基于系统动力学模型的地铁车站客流预测分析

d o i:10.3969/j .is s n.1005—152X.2010.12.028基于系统动力学模型的地铁车站客流预测分析王子洋1,刘小霞1,赵忠信1,秦　勇2(1.北京交通大学　交通运输学院,北京　100044;2.北京交通大学　轨道交通控制与安全国家重点实验室,北京　100044) [摘　要]首先分析了影响地铁车站客流的主要因素,探讨了这些因素与客流之间的因果反馈关系,在此基础上,构建了基于系统动力学的客流预测模型,剖析了客流与其影响因素之间的内在机制。

[关键词]系统动力学;地铁;客流量;城市交通[中图分类号]F224.0;F570.573 [文献标识码]A [文章编号]1005-152X (2010)12-0090-03Pa ssenger Volu m e Foreca sti n g of Subway St a ti on s Ba sed on Syste m D ynam i csM odelWANG Zi -yang 1,L I U Xiao -xia 1,Z HAO Zhong -xin 1,Q I N Yong2(1.School of Traffic &Trans on,Beijing J iaot ong University,Beijing 100044;2.MOE State Key Laborat ory for Rail w ay Traffic Contr ol &Safety,Beijing J iaot ong University,Beijing 100044,China )Abstract:Superi or s peed and convenience have rendered rail transit an increasing popular for m of public conveyance in metr opolitan cities,as a result of which its passenger volu me forecasting has assu med a particular significance .The paper first analyzes the maj or influence fact ors of the passenger fl ow of sub way stati ons,exp l ores the causal feedback bet w een the fact ors and the passenger fl ow,on the basis of which,a passenger volu me f orecasting model based on syste m dynam ics is established and the inner mechanis m bet w een passenger fl ow and its influence fact ors is analyzed .Keywords:syste m dyna m ics;sub way;passenger volu me;urban traffic　[收稿日期]　2010-05-19　[作者简介]　王子洋(1978-),男,工学博士毕业,现为北京交通大学交通运输学院讲师,研究方向为铁路应急管理与铁路安全控制技术。

1　引言随着城市人口的规模化发展,城市人口越来越稠密,发展城市公共交通,缓解交通拥挤,是当前世界大城市迫切需要解决的课题。

由于地铁具有运量大、速度快、无污染的优势,在分担城市出行客流中起到越来越重要的作用。

城市轨道交通的建设不仅减轻了城市居民出行负担,还有效引导了城市的发展方向,促进了城市的经济发展。

然而,地铁车站的客流量受到车站周边经济发展程度、客流的流动强度、地铁的运营能力、票价高低等因素的影响[1]。

因此从系统的角度分析地铁客流量随着这些因素变化的动态发展趋势,不仅为地铁线路的规划设计提供参考也可以为地铁的运营管理提供意见,有利于增强城市轨道交通的综合竞争力。

2　地铁车站客流影响因素分析地铁车站的客流量主要取决于周边人口的密集程度以及客流的流动速度,同时又受到其它公共交通的制约和影响。

另外,地铁车站的接驳换乘布置、车站的集散通过能力也是影响客流量的重要因素[2]。

2.1　周边经济水平周边土地利用性质是影响车站客流量和全天客流分布特征的关键因素[3]。

通常情况下,周边经济越繁华,越能产生客流,因此客流量越大,通常为大型商业区、旅游区、休闲娱乐场所、火车站点,例如北京的海淀黄庄站、天安门站、西单站、北京站。

然而,周边经济发展不好,消费水平低的地区产生客流量相对较少,一般为居住区,例如刘家窑站。

2.2　周边接驳换乘设施随着北京市区房价的飙升,很多人选择在郊区购房+开车上班的生活模式,为了避免市区内的交通拥堵,很多地铁线路的站点都设置了与小汽车、自行车的接驳换乘设施以吸引远郊区的客流。

具有和小汽车接驳换乘的车站多为离市中心较远的站点,这些车站通过P +R 换乘具有吸引远郊区客流的功能,例如天通苑北站,吸引了大量来自昌平区的客流[4]。

2.3　地铁票价地铁虽然具有方便、快捷的优势,但是由于建筑难度大、成本高,地铁票价也相对较高,如果地铁的实际票价值高过大众的心理票价值,乘客有可能放弃地铁而转向其他出行方式。

可见,票价的过高或过低直接影响到地铁与其他公共交通方—09—技术与方法 物流技术2010年6月刊(总第219期)式的竞争。

2.4　车站集散能力车站客流集散能力主要受到车站安检设备、自动售检票设备、自动扶梯、楼梯、通道的通过能力的影响,并受其中最小因素的制约[5]。

此外,车站集散能力直接关系到地铁出行的便捷和舒适性,通道太窄、安检的速度太慢很容易引起拥挤,造成踩踏事故。

3　地铁客流预测的因果关系分析考虑到地铁车站客流与周边环境和地铁自身的服务能力,建立它们之间的关系回路如图1所示。

图1　地铁客流与周边环境的关系图1的关系回路主要考虑到地铁客流与四个决定性因素的因果关系,包括地铁车站客流与周边经济的相互促进关系、地铁客流与地铁票价的制定关系、地铁客流与车站接驳换乘能力的关系、地铁客流与自身集散能力的关系。

周边人口的流动性是地铁客流量大小的关键性要素,其它三个因素在一定程度上影响着客流量。

具体的关系环如图2所示。

图2　地铁客流预测因果关系环周边经济与客流关系正反馈环,周边经济+→人口密集程度+→人口流动性+→地铁客流量+→周边经济+。

周边经济水平是决定地铁客流量的决定性要素。

该环体现了周边经济水平与车站客流之间的相互促进关系,一般情况下,周边经济水平越高,人口的流动性越强,客流的吸引和发送量越大。

客流与票价的相互影响关系环。

按照经济学理论,价格是调节市场供需平衡的主要杠杆,同样,在城市交通系统中,各种出行方式的出行费用也是调节交通方式分配的重要途径。

地铁票价的高低不仅影响着地铁客流量的大小,也体现出与其它出行方式的竞争力。

地铁票价越低,对客流的吸引力越大,客流量随之增加,但是到一定程度上,由于地铁的集散能力的限制,客流越多的情况下,拥挤程度越是明显,降低了地铁出行的便捷性和舒适性,客流量受到限制。

因此,地铁票价和客流量是相互制约的两个因素。

地铁客流与接驳能力关系正反馈环。

地铁客流+→地铁运营收入+→地铁投资完善+→接驳能力+→诱发客流+→地铁客流+。

地铁车站的接驳换乘能力具有吸引远郊区客流的功能,接驳能力越强,对远郊区的客流吸引力越大。

同时,客流越大,地铁的运营利润越高,自我完善的能力越强,接驳换乘能力跟着增强,形成一条正反馈关系环。

地铁客流与集散能力关系正反馈环。

地铁客流+→地铁运营收入+→地铁投资完善+→集散能力+→地铁服务水平+→诱发客流+→地铁客流+。

集散能力主要体现的是地铁运营本身的服务水平对客流的影响,集散能力越强,乘客感受到的拥挤程度相对变小,舒适性相对增大,因此对客流的吸引能力增强。

4　地铁客流预测的系统动力学模型通过对客流量与影响因素之间的关系分析,认为客流量受到周边经济的关键性影响,同时又与接驳换乘能力、票价的制定、自身的接驳换乘能力相互影响、相互制约。

将客流构成可以分为两类,一类客流主要来自于周边以地铁通勤为主的居民,这部分客流与周边经济相互协调,客流具有稳定性。

另一类是由于地铁的集散能力、接驳能力、票价优惠等吸引的客流,这部分客流随着接驳能力和集散能力的增强、票价的降低而增大,随着接驳能力和集散能力的相对不足、票价的增加而减少。

地铁客流预测模型如图3所示。

图3　地铁客流预测的系统动力学模型图3的方程如下所示:(1)地铁客流=I N TEG (客流增长率-客流阻碍率);(2)经济水平=I N TEG (经济增长率);—19—王子洋,等:基于系统动力学模型的地铁车站客流预测分析 技术与方法(3)客流增长率=经济水平×经济对客流的影响因子;(4)客流阻碍率=地铁客流×客流阻碍因子;(5)地铁收入=地铁票价×地铁客流;(6)地铁建设费用=地铁收入×地铁投资建设比例因子;(7)地铁接驳建设费用=地铁建设费用×接驳费用比例;(8)地铁集散建设费用=地铁建设费用×集散费用比例;(9)客流阻碍因子=票价阻碍因子+集散能力阻碍因子+接驳能力阻碍因子;(10)票价阻碍因子=f (地铁票价-理想票价);(11)集散能力阻碍因子=f (DE LAY (地铁集散建设费用,2)-地铁客流);(12)接驳能力阻碍因子=f (DE LAY (地铁接驳建设费用,3)-地铁客流);(13)TI M E STEP =1(Month )。

经济增长率与该周边经济水平的增长情况相关,经济水平可以量化地取为该地区的生产总值;经济对客流的影响因子体现经济与客流的相互促进关系;客流阻碍因子由票价、接驳、集散共同作用,取值可正可负,当取值为正时体现出对客流的“排斥”,取值为负时体现对客流的“吸引”;票价阻碍因子由实际票价值和人们期望的理想票价值共同决定,当实际票价高于理想票价时取值为正,而当实际票价低于理想票价时取值为负,并且两者差距越大,其绝对值越大;集散阻碍因子取值可正可负,由集散能力和实际客流决定,当集散能力远远大于实际客流时取值为负,当实际客流逐渐增多开始有拥挤感时取值为正,并且拥挤现象越是明显取值越大;接驳阻碍因子取值可正可负,由接驳能力和实际客流决定,当接驳能力相比大于实际客流时取值为负,表现出对客流的“引诱”,当两者差值逐渐减小时取值越来越大。

另外,由于地铁集散和接驳的建设在时间上对客流的影响具有延迟作用,分别将两者的延误时间设置为2个月、3个月。