天津軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)清分規(guī)則研究

馮進(jìn)峰

(天津市地下鐵道運(yùn)營(yíng)有限公司，300222，天津∥高級(jí)工程師)

1 天津軌道交通線網(wǎng)結(jié)構(gòu)

1.1 線網(wǎng)情況

天津軌道交通實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)前，已經(jīng)有2 條在運(yùn)營(yíng)的軌道交通線路，分別是天津地鐵運(yùn)營(yíng)的地鐵1號(hào)線和津?yàn)I輕軌運(yùn)營(yíng)的輕軌線。地鐵1號(hào)線包括22 座車站，位于天津市區(qū);輕軌線包括14 座車站，是天津市區(qū)和濱海新區(qū)之間的城市軌道交通線，1號(hào)線和輕軌線無換乘站。除已運(yùn)營(yíng)的線路外，天津軌道交通路網(wǎng)中還包括3 條即將投入運(yùn)營(yíng)的軌道交通線路，分別是地鐵2、3號(hào)線和輕軌9號(hào)線(輕軌線的東延線)，地鐵 2、3、9號(hào)線在天津站換乘，1、2號(hào)線、1、3號(hào)線分別有交叉換乘。

1.2 清分規(guī)則設(shè)置要求

天津市對(duì)于軌道交通線網(wǎng)的規(guī)劃有一票通、一卡通、無障礙換乘3 個(gè)要求。要求在軌道交通范圍內(nèi)的跨線換乘時(shí)不設(shè)置閘機(jī);換乘車站存在多個(gè)運(yùn)營(yíng)商的設(shè)備時(shí)，視為同一設(shè)備處理。清分規(guī)則設(shè)置時(shí)的清分基點(diǎn)是車站，因此需要將運(yùn)營(yíng)收益清分至每個(gè)車站。

1.3 清分規(guī)則設(shè)置難點(diǎn)

面對(duì)天津軌道交通線網(wǎng)的需求，天津軌道交通的清分規(guī)則設(shè)計(jì)主要有3 個(gè)技術(shù)難點(diǎn)需要解決。

1.3.1 同一線網(wǎng)不同票價(jià)體系

天津地鐵和津?yàn)I輕軌由于一個(gè)是市區(qū)軌道交通，一個(gè)是郊區(qū)軌道交通，因此物價(jià)局批復(fù)的每公里運(yùn)價(jià)截然不同。天津地鐵的每公里運(yùn)價(jià)遠(yuǎn)高于津?yàn)I輕軌的每公里運(yùn)價(jià)，且津?yàn)I輕軌9號(hào)線全線開通運(yùn)營(yíng)后，在9號(hào)線一條線路內(nèi)會(huì)同時(shí)存在2 種不同的票價(jià)體系，因此在清分規(guī)則的設(shè)置中需要做到按照票價(jià)體系區(qū)別清分。

1.3.2 兩家運(yùn)營(yíng)商兩套結(jié)算系統(tǒng)

天津軌道交通線路分屬兩家運(yùn)營(yíng)商，對(duì)于本線進(jìn)出、跨線進(jìn)出、換乘站進(jìn)出等收益清分時(shí)要充分考慮到兩家運(yùn)營(yíng)商的分配合理性，必要時(shí)采取清分規(guī)則自動(dòng)生成和人工修正相結(jié)合的特殊方式。

1.3.3 多票制屬性

天津軌道交通設(shè)置的票種票制屬性多，包括了計(jì)程票、計(jì)次票、計(jì)時(shí)票、區(qū)段票、周期票和各類優(yōu)惠票。在設(shè)置清分規(guī)則時(shí)需要分別考慮每種票制的屬性，對(duì)每個(gè)票種在軌道交通范圍內(nèi)的不同操作如進(jìn)出站、更新、退票等進(jìn)行分別清算。

2 清分方案

2.1 天津軌道交通目前支持的清分方案

確定清分方案是確定清分規(guī)則的必要條件。如果一個(gè)城市的軌道交通總車站為s 座，線路總數(shù)有t條。如果假定每條線路的站點(diǎn)個(gè)數(shù)平均為20，那么需要確定的可換乘線路數(shù)大約將達(dá)到×t條。這表明在聯(lián)網(wǎng)的m 個(gè)站點(diǎn)中，至少需要確定-×t 條換乘路徑，所以確定一種綜合優(yōu)選的路徑選擇方案是建立清分方案的基礎(chǔ)。

天津軌道交通主要支持最短路徑尋徑和時(shí)間權(quán)重尋徑2 種路徑選擇方案。

2.2 最短路徑方案

乘客在乘坐軌道交通出行時(shí)往往會(huì)選擇運(yùn)營(yíng)里程最短、換乘總時(shí)間最少或換乘站點(diǎn)個(gè)數(shù)最少的線路。在軌道交通網(wǎng)絡(luò)中，確定路徑方案時(shí)必須首先確定優(yōu)選的準(zhǔn)則。經(jīng)分析，影響天津軌道交通乘客選擇出行徑路的因素主要有以下幾種:

(1)線路運(yùn)營(yíng)里程。乘客在選擇軌道交通時(shí)，往往最在意的是軌道交通的快捷和高效，因此在起始站和目的站之間的運(yùn)營(yíng)里程是乘客路徑選擇時(shí)的主要因素。

(2)換乘站點(diǎn)數(shù)。軌道交通形成路網(wǎng)后，起始站和目的站之間會(huì)存在多條選擇路徑，每條路徑的換乘次數(shù)不同，由于換乘時(shí)的擁擠程度、換乘后的乘車時(shí)間不同，會(huì)影響乘客的路徑選擇。

(3)乘軌道交通出行的總時(shí)間。綜合國(guó)內(nèi)許多城市的地鐵線網(wǎng)圖，最短里程的路徑不見得就是出行時(shí)間最少的路徑，因此，較多乘客在早晚高峰時(shí)段會(huì)選擇出行時(shí)間最少的路徑乘車。

(4)乘車舒適性。舒適性作為軌道交通運(yùn)營(yíng)服務(wù)的一個(gè)重要指標(biāo)對(duì)于乘客路徑選擇上也有舉足輕重的作用，尤其是在平峰時(shí)段最為明顯。

通常情況下，人們出行首選的當(dāng)然是最快到達(dá)目的地的路徑。目前，作為一種經(jīng)典的尋徑方案，最短路徑算法已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。天津軌道交通清分規(guī)則中支持最短路徑法的尋徑方案。在選擇最短路徑前首先標(biāo)志路段，將線路中兩座相鄰車站之間的區(qū)段標(biāo)志為一個(gè)路段，按此原則標(biāo)志出全線網(wǎng)所有的路段。然后選擇最短路徑，起始站和目的站之間存在多條選擇路徑時(shí)，選擇所經(jīng)過的路段合計(jì)數(shù)量最少的為最優(yōu)路徑。

以上是標(biāo)準(zhǔn)的最短路徑尋徑方法，然而在很多實(shí)際環(huán)境中，由此算法得到的最短路徑并不一定是首選的路徑。在城市軌道交通或道路交通中，由于路網(wǎng)中理論上的最短徑路不能直達(dá)或比較擁擠，乘客往往會(huì)出于方便、節(jié)省時(shí)間或乘坐舒適性等目的而實(shí)際選擇了其他的乘車路徑。這就說明，為了解決某些實(shí)際問題，有時(shí)必須用最短路徑法結(jié)合外部因素來確定網(wǎng)絡(luò)中其他的優(yōu)選路徑。天津地鐵在充分考慮路網(wǎng)整體情況后，對(duì)最短路徑尋徑方案進(jìn)行了優(yōu)化，加入了郊區(qū)段修正功能，結(jié)合最短路徑里程、最小乘車時(shí)間對(duì)路徑綜合修正后得出每次出行的最短路徑。

2.3 時(shí)間權(quán)重方案

天津軌道交通清分規(guī)則支持的另外一種尋徑方案是時(shí)間權(quán)重方案，此方案的主要特點(diǎn)是將所有影響到乘客路徑選擇的因素都以時(shí)間權(quán)重的方式進(jìn)行量化，按照量化后的值計(jì)算路徑選擇概率。參與量化的值主要包括以下幾項(xiàng)。

(1)路段行車時(shí)間(m):將軌道交通路網(wǎng)的每?jī)勺局g的行車時(shí)間進(jìn)行量化。目前天津地鐵市內(nèi)的行車間隔為2 min，因此路段行車時(shí)間的量化值為2，該值根據(jù)路段不同會(huì)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

(2)換乘次數(shù)(n):主要是對(duì)換乘次數(shù)進(jìn)行量化，如換乘1 次的時(shí)間權(quán)值為2，換乘2 次時(shí)間權(quán)值為4。按照一般規(guī)律，換乘次數(shù)越多，時(shí)間權(quán)值將成倍增加。

在主要參與量化的時(shí)間權(quán)值外，引入了預(yù)留的量化值，主要包括以下2 項(xiàng)。

(1)線路發(fā)車間隔(j):將線路的發(fā)車間隔進(jìn)行量化，如量化成時(shí)間權(quán)值后取值1，則乘客在換乘后選擇該路徑是總體時(shí)間權(quán)值加1。

(2)乘坐舒適度(s):將線路的乘車舒適度進(jìn)行量化，但是該值占比很小。

2.3.1 路徑權(quán)值計(jì)算

在線路i 中有a 個(gè)路段被有效路徑選擇時(shí)，用以下公式可計(jì)算出該路徑的總時(shí)間權(quán)值R。

2.3.2 權(quán)值優(yōu)化

按照軌道交通線路的特點(diǎn)，龐大和復(fù)雜的路網(wǎng)導(dǎo)致起始站和目的站之間的路徑有數(shù)十條，一大部分路徑的乘客選擇概率極低，因此有必要引入權(quán)值優(yōu)化參數(shù)，對(duì)路徑進(jìn)行篩選。目前天津地鐵主要引入的參數(shù)有最大路徑數(shù)量權(quán)值、最大路徑增長(zhǎng)量權(quán)值、最大路徑倍增權(quán)值來減少有效路徑數(shù)量。

3 清分規(guī)則

清分方案確認(rèn)后，按照清分方案搭建清分模型，設(shè)置具體的清分規(guī)則。天津地鐵由于路網(wǎng)中包括市區(qū)和市郊2 個(gè)不同的票價(jià)體系，因此分別制定了不同的收益分配規(guī)則。將整個(gè)路網(wǎng)帶清分?jǐn)?shù)據(jù)分成2部分，即純市區(qū)票價(jià)體系數(shù)據(jù)和跨越2 個(gè)票價(jià)體系的數(shù)據(jù)。具體分配規(guī)則在下文中詳述。

3.1 收益分配規(guī)則

(1)A:起始站至目的站的總票價(jià);

(2)B:市區(qū)票價(jià)體系下，起始站至9號(hào)線中山門車站(市區(qū)和市郊票價(jià)體系的分界車站)的票價(jià);

(3)Cn:市區(qū)票價(jià)體系下的n號(hào)線的所有路段和;

(4)Dn:n號(hào)線市區(qū)票價(jià)體系下的清分后收益。

地鐵1號(hào)線在純市區(qū)票價(jià)體系下的清分后收益為:1號(hào)線收益D1=AC1/Cn。

地鐵1號(hào)線在跨市區(qū)和市郊票價(jià)體系下的清分后收益為:1號(hào)線收益D1=BC1/Cn。

在跨市區(qū)和市郊票價(jià)體系下，津?yàn)I輕軌的收益為總票價(jià)扣除地鐵1、2、3號(hào)線的清分后收益，既:津?yàn)I輕軌收益=A-D1-D2-D3。

換乘站同站進(jìn)出的，收益由換乘站所有運(yùn)營(yíng)商平均分配;本線進(jìn)出的只分配給提供行車服務(wù)的運(yùn)營(yíng)商。

3.2 按最短路徑原則清分

選擇最短路徑作為尋徑方案時(shí)，由于路徑唯一，因此收益分配也是唯一。按照路段正常的收益分配規(guī)則進(jìn)行清分。

3.3 按時(shí)間權(quán)重清分

經(jīng)過建模，將每條路徑對(duì)應(yīng)的時(shí)間權(quán)重進(jìn)行計(jì)算，并選出有效路徑。按照一般規(guī)律，有效路徑的選擇概率符合正態(tài)分布規(guī)律，利用正態(tài)分布公式N(μ，σ2)，按照每個(gè)城市個(gè)性化的 σ 值，可以計(jì)算出所有有效路徑的選擇概率Pn。

因此，在時(shí)間權(quán)重方案下，線路Ln的收益為:

Ln= P1Dn路徑1+ P2Dn路徑2+ … + PnDn路徑n

3.4 清分規(guī)則應(yīng)用實(shí)例

圖1所示為天津軌道交通路網(wǎng)圖，按照文中所述的兩種清分方案分別對(duì)1號(hào)線下瓦房車站至2號(hào)線靖江路車站(總票價(jià)3 元)的清分方式進(jìn)行描述。

圖1 天津軌道交通線網(wǎng)圖

按照路網(wǎng)圖所示，從1號(hào)線下瓦房車站到2號(hào)線靖江路車站共有2 條可選路徑，第一條為地鐵1號(hào)線從西南角站換乘地鐵2號(hào)線，第二條為地鐵1號(hào)線在營(yíng)口道站換乘3號(hào)線，3號(hào)線在天津站換乘2號(hào)線。

(1)選擇最短路徑法作為尋徑方案。第一條路徑共經(jīng)過13 個(gè)區(qū)間，第二條路徑共經(jīng)過8 個(gè)區(qū)間，因此，在做收益分配時(shí)按照本文3.1 節(jié)的計(jì)算方式以第二條路徑進(jìn)行收益分配，1號(hào)線得2/8 收益，計(jì)0.75 元;2號(hào)線得 3/8 收益，計(jì) 1.125 元;3號(hào)線得3/8 收益，計(jì) 1.125 元。

(2)選擇時(shí)間權(quán)重方案作為尋徑方案。目前天津軌道交通路網(wǎng)在選擇權(quán)重因子時(shí)，考慮區(qū)間間隔和換乘權(quán)值2 個(gè)因子。區(qū)間間隔固定為2 min，第一次換乘權(quán)值為2，第二次換乘權(quán)值為4，第三次及以上的換乘權(quán)值為10。因此，通過計(jì)算可知第一條路徑的時(shí)間權(quán)值為28，第二條路徑的時(shí)間權(quán)值為22。將時(shí)間權(quán)值帶入公式(σ 值根據(jù)每個(gè)城市的情況自行設(shè)置，天津地鐵的σ 值設(shè)置為0.238)，計(jì)算出選擇第一條路徑的概率為0.3415，選擇第二條路徑的概率為0.6585。根據(jù)本文3.1 節(jié)的計(jì)算公式，可得以下各線路的收益分配值:1號(hào)線為0.97 元，2號(hào)線為 1.29 元，3號(hào)線為 0.74 元。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)天津軌道交通現(xiàn)行清分規(guī)則系統(tǒng)進(jìn)行了研究分析，由于自動(dòng)售檢票系統(tǒng)的地域差異性、軌道交通線網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的地域差異性，每個(gè)城市在進(jìn)行清分系統(tǒng)建設(shè)、清分規(guī)則選擇時(shí)，都是以個(gè)性化定制為主導(dǎo)。因此，對(duì)于清分規(guī)則的選擇還應(yīng)該結(jié)合各地的實(shí)際情況進(jìn)行分析。

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