关键词:
城市轨道交通
站、线高峰偏差
车站设计客流预测
车站高峰时段预测
土地利用规划
摘要:
面对目前我国大部分车站频发的站内拥堵和常态化高峰限流引发的客流效益损失和负面社会影响与《交通强国建设纲要》高质高效的总体要求相违背问题,加强对车站设计客流预测方法的科学性研究已成国家战略之需。传统预测技术具有显而易见的“重线路轻车站”的缺陷,通常疏忽了车站本身的一个关键问题:车站客流的高峰时段与全线客流高峰时段的不重合性,即“站、线高峰偏差”,因而预测内容仅局限于线路高峰小时时段的车站客流,在实践中被设计人员用作车站设计客流,造成部分车站规模偏小、服务设施容量不足、客流拥挤。实际上,车站高峰与线路高峰是两个时段的概念,站、线高峰不一致的现象已在世界各大城市被普遍揭示。对此,最新的《城市轨道交通客流预测规范》(GB/T 51150-2016)新增了对车站本身高峰预测的内容和要求,即“车站的客流高峰不出现在早、晚高峰时段时,应预测分析车站高峰出现时段及车站乘降客流”。基于这一背景,本研究聚焦于站、线高峰偏差问题,系统完善车站高峰时段与设计客流预测理论与方法,并从多个角度深入细致地揭示高峰偏差的影响机理。主要研究内容包括以下四个方面:(1)从轨道交通客流时空模式入手,探究车站高峰偏差的形成原因,为后续章节的展开作铺垫。针对客流数据的多维属性问题,引入能够兼顾多维数据时空特征的统一表达与解析的非负张量分解方法,从客流本身至客流生成源自上而下的系统全面解析客流时空特征。客流本身层面,挖掘提取了天数、时间、车站维度的基础模式形态及交互结构,从物理层面和现实层面进行含义解释,充分认识车站高峰形态异质化及车站高峰偏差形成的内在作用规律;客流生成源层面,以站点客流出行模式为纽带,利用K-Medoids聚类和多项Logistic回归方法重点探寻了土地利用、网络结构、可达性和车站属性四类外部因素对各类站点展现的不同高峰特征背后的驱动机制。(2)提出了一个囊括站、线高峰偏差的车站高峰时段预测方法框架,同时兼顾探究高峰偏差时间的影响机理。定义偏差时间变量测度车站与线路间高峰出现时段的偏移幅度,将其纳入传统方法的一般框架中,在微观层面校正车站个体的高峰出现时段预测结果。关于偏差时间关系模型的构建,考虑到可能存在的空间依赖性问题,提出了三类空间计量模型结合四种空间权重方案共形成十二种空间模型规格用以有效捕捉偏差时间的空间依赖形式和空间溢出效应衰减特征;同时考虑到地铁网络的实际布局情况,以基于网络的距离代替基于欧式的距离设置空间权重方案;利用赤池信息量和似然率检验等指标体系决出各类型高峰下的最佳空间模型方案,实现对偏差时间的预测和解释。(3)提出了一个基于客流规模校正系数的车站设计客流预测方法框架,同时揭示了校正系数的动态变化机理。定义客流规模校正系数衡量车站客流在本身高峰时段与线路高峰时段的规模差异,将其视作偏差系数纳入传统方法的一般框架中,校正车站设计客流的预测结果。关于偏差系数关系模型的构建,利用无需先验假设、模型结构灵活的一种最先进的非线性技术(极度梯度提升树模型),拟合和解释偏差系数与影响因素之间的复杂关系。另外,对比分析了个体因素与集体因素在不同时段、不同方向对偏差系数的相对重要度,并提出相关政策意见为车站周边用地规划优先策略的制定提供参考,以提升线路运营效益。(4)考虑到在城市空间发展过程中,轨道交通沿线用地规划或网络格局变化会潜在的影响车站的高峰偏差及设计客流,构建了规划环境下车站高峰时段与设计客流预测模型,作为提出的改进方法的有益补充。大体思路为:从车站高峰形成机理出发,将车站客流时间分布视为不同目的的客流出行概率曲线的加权叠加。模型框架包括两大部分:基于用地发生率法,融入图论中的网络指标体系,构建车站日客流预测模型;用多峰高斯曲线拟合各目的客流出行时间概率分布曲线,以土地利用为桥梁划分客流属性、确定各目的客流权重,构建车站客流时间概率分布预测模型;最后,综合形成具有时间变量的车站设计客流预测模型。论文期望通过填补高峰偏差背景下车站高峰时段与设计客流预测理论方法的研究空白,为设计人员确定车站设计规模和运营人员制定列车运营计划提供更加可靠的预测结果,促进轨道交通系统的科学发展和可持续发展,同时,通过系统全面地揭示高峰偏差的影响机理,为规划人员以前瞻性的规划视角规避过多车站出现高峰偏差进而节约运力资源兼提升运营效益提供重要参考。