我的专业知识，增强了我的专业本领! 感谢运输学院的诸位领导、老师，感谢他们为我提供了良好的学习环境和成 长空间，为我顺利完成学业提供了学习、生活等方面的各种保障! 感谢母校北京交通大学给我的人生以新的起点，使我从一个相对封闭的状态 步入到一个开放广阔的环境。两年半的校园生活是快乐充实的，这个过程丰富了 我的学识、提升了我的价值观和人生观，使我对做人、做事都有了更加成熟和深 入的理解和认识! 衷心感谢所有关心、支持、帮助我的老师和同学! 1 绪论 1 1 选题背景 1 1 1 国外高速铁路发展概况 交通运输业所要实现的是人和物的位移，因此运送速度是体现各种运输方式 服务特性的本质特征。随着经济的发展和科学技术的进步，提高自身的运送速度 已成为各种运输方式生存和发展的基础。铁路为适应社会对快速性的要求，把大 力提高列车的运行速度作为其发展的主要目标之一自1 9 6 4 年日本开通世界上第 一条高速铁路客运专线东海道新干线( 最高运行时速为2 1 0 k m h ) 以来，高速 铁路因其运输速度快、运输费用低、安全性能高、旅行条件好等优势，在世界范 围内一直呈现蓬勃发展的强劲势头，世界主要经济发达和发展中国家大都结合本 国的实际情况，修建了适合本国需要的高速铁路。 继东海道新干线创造了良好的经济效益后，日本加快了其高速铁路建设步伐。 1 9 7 5 年山阳新干线5 5 3 7 k i n 通车，1 9 8 2 年上越新干线2 6 9 5 k m 通车；1 9 8 5 年东北 新干线4 9 6 5 k m 通车，1 9 9 7 年长野新干线1 1 7 4 k m 通车。至此，闩本高速铁路里 程接近2 0 0 0 k i n ，称为全世界高速铁路里程最多的国家。 在法国，1 9 7 1 年政府批准修建t g v 东南线( 巴黎一里昂，全长4 1 7 k m ，列车 时速达2 7 0 k i n ) ，1 9 8 3 年9 月全线建成通车。经过多年的建设发展，目前法国共建 成高速铁路线1 2 8 2 k m ，其中除去东南线外，还包括1 9 9 0 年开通的时速3 0 0 公里 的大西洋线( 巴黎至勒芒与巴黎至图尔) 、1 9 9 3 年通车的北欧线以及部分到佰鲁塞 尔并延伸至阿姆斯特丹、科隆、法兰克福的支线。 在德国目前有四条高速铁路：1 9 9 1 年6 月建成的曼海姆至斯图加特线长9 9 1 u n ， 1 9 9 2 年6 月建成的汉诺威至维尔茨堡线长3 2 7 k m ，1 9 9 8 年建成的汉诺威至柏林段 2 6 4 k m 。2 0 0 2 年建成的科隆至法兰克福线长2 0 4 k i n 在其他欧洲国家，高速铁路也得到了较快的发展。西班牙也是世界上较早修 建高速铁路的国家，1 9 9 2 年投入运营的马德里至赛维利亚高速铁路线长4 7 1 k m ： 意大利修建的罗马至佛罗伦萨线长2 3 6 k m ；比利时修建了布鲁塞尔至昂图线，新 建部分长7 1 k m 在亚洲，韩国从1 9 9 2 年开始修建汉城至釜山高速铁路，全长4 3 0 k i n ，我国台 湾省已于2 0 0 0 年开工建设台北至高雄的高速铁路，计划将于2 0 0 6 年底开通。 高速铁路技术日益成熟，由于其在中长途运输中具有较高速公路和航空安全、 正点，快捷、方便、舒适、有序及大输送能力等优点，大大增强了铁路行业的竞 争力，创造了良好的经济效益和社会效益，所以世界上许多国家的都掀起了建设 高速铁路的高潮。目前。世界上运行时速在2 0 0 k i n 以上的新建高速铁路营业里程 约4 6 0 0 k m ，若包括既有线改建用于开行高速列车的线路，总营业里程已超过 1 5 0 ( 腿m 。 世界主要国家高速铁路概况见表1 - 1 。 袭1 - 1世界主要国家高速铁路发展概况 运营区阃及里程 最高运营 国家线路名称运营年份运营方式 0 a n ) 速度k m h 东海道新 1 9 6 4 1 0 东京一新大阪 姗 客运专线 干线 ( 5 1 5 4 ) 山阳新干 1 9 7 5 3 新大阪一博多 3 客运专线 线 ( 5 5 3 7 ) 东北新干东京一盛冈 日本1 9 8 2 6 2 6 0 客运专线 线( 4 9 2 9 ) 上越新干 1 9 8 2 l l 大宫一新溺 2 6 0 客运专线 线( 2 6 9 ，5 ) 长野新干 1 9 9 7 高崎一大野 2 6 0客运专线 线 ( 1 1 7 4 ) t g v 巴1 9 8 3 9巴黎一里昂一瓦朗 2 7 0 客运专线 黎东南线0 9 9 4 刀斯( 5 3 0 ) t g v 人1 9 8 9 9巴黎一勒苎；巴黎 法国 3 客运专线 西洋线 ( 1 9 9 0 9 1 一图尔( 1 8 1 + 1 0 1 ) t g v 北 1 9 9 b 6 伦敦一巴黎一布鲁 3 0 0 客运专线 欧线塞尔( 3 3 3 ) 汉诺威一维尔茨堡 1 9 9 2 62 8 0客货混用 ( 3 2 7 ) 1 9 9 1 6 曼海姆一斯图加特 3 0 0 客货混埘 德国 ( 9 9 ) 1 9 9 8汉诺威一柏林( 2 6 4 ) 3 0 0 客货混_ | j 科隆一法兰克福 2 0 0 23 0 0 客货混用 ( 2 0 2 ) 马德里一赛维利亚 西班牙 1 9 8 92 0 d客货混用 ( 4 7 1 ) 罗马一佛罗伦萨 意大利 1 9 9 22 5 0 客货混用 ( 2 3 6 ) 韩国 2 0 0 4 3 汉城一釜山( 4 3 0 ) 3 0 0 客货混用 伦敦一利兹( 3 0 0 ) 英国 1 9 8 9 伦敦一爱丁堡 2 2 5 客货混用 ( 6 3 3 ) 莫斯科一列宁格勒 原苏联 1 9 8 4 3 2 客货混用 ( 6 5 0 ) 2 1 1 2 我国客运专线发展概况 长期以来，我国铁路都存在着运量与运能之间的突出矛盾，铁路网运输能力 一直无法满足国民经济发展的需要。尤其是在客运市场中，铁路因其买票难、乘 车难、运输服务质量差等问题，分担客运量逐年下降。为扭转铁路客运连年亏损 的局面，积极适应现代化旅客运输对快速性、舒适性、便捷性等的要求，铁道部 于2 0 0 3 年6 月提出实施铁路跨越式发展的总体战略。随后，2 0 0 4 年国家制定了中 长期铁路网规划，明确提出到2 0 2 0 年，全国铁路营业里程将达1 0 万公里，投资 超过2 万亿元。 其中，非常突出的一点是我国将全面建设1 2 万公里的客运专线，形成“四纵 四横”的客运专线网，将客车运行时速提升到2 0 0 公里以上在年初召开的全国 铁路会议上，铁道部部长刘志军宣布，今后五年内我国将建设1 7 0 0 0 公里铁路新 线，其中客运专线7 0 0 0 公里。这些客运专线主要有京沪、京广、京哈、沈大、陇 海等，列车时速将达到2 0 0 到3 0 0 公里，总投资1 2 5 万亿元，平均每年投资规模 为2 5 0 0 亿元。根据这些规划，2 0 0 5 年以来，国家先后批准武广、郑西、石太、京 津、合宁、温福、福厦、甬温9 个合计长度3 0 0 0 多公里的客运专线项目立项，并 已经相继开工，全部在4 年左右一次建成通车。在这么短的时间内同时建设这么 多高等级的客运专线，这在我国史无前例，在世界上也绝无仅有。 根据规划，在大规模建设较高技术标准的客运专线的同时，为满足经济发达 的城市密集群间的城际客流运输日益增长的需求，还规划建设以环渤海地区、长 江三角洲地区、珠江三角洲地区为重点的城际快速客运系统。由此可以预见，到 2 0 2 0 年，发达的铁路网将初具规模，并将形成客运专线、城际客运铁路和既有线 提速线路相配套的3 2 0 0 0 公里的快速客运系统，铁路客运质量将显著提高。 综上所述，今后5 到2 0 年内，我国客运专线建设将以前所未有的速度快速发 展，我国将通过大力发展客运专线来实现铁路的跨越式发展，为全面建设小康社 会提供可靠的运力支持。 表1 2我国客运专线规划建设概况一览表 建设线路 开工时间 线路全设计时速投资金额 建成时问 状态名称 长( k m ) ( k m h ) ( 亿元) 己建秦沈 19 1 9 9 8 1 64 0 4 62 1 5 72 d o b 成 专线 石太 2 0 d 5 6 1 l1 眇- 92 1 2 6 42 0 0 8 专线 武合 专线 2 0 0 5 6 1 83 5 12 0 01 8 72 培 武广 专线 2 5 6 2 39 ：b 9 2 0 0 9 8 62 ( 1 0 8 京津 城轨 2 0 0 5 7 41 1 5 3 1 2 3 2 0 0 8 合宁 力0 0 5 7 2 11 6 62 0 04 02 0 0 r 7 专线 建 温福 2 0 0 5 & 12 9 8 42 0 0 - 2 5 01 8 0 32 | d 0 9 设 专线 郑西 中2 0 q 5 9 2 54 5 52 0 03 5 62 【1 8 专线 福厦 2 0 0 5 1 0 1 12 7 3 2 0 0 1 4 4 22 9 专线 甬温 2 0 0 5 1 0 2 7 2 8 2 42 1 6 2 8 2 0 0 9 专线 广深 2 5 1 2 1 8l “62 5 0 - 3 5 01 6 72 0 1 0 专线 广珠 2 晤1 2 1 81 4 3 72 0 01 7 9刀d 0 9 城轨 沪宁 2 9 62 5 03 4 6 42 d 0 9 城轨 合计 4 | d 6 & 63 1 5 5 1 京石 4 62 0 口3 5 02 5 l2 0 1 0 专线 秦津 已 专线 2 4 52 0 0 _ 3 5 02 0 72 0 1 0 获 哈大 9 0 23 0 0 - 3 5 08 2 62 0 1 1 专线 批 京沪 1 3 2 03 0 0 0 5 01 4 0 02 0 1 0 专线 沪杭 1 7 54 5 0 3 5 02 0 0 8 专线 合计 2 6 8 83 0 3 4 总计 6 7 5 6 66 1 8 9 1 1 2 选题意义 从宏观层面来说，客运专线的客流量，是国家整体铁路网络规划和发展的必 要参考，是进行客运专线项目宏、微观投资决策的依据，它直接影响着客运专线 建设项目建设的必要性和可行性，并对客运专线在全国范围内的整体选择、走向、 设计及人力、物力、财力的投入等发挥着重要影响作用；从微观层面来说，客运 专线的客流量是决定客运专线工程技术标准和设备类型、数量等的基础，是决定 项目效益的最关键因素之一，也是制定运营模式和行车组织方案的重要依据所 以，客流预测是客运专线项目可行性研究和项目评价的基础，预测结果在客运专 线的建设、运营、列车开行方案制定、客运工作组织以及经济效益评价等方面均 具有非常重要的作用。 传统客运方式的客流预测方法，大都基于运输现状，结合国民生产总值、经 济发展速度、人口数量增长等对客流影响较大的变量，通过时间序列法、回归分 析法、弹性系数法、产销平衡法、乘车系数法、类比生成法等，建立相关模型来 预测未来年度的客流量。而客运专线作为一种新生事物，它本身并不存在历史运 量及运输现状，所以不属于传统运量预测方法适用的对象。事实上，由于客运专 线的出现，目前以铁路、公路、民航三种交通方式为主的稳定的客运市场格局将 被重新分割，四种运输方式将凭借自身的技术及服务特性展开竞争，竞争的结果 以其各自的分担客流量来表征。显然，要确定最终的分担客流量，预测客运专线 客流，采用传统预测方法是很难实现的。所以，有必要研究出一种适合我国国情 并且行之有效的客运专线客流预测的方法。 1 3 论文的研究方法 本论文在深入分析国内外高速铁路运量预测领域最新研究成果及发展动向的 基础上，主要采用以下三种方法进行适合我国国情的客运专线客流预测方法研究。 第一，系统的研究方法。运输市场化条件下，运输方式之间由过去的孤立封 闭变为相互影响、相互竞争，任何一种运输方式的承担客流量都不单纯是其自身 技术特征和服务水平的结果，其它运输方式的服务水平和经营方式直接影响其客 流量的大小。客运专线作为运输市场中一种新的运输方式，要准确预测其分担客 流，前提必须要考虑航空、公路等其它运输方式的竞争，考虑它们之h j 的相互作 用。同时，以具有自主选择性的人为服务对象，客运专线能否吸引客流、能吸引 多少客流，不仅与客运专线自身服务水平有关，而且与旅客自身属性有关，如旅 客收入水平、旅客消费能力、旅客时间价值等市场的本质在于存在需求和供给， 5 确定运输市场中客运专线的分担客流，必须要综合考虑需求和供给双方的影响。 第二，定性和定量综合集成的方法。市场条件下运输方式的分担客流量主要 受需求和供给两大方面的影响，而这两方面又包含许多具体的因素。在这诸多影 响因素中，有些可以定量计算，如旅行时间、旅行费用、旅客收入等；有些却难 于定量，如舒适性、方便性以及旅客对各种属性的重视程度等。影响因素的性质 决定了对定性和定量综合集成方法的运用。 第三，理论与实际相结合的方法。这主要体现在两个方面：其一为各影响因 素的量化过程。为获取定性、定量因素的量化值，研究过程中除参考已有研究成 果外，还进行了相应的客运市场调查。通过对调查结果的汇总、分析、加工，最 终确定了以事实为依据的各种量化值；其二为对本文所述方法的理论阐述和实例 应用。方法以理论研究为表现形式，以实际应用为本质内容，方法研究的意义在 于实际应用。本文在理论阐述客运专线客流预测方法的基础上，以武广客运专线 为应用对象进行了实例预测，表明了所研究方法的可操作性及合理性 1 4 论文的主要内容 随着中长期铁路网规划的出台，我国即将进入大规模建设客运专线的阶 段。鉴于客运专线客流预测工作的基础性和重要性，本文以为我国客运专线建设 决策提供参考和依据为目的，进行适合我国国情的客流预测方法研究，主要内容 包括：详细介绍和深入分析国内外通用的高速铁路运量预测方法；理论阐述本文 所提出的以“四阶段”法为预测过程，以层次分析法为预测主体的客流预测方法： 实际应用本文所述方法进行武广客运专线客流预测。 本论文各章节组织关系如下： 第一章说明本论文的研究背景、研究意义、研究方法及主要内容 第二章对国内外通用的高速铁路运量预测方法进行了详细介绍和简要评价， 内容涉及国外以m d 模型为核心和以l o g i t 运量分配模型为核心的高速 铁路运量预测方法以及国内常用的“四阶段”法 第三章基于四阶段法的客运专线客流预测理论研究在第二章分析评价的基 础上提出一种以“四阶段”法为预测过程，以层次分析法为预测主体 的客流预测方法，并进行了系统论述。 第四章以武广客运专线为本文所研究方法的应用对象，进行实例预测。 第五章对武广客运专线预测结果进行分析和总结 第六章对论文进行了总结，提出了需进一步完善的地方。 2 国内外高速铁路运量预测方法介绍 2 1 国内高速铁路运量预测方法一四阶段法 2 1 1 四阶段法引入之前的运量预测方法 我国运量预测的历史由来已久长期以来，运输领域的运量预测都主要着眼 于待预测的运输方式本身来预测未来年度可能产生的运量，很少或者不考虑其它 运输方式参数、技术特征、服务水平等的变化对该方式运量的影响，常用的方法 有时间序列法、回归分析法、弹性系数法、类比生成法等。这种孤立的预测思想 不仅在计划经济体制下的铁路运量预测中长期沿用，就是在早些的对京沪走廊修 建高速铁路的方案论证过程中也得到了使用，这主要体现在沿用密度预测方法预 测高速铁路的运量。 使用密度预测方法预测京沪高速铁路客运量的主要步骤为： 1 1 根据全国未来经济发展水平的规划确定全国铁路总运量； 2 ) 根据南北运量在全国铁路总运量中的比例来确定南北主要干线的界面密度； 3 ) 根据京沪线在南北主要干线中运量的比例确定京沪线的截面密度； 4 ) 根掘历年京沪线各区段的密度与界面密度的比例确定各区段的密度。 4 1 根据以往运量预测的经验，这种方法在既有线的运量预测中是有效的，但直 接用于高速铁路这种将引发运输市场格局很大变化的新的运输方式的客流预测就 会产生许多问题，主要表现在以下几个方面： 1 1 随着运输市场化程度的不断加深，既有铁路和高速铁路都将受到来自高速公路 和航空的激烈竞争，而密度预测法很难反映各种运输方式之间的竞争情况； 2 ) 在进行国民经济评价时，需要了解运量的构成情况，包括转移运量和诱增运量 等，而密度预测法很难提供这些信息； 3 ) 密度预测法的结果是区段密度，无法换算成o d 的客流情况，不能直接为行车 组织工作提供依据； 票价是影响旅客出行方式选择的一个重要因素，而密度预测法与运价基本无关， 这就无法进行票价变化情况下旅客不同承受能力分析，也就无法为最优票价的制 定提供依据。 传统运量预测方法只是在历年运量统计资料、社会经济发展及规划资料的基 础上，就一种运输方式论一种运输方式，它没有考虑运输方式自身服务特性对客 运量的影响，也没有考虑其它运输方式技术参数变化以及运输市场格局变化对客 7 扯塞銮煎鑫茔硒圭堂焦途塞国内筮直速毯堕运量班型友鎏盒绥 运量的影响，更没有考虑具有自主选择性的旅客这一主观因素对客运量的影响。 所以，在运输行业日渐市场化的条件下。在“以人为本”的理念不断深入人心的 情况下，传统运量预测方法使用的局限性越来越大。 2 1 2 四阶段法 四阶段法是国际上流行的预测方法，有较强的理论基础和实践经验，它起源 于城市交通规划，近年来已被广泛应用于区域交通规划和国内、外高速铁路项目 的设计中四。在我国高速铁路建设项目中，四阶段法是经常使用的方法。经典的四 阶段法包括交通生成、交通分布、交通方式分担和交通分配四个阶段，这四个阶 段前后相接，依次完成了对区域客运总需求、o d 客运需求、o d 闻各种方式客流量 及各线路客流量的求算 1 交通生成阶段 交通生成阶段是四阶段预测方法中最基础的阶段，该阶段的主要任务是根据 国民经济发展状况，对项目所在区域及各交通分区的各种运输方式的运输总量 包 括发生量和吸引量) 进行预测。其研究思路为：通过分析研究区域历年社会经济、 客运量资料以及现场的0 d 调查数据，建立经济发展水平与客运量之间的定量关系 模型；通过预测其社会经济发展，从而预测未来各交通区的客运发生和吸引量。 常用的预测方法有回归分析法，灰色预测法、弹性系数法、产销平衡法、类别生 成法等。 2 交通分布阶段 交通分布预测实质就是客流流量、流向预 鲤l ，它以历史和现状o d 表为基础， 综合考虑各分区经济、社会发展所引起的运量增长状况，依据一定的条件和规划， 将某一分区的发生和吸引量分配到其它各个分区，从而形成分区之间的交通流量 流向图，即确定o d 矩阵 交通分布预测的方法有资源配置法和数学模型法，对于客流量分布的预测主 要用数学模型法，包括增长系数法，重力模型法，机会模型法等。其中最为通用 的是重力模型法，其模型结构如下： p “| & - 毛乇争 ( 2 - 1 ) r j 其中，为i 区和j 区阃的社会经济调整系数；只、彳f 分别为i 区的交通发生量和 ，区的交通吸弓l 量；毛为i 区到j 区的交通阻抗( 空间距离、旅行时闽、费用等) ， 根据经验，当取运输方式的广义费用( 详细论述请见2 2 2 ) 时效果最好；a 、卢、， 均为修正系数。 3 交通方式分担阶段 这是最核心、最关键的阶段。 对于旅客运输而言，影响旅客进行运输方式选择的因素主要有以下三个方面 1 ) 出行特征：包括出行目的、出行距离、出行时问、出行者所处地理环境等； 劲旅客自身的社会属性：包括年龄、职业、时间价值、收入水平等： 运输方式自身的技术、服务特征：包括运行时间、运输费用、舒适程度、便捷 程度、安全程度等。 交通方式分担阶段常用的预测模型有：转移曲线模型、概率模型、p r o b i t 模型、 回归模型等。目前，国内外在运用四阶段法进行高速铁路运量预测的过程中，普 遍采用l d g i t 模型( 详细论述请见2 2 2 ) 进行运输方式的交通分担预测。l o g i t 模型实质等同于概率模型，它们都是从运输方式自身服务特性出发，以运输方式 的交通阻抗为客流分担率的主要确定标尺进行客运量在各种运输方式问的分配。 4 交通分配阶段 交通分配就是将已预测出的o d 量按照一定的规则分配到路网的各条线路上， 并预测出各条线路的运输量。 国内外已有的交通分配模型很多，通常可分为平衡模型和非平衡模型两大类， 它们都以沃尔乔泊( w a r d r o p ) 第一、第二原理作为划分依据。1 7 1 w a r d r o p 原理一：所有被使用的路线的行程时问与费用均相等，且都比没有被 使用的路线的要小； w a r d r o p 原理二：以平均行程时间最小所建立的最佳路网系统进行运量分配。 在实际预测过程中，平衡模型因其维数太大，约束条件太多，求解比较困难 而较少使用，而非平衡模型却得到了广泛应用。非平衡模型根据手段和形态的不 同有以下的分类，如表2 - 1 ： 表2 1非平衡模型分类表 手段 无迭代分配法有迭代分配法 形态 单路径最短路分配法容量限制分配法 多路径静态多路径概率分配法动态多路径概率分配法 其中，最短路分配法以运输距离( 或时问、费用) 最短为i i i 提，且不适于多 路径的分配；容量限制分配法主要是考虑了路权与通行能力限制的关系，只适用 于单路径的分配；多路径概率分配法适用于在可能的运输线路上分配运输量的问 题，更切合实际川 9 2 2 国际通用的高速铁路运量预测方法 2 2 1 以m d 为中心的运量预测方法 m d 模型是二十世纪七十年代由日本运输调查局开发的。与传统预测方法不 同，m d 模型考虑了运输方式服务水平变化对运量的影响，能够反映出运输结构的 巨大变化。通过在国内外各种交通项目中的长期试用，该模型得到了不断改进， 现主要用于日本新建新干线时的需求预测。 1 模型建立的假设条件 1 ) 假定存在潜在需求 交通需求量是指出发地( o 点) 和到达地( d 点) 之间的旅客移动数量，交 通需求的关键在于如何克服两点之间的空间。假定o d 间存在潜在旅行需求是m d 模型的第一个观点，这两点问存在旅行可能性的人们被理解为潜在需求层，这是 一种尚未显现出来的需求 2 ) 假定旅行具有效用且服从概率分布 人们之所以要旅行是因为通过旅行能获得某种好处，例如出差可以增加企业 收入，参加观光旅游是为了观光修养等等。旅行具有效用，但对效用大小的评估 却随个人价值观及旅行目的的不同而不同。假定各o d 间人们对旅行效用的评价 服从某种共同的概率分布，是m d 模型的第二个观点。 3 ) 假定旅客的牺牲量( 旅客付出的时间、费用、疲劳等) 旅客出行总要花费一定的时间和金钱，并且还会感到疲劳，这些总称为旅客 的牺牲量，将这种牺牲量用对旅客的旅行行为影响最大的旅行时间和费用的总和 来具体表示，是m d 模型的第三个观点。为统一时间和费用的单位，可使用旅客 的时间价值作为中间桥梁，故交通工具的牺牲量可用下式表示： s - q4 - p 互 ( 2 - 2 ) 其中，s 一使用第f 种交通工具的牺牲量； 、z 一一使用第i 种交通工具所需的费用和时间； v - 旅客的时间价值 4 ) 旅客的时间价值服从概率分布 旅客的时间价值是指旅客用金额来评估时间值多少钱，评估结果不仅会因人 而异，而且也会因旅行目的的不同而不同。将旅客时间价值看作服从某种概率分 布是m d 模型的第四个观点。 5 ) 旅客对交通工具的选择及潜在需求的显在化 这是m d 模型最关键的部分对于某一o d 来说，存在的各种运输方式所需 要的旅行时间和费用是不同的，旅客将会在对其进行时间价值的评估后，选择牺 牲量最小的运输方式。选择了运输方式并不代表旅行一定会实施，潜在需求显在 化的另外一个必要条件是旅行效用必须要超过所选运输方式的牺牲量 7 1 i s 。由此看 来，在m d 模型中，旅客最终选择某种运输方式出行必须要同时满足以下两个条 件：第一，所选运输方式的牺牲量最小：第二，旅客的旅行效用超过了该运输方 式的牺牲量。 1 m d 模型的预测过程 1 1 旅行效用( u ) 和时问价值( v ) 的“概率分布” m d 模型在进行旅客对运输方式选择行为分析时，使用了表示潜在需求的概率 分布和各种运输方式的牺牲量曲线来进行推算。表示潜在需求的主要参数就是旅 行效用和时问价值，它们随不同时间、不同旅行目的和旅客的属性而变化。为能 够具体计测，且能符合大多数社会现象的“正态分布”性以及旅行效用和时间价 值自身的非负性，m d 模型采用对数正态分布来描述这两个参数。与这两个参数相 对应的均值和标准方差分别为：l n ( u ) 、a l n ( u ) 和u l n ( 1 v ) 、a l n ( 1 v ) 实际预测 中，均值和方差可通过以现状各o d 、各o d 间各种运输方式运量及运输条件( 所 需时间和费用) 作为输入数据进行搜索，并针对搜索结果进行各领域内的校准来 最终确定。一般时间价值要考虑年度的变化。 2 ) 牺牲量曲线 各种运输方式的牺牲量曲线是用下式所示的自然对数来表示的： l n c ) ：l n ( + 放) ( 2 - 3 ) 其中， s m 一畸问运输方式m 的牺牲量； 、c 0 一研间运输方式m 的所需的运行时间和费用； x 一埘问价值( v ) 的倒数 3 ) 潜在需求实现率和分界点 潜在需求实现率是指潜在需求量变为实际需求量的比例。根据前边对潜在需 求显在化的分析，某种运输方式的潜在需求实现率就是指旅客的旅行效用超过该 方式牺牲量曲线的部分对于存在两种或两种以上运输方式的o d ，各种运输方式 潜在需求实现率之问的分界线是以各种运输方式之间牺牲量相等的那一点为基准 确定的，该点即为分界点。用式( 2 - 4 ) 表示。 l n ( x 。1 ) 一l i l 【( 乙耐一乙一埘) ( c ：一埘一i 已- f ) 】 ( 2 4 ) x i 一啊问运输方式胁和距其最近的运输方式胂一1 的分界点l 互卅、c 一嘶一崎问采用运输方式m 一1 时所需的时间和费用； 1 1 、c 0 意义同前。 在确定了各种运输方式需求实现率的分界点后，借助旅行效用、时间价值概 率分布及运输方式牺牲量曲线，通过下式即可求解各种运输方式的需求实现率。 - 戚= ，o 垢+ 剐， 乩或 ( 2 - 5 ) 式中，i i d 。为i 间运输方式m 的潜在需求实现率，o ) 、( u ) 分别为时间价值和 旅行效用的概率密度。 4 ) 潜在需求量 基年各o d 的潜在需求量可通过各o d 所有运输方式的总运输量除以各o d 所 有运输方式的合计潜在需求实现率来获得。在推测未来年的潜在需求量时，可以 各o d 的基年结果为基础，联系人口、人均收入及o d 间距等指标建立函数，进行 交叉分析实现对潜在需求模型的参数标定。利用该模型，借助各o d 各指标的预 测值即可得未来年各o d 的潜在需求量 5 1 各种运输方式的实际需求量 通过分别将各o d 各种运输方式的潜在需求实现率与该o d 的潜在需求量作 乘，即可得到各o d 各种运输方式的实际需求量。 3 m d 模型的特征分析 m d 模型以潜在运输需求为基础，以实际运输需求为目标，通过潜在需求实现 率实现二者的转化而各种运输方式潜在需求实现率的求得，则以表示潜在需求 的概率分布和各种