基于数据挖掘的高速铁路客流时空分布特征分析

基于数据挖掘的高速铁路客流时空分布特征分析摘要：基于武广高铁售票数据，分析了武广高速客流时空分布规律。

在客流空间分布方面，分析了不同客运节点以及不同旅行距离的客流特征，并计算了跨线列车本线客流和跨线客流的比例。

在客流时段分布方面，首先分析了不同节假日对于客流产生的影响，其次按照列车时刻划分了客流出行时段，对于一日内不同车站以及区间的客流时段性出行规律进行了总结。

结论表明：旅客出行的时空分布特征受车站位置、出行距离以及节假日影响较大。

关键词：武广高速铁路；客流特征；时段分布；空间分布中国高速铁路的发展提升了铁路服务品质，满足了旅客更高层次的出行需求。

深入了解并掌握客流的分布规律对于优化列车开行方案，提升客运产质量以及合理有效利用运输资源具有重要的意义。

近年来不少学者对于高速铁路客流出行特性进行了分析。

韦胜[]对京沪高铁客流时空分布格局和站点客流日变化规律进行了分析；崔丽[]对郑西高铁乘客出行偏好以及消费特征进行了相关研究；张蕾[]揭示武广高铁的客流时空分布特征及客流变化规律，提出一种新的短期客流预测方法；王静[]归纳了北京地铁车站客流时空分布差异性特征规律，并进一步分析了进站客流和换乘站客流特征以及进出站客流接驳特征；张伯敏[]基于沪杭高铁的客流变化情况以及实际存在的问题，研究了旅客出行行为特征；雷莲桂[]以郑西高铁洛阳龙门站客流数据为基础，分析了高铁客流特征与客运市场运营现状。

王瑶[]通过调查分析了分析京广高速铁路客流特征，基于调查分析提出优化京广高速铁路列车开行方案的建议。

蒋学斌[]通过分析京沪高速铁路在时间、空间上的客流特征及客流的增长趋势，对京沪高速铁路营销策略提出相关建议。

本文在借鉴以上研究方法及研究成果的基础上，以高速铁路售票数据为研究基础，运用数据统计、分析和挖掘等手段，通运营后的武广高铁客流特征进行分析。

主要包括不同车站以及不同旅行距离客流空间分布特征，节假日客流以及一日内客流时段分布特征等方面。

1 武广线路概况武广高铁是京广高铁的主要组成段，线路全长约1068.8公里，位于湖北、湖南、广东三省境内，全线设16个车站：武汉、咸宁北、赤壁北、岳阳东、汨罗东、长沙南、株洲西、衡山西、衡阳东、耒阳西、郴州、韶关、英德西、清远、广州北、广州南。

其中武汉站、长沙南站、广州南站为始发终到作业站，岳阳东、衡阳东、郴州西、韶关4个站办理部分始发终到旅客列车作业。

办理乘降旅客作业的中间站有咸宁北、赤壁北、汨罗东、株洲西、衡山西、耒阳西、清远、英德西、广州北9个站。

本文基于铁路售票数据对武广高铁的客流时空分布进行分析。

2 客流空间特征分析2.1 高速铁路客运节点的客流分布高速铁路的客流量在等级不同的客运节点会呈现出一定程度的不均衡特点。

本文以武广高速铁路（2014年1月-2014年4月）的客票数据为分析对象，计算各节点日均旅客发送人数。

如图1所示。

图1 各车站上下车人数及累计比例从图1中可以看出各个车站旅客发送量存在波动，各个车站上车客流量和下车客流量基本保持一致，属于双向型的客流分布。

广州南站、长沙南站、武汉三个省会城市，作为该省的政治经济中心，客流量比较大，三个车站上车人数总比例达到69%，三个车站下车人数总比例为67%。

衡阳东、郴州西、岳阳东、韶关次之，其余车站的客流量比较少。

图2 车站间OD客流量图3 主要车站发出客流量车站日均OD流量如图2所示，从图2可以看出，在整个OD流量中，广州、长沙、武汉三个城市之间的客流量较大，该城市经济繁荣，客流往来需要较高。

各主要车站发送客流量如图43所示，由图3可知，广东南站客流量最大，其主要流向为长沙南站、武汉站以及衡阳东站、岳阳东站；长沙南站的主要流向为广州南站、武汉站、郴州西站和衡阳东站；武汉站的主要流向为广州南站、长沙东站以及赤壁北站。

2.2 本线客流和跨线客流分布对于高速铁路客流而言，若其始发站和终到站均位于研究线路上，该客流称为本线客流；否则该客流称为跨线客流。

同理，若列车始发站和终到站均位于研究线路上，该列车称为本线列车；否则，该列车称为跨线列车。

本线客流可通过跨线列车和本线列车输送的，跨线客流只能通过跨线列车运输。

统计2015年12月2日武广高铁列车开行信息得出，该线路共开行81列跨线列车，54列本线列车。

通过相关售票数据，武广高铁跨线列车在各区段内输送本线客流和跨线客流数量及比例如图4所示。

图4各区段跨线客流和本线客流分布情况由图4得知，武广高铁开行的跨线列车在各区段上输送的跨线客流量均小于本线客流量。

各区段内跨线客流占总客流比例约为60%，本线客流占总客流比例约为40%。

总体而言，武广高铁区段内本线客流较多。

2.3 武广高铁客流距离衰减特征高速铁路的客流运输距离不同，客流量会出现不均衡特征。

空间距离是指站间的列车运行里程，根据站间0D数据及站间里程数据，以50公里为空间距离的区间长度，得到武广高铁基于空间距离的客流分布示意图，如表1所示。

图5 客流量随距离衰减特征由于广州-武汉、广州-长沙、长沙-武汉这三个区段连接的城市均为省会城市，客流量大小的影响因素不是距离，应将其从其距离客流中剥离。

将其剥离后，得到如下图。

图中，随着距离的增加，客流量递减，符合一般规律。

图6 修正后客流量随距离衰减特征3 武广高铁客流时段特征分析3.1 武广高铁节假日客流量变化规律图7为武广高铁2015年1月1日至2015年12月16日每日发送客流量。

从图上可以看出，除春运，节假日外，武广高铁发送客流量呈现出规律性变化，节假日期间客流数量增长较大。

图7武广高铁工作日及节假日每日运送人数春节假期间客流发送人数较小，主要由于春节假期前三天分别是除夕、初一和初二，旅客出行意愿较低。

初三到初六之间客流发送人数逐渐上升，主要是由节后务工流、学生流和探亲流返程引起。

国庆节旅客出行需求较大，明显大于一年内的平均每日旅客发送人数。

而这七天的总体趋势呈现下降趋势，只在10月7日有一个回升趋势，旅客在长假的出行意愿随着时间的推移而下降，10月7日发送人数回升是因为假日返程的需求。

元旦、清明、五一和端午期间客流出现一定的高峰，由于这几类假期较短，客流峰值集中于节前一天和节假日最后一天，分别由出行和返程客流构成。

正常工作日内客流呈现出以周为周期的规律性变化，客流高峰对应的时间为周五及周日，客流低谷对应的时间为周四。

由以上分析可知节假日旅客出行意愿会随着时间的推移逐渐的下降，高铁发送人数逐渐降低，而到假日最后一天会出现返程客流，发送人数会相较假日前几天上升。

而正常工作日的旅客出行主要集中在周五到周日。

3.2 武广全线客流时段分布特征为研究武广高速铁路一天内的客流分布特征，本文以“一天”为单位，分别截取了春节假期一天内（2月22日）、正常工作日一天内（3月4日）、清明节小长假一天内（4月4日）各个时间段的客流时间分布。

本文通过研究了一天内有广州南站发出的列车在各个时间段的发出的所有列车的全程上车人数之和，以及在该时间段内平均一列列车运输的旅客人数，找出客流在一天内各个时间段的特征，具体情况如下图8所示。

图8一天内各时段全程上车人数以及平均每辆列车的运输人数由图8可知，武广高速铁路上都有两个客流高峰期，分别是9：00-10：00和17：00-18：00，旅客发送人数的低谷期则分布12：00-13：00和18：00-19：00时段内，在其他时段内旅客出行人数较为平整，在晚上时间超过20：00之后旅客的出行人数就十分小了。

从平均每辆车的运输人数可知，每天的最大值在8：00-9：00时段内，而每日的全程上车人数低谷期12：00-13：00的平均每辆车运输人数则处于一日的平均值内，这是由于在这两个时间段内运行的列车较少。

在15：00-17：00时段内的平均每辆车的运送人数相较其他时段较小。

每日的平均每辆车的运输人数最低值和全程上车人数最低值一样都分布在20：00以后，证明在20：00以后旅客的出行意愿已经很小了。

3.3 车站区间客流时段特征规律图9 武广高铁各车站分时段发送客流数量分时段统计不同车站出发客流量，绘制柱状图如图3所示。

由图可知，长沙南、广州南站发送客流量较大，衡山西、耒阳东、英德等地发送客流量较小。

其次，各车站发送客流量具有明显的时段性。

各车站一日内发送客流量一般在10点及18点存在早晚高峰，长沙站和广州南站尤为明显。

长沙南站及广州南站客流较为稠密，为重要的客流交通枢纽。

其中长沙南站汇集了大量的跨线列车，包括南昌方向，桂林方向，等，广州南站所处地区经济较为发达，下行方向联通深圳北，客流需求较大。

图10 长沙南到下行各车站日时段客流图图10为2015年4月27日长沙南站至下行方向各主要车站客流日时段特征图。

由图看出，各区段客流数量相差较多，不同区段客流随时间波动规律有所差异。

长沙南至广州南客流7：00-11：00呈现出明显的上升趋势，11：00达到峰值后基本保持不变。

14：00时起客流继续上升，并于18：00点到达峰值，随后客流呈现出下降的趋势。

长沙南至郴州西，长沙南至衡阳东客流高峰值出现在18：00至21：00之间，其余时段客流在波动中呈现出上升趋势。

长沙至韶关客流呈现凸形规律，并于14：00到达峰值。

长沙-清远，长沙至英德西区段13：00-19：00时客流量较大，但客流升降幅度较小，客流总体保持平稳水平。

长沙至株洲，长沙至衡山西，长沙至耒阳西区客流波动剧烈，高峰时段较为明显，集中于17：00至21：00之间。

通过以上分析可以看出，不同区段内客流大都存在晚高峰，早晚客流差异较大。

不同OD的日客流时段特征曲线晚高峰明显，出现客流激增，有明显的客流变化。

早间出行旅客可选择列车班次较多，客流分散于不同车次中，客流时段特征不显著。

晚间客流受列车时刻限制，多种类客流叠加聚集客流高峰较显著。

4 结语本文介绍了武广高速铁路通道概况，以售票数据为基本对通道内客流时空分布特征进行了分析，对于列车开行方案的改进以及客流中长期预测工作具有一定的参考价值。

高速铁路空间不均衡性主要表现为节点到发客流不均衡、不同运距客流量不均衡等方面。

在整个OD流量中，广州、长沙、武汉三个城市之间的客流量较大，该城市经济繁荣，客流往来需要较高。

各主要车站发送客流量如图4所示，由图4可知，广东南站客流量最大，其主要流向为长沙南站、武汉站以及衡阳东站、岳阳东站；长沙南站的主要流向为广州南站、武汉站、郴州西站和衡阳东站；武汉站的主要流向为广州南站、长沙东站以及赤壁北站。

客流的时段特表现为以下几个方面。

首先，节假日内客流特征随着节假日性质的不同变化特征明显不同。

其次，客流日时段特征与车站节点的重要程度和与出行距离密切相关。

枢纽重要节点客流时段特征变化较为相似，旅行距离相似时旅客出行的高峰及低谷时段较为相近。