基于乘客类别的轨道交通网络乘客路径选择

第 3 6 卷 第 6 期 2 0 1 2年 1 2月 北京交通大学学报 OF B EI I NG I I AOT0NG UNI V V0 1 3 6 No 6 De c 2 0 1 2 文章编号 ： 1 6 7 3 0 2 9 1 2 0 1 2 0 6 0 1 0 2 0 5 基 于乘客类别 的轨道交通 网络乘客路径选择 乔珂 ， 赵鹏 ， 秦志鹏2 ( 1 北京交通大学 交通运输学院， 北京 1 0 0 0 4 4 ； 2 铁道第三勘察设计院集团有限公司， 天津 3 0 0 1 4 2 ) 摘要： 以地铁成网条件下乘客 出行路径选择行为为研 究对 象， 根据乘客对网络的熟悉程度， 将乘 客划分为熟悉型和陌生型两类 ， 分析两类乘客不 同的路径选择特点， 对两类乘客的综合 出行阻抗进 行 了细化 ， 改进 了基于阻抗分层的路径分配方法， 最后以北京市部分路网为例 ， 对模型进行了验证， 结果表明将乘客进行分类后 ， 路径分配结果更符合 实际情况 关键词： 城 市轨道 交通； 路径选择 ； 出行行为； 出行 阻抗 中图分类号 ： U2 3 1 文献标志码 ： A Ro u t e c h o i c e b a s e d o n pa s s e n g e r c l a s s i f i c a t i o n f o r t he u r b a n m a s s t r a n s i t n e t wo r k Q AO Ke ，Z HAO Pe n g ，QI N Z h i p e n g ( 1 S c h o o l o f T r a f f i c a n d T r a n s p o r t a t i o n ， B e i j i n g J i a o t o n g Un i v e r s i t y ， B e i j i n g 1 0 0 0 4 4 ， C h i n a ； 2 S u r v e y& D e s i g n I n s t i t u t e o f R a i l wa y Mi n is t r y ， Ti a n j i n 3 0 0 1 4 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Th i s p a p e r d i s c u s s e s p a sse n g e r t r a v e l r o u t e c h o i c e b e h a v i o r f o r t h e u r b a n ma s s t r a n s i t n e t wo r kAc c o r d i n g t o t h e f a mi l i a r i t y o f t h e p a s s e n g e r s o n t h e n e t wo r k，t h e p a s s e n g e r s a r e d i v i d e d i n t o t wo t y p e s ，f am i l i a r t y p e a n d u n f a mi l i a r t y p e ， a n d t h e d i f f e r e n t r o u t e c h o i c e b e h a v i o u r a n d c h a r a c t e r i s t i c s b e t we e n t h e t wo t y p e s o f p a s s e n g e r s a r e a n a l y s e d Th e d i f f e r e n t t r a v e l i mp e d a n c e s a r e b u i l t u p ， a n d r a t i o c o r r e c t i o n me t h o d o f mu l t i r o u t e d i s t r i b u t i o n mo d e l i s i mp r o v e dCa l c u l a t i o n a n d a n a l y s i s o f t h e l o c a l n e t wo r k o f B e i j i n g r a i l t r a n s i t p r o v e t h a t t h e r e s u l t s a r e mo r e r e a l i s t i c a f t e r t h e p a s s e n g e r c l a s s i f i c a t i o n Ke y wo r d s ： u r b a n ma s s t r a n s i t ；r o u t e c h o i c e ；t r a v e l b e h a v i o r ；t r a v e l i mp e d a n c e 随着大城市轨道交通 网络规模 的扩大 ， 乘客出 行路径 的选择也变得多样化 通过地铁 自动售检票 系统可以准确了解乘客的进出站信息及 O D量， 但 无法准确了解乘客 出行路径 ， 给基于客流的网络化 运营管理、 应急指挥、 票款清分等工作带来了困难 如何分析乘客的路径选择过程 ， 精确计算实际路径 选择 ， 是解决与客流相关的一系列问题的基础 国内学者在轨道交通 网络客流分配的早期研究 中， 多借鉴道路交通流量的分配方法， 文献 1 基于 用户均衡原理， 考虑了客流拥挤的影响， 建立了轨道 交通网络客流均衡分配模 型， 并用 F r a n k w。 l f 算法 进行了求解 文献 2 在此基础上， 分析了道路交通 流量分配与轨道交通客流分配的不同之处， 结合乘 客在城市轨道交通 网络中的路径选择行为 ， 建立乘 客的综合出行阻抗函数， 改进了模型 目前 ， 以轨道交通网络票款清分方法研究为契 机l 3 - 6 j ， 已经形成 了基 于多路径 的轨 道交通 网络客 流分 配 的基 本 框 架 ， 部 分 研 究 成 果 已 经实 际应 用l_ J 路径分配的主要过程为乘客综合出行阻抗计 算一可行路径计算及有效路径筛选一路径选择概率 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 3 2 3 基金项目： 中央高校基本科研业务费专项资金资助( 2 0 1 1 Y J S 0 3 7 ) 作者简介 ： 乔珂 ( 1 9 8 8 一 ) ， 男 ， 山西孝义人 ， 博士生 主要研究方向为交通运输规划与管理 e ma i l ： 0 9 1 1 4 2 1 8 b j t u e d u c n 赵鹏 ( 1 9 6 7 一 ) ， 男 ， 内 占通辽人 ， 教授 ， 博士 ， 博士生导师 e mml ： p z h a o b j t u e d u c n 第 6期 乔珂等： 基于乘客类别的轨道交通网络乘客路径选择 计算 已有的研究中， 乘客出行阻抗主要考虑出行时 间和换乘时间等定量因素， 对拥挤度、 换乘方便性、 乘客对路网的熟悉程度等定性因素量化较少， 文献 1 2 给出了拥挤度的计算方法， 文献 8 在路径分 配模型中标定了乘客对网络的熟悉程度参数， 并进 行了灵敏度分析 在路径搜索算法方面， 文献 2 、 文 献 9 和文献 1 o ； 设计了基于图的深度优先搜索算 法， 文献 7 3 设计了基于深度优先的删除算法， 同时 在判断是否为有效路径时， 增加了出行时间的考虑 路 径 选 择 概 率 计 算 主 要 有 改 进 的 L o g i t模 型 - 3 ， 6 ， 8 - 1 0 J 和基于正 态分布 的概 率模 型 ， ， u J 两 种模型 ， 两种模型都认为综合 出行阻抗越小 ， 该路径 被选择的概率越大 以上方法能够得出初 步的客流 分配结果， 但其准确性还有待提高 为了能使分配结 果与实际情况更加吻合 ， 进一步提高模型精度 ， 需要 对乘客出行阻抗进行更细致 的刻画， 精确量化影响 乘客路径选择的定性 因素， 对分配结果进行修正 乘 坐轨道交通的乘客， 按其对轨道交通网络的知晓程 度分为陌生型和熟悉型两类 为此 ， 本文作者针对这 种状况， 分别建立两类乘客的综合出行阻抗函数， 然 后采用基于阻抗分层的路径分配方法， 考虑换乘次 数 、 拥挤度 、 座位需求对乘客选择的影 响， 对路径分 配结果进行修正 最后以北京市部分路网为例 ， 对结 果进行 了验证 1 乘客综合出行阻抗 乘客综合出行阻抗是计算路径选择概率的基本 参数 ， 也是路网属性抽象的重要内容_ 7 J ， 直接影响 到乘客出行路径 的选择和网络流量 的分配 ， 可通过 阻抗 函数来描述 1 1 乘客分类 轨道交通网络中， 乘客路径选择的影响因素很 多， 已有的研究主要考虑列车运行 时间、 停站 时间、 换乘时间等定量因素， 以及拥挤程度、 换乘方便程度 等定性 因素， 能够主观判断 以上 因素的乘 客必须对 路 网十分熟悉 ， 应有长期 、 多次的出行经验 然而， 实 际中还有部分乘客， 如购物、 旅游及其他不经常乘坐 地铁 的乘客对路 网不熟悉 ， 这些乘客通常根据轨道 交通车站的轨道交通路线图选择路径 因此有必要 对乘客先进行分类， 再分别计算其综合出行阻抗 根据乘客对线路的熟悉程度和选择依据不同， 将乘客分为熟悉型和陌生型两类 熟悉型乘客对所 走 O D问路线熟悉， 此前有长期、 多次走此 O D的经 验， 依据经验选择路径， 例如通勤乘客 陌生型乘客 对所走 O D问路线不熟悉， 第一次或很少走此 O D， 依据对轨道交通线路图的直观感觉进行路径选择， 例如旅游、 购物乘客 1 2 熟悉型乘客出行阻抗 熟悉型乘客 的出行阻抗一般采用广义旅行时间 函数 ， 函数主要包括列车运行时间【 1 - 2 , 9 J ， 换乘时间、 拥挤度等， 本文结合已有研究成果， 对阻抗函数中换 乘系数进行 了细化 ， 同时考虑了进出站额外时间 熟 悉型乘客出行阻抗表示为 C Vr ：( 1 +Q( ) ) ( 2 +2 T ) + 口 +J 9 +a ( + ) ( 1 ) 式中： 表示熟悉型乘客对从口到b 第 ， 条路径 的出行阻抗 ； T i 和 T 分别表示列车区间运行时间 和停站时问； Q( ) 表示拥挤系数； r mkk , k 表示换乘 走行时间， a为换乘走行时间放大系数； 表示 换乘等待时间， 为换乘等待时间放大系数； A 表 示在始发站进站额外时问； AT b 表示在终点站出站 额外时间 将换乘放大系数分为换乘走行时间放大系数和 换乘等待时间放大系数， 主要是因为随着换乘车站 设备的更新完善， 车站大量配备显示屏， 这给候车乘 客提供大量候车信息 ( 当前时 间、 需要的候车时问、 列车终点站等) 以及丰富的新 闻、 娱乐等节 目， 使得 候车所带来的心理时间大大缩短， 换乘等待时间放 大系数减小 进出站额外 时间主要针对特殊 O D 的情况 当 始发站( 或终点站) 为换乘站时， 乘客从进站 口到达 不同线路站台的时间 ( 或从不同线路站 台到达出站 口的时间) 不同， 乘客未选择最近站台时， 需要额外 增加一定的走行时间 进出站额外时间与换乘走行 时间类似， 也需要乘以放大系数 当乘客对于 O D问 路径熟悉时 ， 就会考虑进 出站的方便程度 ， 即进站额 外时间和出站额外时间， 以此调整路径的选择 1 3 陌生型乘客 出行阻抗 陌生型乘客一般是根据轨道交通线路 图进行判 断并选择路径的 因此影响其判断的因素有某条路 径的直线距离、 线路曲线距离、 车站数量和换乘站数 量等 陌生型乘客的综合出行阻抗表示为 = y Li ， + A ， + +O Mr ( 2 ) 式中： 表示陌生型乘客对从a到b第r条路径 的出行阻抗 ； L 表示第 r条路径从线路示 意图上 目 测相邻两站直线路径长度； Hi 表示第 r条路径 从线路示意图上目测相邻两站曲线路径长度； Nr 表 示第 r 条路径除换乘站外的车站数量； Mr 表示第 ， 条路径除换乘站数量 ； 、 、 、 0为转换 系数 ， 将指 北京交通大学学报 第 3 6 卷 标转换为旅行时间 通过乘客问卷调查可以获得 y、 、 的参数 值， 同时需要调查熟悉型乘客与陌生型乘客的比例 2 路径选择概率计算方法 轨道交通网络路径分配常用的模型主要有改进 的L o g it 模型和基于正态分布的概率分布模型， 文 献 1 1 在概率分布模型的基础上提出了一种基于阻 抗分层的路径分配模型， 该模型将影响乘客出行的 确定性时问因素和非确定性 因素， 分为两个阶段来 对分配 比例进行计算 和修正 本文对该模型进行了 改进 ， 首先利用以时间为主的综合出行阻抗 ， 计算确 定路径初始分配比例 ， 然后通过换乘次数 、 拥挤程度 和座位需求 3种影响因素对该 比例进行修正， 最终 得到各条路径的选择概率 2 1 初始概率计算公式 以综合出行阻抗为基础， 进行客流初始分配时， 采用概率分布模型 ， 该模型表示如下 f 了 、 一丁m i n z 5 =e 2 ( 3 ) 袁 步骤 5 ： 引入换乘次数修正系数 Xc h ， 修正计 算的方法是将最短路径和其他有效路径的换乘次数 进行两两对照 ， 除最短路径外每条有效路径 的客流 分配比例分别乘以相应的换乘修正系数， 得到修正 后的客流分配比例， 同时在保证客流分担比例之和 为 1的前提下修正最短路径的分配 比例 步骤 6 ： 引入拥挤度修正系数 x ， 计算方法 和换乘系数修正类似， 但是只有在熟悉型乘客的客 流分配计算中才考 虑拥挤程度 的影响 ， 因为只有对 O D、 线路或轨道交通网足够熟悉才可能判断出不同 路径间的拥挤差异 将最短路径与其他有效路径 的 拥挤程度两两对照 ， 然后 除最短路径外每条有效路 径的客流分配比例分别乘以相应的拥挤修正系数， 得到修正后的客流分配比例 ， 同时在保证客流分担 比例之和为 1的前提下修正最短路径的分配 比例 步骤 7 ： 引入座位需求修正系数 x ， 计算方 法同上， 该系数主要针对出行距离较长的乘客 长距 离条件下， 座位是乘客出行舒适度的重要指标， 乘客 会在超出最短路径时间一定 阈值 内尽可能选择有座 位可能性大的路径 除最短路径外每条有效路径的 客流分配 比例分别乘 以相应的座位需求修正系数 ， 得到修正后的客流分配比例， 同时在保证客流分担 比例之和为 1 的前提下， 修正最短路径的分配比例 3 实例计算 3 1 参数取值 以永安里站一健德 门站 O D为例进行计算 ， 网 络的基础数据来源于实际数据， 熟悉型乘客的参数 选自文献 8 ， 参数取值表如表 1 所示， 不同出行距 离出行 的乘客参数取值不同 表 1 不同出行距离参数取值表 。 Ta b 1 P a r a me t e r s v a lu e s o f d i f f e r e n t d i s t a n c es 长度 时间 rai n 口， T 长途 6 0 1 9 1 5 中途 3 0 -6 0 1 9 1 2 短途 3 0 2 3 1 0 永安里站一健德门站 O D属于中途 O D ， 因此换 乘走行时间放大系数取 1 9 根据第 2节所述 ， 换乘 等待时间放大系数要小于换乘走行时间放大系数， 将其设定为 1 5 因此得到熟悉型乘客参数取值如 表 2所示 表 2 熟悉型乘客参数取值表 Ta b 2 P a r am e t e r s v a l u es o f f a mi l i ar t y p e 参数 a 口 取值 1 9 1 5 1 2 第 6 期 乔珂等： 基于乘客类别的轨道交通网络乘客路径选择 根据北京城市轨道交通 AF C数据 ， 持有一卡通 出行的乘客与持有临时卡出行的乘客比例大约为2 ： i ， 可以认为持一卡通出行的乘客为熟悉型乘客， 持 临时卡出行的乘客为陌生型乘客 因此本文设陌生 型乘客 比例为 3 3 ， 熟悉型乘客 比例为 6 7 通过 作者的实际问卷调查 ， 根据 调查结果得到陌生型乘 客参数取值如表 3所示 模 型中其它参数选 自文献 1 1 ， 的取值为 0 2 5 ， 厂的取值为 0 6 表 3 陌生型乘客参数表 Ta b 3 Pa r a me t e r s V a l U G S o f s t r a n g e t y p e 参数 y A 0 等 F 0 3 8 2 5 1 1 9 8 2 8 6 约等于0 4 2 5 2 2 9 本文以北京市部分城市轨道交通网络为基础 ， 对模型进行验证 网络简化示意图如图 1 所示 图 1 北京轨道交通网络结构示意图 F i g 1 S k e t c h ma p o f B e i j i n g u r b a n ma s s t r a n s i t n e t w o r k 3 2 计算结果 首先计算综合出行阻抗， 并进行路径有效性判 断 ， 如表 4 所示 表 4 OD路径筛选表 b 4 0D t r a v e l r o u t e s c h o i c e 路径 序号 路径详情 综合 出行 阻抗 乘客类型阻抗值 有效性 根据 以上不同类型乘客 的各有效路径 的综合出 行阻抗， 利用概率分布模型进行路径初次分配， 本例 中主要考虑换乘次数的修正， 得到的分配结果见表 5 结合不同类型乘客的比例得到最终的客流分配比 例见表 6 以上是对永安里一健德 门的乘客出行路径选择 过程的计算 从计算过程中可以看出， 路径 3 和路径 4对 于熟悉型乘客是无效路径 ， 但是对于通过线路 图进行出行判断 的陌生型乘客来说就是有效路径 ， 并且 的确会有一定 比例的乘客选择， 因此说 明进行 乘客分类可以得到更全 面的结果 若采用已有 的计 算方法则只有两条路径 ， 但是实际 中确实会有乘客 选择路径 3和路径 4 ， 可以看 出进行乘客分类是正 确的， 并且其计算的结果更符合实际情况 表 5 路径分配结果 r r a b 5 F i r s t c a l c u l a t i o n r e s u l t s 此外陌生型乘客的初始分配比例是路径 2的比 例小于路径 1 ， 看似不符合实际， 但是经过换乘次数 修正之后只有一次换乘的路径 2的比例增加 ， 大于 了需要两次换乘的路径 1 ， 这与实际选择情况更接 近， 因此进行系数修正是有效的修正方法 0 6 北京交通大学学报 第 3 6 卷 4 结语 根据乘客对网络的熟悉程度， 将乘客划分为熟 悉型和陌生型两类 ， 两类乘客的路径选择影响 因素 不同， 分别建立两类乘客的综合出行阻抗函数， 熟悉 型乘客出行阻抗在 已有研究 的基础上 ， 进一步细化 了换乘放大系数， 增加了进出站额外时间， 使其更符 合实际情况 陌生型乘客出行阻抗主要依据轨道交 通线路图 采用基于阻抗分层的路径分配方法进行 路径分配， 通过拥挤度、 换乘次数 、 坐位需求的修正， 分配结果更符合实际情况 实例验证表明对乘客进 行分类， 可以更精确地刻画乘客的路径选择行为 表 6 最终路径分配比例表 Ta b 6 F i n a l c a l c u l a t io n r e s u l t s 参考文献【 R e f e r e n c e s ) ： 1 吴祥云， 刘灿齐 轨道交通客流量均衡分配模型与算法 J 同济大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 0 4 ， 3 2( 9 ) ： 1 1 5 8 1 1 6 2 W U X YLI U C QTr a f f i c e q u i l i b r i u m a s s i g n me n t mo d e l s p e c i a l l y f o r u r b a n r a i l w a y n e t w o r k J J o u r n a l o f T o n g i i U n i v e r s i t y ： Na t u r a l S c i e n c e ， 2 0 0 4 ， 3 2 ( 9 ) ： 1 1 5 8 1 1 6 2 ( i n C h i n e s e ) 2 四兵峰， 毛保华， 刘智丽 无缝换乘条件下城市轨道交通 客流分配模型及算法 J 铁道学报， 2 0 0 7 ， 2 9( 6 ) ： 1 2 1 8 S I B F， MAO B H， LI U Z LPa s s e n g e r fl o w a s s i g n me n t mo d e l and a l g o r i t h m f o r u r b an r a i l wa y t r a f f i c n e t wo r k u n d e r t h e c o n d i t i o n o f s e a m l e s s t r a n s f e r J J o u r n a l o f t h e C h i n a R a i l wa y S o c i e t y ， 2 0 0 7 ， 2 9( 6 ) ： 1 21 8( i n C h i n e s e ) 3 四兵锋， 高亮 ， 毛保华 无缝换乘的城市轨道交通运费清 分模型及算法 J 管理科学学报， 2 0 0 9 ， 1 2 ( 5 ) ： 3 64 3 S I B F GA0 L， MAo B HT0 l l Al l c e a t i o n mo d e l f o r u r b a n r a i l wa y t r a f f i c s y s t e m u n d e r c o n d i t i o n o f s e a ml e s s e x c h a n g e J J o u rna l o f Mana g e me n t Sci e n c e s O 11 C h i n a ， 2 0 0 9 ， 1 2 ( 5 ) ： 3 6 4 3 ( i n C h i n e s e ) 4 韦强， 谢宗毅， 诸仁荣， 等 基于概率模型的轨道交通清 分算法 J 城市轨道交通研究， 2 0 0 9 ( 9 ) ： 4 3 4 7 WE I Q， XI EZY， Z HUSR， e t a 1 F a r e c l e a r i n gal g o r i t h m b a s e d o n p mb a b i l i s t i c mode l f o r u r b a n r a i l t r a n s i t J Ur b a n Ma s s T r a n s i t ， 2 0 0 9 ( 9 ) ： 4 34 7 ( i n C h i n e s e ) 5 杨甲， 罗钦 ， 徐瑞华 城市轨道交通 网络清分方法研究 J 城市轨道交通研究 ， 2 0 0 9 ( 5 ) ： 2 2 2 5 Y AN G J ， L UOQ， X URH A c l e a r i n gme t h o d o f A F C o n u rban r n a & t r a n s i t J Urban Ma s s Tr a n s i t ， 2 0 0 9 ( 5 ) ： 2 2 2 5 ( i n C h i n e s e ) 6 赵峰， 张星臣， 刘智丽 城市轨道交通系统运费清分方法 研究 J 交通运输系统工程与信息， 2 0 0 7 ， 7 ( 6 ) ： 8 5 9 0 Z HA ( )F， Z HANG X C， LI U Z LMo d e l i n g i n c o me d i s t il b u t i o n o f t h e a u t o f a r e c o l l e c t i o n s y s t e m J J o u r n al o f Tr ans p o r t a t i o n S y s t e ms En g i n e e rin g a n d I n f o r ma t i o n Te c b n o l o g y ， 2 0 0 7 ， 7 ( 6 ) ： 8 5 9 0 ( i n C h i n e s e ) 7 徐瑞华， 罗钦， 高鹏 基于多路径的城市轨道交通网络客 流分布模型及算法研究 J 铁道学报， 2 0 0 9 ， 3 1 ( 2 ) ： 1 1 0 l 1 4 XU R H， LUO Q， GAO PP a s s e n g e r fl o w d i s t rib u t i o n mod e l a n dalg o r i t h m for u r b an r a i l t r a n s i t n e t wo r kb a s e d o n mu l t i r o u t e c h o i c e J J o u r n a l o f T h e C h i n a R a i l w a y S o c i e t y ， 2 0 0 9 ， 3 1 ( 2 ) ： 1 1 01 1 4 ( i n C h i n ese ) 8 赖树坤 城市轨道交通票务清分方法研究 D 北京 ： 北 京交通大学， 2 0 0 8 LAI S KRe s e a r c h o n i n c o me d i s t rib u t i o n mod e l o f u r