（交通运输规划与管理专业论文）城市客运交通枢纽换乘效率研究.pdf

摘要 摘要 随着城市化进程和城市交通机动化进程的迅猛发展，随之而来的交通堵塞、 换乘不方便、环境恶化等一系列交通问题，已经成为制约我国各大城市经济和社 会运行的突出因素。问题的产生固然与城市交通需求总量的不断增长与交通设施 供应滞后之间的矛盾有关，但在既定的交通供给水平下，城市交通的整体运营水 平较低，各种交通方式没能实现有效的协调衔接，也是重要因素。 城市客运交通枢纽作为综合客运交通体系的重要组成部分，起着连接城市中 各种交通方式，使乘客顺利完成出行的重要作用。枢纽换乘效率的低下将直接导 致换乘客流在枢纽内的集结和拥堵，进而造成延长乘客换乘时间、降低换乘舒适 性、增加枢纽运营成本等诸多问题。在我国的交通和建设环境下，围绕优化和提 高枢纽换乘效率这一目标，如何对拟建枢纽的换乘量矩阵进行高精度的预测；如 何计算得到枢纽内各类换乘乘客的换乘时间，并对枢纽内的整体换乘时间进行仿 真；如何对现有各大枢纽的换乘效率进行科学评价和排序：提高枢纽换乘效率应 采取何种措施。所有这些，都是交通规划面临的重要课题。 论文的研究依托北京市客运交通枢纽综合评价及用地指标研究等项目，研究 工作以优化客运交通枢纽换乘效率为目标。研究具体涉及枢纽内的换乘客流量分 布预测研究，整体换乘时间算法研究以及换乘效率优化研究等内容。 换乘客流分布预测量和整体换乘时间是换乘效率研究的重要指标。获得精度 更高的枢纽换乘客流分布量预测矩阵是进一步进行整体换乘时间算法和换乘效 率研究的基础。论文引入“四阶段法”中的出行分布预测原理，将枢纽处各种交 通方式的客流影响范围近似地看作出行分布预测中的交通小区，各交通方式之间 的换乘量相应地看作交通小区之间的交通分布量。构建了基于熵原理的枢纽换乘 量分布预测模型，并以枢纽各种交通方式的现状0 _ d 换乘分布量为基础，进行模 型参数的标定和求解，隐含考虑了随机因素的影响，从宏观上描述了换乘者的交 通行为。该方法应用于北京市东直门客运交通枢纽的换乘量分布预测之中，效果 良好，为进一步进行枢纽的功能布局及换乘组织等研究工作提供了依据。且本文 通过与重力模型的试验比较，证明了基于熵原理的换乘量分布预测模型有更高的 预测精度和良好的可塑性。 枢纽内换乘时间的相关研究对于枢纽的换乘组织设计以及交通方式的衔接 调整而言意义重大。在换乘特征分析的基础上，本文对客运交通枢纽内的换乘类 型进行了合理分类，并着重对其中涉及到换乘候车时间的批量到达和离开枢纽、 分散到达且批量离开枢纽两类换乘进行了候车时间研究，提出了相应的算法。采 用计算机仿真的方法对候车时间算法的正确性和精度进行了验证，结果显示候车 时间算法合理，精度较高，计算量小，具有较强的实用性。除了候车时间之外， 北京t 业大学t 学博i j 学佗论艾 本文依据排队购票乘客的特性，将其看作输入为叠加泊松分布，服务时间为一般 分布的m o k 排队系统，进行了混合排队系统( m g k 队列) 分析，提出了换乘 购票时间算法。进一步，本文整合候车时间算法和购票时间算法，提出了枢纽内 整体换乘时问算法。 换乘效率的高低是衡量城市客运交通枢纽换乘功能的重要标准。本文借鉴数 据包络分析方法( d e a ) 在决策单元评价与优化中的应用思路和过程，构建了客 运交通枢纽换乘效率模型，提出了换乘效率模型中各项指标的计算方法。进行了 北京市部分客运交通枢纽换乘效率评价的实例研究，给出了参评枢纽的换乘效率 排序，进而作了枢纽的输入冗余率及输出亏空率分析，换乘功能侧重分析，并针 对换乘效率较低的枢纽提供了如何调整各项指标使之达到相对有效的有关管理 决策信息。实例应用结论证明，本文中的枢纽换乘效率模型可以科学判断各参评 枢纽换乘效率的优劣，并可给出枢纽换乘效率较低的原因，为枢纽的科学管理及 改造提供可靠依据。 通过论文的研究，对枢纽进行精度更高的换乘客流量预测，推导出各类换乘 的换乘时问算法，在得到换乘量和换乘时间这两个关键指标的基础上，通过换乘 效率模型进行枢纽的换乘效率排序和优化，实现了枢纽换乘效率的量化，提供了 枢纽的可操作优化管理手段。本文的研究将对今后城市客运交通枢纽的客流预 测、换乘时间、换乘效率相关的研究提供重要的参考和借鉴。 关键词客运交通系统：客运交通枢纽；换乘效率；换乘客流量预测；换乘时问 摘要 a b s tr a c t a l o n gw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n tc o u p l e d w i t hu r b a n i z a t i o na n du r b a nt r a n s p o r t m o b i l i t y ，t h ep u b l i ct r a n s p o r t a t i o no fm a n ym a j o rc i t i e sd e v e l o p sr a p i d l y i nv i e wo f t h i s ，t r a f f i cc o n g e s t i o n ；t r a n s f e ri n c o n v e n i e n c e ；e n v i r o n m e n t a ld e g r a d a t i o na n do t h e r t r a f f i cp r o b l e m sh a v eb e c o m et h ep r o m i n e n tc o n s t r a i n i n gf a c t o r so fc h i n a sm a j o r c i t i e s t h eg r o w i n gd e m a n di nu r b a nt r a n s p o r t a t i o na n dt h el a g g i n gs u p p l yo f t r a n s p o r tf a c i l i t i e sa r ec o n t r a d i c t i n gp h e n o m e n a f u r t h e r m o r e ，t h ec o n s t r a i n i n gf a c t o r s a r er e l a t e dw i t ht h el o we f f i c i e n c yl e v e lo fu r b a np u b l i ct r a n s p o r t a t i o nt e r m i n a l s u r b a np u b l i ct r a n s p o r t a t i o nt e r m i n a li sa ni n t e g r a lp a r to ft h et r a n s p o r t a t i o n s y s t e m p a s s e n g e r sh a v et ot r a n s f e ri n t ot e r m i n a li no r d e rt oc o m p l e t et h e i rt r a v e l l i n g i n e f f i c i e n c ya tt e r m i n a l sa l w a y sl e a d st op a s s e n g e r sc o n g e s t i o na t t h et e r m i n a l s ， t h e r e b yc a u s i n gp a s s e n g e r se x c e s s i v et r a n s f e rt i m e ，t e r r i b l ef e e l i n g s ，i n c r e a s ei nt h e o p e r a t i n gc o s t sa n dm a n yo t h e rr e l a t e di s s u e s i no r d e rt oo p t i m i z ea n di m p r o v et h e e f f i c i e n c y o ft h e t r a n s p o r t a t i o nt e r m i n a l ，w e h a v et ok n o wh o wt oo b t a i n h i g h - p r e c i s i o nt r a n s f e rm a t r i x ，s oa st os i m u l a t et h et o t a lt r a n s f e rt i m e t h e r ea r e o t h e ru r g e n tp r o b l e m sf a c i n gt r a n s p o r t a t i o np l a n n i n ga c a d e m i a , s u c ha s ( 1 ) w h a t c h a r a c t e r i s t i c ss h o u l de f f i c i e n tt r a n s p o r tt e r m i n a l sh a v e ? ( 2 ) h o wt oe v a l u a t et h e e f f i c i e n c yo ft h et r a n s p o r tt e r m i n a l s ? ( 3 ) h o wt od e v e l o pt r a n s f e re f f i c i e n c yo f t r a n s p o r tt e r m i n a l s ? t h i sr e s e a r c hi sc o n d u c t e do n ap r o je c to fc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o no fu r b a n p u b l i ct r a n s p o r t a t i o nt e r m i n a l sa n dl a n dt a r g e t si nb e i ji n g s p e c i f i cr e s e a r c h e s i n v o l v i n gt h e t r a f f i cd i s t r i b u t i o nf o r e c a s ts t u d y ，t h et o t a lt r a n s f e rt i m ea l g o r i t h m r e s e a r c h ，a n dt h eo p t i m i z a t i o nt r a n s f e re f f i c i e n c y ，a n ds of o r t h ，w e r ec a r d e do u t t r a n s f e rf l o wd i s t r i b u t i o na n dt h et r a n s f e rt i m ea r et h et w oi m p o r t a n tf a c t o r si n t h ee v a l u a t i o no ft e r m i n a l st r a n s f e re f f i c i e n c y ah i g ha c c u r a c yd i s t r i b u t i o nm a t r i xo f p a s s e n g e r si st h eb a s i si nt o t a lt r a n s f e rt i m ea n dt r a n s f e re f f i c i e n c ys t u d i e s t h et h e o r y o ft r a f f i cd i s t r i b u t i o no ft h e ”f o u rs t a g e sf o r e c a s t i n gm e t h o d ”i si n t r o d u c e d t r a f f i c m o d e sa n ds e r v i c ea r e a sa r er e g a r d e da st h et r a f f i cz o n e si nt h et r a f f i cd i s t r i b u t i o n f o r e c a s t a c c o r d i n g l y ，p a s s e n g e rt r a n s f e rn u m b e r sb e t w e e n d i f f e r e n tt r a f f i cm o d e sa r e r e g a r d e da st h ed i s t r i b u t i o nn u m b e r sb e t w e e nt r a f f i cz o n e s h e n c e ，t r a n s f e rn u m b e r s b e t w e e nd i f f e r e n tt r a f f i cm o d e sa r er e g a r d e da st h ed i s t r i b u t i o np a s s e n g e rn u m b e r s b e t w e e nt r a f f i cz o n e s t h eg e n e r a t i o na n da t t r a c t i o no f p a s s e n g e rn u m b e r so fd i f f e r e n t t r a f f i cz o n e sc a nb ed e t e r m i n e db ya c t u a li n v e s t i g a t i o n ，a n dt h e ne n t r o p y - m a x i m i z i n g ( e m ) m o d e lw i t hg r a v i t a t i o n a lp r i o rp r o b a b i l i t y c a nb ea p p l i e dt of o r e c a s t t h e 北京i 一业人学t 掌埘t + 学位论文 n u m b e r so ft h et r a n s f e rd i s t r i b u t i o ni nt h eu r b a nt r a n s p o r t a t i o nt e r m i n a l t h et r a n s f e r d i s t r i b u t i o nf o r e c a s to ft h ed o n g z h i m e nt e r m i n a li sc a r d e do u ta n de v a l u a t e dt ob e a c c u r a t e t h ea p p l i c a t i o no ft h i s a l g o r i t h mi s ap r o m i s i n gp r o s p e c to fa c c u r a t e f o r e c a s t i n g o ft r a n s f e rd i s t r i b u t i o na tu r b a n t r a n s p o r tt e r m i n a l s f i n a l l y ， e n t r o p y m a x i m i z i n g ( e m ) m o d e li sc o m p a r e dw i t ht h eg r a v i t ym o d e l t h er e s u l t p r o v e sh i g h e rf o r e c a s ta c c u r a c ya n daw e l lp l a s t i c i t yo ft h ee n t r o p y m a x i m i z i n g ( e m ) m o d e l w a i t i n gt i m ei sa ni m p o r t a n tp a r to ft r a v e lt i m e e x c e s s i v ew a i t i n gt i m ew i l l d e c r e a s et h ee f f i c i e n c yo ft r a n s p o r t a t i o nt e r m i n a l s s ot h ew a i t i n gt i m ei sa l w a y sa s t r o n gi n d i c a t i v e f a c t o rw h e np a s s e n g e r sc h o o s et h e i rt r a v e lr o u t eo rt r a f f i cm o d e b a s e do nt h ea n a l y s i so ft r a n s f e rb e h a v i o rc h a r a c t e r i s t i c s ，t h i sd i s s e r t a t i o nc l a s s i f i e s d i f f e r e n tt r a n s f e rt y p e s t w ot r a n s f e rt y p e st h a tp a s s e n g e r sn e e dt o s p e n dt i m eo n w a i t i n gf o rt h en e x tv e h i c l ea r es t u d i e d ：( 1 ) p a s s e n g e r sa r r i v i n ga n dd e p a r t i n gt h e u r b a np u b l i ct r a n s p o r t a t i o nt e r m i n a li na g r o u p ，a n d ( 2 ) p a s s e n g e r sa r r i v i n gs e p a r a t e l y a tt h et e r m i n a la n dd e p a r t i n gt h et e r m i n a li nag r o u p t h i sd i s s e r t a t i o na l s op r e s e n t s e q u a t i o n so fa v e r a g ew a i t i n gt i m ef o rt h et w ot r a n s f e rt y p e s o nt h eb a s i so ft h e e q u a t i o n s ，s o m em e a s u r e sw h i c hw i l ls h o r t e nt h ew a i t i n gt i m ea r ep u tf o r w a r di n o r d e rt o i m p r o v et h eo p e r a t i o ne f f i c i e n c yo ft h et r a n s i t as i m u l a t i o np r o g r a mi s a p p li e dt o v a l i d a t et h ep r e c i s i o no ft h ee q u a t i o n s t h er e s u l t ss h o wt h eh i g h e r a c c u r a c yo ft h ee q u a t i o n sa n dl o w e rw o r k l o a d b e s i d e st h et r a n s f e rw a i t i n gt i m e ， t r a n s f e rq u e u i n gd e l a yt i m ei sa l s os t u d i e di nt h i sd i s s e r t a t i o n t h ec h a r a c t e r so f p a s s e n g e r si nt h et i c k e tq u e u ea r ea n a l y z e da n dt h ea v e r a g es e r v e rt i m et h r o u g ha c t u a l d a t ai so b t a i n e d t h eq u e u es y s t e mi nt e r m i n a li st h e nd e f i n e da st ob et h em g 依 q u e u es y s t e mw h i c hi sc o m p o s e db ys e v e r a lk i n d so fp a s s e n g e r s f u r t h e r ，t h e i n t e g r a t i o na l g o r i t h mo ft h et o t a lt r a n s f e rt i m ei sb r o u g h tf o r w a r do nt h eb a s i so f t r a n s f e rw a i t i n gt i m ea l g o r i t h ma n dt h eq u e u i n gd e l a yt i m ea l g o r i t h m t r a n s f e r e f f i c i e n c y i sa n i m p o r t a n te s t i m a t i o n c r i t e r i o no fu r b a n p u b l i c t r a n s p o r t a t i o nt e r m i n a l st r a n s f e rf u n c t i o n s d a t ae n v e l o p m e n ta n a l y s i s ( d e a ) m o d e l a r ed i s c u s s e da n da p p l i e dt oe v a l u a t et h et r a n s f e re f f i c i e n c yo ft h eu r b a np u b l i c t r a n s p o r t a t i o nt e r m i n a l s t h ei m p o r t e x p o r ti n d e x e sa n dt h ed e an o n u n i f o r m e v a l u a t i o nm o d e la r ee s t a b l i s h e d ac a s es t u d yo ft h et r a n s f e re f f i c i e n c ye v a l u a t i o no f s e v e r a lb e r i n gt r a n s p o r tt e r m i n a l si su n d e r t a k e n f r o mt h i sc a s es t u d y ，t h ee f f i c i e n c y o r d e ro fs e v e r a lt r a n s p o r t a t i o nt e r m i n a l si so b t a i n e da n dt h e i m p o r ta n de x p o r t r e d u n d a n c i e sa r ea n a l y z e d f i n a l l y ，t h ei n f o r m a t i o nw h i c hm a ya d ju s tt h ei n e f f i c i e n t d e c i s i o nm a k i n gu n i t e s ( d m u ) t oe f f i c i e n to n e si sp r o v i d e d 1 i 摘要 b a s e do nt h eh i g h e ra c c u r a c yt r a n s f e r d i s t r i b u t i o nf o r e c a s to ft h et r a n s p o r t a t i o n t e r m i n a l s ，t h ei n t e g r a t i o na l g o r i t h mo ft h et o t a lt r a n s f e rt i m ei so b t a i n e d t h e e f f i c i e n c yo r d e ra n do p t i m i z a t i o nm a n a g e m e n tm e a s u r e so ft r a n s p o r t a t i o nt e r m i n a l s a r eo b t a i n e dw i t ht h et w ok e yi n d i c a t o r s ：p a s s e n g e rt r a n s f e rn u m b e r sa n dt h et r a n s f e r t i m e t h i ss t u d yp r o v i d e sv a l u a b l ei n f o r m a t i o na n dc o u l db eu s e df o rr e f e r e n c e sf o rt h e r e l a t e dr e s e a r c h e si n c l u d i n g ：t r a n s f e rf l o wf o r e c a s t i n g ，t r a n s f e rt i m ea n a l y s i sa n d t r a n s f e re f f i c i e n c ya n a l y s i so fu r b a np u b l i ct r a n s p o r t a t i o nt e r m i n a l k e yw o r d s ：u r b a nt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ；u r b a np u b l i ct r a n s p o r t a t i o nt e r m i n a l ； t r a n s f e re f f i c i e n c y ；t r a n s f e rp a s s e n g e rf o r e c a s t i n g ；t r a n s f e rt i m e i i i 目录 表目录 表2 1北京市综合交通规划建议的枢纽分类4 6 t a b 2 l c l a s s i f y o ft h eu r b a np u b l i c t r a n s p o r t a t i o n t e r m i n a l b y ”b e i j i n g 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 np l a n n i n g 4 6 表2 2 枢纽分类表4 8 t a b 2 2c l a s s i f yo f t h eu r b a np u b l i ct r a n s p o r t a t i o nt e r m i n a l 4 8 表2 3 日本枢纽分级4 9 t a b 2 3c l a s s i f yo ft h eu r b a np u b l i ct r a n s p o r t a t i o nt e r m i n a li nj a p a n 4 9 表2 4 以换乘预测量为依据进行的枢纽分级5 0 t a b 2 - 4c l a s s i f yo ft h eu r b a np u b l i ct r a n s p o r t a t i o nt e r m i n a lb yt h eq u a n t i t y f o r c a s t i n g 5 0 表2 5 各城市典型交通枢纽的设计客流量5 0 t a b 2 5d e s i g nf l o wo ft h et y p i c a lu r b a np u b l i ct r a n s p o r t a t i o nt e r m i n a l s 5 0 表3 1 枢纽换乘量分布预测与“交通分布预测”的对应关系5 9 t a b 3 一l e q u i v a l e n c e b e t w e e nt r a n s f e rd i s t r i b u t i o nf o r e c a s ta n dt r a n s f e r d i s t r i b u t i o nf o r e c a s t 5 9 表3 2o d 表6 0 t a b 3 2o r i g i n d e s t i n a t i o nt a b l e 6 0 表3 3 各种出行方式数据7 l t a b 3 3d a t ao f e a c ht r a f f i cm o d e s 7 1 表3 4 各交通方式的换乘阻抗7 l t a b 3 4i m p e d a n c eo fe a c ht r a f f i cm o d e s 一71 表3 5 东直门枢纽各种交通方式现状换乘量矩阵及规划年发生、吸引量( 单位： 万人次日) 7 2 t a b 3 5t r a n s f e rq u a n t i t ym a t r i xo fd o n g - z h i m e nt e r m i n a ls t a t u si nq u oa n dt h e f o r e c a s t e do c c u ra n da t t r a c tq u a n t i t y ( t e nt h o u s a n dp e r s o n t i m e d a y ) 7 2 表3 6 东直门枢纽规划年换乘量矩阵( 单位：万人次日) 7 3 t a b 3 6f o r e c a s t e dt r a n s f e rq u a n t i t ym a t r i xo fd o n g z h i m e nt e r m i n a l 7 3 ( t e nt h o u s a n dp e r s o n t i m e d a y ) 7 3 表3 7 四惠枢纽各种交通方式现状换乘量矩阵( 单位：万人次日) 7 4 t a b 3 7t r a n s f e r q u a n t i t ym a t r i x o fs i h u it e r m i n a ls t a t u s ( t e nt h o u s a n d p e r s o n - - t i m e d a y ) 7 4 表3 8 四惠枢纽的换乘分布量预测模型结论( 单位：万人次日) 7 4 t a b 3 8f o r e c a s t e dt r a n s f e rq u a n t i t ym a t r i xo fs i h u it e r m i n a lb yt h ee mm o d e l ( t e nt h o u s a n dp e r s o n t i m e d a y ) 7 4 ：| 匕京t q k 人学丁学博l j 学他论殳 表3 - 9 四惠枢纽的重力模型预测结论( 单位：万人次日) 7 4 t a b 3 9f o r e c a s t e dt r a n s f e ro u a n t i t ym a t r i xo fs i h u it e r m i n a lb yt h eg r a v i t y m o d e l ( t e nt h o u s a n dp e r s o n t i m e d a y ) 7 4 表4 1 对枢纽衔接交通方式的分类7 8 t a b 4 一lc l a s s i f yo f t r a n s f e rm o d e s 7 8 表4 2 换乘时间类型7 8 7 】f a b 4 2t y p eo ft r a n s f e rt i m e 7 8 表4 3 仿真试验参数设定8 3 t a b 4 3p a r a m e t e ro ft h es i m u l a t i o ne x p e r i m e n t 8 3 表4 4 换乘矩阵8 3 t a b 4 4t r a n s f e rq u a n t i t ym a t r i x 一8 3 表4 5 换乘候车时间算法计算结论9 0 t a b 4 5c o n c l u s i o no ft h et r a n s t e rw a i t i n gt i m ea l g o r i t h m 9 0 表4 6 模型计算时间与仿真候车时间的误差统计9 0 t a b 4 6w a i t i n gt i m ee r r o rs t a t b e t w e e nc a l c u l a t i o n a lm e t h o d sa n ds i m u l a t i o n 9 0 表5 1 城市客运交通枢纽换乘指标数据表1 0 9 t a b 5 1o b j e c t i v ed a t ao f u r b a np u b l i ct r a n s p o r t a t i o nt e r m i n a l s 1 0 9 表5 2 城市客运交通枢纽换乘效率评价结果1 1 0 t a b 5 2e m c i e n c yi n d e xr e s u l t so fu r b a np u b l i ct r a n s p o r t a t i o nt e r m i n a l s l10 日录 图目录 图1 1 纵横交错的伦敦地铁网络3 f i g 1 - ls u b w a yn e ti nl o n d o n 3 图l 一2 伦敦轻轨3 f i g 1 2l i g h tr a i li nl o n d o n 3 图l 一3 伦敦地铁j j 4 f i g 1 一：；s u b w a yi nl o n d o n 4 图l 一4 伦敦出租车4 f i g 1 4t a x ii nl o n d o n 4 图1 5 伦敦国铁5 f i g 1 5s u b u r br a i l w a yi nl o n d o n 5 图1 6k i n g sc r o s s 综合交通枢纽规划功能布局a 6 f i g 1 6f u n c t i o nl a y o u to fk i n g sc r o s sa 6 图1 7k i n g sc r o s s 综合交通枢纽规划功能布局b 6 f i g 1 7f u n c t i o nl a y o u to fk i n g sc r o s sb 6 图1 - 8 纽约地铁网络图8 f i g 1 8m e t r o p o l i t a nt r a n s p o r t a t i o na u t h o r i t yn e wy o r kc i t ys u b w a y 8 图1 - 9 西雅图市停车换乘枢纽布局图9 f i g 1 - 9l a y o u to f p a r ka n dr i d et e r m i n a li ns e a t t l e 9 图1 1 0 西雅图市公共交通政策9 f i g 1 1 0b u sp o l i c ei ns e a t t l e 9 图1 1 l 西雅图市b e l l e v u e 公交枢纽l o f i g 1 一llb e l l e v u et r a n s i tc e n t e ri ns e a t t l e 1 0 图1 1 2 西雅图市b e l l e v u e 公交枢纽平面图1 0 f i g 1 1 2l a y o u to fb e l l e v u et r