基于新冠疫情下的城市軌道交通客流監(jiān)控研究

宋著堅(jiān)

2020年一場(chǎng)新冠疫情給人們生活和出行帶來(lái)了前所未有的影響，其中承擔(dān)城市內(nèi)通勤、出行優(yōu)先選擇的城市軌道交通也面臨著從未有過(guò)的運(yùn)營(yíng)情況，線網(wǎng)客流從疫情爆發(fā)后出現(xiàn)斷涯式下降。但隨著復(fù)工復(fù)產(chǎn)和疫情防控推進(jìn)，政府主管部門(mén)對(duì)城市軌道交通的列車擁擠度要求越來(lái)越高，一邊是逐漸增加的客流量，一邊是嚴(yán)格控制列車滿載率，這給運(yùn)營(yíng)單位對(duì)客流預(yù)測(cè)和管控提出了更高的技術(shù)要求。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)疫情期間軌道交通客流變化分析，對(duì)疫情下軌道交通短期客流預(yù)測(cè)及管控方案進(jìn)行探討。

一、疫情下客流特征

以H市為例，H市軌道交通客運(yùn)量由1月140萬(wàn)人次驟降到了 2月初10萬(wàn)人次，客流下降了約92%。隨著2月中旬企業(yè)復(fù)工，客流也逐步增長(zhǎng)，直至恢復(fù)至疫情前水平。如圖1所示。

在客流極低的運(yùn)營(yíng)情況下，原有的客流監(jiān)控范圍、預(yù)測(cè)方法和客流分析體系已經(jīng)不能適用。在客流增長(zhǎng)時(shí)，急需結(jié)合疫情變化，制定全面的客流監(jiān)控方案，對(duì)后續(xù)客流增加進(jìn)行有有效的監(jiān)控和預(yù)測(cè)，以應(yīng)對(duì)突發(fā)客流增長(zhǎng)時(shí)運(yùn)力不匹配問(wèn)題。因此必須建立一個(gè)有效的客流監(jiān)控的體系，準(zhǔn)確掌握線網(wǎng)客流變化情況，及時(shí)發(fā)布預(yù)警。

二、客流監(jiān)控內(nèi)容

（一）客流量監(jiān)控

客流總量反映線網(wǎng)客流規(guī)模，是客流監(jiān)控的首要指標(biāo)。在疫情期間，客流量指標(biāo)分為兩個(gè)方面，一是實(shí)時(shí)日客流量監(jiān)控，二是周客流量走勢(shì)監(jiān)控。實(shí)時(shí)日客流量監(jiān)控反映當(dāng)日客流的增長(zhǎng)情況，在早高峰結(jié)束后，就可以發(fā)現(xiàn)今日客流的總體規(guī)模變化。客流量監(jiān)控一般是對(duì)進(jìn)站客流的監(jiān)控，由進(jìn)站客流乘以一個(gè)設(shè)置好的乘客換乘比例得出實(shí)時(shí)客流量，因此客流總量監(jiān)控?cái)?shù)值存在一定誤差。

（二）斷面客流量監(jiān)控

斷面客流量中“最大斷面客流量”反映列車上乘客聚集密度，行業(yè)內(nèi)以1小時(shí)內(nèi)斷面輸送的乘客總數(shù)量為指標(biāo)，該指標(biāo)和每小時(shí)投入該區(qū)間的列車數(shù)量有關(guān)，運(yùn)營(yíng)單位可通過(guò)增加在線列車數(shù)量來(lái)降低斷面滿載率。斷面客流量監(jiān)控是線網(wǎng)客流監(jiān)控面臨最難的一項(xiàng)工作。隨著復(fù)工復(fù)產(chǎn)的進(jìn)行，交通運(yùn)輸部也下發(fā)了不同防疫級(jí)別下的最高斷面客流要求（交運(yùn)明電[2020]84號(hào)），見(jiàn)表1。

最大斷面客流也具有時(shí)段性的特點(diǎn)，在早晚高峰的特定區(qū)段，斷面客流量會(huì)達(dá)到高峰。目前各城市地鐵均有線網(wǎng)斷面客流監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控線網(wǎng)斷面客流情況。上述系統(tǒng)是在歷史客流數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)日實(shí)時(shí)進(jìn)站量數(shù)據(jù)和列車運(yùn)行圖數(shù)據(jù)進(jìn)行客流模擬預(yù)測(cè)。

（三）站臺(tái)客流量監(jiān)控

許多城市地鐵站與機(jī)場(chǎng)、火車站、汽車站都有換乘，在疫情期間對(duì)與地鐵外交通工具銜接車站以及重點(diǎn)換乘車站的進(jìn)出站量監(jiān)控（包括站臺(tái)擁擠度）非常有必要，防止發(fā)生突發(fā)大客流事件。

三、客流預(yù)測(cè)

Y：該時(shí)段歷史客運(yùn)總量與歷史日客流總量比

該方法是由于每小時(shí)段的客運(yùn)量與最終的客運(yùn)量有一定的比例關(guān)系，借助這個(gè)特點(diǎn)進(jìn)行當(dāng)日最終客流量的預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)的精度一是取決于進(jìn)站數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，二是取決于數(shù)據(jù)的粒度。

（二）周客流趨勢(shì)預(yù)測(cè)

周客流預(yù)測(cè)基本能夠反映下一周客流增長(zhǎng)情況。疫情期間對(duì)下周客流量的預(yù)測(cè)也是特別的重要，便于運(yùn)營(yíng)方提前對(duì)下一周的運(yùn)輸計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整準(zhǔn)備，適應(yīng)客流變化的需求。周客流預(yù)測(cè)主要是通過(guò)每周客流增長(zhǎng)（降低）趨勢(shì)，以及周每天之間客流比例關(guān)系進(jìn)行預(yù)測(cè)。由于周客流預(yù)測(cè)規(guī)律性太強(qiáng)，遇發(fā)生外部事件會(huì)導(dǎo)致預(yù)測(cè)偏差，所以周客流預(yù)測(cè)僅作為后期客流管控的準(zhǔn)備和參考?？紤]到周客流預(yù)測(cè)的周期較大，在實(shí)際預(yù)測(cè)時(shí)，一般是每天做未來(lái)7日的客流預(yù)測(cè)，以提升預(yù)測(cè)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確度。

（三）斷面客流量預(yù)測(cè)

1、國(guó)內(nèi)相關(guān)研究

斷面客流量預(yù)測(cè)短時(shí)預(yù)測(cè)模型，主要分為兩大類：理論驅(qū)動(dòng)模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型。理論驅(qū)動(dòng)模型主要有動(dòng)態(tài)交通分配模型；數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型主要有時(shí)間序列模型、卡爾曼濾波模型、非參數(shù)回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和支持向量機(jī)等單個(gè)模型以及小波變換、貝葉斯分解、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸獾冉M合模型。模型的可靠性及可操作性對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性起決定作用。在實(shí)際應(yīng)用中，模型的選擇至關(guān)重要。

斷面客流量預(yù)測(cè)在業(yè)內(nèi)有深入的研究，并在各大城市軌道交通行業(yè)內(nèi)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，以下是相關(guān)研究的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)流程圖（見(jiàn)圖2）。從下圖看出，預(yù)測(cè)的重點(diǎn)是第一步客流分配模型的的創(chuàng)建，因?yàn)閷?shí)時(shí)客流的進(jìn)出站數(shù)據(jù)是無(wú)法準(zhǔn)確匹配，需要模型結(jié)合每個(gè)乘客的出行規(guī)律、歷史出行情況、進(jìn)行預(yù)測(cè)性的分配。

2、簡(jiǎn)單比例預(yù)測(cè)法

簡(jiǎn)單比例預(yù)測(cè)法是找出線網(wǎng)實(shí)時(shí)進(jìn)站量和斷面客流量的關(guān)系進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)，下圖為歷史小時(shí)進(jìn)站量和斷面客流比例預(yù)測(cè)圖，如圖3所示。