（交通运输规划与管理专业论文）大型综合交通枢纽站客流预测及组织优化方法研究.pdf

中文摘要 中文摘要 摘要：科学的客流预测与组织优化是实现车站有效运输组织和运营管理的基础。 大型现代化综合交通枢纽站汇集多种交通方式并伴随有大规模客流集散、换乘和 空i 、日j 结构复杂等特点，采用科学的方法研究大型综合交通枢纽站的换乘客流预测 及站内换乘流线的组织优化，对提高枢纽站的整体运用效率和运营服务质量等都 具有重要的实际意义。 本论文结合参加铁道部科研项目“铁路枢纽规划及能力配置研究一大型现代 化综合交通枢纽运营管理方案研究”的研究工作，以新北京南站为背景，对大型 综合交通枢纽站的客流预测及组织优化方法进行了选题研究。 本论文在对国内外现状分析的基础上，针对我国大型综合交通枢纽站的实际 情况，主要对枢纽站内各种交通方式之问的换乘客流量预测、流线上路段分配量 预测和流线优化的实现方法进行了探讨，并对北京南站的客流预测与换乘流线的 组织优化进行了实例分析。换乘客流量预测方面：在分析了影响客流换乘的因素 的基础上，通过引入交通分布的原理与方法，提出了运用双约束重力模型预测枢 纽内各种运输方式之间的换乘客流量的方法。流线上分配客流量预测方面：建立 了适用于站内行人换乘分配量预测的流线路段路阻函数以及站内换乘通道最大通 过能力的计算公式，阐述了基于t r a n s c a d 交通规划软件平台应用交通分配模型预 测流线上路段分配客流量的方法与实现步骤。换乘流线组织优化方面：以减少换 乘流线上旅客的停留时间，降低流线拥挤度和合理利用设备通过能力为目标，对 流线上的设备能力进行了分析，并在交叉点优化和设备能力优化两个方面提出了 换乘流线的组织优化方法。最后，运用双约束重力模型和t r a n s c a d 交通规划软件 对北京南站换乘客流量和站内各流线的客流分配量进行预测，并对换乘流线优化 方案进行了实例分析。针对北京南站换乘流线网络的瓶径路段，提出了若干流线 优化的对策和旅客组织建议，确定了车站的进、出站口、售票窗口、三品检危仪 等的设备配置数量，为枢纽站的实际运营管理提供了一定决策依据。 关键词：综合交通枢纽；流线优化；换乘组织；t r a n s c a d ；交通分配；重力模型； 分类号：u 2 9 3 1 a b s t r a c t a b s t r a c t ： a b s t r a c t s c i e n t i f i c p a s s e n g e rf l o w f o r e c a s t sa n dt h e o p t i m u mo r g a n i g a t i o n s i st h e f o u n d a t i o no fr e a l i z i n ge f f e c t i v et r a n s p o r t a t i o ns y s t e ma n dt h eo p e r a t i o n a lm a n a g e m e n t i ns t a t i o n t h e r ea r em a n yt r a f f i cm o d a l sa n dl a r g e - s c a l ep a s s e n g e rc o l l e c t o r - d i s t r i b u t o r v o l u m ei nac o m p r e h e n s i v et r a n s p o r t a t i o n h u b ，a l s oi t st r a n s f e r r e ds p a c ei sv e r y c o m p l i c a t e d s t u d y i n go nt r a n s f e r r e dp a s s e n g e rf l o wa n do p t i m u mo r g a n i g a t i o n si na c o m p r e h e n s i v et r a n s p o r t a t i o nh u bh a sp r a t i c a ls i g n i f i c a n c et oe n h a n c eo p e r a t i o n a l e f f i c i e n c ya n dq u a l i t yo fs e r v i c e t h et h e s i ss t u d i e st h em e t h o do fp a s s e n g e rf l o w f o r e c a s t i n ga n ds t r u c t u r e o p t i m i z i n go fl a r g ec o m p r e h e n s i v et r a n s p o r t a t i o nh u bi nt h eg r o u n do fb e i ji n gs o u t h s t a t i o n ，w h i c hi sa c c o r d i n ga st h er e s e a r c hw o r ko ft h em i n i s t r yo fr a i l w a y s i t e m ： r a i l w a yt r a n s p o r t a t i o nh u bp r o g r a m m i n ga n dc a p a b i l i t yd e p l o y i n gr e s e a r c h 1 a r g e c o m p r e h e n s i v et r a n s p o r t a t i o nh u bm a n a g e m e n tp r o j e c tr e s e a r c h o nt h eb a s i co f a n a l y z i n gc u r r e n ts i t u a t i o na th o m ea n da b r o a d ，s p e c i f i ct op r a c t i c a l s i t u a t i o no fd o m e s t i cl a r g e - s c a l ec o m p r e h e n s i v et r a n s p o r t a t i o nh u b ，t h i sp a p e rm a i n l y r e s e a r c ho nf o r e c a s t i n go ft r a n s f e r r e dp a s s e n g e rf l o wb e t w e e nv a r i o u sk i n d so ft r a f f i c m o d ea n dt r a f f i ca s s i g n m e n tv o l u m eo ne a c hr o a di nt h et r a n s f e r r e df l o wn e t ，a sw e l la s t h em e t h o do fp a s s e n g e rf l o wl i n e o p t i m i z a t i o n a n dt h eu n i o ne x a m p l ea n a l y z e d p a s s e n g e rf l o wf o r e c a s t sa n dp a s s e n g e rf l o wo p t i m a lo r g a n i z a t i o n i nr e s p e c to f t r a n s f e r r e dp a s s e n g e rf l o wf o r e c a s t s ：o nt h eb a s i co fa n a l y z i n gi n f l u e n c ef a c t o ro f t r a n s f e r r e dp a s s e n g e r , t h r o u g hq u o t i n gt r a f f i ca s s i g n m e n tt h e o r ya n dm e t h o d ，t h i sp a p e r p u t sf o r w a r du s i n gd o u b l ec o n s t r a i n e dg r a v i t ym o d e lt of o r e c a s t st r a n s f e r r e dp a s s e n g e r v o l u m eb e t w e e nv a r i o u st r a 伍cm o d e i nr e s p e c to ft r a f f i ca s s i g n m e n tv o l u m eo f p a s s e n g e rf l o w ：i tc r e a t sr o a di n p e d e n c ef u n c t i o nt h a ta d a p tt o p e d e s t r i a nt r a f f i c a s s i g n m e n ti n s t a t i o na n dc o m p u t i n gf o r m u l ao fm a x i m u mc a p a c i t yo ft r a n s f e r r e d p a s s a g e ，a sw e l l a st h em e t h o da n d o p e r a t i o n a lp r o c e d u r eo fp a s s e n g e rt r a f f i c a s s i g n m e n tv o l u m ef o r e c a s t su s i n gt r a f f i ca s s i g n m e n tm o d e lb a s e do nt r a n s c a d s o f t w a r e i nr e s p e c to ft r a n s f e r r e dp a s s e n g e ro p t i m a lo r g a n i z a t i o n ：i no r d e rt or e d u c e p a s s e n g e rd w e l lt i m eo nr o a ds e c t i o no ft r a n s f e r e df l o wl i n e ，b r i n gd o w nt r a n s f e r r e dl i n e c o n g e s t i o nd e g r e ea n dt or e a s o n a b l yu t i l i z et r a f f i ca b i l i t yo ff a c i l i t i e s ，i ta n a l y z e s f a c i l i t i e s st r a f f i ca b i l i t ya n dp u t sf o r w a r do p t i m i z e dm e t h o do ft r a n s f e r e do r g a n i z a t i o n 1 i nt h ee n d ，i tu s e sd o u b l ec o n s t r a i n e dg r a v i t ym o d e lb a s e do nt r a n s c a ds o f t w a r et o f o r e c a s tt h ev o l u m eo ft r a n s f e r r e dp a s s e n g e rf l o wa n dt h et r a f f i ca s s i g n m e n tv o l u m eo f p a s s e n g e rf l o wa n dt h eu n i o ne x a m p l e a n a l y z e do p t i m a lo r i g a n i z a t i o ni nb e i j i n gs o u t h r a i l w a ys t a t i o n s p e c i f i ct ob o t t l e n e c kr o a ds e c t i o no ft r a n s f e r r e dp a s s e n g e rf l o wn e t ，i t p u t sf o r w a r ds e v e r a lo p t i m i z e dc o u n t e r m e a s u r e sa n do r g a n i z a t i o ns u g g e s t i o n ，d e t e r m i n e q u a n t i t yo fc o m i n gi na n d o u tr a i l w a ys t a t i o nt i c k e te x a m i n e r , t i c k e ts e l l i n gw i n d o wa n d s a f e t yi n s p e c t i n ga p p a r a t u s ，a l lt h i sa i m a tt os u p p l yf o u n d a t i o nt op r a c t i c a lo p e r a t i o n s m a n a g e m e n t k e y w o r d s ：c o m p r e h e n s i v et r a n s p o r t a t i o nh u b ；p a s s e n g e rf l o wl i n eo p t i m i z a t i o n ； t r a n s f e r e do r g a n i z a t i o n ；t r a n s c a ds o f t w a r e ；t r a f f i ca s s i g n m e n t ；g r a v i t ym o d e l ； c l 。a s s n o ：i 2 9 3 1 l i 表目录 表目录 表2 1 出行分布预测和换乘量预测对应关系1 0 表3 1 水平通道通行能力参考表2 3 表3 2 路阻函数参数值2 4 表4 1 f 常情况下各分类候车室使用面积指标( m z 人) 3 6 表4 2 单个检票口能力参考表3 7 表4 3 售票能力参考表( 张d , 时口) 3 7 表5 1 北京南站高峰小时各种交通方式的集散客流量( 人) 4 7 表5 2 北京南站高峰小时各种交通方式的集散客流量( 人) 4 7 表5 3 随机抽样换乘矩阵( 人) 一4 7 表5 4 各种交通方式之间的换乘时间( 分) 一4 8 表5 5 北京南站高峰小时各种交通方式之间的换乘客流量( 人) 一4 8 表5 - 6 路段流量分配数据结果5 0 表5 6 路段流量分配数据结果( 续1 ) 5 l 表5 7 优化后的主要路段流量分配表5 3 表5 7 优化后的主要路段流量分配表( 续1 ) 5 4 表5 7 优化后的主要路段流量分配表( 续2 ) 5 5 表5 8 地下一层进、出站检票口数量5 6 表5 9 高架层进站检票口数量5 6 表5 1o 地下一层售票方案对比表5 8 表5 1 1 地下一层各方向售票口数量表一5 9 表5 1 2 高架层各方向售票口数量表一6 0 表5 1 3 平面层售票窗口数量需求分析6 0 表5 1 4 地下一层三品检危仪数量表6 0 表5 1 5 高架层高峰时段通过三品检危仪摆放位置客流量6 1 表5 1 6 高架层高峰时段三品检危仪数量6 1 图目录 图目录 图1 1 论文的主要研究思路框架一6 图3 1 最大通行能力参数拟合图2 2 图3 2 参数标定结果2 4 图3 3 建立线层操作( 1 ) 2 7 图3 - 4 建立线层操作( 2 ) 2 7 图3 5 导入路网步骤( 1 ) 2 8 图3 - 6 导入路网步骤( 2 ) 2 8 图3 7 导入路网步骤( 3 ) 2 9 图3 8 创建o d 矩阵3 0 图3 - 9 创建网络3 0 图3 10 交通分配3l 图3 1 1 交通分配选项3 2 图4 1 旅客出站流程4 0 图4 2 进出站流线平面错开方式4 1 图4 3 进出站流线空问错开方式4 2 图4 4 进出站流线立体空间错开放式。4 2 图4 5 某火车站的客流流线4 3 图4 6 功能布局优化后的客流流线4 3 图4 7 无引导标识旅客进站流线图4 5 图4 8 利用引导标志优化后的流线4 5 图4 9 某电梯的运行方向4 6 图4 1 0 优化后的电梯与步行梯方向4 6 图5 1 北京南站的客流换乘流线4 9 图5 2 北京南站的换乘流线客流流量分配图4 9 图5 3 流线优化后的流量分配图5 3 图5 4 优化前后的饱和度对比图5 5 图5 5 售票方案l 5 7 图5 - 6 售票方案2 5 7 图5 7 售票方案3 5 8 图5 8 高架层售票方案5 9 北京交通大学硕士论文 图5 - 9 高架层三品检危仪的摆放位置6 1 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 嬲 导师签名： 冬么五 签字日期：知，年多月岁日签字日期。竹6 月j 陌 独创性声明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也f 包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的洗明并表示了谢意。 学位论文作者签名： ；篓易 签字同期： 2 0 0 ，年月，同 致谢 本论文的工作是在我的导师张喜教授的悉心指导下完成的，张喜教授严谨的 治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来张喜 老师对我的关心和指导。 张喜教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予 了我很大的关心和帮助，在此向张喜老师表示衷心的谢意。 在实验室工作及撰写论文期问，陆城、刘民伟、秦丽娇、欧阳展、曹冬清等 同学对我论文中的客流预测、流线优化等研究工作给予了热情帮助，在此向他们 表达我的感激之情。 另外也感谢我的父母和女朋友杜漾，他们的理解和支持使我能够在学校专心 完成我的学业。 1 绪论 1 1 选题背景及意义 l 绪论 大型综合交通枢纽站是一个城市的交通形象门户，集铁路运输、城市交通、 行人流于一体，是各种运输方式衔接和联运的主要基地，同时它也是城市对外交 通客运枢纽之一。大型综合交通枢纽站是城市总体规划布局中的重要组成部分， 为适应铁路、公路、公交、轨道等城市问运输和城市内部运输的需要，担负着长 途、短途和城市内部交通的客货流转运的任务，是实现城市内部交通和外部交通 有效衔接、不同客运方式之间的转换，保证客运连续性的功能体。 过去我国的综合交通枢纽没有给予充分的重视，存在重线路( 道路、轨道交通 等) 建设，轻枢纽设计的误区，枢纽资源没有得到充分利用，换乘流线不够合理， 换乘距离长，造成换乘点人车混杂，互相干扰等。这使得国内枢纽的换乘效率低 下，换乘时间远高于国外发达国家的枢纽，直接影响着综合交通系统的效率。同 时，综合交通客运枢纽是多种交通方式融于一身的交通枢纽，受到我国管理体制 的制约，各种交通方式所属的各级行政主体立场、角度不尽相同，多部门管理难 以协调。随着我国城市和区域综合运输体系的进一步发展和完善，大型综合交通 枢纽规划设计以及换乘流线组织不合理所引起的问题，暴露得越来越明显。 特别是随着经济的发展、产业结构的优化、人口城镇化进程的加快、人均乘 车次数将增加，客流和人们的时间价值观也会相应的增值【l 】。所以，旅客对换乘舒 适度、安全性、方便性等服务质量方面的要求也在逐步的提高。因此，研究大型 综合交通枢纽的客流预测、客流换乘流线的组织优化方法，既可以为枢纽的建设、 布局等提供数据依据，又是提高客运服务质量、运输组织效率和经济效益的有效 途径；同时对实现客运快速化、节省建设投资具有极其重要而深远的意义。 1 2 国内外研究概况 1 2 1 换乘客流预测方面 综合交通枢纽的客流预测具有一定的复杂性，目前在国内还没有形成固定的 分析计算模式，预测分析的理论和方法也还在发展完善之中。黄伟2 1 在其发表的期 刊中提到在客流构成分析的基础上，分城际交通相关的客流、枢纽内城市公共交 北京交通人学硕+ 论文 通所诱发的客流、枢纽周边用地诱发的客流3 部分采用不同的计算方法分别计算， 最终通过数据综合得到枢纽各方式的换乘矩阵，其计算过程较为简单，是综合交 通枢纽客流预测中可以借鉴的一种分析方法。 张发才【3 】分析了铁路客运与城市交通的功能定位及发展趋势，在此基础上先从 铁路站点位置变化、城市交通构成变化和铁路客运与城市交通的相互促进这三个 方面来研究了两者的关系演变，然后又从铁路车站站点变化引起的衔接变化、衔 接规划的原则和未来一体化整合这三个方面来研究了两者的衔接关系。同时，分 析了影响铁路车站客流需求的因素及发展趋势，在历史数据分析的基础上，建立 了大城市铁路车站客运需求量和换乘交换量预测数学模型，并用实例验证了预测 数学模型的可行性。 吕连恩f 4 】针对区域道路交通网络的主要构成体系，基于交通分配中的最优路径 选取的算法与思路，将交通量、费用、和时间三大要素的影响综合考虑，并考虑 城市节点阻抗的影响，提出了交通阻抗的数学模型，并对该模型的参数标定方法 进行了详细的阐述。 宋明【5 】依托先进的交通舰划软件，对随机交通分配理论进行了研究，并且给出 了科学的、符合实际的模型参数。 王朝英【6 】详细叙述了交通分配的模型与方法，并且介绍了路网属性的参数标定 以及应用t r a n s c a d 软件进行交通分配所需数据参数的求解过程。 刘树义【_ 7 】结合青岛的实际案例，建立的青岛市的交通需求预测模型，标定了包 含交通发生模型中的回归方程、重力分布模型及其阻抗函数等重要参数。针对已 有交通需求预测模型的不足，提出了新型的交通方式划分预测模型，并且详细叙 述了应用t r a n s c a d 交通规划软件进行四阶段预测的步骤。 褚琴等【s 1 介绍了重力模型的各种不同形式的标定和检验方法，标定方法有最小 二乘法、试算法及其改进方法，检验方法包括t 检验法和相对差的检验。通过具体 的算例，比较分析了它们不同的计算过程和结果，从而得出各类重力模型的标定 和检验方法的特点。 1 2 2 换乘流线的组织优化方面 大型综合交通枢纽是城市对内对外联系的纽带，随着综合交通体系的发展， 国外发达国家大城市各种交通方式的多式联运、枢纽内各种运输设备的匹配与布 置同益一体化，城市对外交通与城市内部交通的衔接也趋于成熟。在技术上，各 种交通方式的集约要求逐渐淡化各自为政的行业领域观念；在管理上，不同部门 之间的协调和谈判成为工作制度和管理组成部分【9 】。 2 1 绪论 斯卡洛夫【1 0 】全面系统地论述了城市交通运输枢纽地的合理布局、各种城市运 输方式的适用范围以及运输管理自动化问题，论述了城市各种运输设备的合理配 置及其相互衔接与协调问题。 日本学者加藤晃掣l 提出城市铁路和郊区铁路各自活动领域不同，路线形 式也不一致。在大城市，郊区铁路一般不进入城市中心，在城市高速铁路和郊区 铁路相交地方设置枢纽站。因此，必须采取措施提高枢纽站的换乘效率，要打破 城市铁路之l 日j 的隔阂，采取联乘一票制，东京、大阪、神户等地己实行国铁和郊 区铁路可互相换乘。同时，还提到铁路车站通常是象征性的城市设施，所以车站 设置与其他交通设施的相互位置必须从城市规划的角度予以认真研究。 赵奎菊等【1 2 】在其著作中提到西柏林作为欧洲中部重要的工业、贸易城市，同 时它也是一个重要的幽际交通枢纽，对外交通非常发达。市内交通l q 通八达，既 有地下铁路，又有城市快速铁路，地上地下形成了一个以轨道交通为骨干的庞大 的综合立体交通网。铁路车站多层衔接，设施完善，可以综合利用地下空间。如 西柏林的动物园站，有四层，地上地下各两层。第一层为远程火车和城市快速铁 路车站，第二层有车站的业务部门和银行、商店、餐厅等服务设施，第三层为双 线1 路地铁站和搭车服务中心，第四层为9 路地铁站，线路方面与第三层1 路地 铁横向立体交叉。给人们提供了非常便利的交通条件。 多年来，国外综合交通枢纽的建设取得了长足的发展，并建成了一系列大型 的客运枢纽。为适应始发、终到旅客的需要，达到方便换乘的目的，国外铁路主 要客运站都建成综合性的交通枢纽，通过自动扶梯、步行道等连接起来，实现不 出站换乘；在车站广场，把小汽车和出租车与铁路相衔接；把铁路干线和城市轨 道交通一体化考虑，成为一个统一的整体，形成立体的交通网络。如同本东京成 田空港、东京火车站、巴黎里昂火车站以及美国华盛顿区与纽约市的联合车站都 是成功的范例。这些大型的客运交通枢纽集多种运输方式于一体，既实现了各种 运输方式之间的方便换乘，又提高了运输系统的效率。 周伟掣】提出了城市客运交通换乘衔接研究的理论框架，重点从换乘量分析、 换乘衔接组织、换乘建设策略与方法及换乘综合评价等方面来研究。 崔华伟等【1 4 】介绍了铁路客运综合交通枢纽流线概念和种类，分析了流线的特 点及规律，并指出按照传统铁路客运站的分区功能分析流线的方式已经不能满足 铁路客运综合交通枢纽的发展需要。提出以人为本的设计理念，因地制宜、结合 实际考虑流线的设计和组织，以互不交叉、短捷合理、明确清晰为基本原则，加 强流线的通过性和导向性。 吴向东【1 5 】在对高峰客流特点分析的基础上，提出了树立科学的营销思想和诚信 意识、突破固定运行图的传统运输模式、以客票销售、组织引导客流等方面来减 3 北京交通人学硕士论文 缓客运站高峰时期压力的方法。 吴友梅等【l6 】认为乘客换乘的主要问题可概括为设备接续和组织协调两大类， 合理规划换乘设施可提高乘客的换乘方便程度及整个公共交通系统的运转效率， 同时，针对城市轨道交通的公交换乘问题给出了相应的优化方法。 王志臣等【l7 】在对换乘客流进行预测的基础上，对轨道交通与其它交通方式衔 接的原则、模式及存在的问题进行了研究，并提出了相应的解决办法，从而保证 轨道交通换乘枢纽与市内其它交通方式的协调衔接。 孙伟【i8 j 以城际交通与城市交通的衔接问题为切入点，分析铁路与城市交通的 换乘特点，及换乘枢纽点对城市交通网的支撑作用，提出立体衔接的多元化交通 建筑模式。 李传成【l9 1 归纳了三个“一体化”和一个“多领域合作”，城市内外交通网络一 体化方面提出特大型铁路旅客站换乘系统要向系统化和立体化两方面发展趋势。 综上所述，国外综合交通换乘枢纽建设取得快速的发展，但对综合交通枢纽 内的客流换乘组织研究较少，国内综合综合交通换乘枢纽建设和研究彳刚刚起步。 我国综合交通枢纽站的布局、设计、建设大多都是从单一交通枢纽功能出发，没 有从整体上考虑到与城市交通的整合，所以与其它交通方式的衔接有脱节之处， 给市民或旅客带来出行不便。虽然国内外一些学者对铁路客运与城市交通关系上 进行了界定与划分，提出了一些衔接方法和措施，对综合交通枢纽建设起到了积 极作用，但一些方面还有待进一步研究和探讨，如综合交通枢纽站客流预测及模 型研究、综合交通枢纽的运营组织模式优化、综合交通枢纽衔接换乘影响分析、 衔接换乘设计方案的评价、以及综合综合交通枢纽站内换乘流线的优化和站内设 备能力的协调等问题。 1 3 主要内容与研究思路 1 3 1 研究目标 本文通过对大型综合交通枢纽各种运输方式之问的换乘量和站内各流线上换 乘分配量的预测分析，并结合枢纽的物理空间和设备需求情况，找出换乘流线的 症结。在分析了换乘流线的组织优化方法基础上，提出相应的换乘流线组织管理 对策，以及确定合理的换乘设备数量，使旅客可以高效、方便、舒适的换乘。 1 3 2 主要研究内容 4 1 绪论 论文通过总结和借鉴前人在综合客运枢纽规划、设计方面的研究成果，针对 当前我国综合交通枢纽规划、设计研究中的薄弱环节，结合国外综合交通枢纽换 乘衔接发展经验与趋势，从交通一体化发展的观点出发，运用数学规划理论、计 算机模拟仿真技术，对综合交通枢纽的客流预测及换乘流线的组织优化方法等关 键问题进行系统的探索研究。论文研究的主要内容： ( 1 ) 枢纽站内各种交通方式之问的换乘客流量预测分析。 通过对换乘种类和换乘客流量的影响因素分析，提出换乘客流量的预测方法， 并论证该预测方法的可行性。建立适用于综合交通枢纽各种交通方式之间的换乘 客流量的预测模型，并给出模型参数的求解方法。 ( 2 ) 枢纽站内各路段上的换乘客流分配量预测。 建立适用于站内行人流分配模型的路阻函数，确定站内换乘通道最大通过能 力的计算公式。运用随机用户平衡理论，结合功能强大的交通规划软件t r a n s c a d ， 预测站内换乘流线上分配客流量，为换乘流线的组织优化提供数据基础。 ( 3 ) 换乘组织优化。 在预测了换乘客流量和站内流线上分配客流量的基础上，通过对换乘流线上 设备能力的分析，从交叉点优化和设备能力优化两个方面研究并提出了换乘组织 的优化方法。 1 3 3 主要研究思路 论文的主要研究思路框架如图1 1 ： 5 北京交通大学硕士论文 图1 1 论文的主要研究思路框架 f i g 1 1f r a m e w o r ko ft h em a i ni d e ao ft h i sp a p e r 6 2 大型综合交通枢纽站换乘客流量预测 2 大型综合交通枢纽站的换乘客流量预测 2 1 换乘客流预测的目的、意义及换乘种类 换乘客流量预测是一种预计和推测，即人们利用已经掌握的信息资料和手段， 预先推测综合交通枢纽未来各种交通方式之间的客流交换量。换乘客流量预测是 综合交通枢纽的建设、规划布局以及枢纽站的运营管理等工作中必不可少的一个 环节。 2 1 1 综合交通枢纽换乘客流预测的目的及意义 换乘客流量预测的目的有两方面：一是通过预测，为上级管理部门提供流量 的基本数据，为枢纽的发展和开行车次等提供资料；二是枢纽站通过历史流量数 据和预测流量数据，掌握客流变化规律，为枢纽站合理安排计划，均衡组织运力， 实现运输指挥、调度人员和设备的合理配置，提供决策依据。 从宏观上讲，客运枢纽换乘量预测可以为整个枢纽站的建设与发展提供数据 参考，同时也是枢纽站进行宏观和微观投资的决策依据，直接影响着枢纽站设计 的可行性。从微观上讲，枢纽换乘量预测是决定站内设备和人力配备的数据基础， 也是制定站内运营管理模式、客流组织和安全预警方案的重要依据【2 们。因此，在 研究换乘组织优化时，进行综合交通枢纽站各交通方式问的换乘交通量分析与预 测研究是非常有必要的。 2 1 2 综合交通枢纽站换乘的种类 根据客运交通的分类，可将综合交通枢纽各交通方式之间的换乘界定为以下 两种基本类型。 ( 1 ) 城市内部客运交通与城市对外客运交通之间的换乘。主要解决铁路、水运、 公路及航空等对外客运交通方式与城市内部客运交通的换乘问题，该功能主要集 中在城市对外交通换乘枢纽上。 ( 2 ) 城市内部客运交通方式之间的换乘。城市内部客运交通方式之间的换乘衔 接主要包括城区公交换乘、轨道换乘、城郊客运换乘以及郊区之问的客运换乘。 城区公交换乘主要方便乘客在城区内部各种类型公共交通方式之间的转乘；城郊 7 北京交通大学硕+ 论文 客运换乘以及郊区之间的客运换乘主要在于解决城区内部与远郊区县以及远郊区 县之间的客运转换，完成的主要运输方式为公路短途客运。 因此，大型综合交通枢纽形成的中转换乘客流主要种类有：铁路一一地铁( 轻 轨) 、铁路一一公共汽车、铁路一一出租车、铁路一一长途客运班车、铁路一一私 人小汽车、铁路一一摩托车( 自行车) 、铁路一一步行和地铁一一公交。 2 2 枢纽内各种交通方式之间的换乘量预测 大型综合交通枢纽站是一个复杂的大型系统，在枢纽的规划设计中，枢纽内 多种交通设施的用地和布局规模都需要有规划年的客流预测数据予以支持，而对 规划方案的量化评价、枢纽站建成后的人力、物力资源配备以及站内的客流组织 管理最终也大多建立在预测数据的基础之上。因此，一套完整、科学、基本准确 的客流预测数据是综合交通枢纽规划方案设计和站内的客流组织管理不可或缺的 重要依据。 2 2 1 换乘影响因素分析 综合交通枢纽站的换乘客流量是社会经济发展对交通运输需求的集中表现， 其发展水平是枢纽布局和规模确定的主要依据之。综合交通枢纽系统是社会经 济的子系统，它的发展除了与本身的历史实绩有关，还和同一系统内不同子系统 的发展情况相联系，也受周边地区社会经济及交通运输发展的影响。因此在研究 综合交通枢纽换乘客流量预测问题时，不应孤立研究某一对象、某一问题，而应 该将众多的因素关联起来考虑。影响换乘客流量预测的主要因素如下： ( 1 ) 客流量 客流量是影响换乘的最重要因素。综合交通枢纽应布置在客流量大的地点。 客流量越大，换乘量就越大；反之，换乘客流量就小。 ( 2 ) 交通方式 各种交通方式由于运输能力和适宜的运输距离的不同，有不同的适用范围。 交通方式的运距和运输能力越大，服务范围和可运输的客流就越大。因此，枢纽 吸引的客流量必然增多，换乘客流量增大。 ( 3 ) 居民出行目的 居民出行目的的不同决定了换乘枢纽存在的必要，尤其是在综合交通的换乘 中，出行目的的不同决定了乘客的换乘需求。 ( 4 ) 换乘步行距离和时问 2 大型综合交通枢纽站换乘客流量预测 乘客换乘步行距离和时间主要反映了换乘设施的服务水平，主要由换乘枢纽 的空间布局决定，是衡量换乘连续性、通畅性的第一指标。换乘的时间和距离越 小，换乘量就越大。 ( 5 ) 费用 与运行时间相同，交通费用也是影响客流换乘量的主要因素之一。一般而言， 费用越高，换乘量越小；费用越低，换乘量越大。 ( 6 ) 商业战略 在综合交通枢纽站建设的同时，若进行沿线地区及车站交通枢纽处的商业开 发、盘活了周边的经济，必然会吸引更多的客流到达枢纽进行换乘。 2 2 2 换乘客流量预测思路 ( 1 ) 换乘分析原理 交通枢纽中各种交通方式的出行总量可以用传统的预测手段根据现状交通、 土地利用和经济情况及发展趋势分析得到，但是各交通方式之问未来的交换量的 确定是十分复杂的。交通换乘量即为枢纽区域内各种交通方式之间交换的客流量， 换乘结果可以用矩阵的形式表达。在四阶段法进行交通预测时，出行分布的预测 就是将各交通小区产生和吸引的交通量转换成各交通小区之间的出行交换量，出 行分布的结果为o d 表。从以上分析可以看出枢纽换乘量分析与出行分布预测有 一定的相似之处。根据枢纽交通换乘的这一特点，本文引入交通分布分析原理与 方法对换乘量进行分析与预测，将各种交通方式的换乘量组成一个换乘矩阵。在 已知枢纽内各种交通方式的集散量的基础上，再利用出行分布的计算方法得出未 来的换乘量。因此可以采用交通分布分析的方法和模型来进行换乘客流的分布预 测，两者之间的各种对应关系如表2 1 所示： 9 北京交通人学硕士论文 表2 1 出行分布预测和换乘量预测对应关系 项目 出行分布预测换乘带预测 交通分区交通方式 预测基础对应关系 交通分【) ( 数量交通方式数苗 出行生成交通总量丁枢纽集散客流总苗日 交通分区的出行发生量q交通方式的客流集结餐q 预测变量对应关系 交通分区的出行吸引量q交通方式的客流疏散量s 山行分布量乃换乘量 发生鼙与集结量 乃= qh u = g f 约束的对应关系 7 = 17 = 1 吸引昔与疏散量 乃= bh j = s j 约束的对应火系 i = 1i = 1 总量约束的对应关系 r = 乃= q = qh = = q = 一 i = 1j = li = 1 j = l i = 17 = ni = 1 j = l 预测结果的 对应关系 出行分布o d 矩阵表换乘量g s 矩阵表 ( 2 ) 交通小区的确定 将每种交通方式近似看作为一个交通源，由于各种交通方式自身的特点，各 交通工具有不同的服务范围，而这些范围就是交通影响区，各影响区均产生和吸 引大量的交通出行。对每一交通影响区来说，出行量不但大且出行的目的和方式 也非常复杂。从出行目的上看，这些交通出行可能是在本交通影响区内完成的， 或是进出其它交通影响区。在出行方式上，可以有步行、自行车、公交、地铁、 等多种方式。另外，出行选择的路径更是多种多样，部分出行会选择交通枢纽换 乘，有相当数量的出行不通过枢纽就能完成。在交通枢纽的换乘分析中，将所有 交通出行量都作详细考虑是不必要的，为简化起见，仅选择进出交通枢纽的出行 为计算对象，以这种情况下的交通出行量作为整个交通影响区的代表值。这时的 交通影响区的产生量( p i ) 、吸引量( a i ) 就等于规划年枢纽内各种交通方式进出 交通枢纽的交通流量值，可以根据经济增长与交通增长的相关性或直接从规划部 门的要求算得。 2 2 3 交通分布概述 交通分布预测旨在根据交通分区的预测发生吸引量，确定各个交通分区之间 的出行量【2 1 1 。交通发生预测反映了研究区域出行的水平，而交通分布则预测分析 交通分区的产生量去向何方，吸引量来自何处的问题。交通分布预测的准确性， l o 2 大型综合交通枢纽站换乘客流量预测 直接关系到用于分配的o d 矩阵，其算法和精确度一直受到广泛的关注。常用的 模型与方法如下： ( 1 ) 增长系数法 增长系数法假设未来交通区之间的出行分布模式与现在的保持一致，未来的 分命量在现有的基础上，按照某一个系数增加或者减少，其计算方法简单，稳定 性好，适用于分布均匀，增长率变化不大的地区，但是由于没有考虑到交通区之 间的影响关系，而且必须有完备的o d 出行矩阵，因此，不适合未来分布与现状 变化很大，交通设施变化剧烈的地区( 例如新丌发或者经过巨大程度的改造过的地 n ) t 2 2 1 。目前有均匀增长系数法、单约束增长系数法、双约束增长系数法等。 ( 2 ) 介入机会模型 介入机会模型是今年来发展的交通分布模型，有如下假定：阻抗系数相同的 每个交通区点将按照指数分布等概率成为交通的终点，而当阻抗系数不相同时， 交通量总是选择阻抗最小的交通区作为出行终点。介入机会模型分布时仅仅考虑 阻抗的因素，而对交通区之间的交通发生吸引量的关系不做考虑。 介入机会的一个突出的缺点就是如果排列在最前面的两个交通小区的交通吸 引率差别不大，交通量分布时也只会选择概率最大的哪个，而对第二个不做考虑。 此外，它的理论基础对于初学者难于理解；与重力模型相比，它在理论和实践方 面的优势不大，因此在实际中应用并不广泛【2 3 2 6 】。 ( 3 ) 重力模型 重力模型法是一种最常用的方法，它根据牛顿的万有引力定律，即两物体间 的引力与两物体的质量之积成正比，而与它们之间距离的平方成反比类推而成。 重力模型法出行分布预测考虑了两个交通小区的吸引强度和它们之间的阻 力，认为两个交通小区的出行吸引与两个交通小区的出行发生量与吸引两成正比， 而与交通小区之间的交通阻抗成反比。常用的重力分布模型有：无约束重力模型、 单约束重力模型、双约束重力模型