Nested-Logit模型在城市轨道交通一体化衔接客流预测中的应用

Nested-Logit模型在城市轨道交通一体化衔接客流预测中的
应用
于文平;李季涛;何南
【摘要】城市轨道交通一体化的合理衔接,不仅与衔接方式有关,而且与出行者的个人属性有关.结合出行者的出行目的,建立了多层的Nested-Logit选择模型预测轨道交通的衔接客流,用于轨道交通衔接方式的设计.选用中山市轨道交通2号线为背景进行实例分析,设计出轨道交通衔接方式的配置规模,为建设轨道交通一体化衔接的城市提供参考.%The rational connection of urban rail transit is not only related to the mode of connection,but also to the personal attributes of bined with the travel purpose of the traveler,a multi-layer Nested-Logit choice model is established to predict the connection passenger flow of the rail transit,which is used for the de-sign of the connection mode of the rail traffic.Based on the example of Zhongshan Rail Transit Line2,an exam-ple is given to design the configuration scale of the connection mode,so as to provide reference for the con-struction of integrated urban rail transit.
【期刊名称】《大连交通大学学报》
【年(卷),期】2018(039)003
【总页数】4页(P27-30)
【关键词】城市轨道交通一体化;Nested-Logit;衔接
【作者】于文平;李季涛;何南
【作者单位】大连交通大学交通运输工程学院,辽宁大连116028;大连交通大学
交通运输工程学院,辽宁大连116028;大连交通大学交通运输工程学院,辽宁大连116028
【正文语种】中文
0 引言
为解决城市的交通问题，构建轨道交通一体化的运输体系已成为各大城市交通发展的共识，但轨道交通仅能提供点与点之间的快捷客运服务，为了实现“点”到“面”运输功能的扩张，国内外学者从多方面对轨道交通一体化衔接进行了研究.Brown
等人针对轨道交通衔接客流建立ML模型预测各衔接方式所占的比例[1]，Beckmann等人就城市交通流量分配模型和算法进行了研究[2-3]，郭子渝在考虑
出行者体能消耗的基础上，对以轨道交通为主的全出行路径选择问题进行了研究[4]，城市轨道交通研究主要集中在网络规划、客流分配、运营组织与管理上[5- 8]，对城市轨道交通一体化客流分配的研究相对较少，本文在以往研究的基础上，结合NL(Nested-Logit)模型研究城市轨道交通一体化衔接的客流预测问题，提升城市
公共交通系统的运输效率.
1 模型的标定及分析
对轨道交通一体化衔接的研究，不仅要考虑衔接方式的交通服务水平，还应考虑乘客的个人因素.本文的模型主要研究在出行者选择轨道交通为出行方式的基础上，
结合出行者的出行目的对轨道交通衔接方式的二次选择.
1.1 Nested-Logit模型简介
针对Logit模型的IIA特性，Williams等人提出了巢式Logit模型(Nested-LogitModel，简称NL模型).NL模型选择树如图1所示.
图1 NL模型选择树状图
NL模型是由多个MNL模型构成的多层树状结构，每一独立层中的选择肢具有相关性，NL模型通过条件概率实现上层对下层的约束，通过内涵值进行下层对上层的反馈.模型从底层开始参数标定，从上层开始预测.m为出行者n第1层的选择方案数；rmn为出行者n与节点m相结合的第1层的选择方案数.出行者n选择第2层上的任意选择方案(rm)的概率Pn(rm)为在选择了m条件下选择r的条件概率Pn(r|m)与选择了m的概率Pn(m)的乘积.即：
Pn(rm)=Pn(r|m)Pn(m)
(1)
(r=1,2,...,R;m=1,2,…,M)
(2)
(3)
Vrmn和Vmn是出行者n选择方案rmn和mn的效用函数，Vr|m是出行者n在选择m的条件下选择rm方案的效用函数，模型通过内涵值Logsum实现下层对上层的反馈，表达式为：
(4)
(5)
(6)
Vmn=Vm+Vr|m
(7)
1.2 多层Nested-Logit城市轨道交通衔接模型
考虑居民出行具有目的性，在轨道交通路线及站点确定后，结合居民出行目的构建选择轨道交通出行方式的乘客选择衔接方式的多层NL模型，选择树如图2所示.确定各衔接方式的分担率，结合《城市轨道沿线地区规划设计导则》[10]的换乘设施配置准则，对常规公交、出租车、自行车、步行换乘设施进行计算，获得相关设施用地规模.
图2 多层NL城市轨道交通一体化衔接选择树状图
根据NL模型的基础理论得到概率公式：
Paij=Pa×Pi|a×Pj|ai
(8)
(9)
(10)
(11)
式中,Paij为出行者以a目的出行，选择出行方式i选择衔接方式j的概率，为出行者在选择了a出行目的，i出行方式的条件下选择j衔接方式的条件概率Pj|ai，与出行者选择a出行目的的条件下选择i出行方式的条件概率Pi|a，与选择a出行目的的概率Pa的乘积；Pa为出行者以a目的出行的概率；Pi|a为出行者以a目的选择出行方式i的条件概率；Pj|ai为出行者以a目的选择出行方式i出行，选择衔接方式j的条件概率.
其中Va、Vai、Vaij表示各层的效用函数，Vi|a、Vj|ai表示各层之间的联系.每层
的效用表达式为：第一层效用函数：
Van=Va+Vi|a
(12)
(13)
(14)
第二层效用函数：
Vain=Vai+Vj|ai
(15)
(16)
(17)
第三层效用函数：
(18)
式中,θk为变量参数；Xk为各阶段模型中影响效用函数的变量；k为参与第三层模型中效用函数中变量的个数；k1为参与第二层模型中效用函数中变量的个数；k2为参与第一层模型中效用函数中变量的个数；βm、βd为待估计参数[11].
2 城市轨道交通一体化衔接实例分析
(1)轨道线路及站点规划中山市在轨道交通线网布局的基础上，初步确定了1、2号线，其中1号线(福源路站-博爱路站段)线长12.3 km，设站11座，起始于港口世纪东路的福源路站，到达博爱路站；2号线(环镇北路站-中山站段)线长31.0 km，
设站19座，始于小榄环镇北路站，到达中山站，如图3所示.本文以2号线为例，根据现状调查，轨道交通2号线各站点周边交通设施现状如图4所示.
图3 轨道交通线路走向示意图
图4 站点周边交通设施现状图
(2)站点客流预测城市现状人口为320万人，规划年2020年常住人口为435万人，在模型中考虑5种出行目的：上班、上学、休闲娱乐、回家和其他，影响出行目
的选择的因素分为：时间、费用、年龄、性别，职业.出行方式的选择包括5种：
常规公交、出租车和小汽车、轨道交通、非机动车、步行，其影响因素分为：时间、费用、步行距离.轨道交通衔接方式的选择包括4种：常规公交、出租车和小汽车、非机动车、步行，其影响因素分为：时间、费用、步行距离.利用软件对模型的影
响因素进行相关性检验，检验通过，将影响因素作为效用函数中的变量，带入模型中标定相关参数，结合交通需求客流预测，预测出轨道交通2号线的远期客流数
据如表1所示.
表1 2号线站点的远期客流数据表序号站名全日客流人次高峰时段客流/人次1环
镇北路站2306540002长堤路站2533745133新华路站1592520354文成路站2048130095小榄站2188042046同乐大街站3147063937龙昌路站2575453728东成路站2119943359工业大道站22505271010勤政路站28845358911隆平路站166****2612彩虹大道站24917504213中医院站49388650914岐港站37304497915湖滨路站34684604916东明路站32185658517康华路站801401241318五马峰公园站22579355419中山站422356641
(3)衔接设施规模得出轨道交通各衔接方式常规公交、出租车、公共自行车、步行
的分担率，通过相关经验公式，计算各衔接设施的配置规模，如表2所示.
表2 2号线站点交通接驳设施规模序号站点站点类型非机动车停车场(面积:m2)公
交车停靠站(泊位:个)出租车、小汽车停靠站(泊位:个)公共自行车租赁点(桩位:个)1环镇北路站ⅡE97048402长堤路站ⅡF143944583新华路站ⅡF94144404文成路站ⅡF106644605小榄站ⅡA113244526同乐大街站ⅡF172648807龙昌路站ⅡC1047610408东成路站ⅡF118042409工业大道站ⅡF10774460
表2 2号线站点交通接驳设施规模(续表)序号站点站点类型非机动车停车场(面积:m2)公交车停靠站(泊位:个)出租车、小汽车停靠站(泊位:个)公共自行车租赁点(桩位:个)10勤政路站ⅡF900445211隆平路站ⅡF562424012彩虹大道站
ⅡF806445613中医院站ⅡC17998146014岐港站ⅡF1155445215湖滨路站
ⅡF1317446416东明路站ⅡF488447217康华路站ⅡC1520848018五马峰公园站ⅡF882445419中山站ⅡA18846880
备注：各换乘设施规模仅考虑轨道换乘需求，并不包括站点周边城际铁路、长途客运、周边用地开发等所需配套交通设施规模.
3 结论
在各大城市采用轨道交通一体化运输体系解决城市交通问题的背景下，提出构建城市轨道交通一体化的原则，为使轨道交通的衔接设计更加科学合理，结合出行者的出行目的与出行者选择轨道交通出行方式的基础上衔接方式的选择建立了多层NL 模型，运用模型得到衔接方式的分担率，进而设计轨道交通的衔接方式.本文以中山市轨道交通2号线为例，在轨道站点和线路走向确定的基础上，运用模型，结合交通需求客流预测，预测出轨道交通2号线沿线各站点的衔接客流，结合标准设计出中山市轨道交通2号线衔接方式的配置规模，缓解城市的交通问题，有效提升城市公共交通系统的运输效率.
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