城市軌道交通客流預測現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

元銘

摘 要：隨著城市軌道交通線路的不斷增加，城市人口不斷地增多，客流量預測就成了軌道交通工作中一個重要的環(huán)節(jié)。本文就針對客流預測這一問題，展開了討論。開篇闡述了客流預測的重要性及其內(nèi)涵，介紹了預測工作存在的四大問題，然后從宏觀客流預測和微觀客流預測兩個方面分別簡述了一些重要的預測模型和算法，簡單說明了國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及目前我國軌道交通客流預測存在的四個主要問題和發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：客流量預測；四階段法；向量機模型；研究發(fā)展

中圖分類號：U93.13 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）13-0209-02

隨著城市化建設的推進，軌道交通的優(yōu)點也逐漸體現(xiàn)出來。目前我國有很多城市在大力發(fā)展軌道交通這一出行方式，來緩解城市交通中產(chǎn)生的堵車、客流量大等現(xiàn)象。但是隨著軌道交通的發(fā)展，很多問題也日漸突出，例如，在很多重要的換乘節(jié)點或者交通樞紐處都出現(xiàn)了不同程度的擁堵，或者一些突發(fā)事件。因此為了能夠解決這一問題，相關(guān)研究人員和部門要對客流量能夠進行有效的預測，實時觀測和把握客流量的趨勢，向組織部門和運力部門的工作提供科學的數(shù)據(jù)，做到能夠預防和緩解擁堵現(xiàn)象的發(fā)生。

1 城市軌道交通客流量預測的內(nèi)涵

根據(jù)我國出臺的相關(guān)規(guī)定來看，客流量預測主要包含了以下6大內(nèi)容：（1）全網(wǎng)客流量預測：其中又包含了兩個主要內(nèi)容，分別是各條支線的高峰時期的客流量的預測和各支線全天客流量的預測。（2）全線客流量預測：其中包含了全天客流量的預測、每個時段的客流量的預測、全天的平均運距以及高峰時刻的運距等等。（3）車站客流量預測：這里面包含的內(nèi)容較多，可分為四個部分，分別是：突發(fā)客流的預測、高峰時刻系數(shù)、早晚高峰及全天單位時間段內(nèi)的客流量、早晚高峰及全天單位時間段內(nèi)的乘降量。（4）OD客流：主要是包含了早晚高峰及全天時間內(nèi)的車站站間OD表以及區(qū)域內(nèi)外的OD客流。（5）換乘客流：主要是觀測早晚及全天每個站臺在換乘的時候的客流量。（6）出入口客流量預測：主要是預測各個進出站口在高峰時期分擔的客流量。

城市軌道交通在設計之初就應該考慮到客流量這一重大因素。從上面介紹的內(nèi)容可以看出，城市軌道交通所要預測的內(nèi)容范圍之廣和跨度之大?？土髁康念A測不僅要求相關(guān)工作人員能夠從全局出發(fā)進行宏觀預測，還要求工作人員能夠?qū)δ硞€站臺，某一段時間進行具體的預測，這就預示了客流量預測工作的難度和復雜程度。一般來說其復雜性和難點主要集中在以下四個方面：（1）需要完成的預測項目繁多：從上面介紹的六個方面中可以發(fā)現(xiàn)每個方面還包含了不同的具體任務，有的甚至高達四五個具體項目。這其中需要牽涉涉及很多數(shù)據(jù)，而且很多還是要求具體到某一個時間段。目前預測較大范圍內(nèi)的客流量的工作已經(jīng)有了較好的計算模型來進行處理，但是針對到具體的站點或者時段的客流量卻沒有很好地手段來進行預估，使用現(xiàn)在這些技術(shù)來進行預測的話帶來的偏差較大。（2）預測時間長：一般來說一個軌道交通路線從開始規(guī)劃到竣工至少需要五年時間，而在竣工之后要求能夠至少預測未來25年內(nèi)的客流量，而隨著科技的發(fā)展，城鎮(zhèn)化建設的不斷推進，人們的生活方式變化較快，這個預測時間幾乎長達30年，這就對預測工作帶來了時間跨度上的挑戰(zhàn)。（3）發(fā)展起步晚，難以進行有效數(shù)據(jù)的積累：我國發(fā)展軌道交通時間晚，積累的相關(guān)數(shù)據(jù)較少，經(jīng)驗也不夠多，因此很多工作都處于起步摸索階段。（4）交通出行方式呈多元化發(fā)展：根據(jù)發(fā)達國家積累的經(jīng)驗來看，有了軌道交通之后，選擇公共交通方式的居民越來越多，其中也包含了公交車、共享單車、網(wǎng)約車等等。這些交通方式的參與，也導致了客流預測難度的不斷加大，為建模和流量控制帶來了一定的難度。

2 城市軌道交通客流預測的研究現(xiàn)狀

2.1 客流量預測的重要意義

城市軌道交通弄客流量的預測一直是軌道交通問題研究的重點，其意義主要是以下5個方面：（1）首先為各個相關(guān)部門提供科學的數(shù)據(jù)能夠有效地分配資源和人力，提高整個交通系統(tǒng)的安全性、舒適性和經(jīng)濟效益。（2）能夠為有關(guān)部門處理緊急突發(fā)事件提供有效的數(shù)據(jù)。（3）尤其是在組織大型活動時，客流量的預測能夠幫助軌道交通運營單位做好相應乘客運輸能力的調(diào)整匹配，既能夠保證活動的順利進行也能夠減少對其他居民的影響。（4）通過對客流預測量的廣泛宣傳報道，能夠讓乘客科學合理的選擇公共交通方式，盡量做到錯峰出行，不僅能夠夠提高乘客的出行效率，而且會減少軌道交通的壓力。（5）軌道交通的客流預測數(shù)據(jù)能夠為突發(fā)事件提供有效的數(shù)據(jù)保障。

2.2 客流量預測的主要方法

一般來說客流量的預測分為兩種：宏觀客流量預測和微觀客流量預測，兩者的預測方法有所差別。其中宏觀客流量指的是整個路線的客流量的分布，其預測主要是采用以下三種方法：（1）四階段法：這一方法在我國的軌道交通客流量預測中可以經(jīng)常見到。因為其依次分為出行發(fā)生、出行布局、方式劃分、交通分配這四個階段，所以稱其為四階段法。這種方法主要是利用歷史數(shù)據(jù)作為基礎來進行預測。（2）土地利用法：這個方法是研究距離換乘車站一定范圍內(nèi)的土地利用率。它和四階段法一樣都無法反映出公共交通方式之間的內(nèi)在聯(lián)系。（3）交通特征模型預測法：這個方法的主要研究對象是人，包括人是否選擇出行、出行的交通方式、出行的目的地、出行的起點等等。而微觀客流量的預測方法主要包含以下兩大類：（1）線性預測的方法，其中主要包含了對歷史客流量進行平均的預測算法、對時間序列進行預測的算法等。這種方法建模簡單，但是精度低，具有一定的參考意義。（2）非線性預測的方法：這類方法包含的具體模型很多，例如有灰度預測法、神經(jīng)網(wǎng)絡法、基于混沌理論法等等。這些方法的特點就是計算量大、建模過程復雜，但是它的預測結(jié)果較為準確。現(xiàn)在又發(fā)展出了將線性和非線性的模型進行相互結(jié)合的客流量預測算法，例如：多模型融合預測算法，這類算法的最大特點就是將線性和非線性算法的優(yōu)點進行組合改進，不僅能夠提高工作效率，而且預測精度也有所提高。

2.3 客流量預測的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

國外發(fā)展交通軌道技術(shù)要領先我國很多年，因此在這方面的經(jīng)驗也積累的比我國多。目前來說，在國外宏觀預測還是采用四階段法較多。對微觀的客流量預測也有不少理論模型，但是都有其缺點，并且得到的結(jié)果不是很理想。相較于國內(nèi)而言國外主要集中分析客流的敏感性。例如，改變某項乘車政策或者是一些基礎設施對乘客選擇出行方式的影響。而在國內(nèi)，我們是從1970年代才開始對這一課題進行研究的，到現(xiàn)在也不過短短近50年的時間，已經(jīng)建立起了一套定量預測客流量的具體模型。并且隨著時間的推進，我國軌道交通數(shù)量不斷地增多，越來越多的學者開始對已有的模型進行優(yōu)化改進，例如有不少學者利用互聯(lián)網(wǎng)科技、云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)與現(xiàn)有模型進行結(jié)合，提高預測結(jié)果的可信度。

3 城市軌道交通客流預測存在的問題和發(fā)展趨勢

根據(jù)目前客流預測體系所得到的數(shù)據(jù)來看，其與現(xiàn)實的客流量數(shù)據(jù)還存在著較大的偏差，這從一定程度上也反映出了我國在構(gòu)建這一體系上仍然存在著很多的問題，只有把這些問題進行解決之后才能得到科學合理的數(shù)據(jù)?，F(xiàn)存的問題主要有以下四點：（1）預測體系不完善：土地和交通之間的聯(lián)系沒有充分進行研究，并且對整個交通規(guī)劃體系的研究也不夠透徹?，F(xiàn)在的客流量預測只是能夠滿足在一定引導情況下的客流量預測，缺乏對整個交通生態(tài)圈的探索和研究，整體意識不夠強，只是關(guān)注到了交通軌道出行這一種方式。（2）現(xiàn)行的預測手段和方法單一，幾乎都是采用了四階段法，都是將邊界條件和基礎分別設成了總體規(guī)劃和現(xiàn)狀分析。而城市規(guī)模、公共交通方式、經(jīng)濟水平等外來因素都沒有進行考慮。只采用這一種方案進行估計會大大降低預測結(jié)果的完備性和科學性，導致數(shù)據(jù)偏差越來越大。而且在預測方案中對綜合交通的研究少，幾乎都是采用小樣本來代替大范圍的取樣方式，數(shù)據(jù)樣本中存在的誤差進一步導致結(jié)果準確性下降。并且現(xiàn)在的模型我們很少和國內(nèi)外進行比較分析，忽略了國外軌道交通系統(tǒng)這一良好的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗來源。（3）本身模型存在問題：現(xiàn)在我國大多數(shù)城市都采用的是四階段法，在預測過程中要充分考慮到這四個階段的相互作用。四階段法在模型建立之初就存在著一定的誤差，再加上大部分地區(qū)沒有和自己的實際情況相結(jié)合，就導致了誤差的進一步增大。（4）在關(guān)鍵參數(shù)的選取上存在較大偏差：上面已經(jīng)指出在很多城市里，研究人員都采用小樣本來代替大范圍，這樣就會造成一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)缺乏普遍性，例如：人口、用地等等。而且這些數(shù)據(jù)的獲取需要多個部門進行相互配合，并且需要投入大量的人力和物力，這就導致了取樣難度的增大和關(guān)鍵數(shù)據(jù)節(jié)點的可靠性降低。而且我國目前成處于城市化階段發(fā)展較快的時候，很多數(shù)據(jù)都在不斷地變化當中，因此這也為取樣工作帶來了不少的困難。

4 結(jié)語

前面介紹了很多關(guān)于客流量預測的問題和難點，我們必須認識到，能夠準確地描述預測客流量是一件非常困難且內(nèi)容龐雜的工作?，F(xiàn)在已經(jīng)有不少研究人員意識到客流預測不是孤立的一個項目，它應該與整個城市的規(guī)劃和總體建設進行結(jié)合，為設計和決策提供有力的判據(jù)。目前來說，整個客流量預測體系的可信度較低，但是相信隨著研究的進一步深入，預測結(jié)果會越來越準確，從而進一步提高軌道交通的綜合性能。

參考文獻

[1]王玉萍.城市軌道交通客流預測與分析方法[M].西安：長安大學，2011.

[2]杜彥敏.北京地鐵客流預測方法研究及系統(tǒng)的實現(xiàn)[M].北京：北京交通大學，2015.

[3]楊軍.地鐵客流短期預測及客流疏散模擬研究[M].北京：北京交通大學，2013.

[4]楊軍，侯忠生.基于小波分析的最小二乘支持向量機軌道交通客流預測法[J].中國鐵道科學，2013，34（03）：122-127.