基于地鐵運(yùn)營大數(shù)據(jù)的乘客出行效用分析

王昭曦

（北京地鐵運(yùn)營有限公司運(yùn)營三分公司，北京 100082）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)和城市化的發(fā)展，交通服務(wù)的供給快速增長，地鐵乘客的運(yùn)輸量也同步大幅度增長。因此，只有建立新的站點和新的運(yùn)行線路，才能有效地解決交通擁擠的問題，從而最大限度地提高乘客的乘坐體驗感。但是新建地鐵運(yùn)營路線網(wǎng)勢必會大幅度地增加地鐵交通的運(yùn)行壓力，使地鐵延誤停留的概率大大增加。尤其是遇上出行高峰的時期，很可能出現(xiàn)緊急情況，比如地鐵車門的重啟和再次關(guān)閉等情況，從而使乘客的等待時間增加，最終會放大乘客負(fù)面的出行感受。所以，為了解決乘客的出行要求，緩解地鐵交通供給失衡的情況，最為有效且集約的辦法就是以目前的地鐵交通網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，對車頭時距進(jìn)行縮減，以提高地鐵的使用頻率，并減少地鐵延誤的時間。

1 相關(guān)研究成果

1.1 文獻(xiàn)綜述

回顧公共交通領(lǐng)域發(fā)展的過程，對于停站時間的研究和討論在早些年之前是比較匱乏的，比如20 世紀(jì)70年代由Kraft 主要分析和研究了影響停站時間的因素。最近幾年，有關(guān)專家越來越重視公共交通系統(tǒng)領(lǐng)域停站時間的研究，所研究的內(nèi)容也均有關(guān)于站點的客流量。比如：Reyes 和Cipriano 分析和研究了地鐵交通不同客流量的站點?？繒r間，主要應(yīng)用仿真和建模的方法對站點?？繒r間進(jìn)行分析和研究，又如Hassannayebi 對于站點?？繒r間的研究是以仿真技術(shù)為基礎(chǔ)的。2015年Keiji 利用仿真技術(shù)分析了東京城市內(nèi)交通網(wǎng)絡(luò)的站點?？繒r間。還有Yang，X 在2016年和2017年利用建模的技術(shù)分析和研究了地鐵交通站點?？繒r間。2011年Zhang＆Lu 利用建模技術(shù)分析和研究了影響城市地鐵交通站點?？繒r間的因素。2017年Li 建立了控制客流量的站點?？繒r間和行車間隔的模型。2017年Lesel 利用建模技術(shù)研究了站點?？繒r間，以對地鐵的運(yùn)行管理進(jìn)行優(yōu)化和完善。以模型為基礎(chǔ)的研究方法，是大多地鐵交通停站時間研究所采用的方法，但利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，就可以擺脫模型的束縛，只需要計算和檢查自身的相關(guān)數(shù)據(jù)就可以實現(xiàn)。不同于建模分析，以大數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)的研究方法的側(cè)重點是對已有的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)而表現(xiàn)出地鐵交通的運(yùn)行情況，此類分析研究結(jié)果可信度更高。所以，本文對乘客出行停站時間的分析，是以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的，結(jié)合行程和站均時延等指標(biāo)，對乘客的乘坐體驗進(jìn)行分析和研究。

1.2 運(yùn)營效率影響因素分析

由于地鐵交通系統(tǒng)的組成比較復(fù)雜，有諸多影響運(yùn)行效率的因素，所以不能獨(dú)立分析某一因素。地鐵交通的特點是復(fù)雜性、多向性、混合性、交叉性和客流沖擊性等，作為地鐵運(yùn)行部門最為基礎(chǔ)的工作就是組織控制地鐵客流量，其主要依據(jù)是地鐵運(yùn)行部門事前制定的運(yùn)營方案，直接影響地鐵交通的運(yùn)行效率。組織地鐵客流的工作根據(jù)其流線，可以分為站外和站內(nèi)客流組織。地鐵交通正式投運(yùn)之后，很難在短時間內(nèi)改變原有的基礎(chǔ)建設(shè)，但可以在原有基礎(chǔ)建設(shè)的基礎(chǔ)上，對地鐵運(yùn)營方案進(jìn)行優(yōu)化和升級，以最大限度地降低地鐵運(yùn)營的成本，盡可能地滿足乘客的出行要求，從而提升地鐵運(yùn)行的效率，以提高地鐵交通的產(chǎn)出。地鐵運(yùn)營效率的高低很大程度上取決于地鐵運(yùn)營方案的好壞，一旦缺乏科學(xué)合理的運(yùn)行方案，即使地鐵線網(wǎng)結(jié)構(gòu)再發(fā)達(dá)，基礎(chǔ)設(shè)施再完備，也發(fā)揮不出其應(yīng)有的效果。作為研究地鐵交通提供服務(wù)的重要指標(biāo)，停站時間主要包括圖定和延時兩種停站時間，前者是指上下車所耗費(fèi)的時間，且取決于地鐵的運(yùn)行線路圖；后者指的是地鐵因故障而導(dǎo)致站點等待的時間，影響因素往往很多，是乘客搭乘地鐵出行效用的直接體現(xiàn)。本文評定乘客乘坐體驗的指標(biāo)設(shè)定為地鐵的延時情況，乘客出行的滿意度會隨著延時停站時間的增加而降低，而且延時過長會直接影響地鐵的運(yùn)行[1]。

地鐵自動售票、檢票系統(tǒng)大數(shù)據(jù)獲取搭乘地鐵出行乘客由起點站的檢票口直到離開終點站的檢票口的出行用時。主要步驟分為：tstep1表示乘客買票進(jìn)閘口，并步行至地鐵車站所耗費(fèi)的時間；tstep2表示等車時間，數(shù)據(jù)量過大時，可以取用一半的行車頭時距；tstep3表示乘客上車直到終點站臺所耗費(fèi)的時間；tstep4表示乘客下車之后步行至終點站出站閘口出站所耗費(fèi)的時間。由地鐵自動售票、檢票系統(tǒng)大數(shù)據(jù)所獲取的乘客搭乘地鐵出行用時間tall表示上述耗費(fèi)的總時間。

第一，地鐵停站時間和行程時延。地鐵停站時間指的是地鐵在站點?？克馁M(fèi)的總時間，行程是指搭乘地鐵乘客進(jìn)出地鐵車站閘機(jī)的一次完整出行，一個完整的行程包括多個車站，對于地鐵在每個車站的?？繒r間，是從地鐵到達(dá)該站點的時間為起始，直至地鐵關(guān)閉車門啟動載客前往下一個站點為終止所耗費(fèi)的時間，加法計算行程經(jīng)過的所有停站時間，也就是此次完整行程所耗費(fèi)的總時間，用tdwt表示。所以，上述tstep3的一部分是停站時間，另一部分是地鐵在行進(jìn)過程中所耗費(fèi)的總時間，用Σttravel表示，地鐵?？磕骋徽军c的全部過程，如圖1所示。

當(dāng)?shù)罔F進(jìn)站?？空军c后，必須耗費(fèi)的時間包括：車門打開時間t1、圖定停車時間t2和地鐵啟動時間t5。當(dāng)?shù)罔F全部車門成功關(guān)閉后，t3＝0；若有人為因素或者其他因素導(dǎo)致地鐵車門無法關(guān)閉，需要重新開始再重新關(guān)閉所耗費(fèi)的總時間為t3；同理，若地鐵所前往的下一車站沒有其他地鐵，可以繼續(xù)行駛，t4＝0；若下一車站有其他地鐵時，地鐵在隧道內(nèi)等待的時間為t4。所以，停站時間可以分為tdwt.scheduled圖定停站時間（t1，t2，t5）和tdwt.delay行程時延（t3，t4）兩部分。

第二，地鐵車站平均時延。搭乘地鐵出行的乘客圖定行程時間包括地鐵途徑所有站點之間的軌道的運(yùn)行行駛時間總和與圖定停站時間總和兩部分。

2 大數(shù)據(jù)計算結(jié)果

2.1 全線路人均出行時間及人均乘坐站數(shù)

根據(jù)大數(shù)據(jù)計算結(jié)果顯示，自2013年10月開始，到2018年6月，城市搭乘地鐵乘客在出行高峰期平均出行時間、平均每次行程乘坐站數(shù)在三個階段的數(shù)值對比，如圖2所示，此段時間以來，隨著地鐵交通線路和乘客換乘次數(shù)的不斷增加，乘客在每條線路上平均的耗費(fèi)時間和乘坐車站數(shù)均呈現(xiàn)出下降的趨勢，由于城市外來人員的數(shù)量增多，乘客在每條線路上平均的耗費(fèi)時間和乘坐車站數(shù)在春節(jié)期間出現(xiàn)明顯的波動。乘客平均每行程乘坐的站數(shù)和平均出行時間的降低，體現(xiàn)出乘客搭乘地鐵出行效率不斷地提高。

2.2 行程時延和客流量呈正相關(guān)性

經(jīng)過相關(guān)的數(shù)據(jù)分析，搭乘地鐵出行的乘客所耗費(fèi)的站均延時時間與客流量的趨勢大體相仿。據(jù)Pearson 進(jìn)一步分析站均時延和日均客流量相關(guān)性，顯示二者之間的相關(guān)系數(shù)＞0.6，所以可以認(rèn)定二者之間的關(guān)系為正相關(guān)，地鐵站均時延時間隨著客流量的增加而正向增加。以地鐵長期運(yùn)營的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，顯示地鐵的部分熱門線路在出行高峰期的載客率已超過100%，越來越多的客流量大大地增加了地鐵延誤壓力，也成為該區(qū)域內(nèi)地鐵服務(wù)質(zhì)量提升的嚴(yán)重阻礙[2]。

對乘客搭乘地鐵出行的準(zhǔn)點率情況進(jìn)行分析，以此作為乘客滿意度的參考指標(biāo)。雖然乘客出行行程的準(zhǔn)點率波動比較大，但總體上說是呈現(xiàn)下降的趨勢，這與地鐵運(yùn)行線路密度和客流量有關(guān)系。由于多種不確定的意外因素影響，比如地鐵乘客故意長時間在車站逗留等原因，所以不能僅僅依靠全部乘客完成整個行程作為評定指標(biāo)，而是要科學(xué)合理地設(shè)定一個比例數(shù)值。以50%～90%的乘客完成整個出行行程，與之相對應(yīng)的最大行程時延作為乘客滿意度評定的標(biāo)準(zhǔn)，也就是說，有50%～90%的乘客完成整個行程出行之后，此部分乘客最大的行程時延要小于相應(yīng)的數(shù)值。

3 地鐵運(yùn)營對策

3.1 完善地鐵運(yùn)營系統(tǒng)

進(jìn)一步加速地鐵運(yùn)營系統(tǒng)的優(yōu)化和完善，以盡早實現(xiàn)地鐵網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)行，以實際行動為乘客出行提供方便，有效地減緩交通系統(tǒng)所面臨的壓力。許多城市目前的地鐵工程項目都在建設(shè)過程當(dāng)中，地鐵網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營遲早能夠?qū)崿F(xiàn)。對地鐵票價的制度進(jìn)行改革，對地鐵票種結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。作為地鐵運(yùn)營初期階段影響客流量的重要因素，票價的變動會直接地影響乘客的出行選擇。一般來說，中低收入群體是地鐵客流量的頂梁柱，且對于票價的漲跌非常敏感。我國地鐵目前所實施的票價主要有單一票價、計程票價和分區(qū)間票價等三種票價模式。對于地鐵票價的定價，不僅要考慮地鐵建設(shè)成本、運(yùn)營成本和財政壓力等因素，還要切實地考慮乘客的承受范圍。目前，有一部分城市地鐵的定價區(qū)間是介于其他公共交通和出租車之間的，還是相對比較科學(xué)合理的。但是，隨著地鐵網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營的發(fā)展，勢必多次調(diào)整地鐵的票價。除此之外，對于地鐵票種結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，可以有效地吸引客流量?？梢蕴峁┰缕?、季票和年票等給規(guī)律出行的乘客，也可以實行團(tuán)購的方式購買地鐵票，還可以以節(jié)假日促銷或者特定優(yōu)惠日等方法吸引和維穩(wěn)客流量。

3.2 提高軌道交通服務(wù)水平和服務(wù)質(zhì)量

為了規(guī)范地鐵交通的運(yùn)營，可以制定相關(guān)的城市地鐵交通乘客服務(wù)水平制度。我國目前缺乏軌道交通乘客的服務(wù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有的城市快速軌道交通工程項目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)中的軌道車輛（地鐵）定員要求，甚至還遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美國城市軌道交通的乘客服務(wù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的最低等級F。雖然此類情況與我國人口數(shù)量眾多有關(guān)，但是在未來，隨著人們生產(chǎn)生活水平不斷提高和發(fā)展，再加之相關(guān)法律法規(guī)不斷健全，勢必會提出更高的服務(wù)水平和服務(wù)質(zhì)量的要求，以規(guī)范地鐵交通的乘客服務(wù)水平。相關(guān)單位應(yīng)加速制定城市軌道交通乘客服務(wù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，以確保地鐵運(yùn)營的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，地鐵逐漸成為人們?nèi)粘３鲂惺走x的交通方式，而目前需要解決的問題是，如何對地鐵車廂內(nèi)部進(jìn)行移動視頻監(jiān)控。與此同時，以公共交通為中心，不斷擴(kuò)展一系列的增值服務(wù)，以更好地為乘客提供高質(zhì)量、高水平的完整服務(wù)，以此不斷地吸引和維穩(wěn)客流量。比如，在地鐵車站內(nèi)部設(shè)置自動存取款機(jī)、設(shè)置天氣和交通等各種信息查詢的網(wǎng)點、餐食、便利店、藥店、按摩椅、充電口等便民設(shè)施，以滿足乘客日常生活的需求，不斷增加乘客對于地鐵出行的依賴程度。地鐵各個車站外部的停車環(huán)境是目前比較嚴(yán)重且乘客比較關(guān)注的問題，只有特別少的地鐵車站外部設(shè)有停車場和車輛保管點。一體化的軌道交通換乘是指在軌道交通車站周圍科學(xué)合理地按照規(guī)劃預(yù)留和整合用地資源，為其他類參與交通的車輛，比如公交車、私家車、出租車等提供合理的暫存或者停放場地，以實現(xiàn)以地鐵車站為中心的多品類交通方式的有效運(yùn)行，進(jìn)而提高軌道交通的服務(wù)水平和服務(wù)質(zhì)量。

3.3 根據(jù)乘客出行消耗時間優(yōu)化線路方案

在一定程度上來看，乘客乘坐地鐵所耗費(fèi)時間的多少決定了其滿意的程度，主要包括等車、地鐵停站、地鐵換乘和地鐵運(yùn)行等所耗費(fèi)的總時間。為了確保乘客滿意度得到有效的提升，可以綜合上述幾個因素進(jìn)行解決，最大限度地降低乘客乘坐地鐵所耗費(fèi)的時間?？梢詫⒊丝驮谲囌镜溶嚨臅r間設(shè)定為一個固定的常數(shù)，因為一般來說乘客對于地鐵到站的時間都比較了解，可以對其選擇性忽略；地鐵的停站時間指的是乘客乘坐地鐵是在非目的地車站?？克馁M(fèi)的時間，這會直接增加乘客出行形成所耗費(fèi)的時間，所以這一段時間的把控與地鐵交通的運(yùn)行管理制訂的停站方案有著直接的關(guān)系[3]。與此同時，乘客出行行程的遠(yuǎn)近和地鐵行駛速度的快慢也會在很大程度上影響乘客乘坐地鐵所耗費(fèi)的總時間，但由于行程的距離是無法更改的，所以只能加快地鐵運(yùn)行的速度，以有效地解決乘客時間耗費(fèi)的問題。換乘時間就是乘客在地鐵站進(jìn)行兩條地鐵換乘所耗費(fèi)的時間，這與乘客的行走速度和換乘地鐵的發(fā)車頻率有關(guān)。

3.4 優(yōu)化車站能力及區(qū)間通過能力

優(yōu)化車站的能力就是對其接發(fā)車的能力進(jìn)行優(yōu)化，車站能力與車站往返能力和接發(fā)線路的多少有著很大的關(guān)系，所以可以適當(dāng)?shù)卦黾榆囌窘影l(fā)線路的數(shù)量，以切實地提高車站接發(fā)車的能力。除此之外，車站的位置、社會環(huán)境和外部環(huán)境因素等也是要綜合考慮的重要因素。地鐵的區(qū)間通過能力指的是在特定范圍基礎(chǔ)上，目前具備的車站設(shè)備單位時間內(nèi)通過地鐵的最大數(shù)量。其中，區(qū)間距離的長短、區(qū)間地鐵線路的多少及其相關(guān)設(shè)備設(shè)施等是影響其通過能力的主要因素，可以對此進(jìn)行優(yōu)化和升級。還有優(yōu)化地鐵的運(yùn)營時間主要可以從以下兩方面入手：一方面，要科學(xué)合理地結(jié)合乘客出行等綜合因素；另一方面，一般地鐵的運(yùn)營時間是18～20h，也有一部分地鐵是24h 運(yùn)營，因此可以通過優(yōu)化地鐵的運(yùn)營時間，盡可能地提高地鐵的服務(wù)水平和服務(wù)質(zhì)量，從而為乘客提供更人性化、更便捷的出行服務(wù)。

4 結(jié)語

總而言之，隨著人們生活節(jié)奏的加快，地鐵依靠不擁堵、高效且零污染的優(yōu)勢成為現(xiàn)代交通的寵兒。所以，為了更好地發(fā)揮地鐵的優(yōu)勢作用,通過大數(shù)據(jù)技術(shù)來對乘客的出行效用進(jìn)行分析顯得尤為重要。