客流預(yù)測模型講稿

客流預(yù)測模型講稿客流預(yù)測模型講稿客流預(yù)測模型講稿客流預(yù)測模型講稿編制僅供參考審核批準(zhǔn)生效日期地址：電話：傳真:郵編:軌道交通客流預(yù)測模型與算法(摘自《城市軌道交通規(guī)劃的研究與實(shí)踐》)1.概述(1)客流預(yù)測的意義和目的軌道交通客流預(yù)測是指在一定的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展條件下科學(xué)預(yù)測城市各目標(biāo)年限軌道交通線路的斷面流量、站點(diǎn)乘降量以及站間OD、平均運(yùn)距等反映軌道交通客流需求特征的指標(biāo)。軌道交通線路客流量是城市快速軌道交通可行性研究和設(shè)計的重要依據(jù)。在規(guī)劃線網(wǎng)時，不同的軌道交通線網(wǎng)方案的客流分析結(jié)果是進(jìn)行線網(wǎng)優(yōu)選的主要內(nèi)容，如發(fā)現(xiàn)有不當(dāng)之處，要重新調(diào)整布線方案，并重作客流分析，如此反復(fù)直至滿意為止；在工程可行性研究階段，客流量是工程修建必要性和可行性的主要依據(jù)；在工程設(shè)計中，其系統(tǒng)運(yùn)輸能力、車輛選型及編組、設(shè)備容量及數(shù)量、車站規(guī)模以及工程投資和經(jīng)濟(jì)效益分析等，都要依據(jù)預(yù)測客流量的大小來確定。因此，軌道交通客流預(yù)測在城市軌道交通規(guī)劃中占據(jù)相當(dāng)重要的地位。軌道交通客流預(yù)測應(yīng)提交以下預(yù)測和分析結(jié)果：1) 規(guī)劃年居民全方式出行OD。2) 規(guī)劃年居民全方式出行期望路線圖。3) 規(guī)劃年居民公交方式出行OD。4) 規(guī)劃年居民公交方式出行期望路線圖。5) 規(guī)劃年各線路全日站點(diǎn)乘降量及斷面客流量表。6) 規(guī)劃年各線路早晚高峰站點(diǎn)乘降量及斷面客流量表。7) 規(guī)劃年各線路的全日站間OD表。8) 規(guī)劃年換乘站各方向的客流換乘量表。9) 規(guī)劃年各線路的平均運(yùn)距，線路平均負(fù)荷強(qiáng)度，直達(dá)率與一次換乘率，規(guī)劃年各線路客運(yùn)量占公交客運(yùn)量比例，各線路客運(yùn)量的年遞增率等分析結(jié)果。（2）客流預(yù)測的基本方法和工作流程①客流預(yù)測年限預(yù)測年限也就是設(shè)計年限，是控制工程規(guī)模和投資的重要因素，其合理與否，將直接影響工程建成后的效率和效益。按照《城市快速軌道交通工程項目建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)（試行本）》的規(guī)定，客流預(yù)測年限分為初期、近期和遠(yuǎn)期。初期為建成通車后的第3年，近期為交付運(yùn)營后的第10年，遠(yuǎn)期為交付運(yùn)營后的第25年。②軌道交通客流預(yù)測的基本方法城市交通需求預(yù)測起源于美國，并且在全世界范圍內(nèi)得到了迅速發(fā)展。60年代稱為“ChicagoAreaTransportationStudy”的芝加哥都市圈交通規(guī)劃開發(fā)了包括交通方式劃分在內(nèi)的四階段交通需求預(yù)測法，開了城市綜合交通需求預(yù)測的先河。四階段預(yù)測法按照交通生成預(yù)測、交通分布預(yù)測、交通方式劃分和交通分配四階段來分析城市現(xiàn)狀和未來的交通狀況，是目前交通規(guī)劃領(lǐng)域應(yīng)用最廣的方法。雖然近幾十年來，對四階段中預(yù)測模型的研究不斷深入，也出現(xiàn)了將兩個或幾個階段合并進(jìn)行預(yù)測的方法，但從宏觀的角度把握城市居民的出行特點(diǎn)，然后分階段預(yù)測分析的思路仍是一致的。國內(nèi)外軌道交通客流預(yù)測通常采用四階段法。運(yùn)用該法進(jìn)行客流預(yù)測時，首先要對研究對象城市劃分交通小區(qū)，進(jìn)行城市人口、就業(yè)、土地利用等資料的調(diào)查和居民出行調(diào)查，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行居民出行產(chǎn)生預(yù)測、出行分布預(yù)測、交通方式劃分預(yù)測和交通分配，以獲得所需的軌道交通需求數(shù)據(jù)。利用非集計模型（DiscreteChoiceModel）進(jìn)行居民出行的分析和預(yù)測是繼四階段法后出現(xiàn)的構(gòu)造交通需求預(yù)測模型的新方法。它以出行者個人而非交通小區(qū)作為研究對象，以隨機(jī)效用理論（RandomUtilityTheory，Manski1977）、出行效用最大化理論為研究基礎(chǔ)，避免了四階段法數(shù)據(jù)利用率低、無法探討眾多的影響因素、預(yù)測精度差等缺點(diǎn)，曾一度成為交通規(guī)劃領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，目前國內(nèi)非集計模型的研究和使用還未系統(tǒng)展開。國外的研究始于70年代，此后研究開發(fā)了MNL、MNP、HL、NL等一系列模型，代表人物有Ben-Akiva，Lerman，Manheim等。但非集計方法的研究成果還無法使其在工程界完全取代四階段法，目前非集計模型多應(yīng)用于方式劃分領(lǐng)域。四階段法仍是使用最為普遍的交通需求預(yù)測方法。在本節(jié)中，結(jié)合軌道交通客流預(yù)測的技術(shù)需求，對四階段法的各個階段即交通產(chǎn)生階段、交通分布階段的方法和模型作基本介紹，并編寫了相應(yīng)的算法。對技術(shù)復(fù)雜和現(xiàn)存問題較多的方式劃分階段和線網(wǎng)分配階段的模型和算法進(jìn)行了研究和探討，重點(diǎn)探究和介紹了交通方式劃分方法，以及方式劃分和線網(wǎng)分配聯(lián)合模型在軌道交通客流預(yù)測中的應(yīng)用。此外，還有土地利用法等一些其他方法，在本節(jié)的最后，簡要介紹土地利用法。③軌道客流預(yù)測工作流程建議城市軌道客流預(yù)測按圖所示的流程進(jìn)行。2.交通發(fā)生和吸引的模型研究和算法實(shí)現(xiàn)發(fā)生交通量和吸引交通量的預(yù)測是四階段交通需求預(yù)測法的第一階段，也是交通需求分析工作中最基本的組成部分。所謂發(fā)生或吸引交通量是指研究對象地區(qū)內(nèi)由各交通小區(qū)發(fā)生（TripGeneration）或吸引（TripAttraction）的交通量。目前國內(nèi)交通發(fā)生和吸引的預(yù)測技術(shù)已趨成熟，工作中所受的限制主要在于基礎(chǔ)資料積累不足，影響了預(yù)測的精度。下面對較常用的幾個模型和相應(yīng)的算法作簡要介紹。（1）增長率法（Growth－FactorModeling）城市總體規(guī)劃城市總體規(guī)劃城市道路、常規(guī)公交及軌道規(guī)劃線網(wǎng)城市人口、就業(yè)及土地利用資料居民出行調(diào)查居民出行發(fā)生預(yù)測一階段方式規(guī)劃居民出行分布預(yù)測流動人口出行發(fā)生預(yù)測流動人口出行分布預(yù)測居民出行方式規(guī)劃流動人口出行方式規(guī)劃步行OD自行車OD公共交通OD其它OD早晚高峰小時系數(shù)全日及高峰小時公共交通OD方式劃分與路網(wǎng)分配的聯(lián)合模型路網(wǎng)分配模型常規(guī)公交全日及早晚高峰OD軌道交通全日及早晚高峰OD軌道各站全日及早晚高峰乘降量和斷面客流量換乘站各方向換乘量、平均運(yùn)距及其它結(jié)果分析圖軌道交通客流預(yù)測流程①模型說明這種方法就是把現(xiàn)在的不同分區(qū)的發(fā)生（或吸引）交通量與到預(yù)測時點(diǎn)的增長率相乘，從而求得各分區(qū)的發(fā)生（或吸引）交通量，即（）這種方法的關(guān)鍵問題是如何確定。通常可以用表示各分區(qū)活動的指標(biāo)的增長率作為發(fā)生（或吸引）交通量的增長率。例如： （）式中：、分別是人口增加率，每人平均擁有自行車數(shù)的增長率。（2）原單位法①模型說明原單位有用居住人口或就業(yè)人口員每人平均的交通發(fā)生（或吸引）量來進(jìn)行推算的個人原單位法，和以不同用途的土地面積或工作面積單位面積平均發(fā)生（或吸引）的交通量來預(yù)測的面積原單位法。 ：第個小區(qū) （）式中：為第小區(qū)的交通發(fā)生（或吸引）量；為個人發(fā)生（或吸引）原單位（或面積發(fā)生（或吸引）原單位）；為第小區(qū)的總?cè)丝跀?shù)（或總面積）。（3）函數(shù)模型法①模型說明這種方法是分區(qū)的發(fā)生、吸引交通量預(yù)測上最常用的方法。由于絕大部分研究是采用多元回歸分析模型，故也有時直接被稱為多元回歸分析法（Regressionanalysis）。作為模型公式，多采用以下三個模型： （） （） （）式中：Pi為第i小區(qū)的交通發(fā)生（或吸引）量；Fi（j=l～k）為第j個變量的發(fā)生（或吸引）影響因子；Xij（i=1…N，j=1…K）為對應(yīng)第i小區(qū)，第j個變量的取值，大多是表示分區(qū)的活動的人口指標(biāo)，如常住人口、各行業(yè)的就業(yè)人口等。國外的研究表明，綜合預(yù)測精度、簡單、方便等多方面因素，多元一次函數(shù)式（）是較為理想的模型。關(guān)系式中的回歸系數(shù)、、…、通常用最小二乘法算出。3.交通分布的模型研究和算法實(shí)現(xiàn)在交通發(fā)生階段，主要是預(yù)測各交通小區(qū)的發(fā)生和吸引交通量。在交通分布階段，則要預(yù)測這些吸引、發(fā)生交通從哪里來，到哪里去，即在給定發(fā)生交通量和吸引交通量（i，j為交通小區(qū)號碼）下，對全部OD推求i，j間的交通分布量。目前在國內(nèi)的交通規(guī)劃領(lǐng)域，交通分布階段遇到的問題主要在于參數(shù)的標(biāo)定，這一方面是由于規(guī)劃者的標(biāo)定技術(shù)研究還有待提高，另一方面是由于居民出行調(diào)查等基礎(chǔ)資料搜集有欠缺，不能正確反映城市居民出行OD的結(jié)構(gòu)，給標(biāo)定帶來困難，從而影響了預(yù)測精度。分布交通量的預(yù)測方法，可以分為兩大類：增長率法和構(gòu)造模型法。下面分別加以介紹。（1）增長率法此法假定要預(yù)測的OD交通量的分布形式和現(xiàn)在已有的OD表的分布形式相同，在此假定基礎(chǔ)上預(yù)測研究對象區(qū)域目標(biāo)年的OD表。增長率法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，缺點(diǎn)是無法考慮城市布局、城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)改變等對城市出行OD的影響，而且現(xiàn)狀年OD調(diào)查中存在的問題也會帶入預(yù)測中。（2）構(gòu)造模型法構(gòu)造模型法是從分布交通量的實(shí)態(tài)分析中，剖析OD交通量的分布規(guī)律，并將此規(guī)律用數(shù)學(xué)模型來表現(xiàn)，然后用實(shí)測數(shù)據(jù)標(biāo)定模型中的各系數(shù)，最后根據(jù)所標(biāo)定的模型預(yù)測分布交通量。由上可知，增長率法的應(yīng)用前提是要求被預(yù)測地區(qū)有完整的現(xiàn)狀OD表。但對于構(gòu)造模型法來說，如果模型已經(jīng)標(biāo)定好了的話，就不需要現(xiàn)狀OD了。但模型參數(shù)的標(biāo)定要用研究對象區(qū)域的實(shí)際數(shù)據(jù)，也就是說OD表仍是十分重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。只是即使沒有完整的OD表也可以進(jìn)行模型系數(shù)的標(biāo)定。同增長率法相比，構(gòu)造模型法有更廣闊的應(yīng)用范圍，同時構(gòu)造模型法可以考慮更多城市布局等因素對出行OD的影響作用。作為構(gòu)造模型法，最主要的有重力模型法（GravityModel）和機(jī)會模型法（InterveningOpportunityModel）法，其他還有熵（商）最大化模型和概率模型等。其中重力模型法應(yīng)用研究廣，有各種各樣的修正模型和發(fā)展模型，工程可操作性強(qiáng)。4.交通方式劃分的模型研究和算法實(shí)現(xiàn)（1）交通方式劃分概述我們讓一個出行與一種交通方式相對應(yīng)，一個地區(qū)的全部出行數(shù)中利用該種交通方式的人所占的比例叫做交通方式的分擔(dān)，或簡稱為方式分擔(dān)（ModalSplit）。其中每個交通方式所分擔(dān)的量叫做該交通方式的分擔(dān)交通量?？瓦\(yùn)交通一般區(qū)分為兩種方式：公共交通和個體交通。公共交通一般指公共電汽車和軌道交通；個體交通，國外主要是小汽車，而國內(nèi)目前自行車交通和步行交通在居民出行中占據(jù)相當(dāng)大的比重。在做方式分擔(dān)分析時，對于兩種以上的方式被使用的話，從工程的慣例可按鐵道——公共汽車——小汽車——摩托車——自行車——步行的優(yōu)先順序來決定這個出行的代表交通方式。據(jù)此，兩個地區(qū)間的交通方式分擔(dān)，其比例則根據(jù)各個交通服務(wù)水平（即所需時間、費(fèi)用、舒適性、安全性、可信賴性等）和交通的利用者對于他們所持的價值標(biāo)準(zhǔn)（最小費(fèi)用、最大效益等）來變化。交通方式劃分在四階段預(yù)測過程中所處的位置具有很大的靈活性，四階段法也因交通方式劃分的位置不同而出現(xiàn)不同的組合。按交通方式劃分在四階段模型中的組合位置，可分為五種組合。第一種組合是將交通方式劃分與交通生成模型結(jié)合在一起，即在出行生成階段就按不同的交通方式統(tǒng)計各自的出行量，這一類交通方式劃分稱為直接生成法。第二種組合將方式劃分置于交通生產(chǎn)和交通分布之間，根據(jù)交通分區(qū)的土地使用以及社會經(jīng)濟(jì)特征，模型可以確定在總出行生成量中將要使用的各種不同交通方式所占的百分比。由于這種模型劃分的是出行端點(diǎn)（即產(chǎn)生和吸引），而非劃分交通流，故又稱為出行端點(diǎn)模型（TripEndModel）。這類模型使用簡單，標(biāo)定和預(yù)測所需數(shù)據(jù)相對較少，但對交通政策的改變不敏感。第三種組合的交通方式劃分模型把交通方式劃分與出行分布結(jié)合在一起，即把交通方式劃分作為出行分布過程的一部分同時進(jìn)行，并可以從出行分布的結(jié)果中對比不同交通方式的效果，這類模型屬于聯(lián)合模型的一種。第四種組合的交通方式劃分模型在交通出行分布和交通分配之間進(jìn)行。這類模型可以結(jié)合考慮影響整個系統(tǒng)的服務(wù)水平的因素（如相對行程時間、行程費(fèi)用、出行者的經(jīng)濟(jì)狀況以及相對的服務(wù)水平等）進(jìn)行交通方式的劃分。由于這種模型的交通方式劃分是在交通分布后進(jìn)行的，劃分的是各交通分區(qū)之間的出行量，故又稱為出行交換模型（TripInterchangeModel），這類模型是四類模型中應(yīng)用最為普遍的，也是本節(jié)中分析的主要內(nèi)容。第五種組合是將方式劃分和線網(wǎng)分配同時進(jìn)行，屬于聯(lián)合模型的一種，模型的研究和使用將在本節(jié)6中進(jìn)行。設(shè)定交通網(wǎng)絡(luò)設(shè)定交通服務(wù)水平計算交通方式分擔(dān)率計算不同交通方式分擔(dān)率設(shè)定交通網(wǎng)絡(luò)設(shè)定交通服務(wù)水平計算交通方式分擔(dān)率計算不同交通方式分擔(dān)率圖各交通方式交通量的計算步驟①進(jìn)行方式劃分的步驟在出行交換模型中，各個交通方式所具有服務(wù)水平的差別是決定交通方式分擔(dān)的最主要的因素，地區(qū)的特性是次要的因素。它是求出分布交通量后，再求出分擔(dān)交通量的模型。因而，這個方法對由于交通設(shè)施建設(shè)而引起服務(wù)水平變化時最適宜，在進(jìn)行包括鐵路、公共汽車等大運(yùn)量交通方式在內(nèi)的大城市交通規(guī)劃時，該模型經(jīng)常被采用。根據(jù)出行交換模型進(jìn)行方式分擔(dān)預(yù)測時通常按照圖所示步驟進(jìn)行。1）交通網(wǎng)的設(shè)定為了求出各個交通方式的交通量，首先要設(shè)定各種交通方式的交通路線網(wǎng)。雖然不一定是所有的交通路徑都包括在內(nèi)，但各個地區(qū)間交通所利用的有代表性的路徑一定要考慮，特別是有新的大規(guī)模的公共交通方式路線的規(guī)劃時，更應(yīng)加以考慮。2）交通服務(wù)水平的設(shè)定接著要設(shè)定交通網(wǎng)的服務(wù)水平。服務(wù)水平的項目也就是利用者選擇交通方式作為選擇標(biāo)準(zhǔn)的時間（速度）、票價、運(yùn)營次數(shù)、直接費(fèi)用、步行時間、換車時間、等車時間等等。除此之外還有擁擠程度、舒適性等可以作為服務(wù)水平考慮。但很難在進(jìn)行定量分析時考慮。3）各個交通方式分擔(dān)率的計算在以上步驟所確定的服務(wù)水平的基礎(chǔ)上，進(jìn)行利用者選擇何種交通方式，即進(jìn)行各個交通方式的分擔(dān)率的計算，最后求出不同交通方式的分擔(dān)交通量。在計算交通方式分擔(dān)率時，根據(jù)對象區(qū)域的土地利用狀況及OD對間的交通服務(wù)水平等對OD進(jìn)行分類（例如城市中心相互之間，城市中心和郊外之間，郊外相互之間等），再考慮每個OD對的交通方式分擔(dān)率。這樣的方法被廣泛采用。②交通方式劃分模型交通方式劃分的模型經(jīng)歷著一個發(fā)展的過程，這個過程可以分為兩個時期。前期的交通方式劃分模型主要是以分區(qū)集合為基礎(chǔ)建立的，這個時期主要指60年代以前。70年代以來，交通方式劃分模型的研究主要集中于性能選擇模型方面，其基本假定為隨機(jī)效用理論和個人出行效用最大化理論，也稱之為非集計模型。下面主要介紹這兩類模型。1）分擔(dān)率曲線法這是一個從個人出行調(diào)查（PersonTripSurvey）結(jié)果出發(fā)，并依據(jù)可以認(rèn)為是影響交通方式的主要因素的地區(qū)間距離、地區(qū)間交通方式所需行走時間比或是所需時間差等，畫成使用者交通方式選擇曲線，從而依據(jù)該曲線求出地區(qū)間交通方式分擔(dān)率的方法。分擔(dān)率曲線法操作簡單，但精度差，目前已很少使用。2）線性回歸模型這類模型可視為交通生成的線性回歸模型的特例，模型中的因變量為起點(diǎn)分區(qū)某種交通方式的出行產(chǎn)生量，即 （）或者為某種交通方式到達(dá)某一終點(diǎn)分區(qū)的出行吸引量，即 （）式中：為單位時間內(nèi)由交通方式m產(chǎn)生的小區(qū)出行量計算值；為單位時間內(nèi)由交通方式m吸引到小區(qū)出行量計算值；、、……、、、……為起點(diǎn)分區(qū)和終點(diǎn)分區(qū)的影響交通方式使用的自變量；為回歸常數(shù)；、、…、為偏回歸系數(shù)。線性模型是最早開發(fā)出的函數(shù)模型。但用這種方法求出的分擔(dān)率無法保證0≤≤1這一條件，為了解決這一問題開發(fā)了Logit模型。3）Logit模型a.模型說明。交通方式劃分所使用的Logit模型是將非集計模型集計化使用，某個OD組間某種交通方式的分擔(dān)率為 （）這里，，是表征交通方式服務(wù)水平的要素旅行時間和旅行費(fèi)用，，，是待定參數(shù)，N是交通方式的個數(shù)。為交通方式的效用函數(shù)，為分擔(dān)率。在這個模型中，存在0≤≤1和的關(guān)系，具有用計算機(jī)很容易算出分擔(dān)率的優(yōu)點(diǎn)。這個模型中的參數(shù)是通過個人出行調(diào)查的結(jié)果來標(biāo)定的。（3）軌道交通方式分擔(dān)率預(yù)測方法①方法概述對軌道交通的客流預(yù)測，方式劃分的重點(diǎn)在于公交方式以及軌道交通所承擔(dān)的比例。由于對影響方式劃分因素的認(rèn)識、預(yù)測技術(shù)上的差異，“吸引系數(shù)法”、“效用比模型”、“轉(zhuǎn)移曲線法”、“二次雙向轉(zhuǎn)移”等方法應(yīng)用到了實(shí)際工程中。這些方法在定量化程度、參數(shù)模型標(biāo)定、思路的條理性存在著或多或少的不足。在進(jìn)行軌道客流預(yù)測的方式劃分時，我們推薦使用二階段劃分的出行交換模型（TripInterchangeModel）。二階段劃分模型是把出行者的出行分為固定地使用某種方式的部分和可能選擇多個選擇枝的部分。例如，根據(jù)項目所在地的情況，把自行車的出行范圍定為1～7km；步行的出行距離為小于，而公共交通的出行距離為4km以上等。根據(jù)這些劃分，可根據(jù)地區(qū)間出行距離劃分出行總量的固定部分和競爭選擇部分。分離兩者，出行量的競爭選擇部分可通過分擔(dān)率模型進(jìn)行劃分。分擔(dān)率模型可選用集計模型（AggregateModel）和非集計模型（DisaggregateModel）。集計模型是以交通小區(qū)為單位將出行者的方式選擇集計起來進(jìn)行說明的模型。而非集計模型則不對個人數(shù)據(jù)進(jìn)行任何處理而直接用其構(gòu)造模型的分析方法。而在預(yù)測階段，則將個人為單位的分析結(jié)果進(jìn)行加和處理。非集計模型以個人效用最大化原理為理論基礎(chǔ)，有明確的行動假說，可以選用大量的和個人決策相關(guān)的因素作為自變量，從而能對新引入的交通設(shè)施進(jìn)行效果評價。另外，非集計模型具有較好的時間轉(zhuǎn)移性（在某個時點(diǎn)標(biāo)定的模型可以在其他時點(diǎn)應(yīng)用）和地區(qū)轉(zhuǎn)移性（用某個城市的數(shù)據(jù)標(biāo)定的模型可以在其他城市應(yīng)用）等。典型的非集計模型有MNL(Multi-NomialLogitModel)、NL(NestedlogitModel)、HL(HierarchicalLogitModel)、MNP(Multi-NomialProbitModel)等。②方式劃分的具體步驟全方式出行OD一階段方式劃分全方式出行OD一階段方式劃分全方式競爭性O(shè)D二階段方式劃分—分擔(dān)率模型自行車OD步行OD其他車OD分擔(dān)率模型公交OD常規(guī)公交OD軌道交通OD分方式固有OD圖交通方式劃分流程圖一階段方式劃分時可獲得不同方式的固有OD。在二階段劃分時，為簡單起見，分擔(dān)率模型可采用多項Logit（MNL）模型（式（））。根據(jù)居民出行調(diào)查所獲得的數(shù)據(jù)，進(jìn)行標(biāo)定。在進(jìn)行預(yù)測時，以每一個交通小區(qū)的平均值作為說明變量帶入進(jìn)行計算。值得一提的是，在建立各交通方式出行時間和費(fèi)用矩陣時，步行、自行車和其他車的矩陣通過最短路算法在道線網(wǎng)網(wǎng)路中獲得；而公交的時間和費(fèi)用矩陣則需建立包含城市道路和常規(guī)公交、軌道線路的綜合網(wǎng)絡(luò)。如果OD間最短路徑不存在公交路段，則該OD對的公交出行時間和費(fèi)用為無窮大，不能參與其他方式的競爭。當(dāng)獲得公交OD后，有兩種做法可得到軌道客流量。一是利用方式劃分和交通分配聯(lián)合模型將公交OD在綜合網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行分配；二是從公交OD中劃分出常規(guī)公交OD和軌道站點(diǎn)OD，再將軌道站點(diǎn)OD在軌道網(wǎng)上進(jìn)行分配。無論哪一種做法，均需要進(jìn)行常現(xiàn)公交和軌道方式分擔(dān)率模型的標(biāo)定。前述的分擔(dān)率模型標(biāo)定運(yùn)用了居民出行中實(shí)際發(fā)生的信息，為RP(RevealedPreference)數(shù)據(jù)。在進(jìn)行居民出行調(diào)查時，一般軌道交通這種方式并不存在，為了滿足模型標(biāo)定的需要，我們可以進(jìn)行居民出行意向調(diào)查，獲得SP(StatedPreference)數(shù)據(jù)。SP數(shù)據(jù)的調(diào)查常用排序（Ranking）、評分（Rating）、選擇（Choice）等調(diào)查方法，對應(yīng)于不同的數(shù)據(jù)形式有不同的模型標(biāo)定方法。5.交通分配的模型研究和算法實(shí)現(xiàn)交通分配是將已知出行OD量分配至待定的交通網(wǎng)的過程。在進(jìn)行了交通方式劃分之后，若已知每對起訖點(diǎn)之間各種不同交通方式的出行OD量，交通分配過程就是將各分區(qū)之間的交通量分配到各條具體的道路上，從而得出各條具體的道路將承擔(dān)的交通量。對軌道交通的客流預(yù)測而言，交通分配的結(jié)果便是得到軌道的乘降量、斷面流量和站間OD等客運(yùn)指標(biāo)。（3）路網(wǎng)分配實(shí)用方法盡管從理論上路網(wǎng)分配應(yīng)遵循均衡分配的原則，使用均衡分配方法（F-W算法）進(jìn)行分配，但均衡分配方法占用計算機(jī)資源多，操作復(fù)雜，工程實(shí)踐也常常采用一些更加簡單方便的近似均衡分配的方法，下面介紹幾個常用的路網(wǎng)分配算法。①0-l分配法（All-or-nothingAssignmentMethod）a．模型說明0－l分配法也叫做全有全無分配法，是最簡單最基本的交通量分配法。它不考慮擁擠對走行時間的影響，即認(rèn)為所有路段的走行時間都是不隨路段上交通流量的大小而變化的常數(shù)；而且認(rèn)為同一組OD的所有出行者都選擇完全相同的路線。0-l分配法易發(fā)生振蕩，收斂性差，是不能單獨(dú)使用來進(jìn)行交通分配的，但它是其他交通分配方法的基礎(chǔ)，很多其他算法實(shí)際上都需進(jìn)行反復(fù)的0-1分配。②增量分配法（IncrementalAssignmentMethod）a．模型說明增量分配法（IncrementalAssignmentMethod）是一種近似的平衡分配法。這種方法的基本思想是將OD交通量平分成若干等分，循環(huán)地分配每一等分的OD交通量到網(wǎng)絡(luò)中。每一次循環(huán)分配一等分的OD交通量到相應(yīng)的最短路徑上，每循環(huán)分配一次重新計算并更新各路段的走行時間，然后按更新后的走行時間重新計算網(wǎng)絡(luò)各OD間的最短路徑。下一循環(huán)中按更新后的最短路徑分配下一等分的OD交通量。增量分配法的復(fù)雜程度和解的精確性都介于0－1分配法和平衡分配法之間。N=1時便與0－1分配法的結(jié)果一致；N→∞時，其解與平衡分配法的解一致。由于該方法具有簡單可行，精確度可以根據(jù)N的大小來調(diào)整等特點(diǎn)，在實(shí)際的道路網(wǎng)交通量分配中經(jīng)常采用此法，而且也有比較成熟的商用軟件可供使用。其缺點(diǎn)是該分配法仍然是一種近似方法，有時會將過多的交通流量分配到某些容量很小的路段上。一般情況下，該法得不到平衡解。③二次加權(quán)平均法（MethodofSuccessiveAverages）a．模型說明二次加權(quán)平均法（MethodofSuccessiveAverages）是一種介于增量分配法和平衡分配法之間的一種循環(huán)分配方法。其基本思路是不斷調(diào)整已分配到各路段上的交通流量而逐漸到達(dá)或接近平衡分配。在每步循環(huán)中，根據(jù)已分配到各路段上的交通流量進(jìn)行一次0-1分配而得到一組各路段的附加交通流量。然后用該循環(huán)中各路段的分配交通流量和該循環(huán)中得到的附加交通量進(jìn)行加權(quán)平均而得到下一循環(huán)中的分配交通流量。當(dāng)相鄰兩個循環(huán)中的分配交通流量十分接近時即可停止計算。最后一個循環(huán)中得到的分配交通流量即是最終交通流量。二次加權(quán)平均法是一種簡單實(shí)用卻又最接近于平衡分配法的一種分配方法。如果每步循環(huán)中權(quán)重系數(shù)嚴(yán)格按照數(shù)學(xué)規(guī)劃模型取值時，即可得到平衡分配的解。④平衡分配法a．模型說明平衡分配法是用線性規(guī)劃逐步逼近非線性規(guī)劃的方法。該方法是一種迭代法。在每步迭代中，先找到一個最速下降方向，然后再找到一個最優(yōu)步長，在最速下降方向上截取最優(yōu)步長得到下一步迭代的起點(diǎn)。重復(fù)迭代直至找到最優(yōu)解為止，平衡分配法可以求出任意精度的解。⑤多路徑概率分配方法a．模型說明上述幾個交通分配模型的共同特點(diǎn)是假設(shè)出行者選擇最短路作為出行路徑，交通量的分配以最短路的搜索為基礎(chǔ)，稱之為最短路因素。但由于交通網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性及交通狀況的隨機(jī)性，出行者在選擇出行路線時往往帶有不確定性，稱之為隨機(jī)因素。這兩種因素存在于出行者的整個出行過程中，兩因素所處的主次地位取決于可供選擇的出行路線的出行時間差（或出行費(fèi)用差）。各路線被選用的概率可采用Logit型的路線選擇模型計算，多路徑概率分配模型如下： （）式中：P(r,s,k)為OD量T(r,s)在第k條出行路線上的分配率；t(k)為第k條出行路線上的出行時間（出行費(fèi)用）；為各出行路線平均出行時間（平均出行費(fèi)用）；為分配參數(shù)；m為有效出行路線條數(shù)。有效出行路段是指路段終點(diǎn)比路段起點(diǎn)更接近出行終點(diǎn)的路段，有效出行路線必須由有效出行路段組成。每一OD點(diǎn)對的出行量只在它相應(yīng)的有效出行路線上進(jìn)行分配。為無量綱參數(shù)，它的取值與可供選擇的有效出行路線的條數(shù)有關(guān)，根據(jù)出行者路徑選擇模擬分析發(fā)現(xiàn)，兩路選擇時，=～，三路選擇時，=～，其值比較穩(wěn)定。因此，實(shí)際運(yùn)用中，可取=～。路段的行駛時間與路段的交通負(fù)荷有關(guān)，在分配過程中要根據(jù)已分得的交通量不斷地更新。根據(jù)對路段旅行時間的假設(shè)不同，多路徑概率分配方法可分為靜態(tài)多路徑概率分配方法和動態(tài)多路徑概率分配方法，后者又可分為多路徑增量分配法和多路徑平衡分配法。靜態(tài)多路徑分配方法假設(shè)路段行駛時間為常數(shù)，與實(shí)際的交通情況有一定的出入；動態(tài)多路徑分配方法中考慮了路段旅行時間與路段交通負(fù)荷的相互關(guān)系，使分配結(jié)果更加合理。盡管靜態(tài)多路徑分配方法已不直接應(yīng)用于實(shí)踐，但其分配思想和分配算法仍是動態(tài)多路徑分配方法和核心。6.方式劃分和路網(wǎng)分配聯(lián)合模型的研究和算法實(shí)現(xiàn)在軌道交通的客流預(yù)測中，當(dāng)方式劃分結(jié)束獲得公交OD之后，有兩種做法可得到軌道客流量。一是從公交OD中劃分出常規(guī)公交OD和軌道站點(diǎn)OD，再利用路網(wǎng)分配技術(shù)將軌道站點(diǎn)OD在軌道網(wǎng)上進(jìn)行分配；二是利用方式劃分和交通分配聯(lián)合模型將公交OD在聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行分配。將公交OD分割成?，F(xiàn)公交OD和軌道站間OD之后再在各自獨(dú)立的路網(wǎng)上進(jìn)行分配，這在工程實(shí)際中會遇到許多問題：常規(guī)公交和軌道交通之間的方式劃分是一次性完成的，劃分時參數(shù)標(biāo)定依據(jù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是通過實(shí)際調(diào)查或者意向調(diào)查得來的，不能夠?qū)崟r地反映出公交線路的實(shí)際流量對公交旅行時間以及公交服務(wù)水平的影響；軌道交通在城市交通結(jié)構(gòu)中屬于干線交通，需要大量的接駁交通線路與各交通小區(qū)相連，這給軌道OD在軌道網(wǎng)中的分配帶來困難。利用方式劃分和路網(wǎng)分配聯(lián)合模型實(shí)現(xiàn)在公交OD下軌道客流量的預(yù)測，可以方便地解決上述問題，取得很好的預(yù)測效果。（1）聯(lián)合模型的構(gòu)造思路在公交OD中預(yù)測軌道交通客流量，就是要按常規(guī)公交和軌道交通的競爭原則在公交OD中分離出軌道交通承擔(dān)的交通量。①常規(guī)公交和軌道交通的競爭選擇居民出行時對交通方式的選擇主要取決于交通方式的服務(wù)水平(效用U)，體現(xiàn)在交通方式的旅行時間，費(fèi)用以及舒適度等。其中對中國城市的居民出行來說，旅行時間和費(fèi)用是最為敏感的兩個因素，也是我們進(jìn)行客流分析與預(yù)測時須著重考慮的因素。?，F(xiàn)公交和軌道交通的出行效用可表達(dá)為： （）式中：T為旅行時間；C為旅行費(fèi)用；為系數(shù)。選擇是交通出行過程中的重要組成部分，交通選擇的模型模擬在交通需求分析中十分重要而且常常是成功的交通規(guī)劃的先決條件，由于進(jìn)行受控制下的實(shí)驗的可能性非常有限，所以經(jīng)驗性的公式非常少?？梢酝ㄟ^一些簡化處理來對居民出行的選擇行為用定量化的模型進(jìn)行分析，通常有以下兩種選擇模型。a．確定性選擇模型這種模型假設(shè)人們的選擇是確定性的，當(dāng)居民在?，F(xiàn)公交和軌道交通之間進(jìn)行選擇時，居民要選擇效用最大的交通方式，即在式（）下，當(dāng)時，出行者選擇軌道交通，否則選擇常規(guī)公交。b．隨機(jī)選擇模型這種模型認(rèn)為人們的選擇要受到各種隨機(jī)因素的影響而具有一定的不確定性，效用大的選擇只具有較大的被選擇概率，而不是100%的被選中概率。隨機(jī)選擇模型中，較有代表性的為Logit模型，將Logit模型應(yīng)用于常規(guī)公交和軌道交通的選擇，軌道交通和?，F(xiàn)公交被選中的概率分別為 （） （）c．效用函數(shù)效用函數(shù)構(gòu)造的是否合理可行對常規(guī)公交和軌道交通的競爭選擇以及路網(wǎng)分配有著重要的意義。建議在工程實(shí)踐中，效用函數(shù)取（）的變形為 （）式中C為旅行費(fèi)用；T為旅行時間；a為時間價值。對常現(xiàn)公交而言，目前國內(nèi)城市的收費(fèi)政策有兩種：一票制和按乘客乘坐站數(shù)累計收費(fèi)（例如北京市內(nèi)大公共汽車按5角/人次，郊區(qū)大公共汽車根據(jù)乘坐站數(shù)按5角/人次、8角/人次和1元1角/人次，小公共汽車按2元/人次收費(fèi)）。盡管可以在路網(wǎng)簡化時區(qū)別對待這些公交線路，但為簡化起見，可認(rèn)為這些線路均屬于常規(guī)公交線網(wǎng)，統(tǒng)一取 （）式中：為搜索到的公交線路的長度；C為常規(guī)公交線路的平均單位公里費(fèi)用。常規(guī)公交的旅行時間取BPR函數(shù)形式,為式（）。對軌道交通而言，通常的收費(fèi)慣例為一票制，例如北京市地鐵的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為3元／人次。因此，C的取值方法應(yīng)當(dāng)為：每搜索到一段軌道線路時，按軌道線路規(guī)劃的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)增加一定的旅行費(fèi)用。軌道交通的旅行時間與其客流量無關(guān)，只要客流量不超過其運(yùn)載能力，其旅行速度是恒定值。對軌道交通，其旅行時間為 （）式中：為搜索到的軌道線路的長度；為軌道交通的設(shè)計運(yùn)營速度。常規(guī)公交和軌道交通的出行效用與其客流量和票價密切相關(guān)。因為常規(guī)公交和軌道交通的旅行路線是完全獨(dú)立的，因此居民出行時在進(jìn)行交通方式選擇的同時也完成了對出行路線的選擇，即方式劃分和路網(wǎng)分配是同時進(jìn)行的。這為我們將常規(guī)公交和軌道交通的方式劃分和路網(wǎng)分配聯(lián)合起來創(chuàng)造了條件。②交通量的分配在處理每一個OD對間的交通量時，更新每條路段（包括常規(guī)公交線路和軌道交通線路）的客流量和旅行時間，搜索比較所有的有效出行路線，選擇最短路（出行效用最高）進(jìn)行確定性路網(wǎng)分配或在所有有效出行路線中進(jìn)行概率性分配（參看本節(jié)3），如此進(jìn)行下去，當(dāng)處理完最后一對OD后，便得到每一條路段的交通量。（2）聯(lián)合模型的算法實(shí)現(xiàn)在進(jìn)行實(shí)際計算時，為方便起見用廣義旅行費(fèi)用函數(shù)用取代效用函數(shù)形式，效用最大化原則相應(yīng)變?yōu)閺V義費(fèi)用最小化原則。定義廣義旅行費(fèi)用函數(shù)形式為 （）即定義 式中：C為旅行費(fèi)用；T為旅行時間，是路段流量的函數(shù)；a為時間價值。7.軌道交通客流預(yù)測的土地利用法(1)基本思路北京地鐵規(guī)劃研究所采用的“土地利用法”是在分析北京地鐵一線20多年來的客流變化規(guī)律之后，在研究、分析和吸收國際上常用的“三次吸引法”的基本思想基礎(chǔ)上提出的?！巴恋乩梅ā眰?cè)重的是對一條線及每一個車站周圍一定范圍內(nèi)的土地利用的研究。其研究過程分為四個步驟進(jìn)行。①進(jìn)站量研究首先在研究的線路兩側(cè)，劃出一定寬度為其吸引范圍，在吸引范圍內(nèi)，分別研究各站吸引范圍內(nèi)的居住人口變化情況、現(xiàn)狀出行強(qiáng)度以及吸引率，然后推算各預(yù)測年度的人口數(shù)、出行強(qiáng)度、吸引率，進(jìn)而計算各站吸引范圍內(nèi)的出行量和進(jìn)站量。計算公式為：進(jìn)站量=出行量×吸引率出行量=人口×出行強(qiáng)度②流量研究首先根據(jù)線路的地理位置，分為跨市區(qū)及一端兩種情況，分別確定各自的方向不均衡系數(shù)模型，根據(jù)模型計算各站分方向進(jìn)站量。然后根據(jù)各站土地使用性質(zhì)及對地鐵時間分布及空間分布規(guī)律的研究，確定時間分布模型，計算各站分時段進(jìn)站量及出站量。③換乘量研究這里所說的換乘客運(yùn)量，是指軌道交通線網(wǎng)上一條軌道線路與另一條軌道線路之間乘客的換乘量。對于換乘量的研究采用出行分布模型，對軌道交通OD分布矩陣進(jìn)行預(yù)測，求出在該線結(jié)點(diǎn)處的換乘比例，用該比例與結(jié)點(diǎn)客運(yùn)量相乘，反算換乘量。④路網(wǎng)研究在軌道交通規(guī)劃路網(wǎng)上，研究某條平行線路開通后對該線的影響。土地利用法（北京地鐵五號線）的預(yù)測框圖如圖所示。（2）應(yīng)用實(shí)例下面以北京市地鐵五號線的客流預(yù)測為例介紹土地利用法的應(yīng)用。①確定各站一次、二次吸引范圍在五號線兩側(cè)，取垂直距離750m劃出