城市軌道交通初期運營客流預測技術研究

李金海，竇 亮，張 猛，秦義展，孫 穎

（1.北京城建設計發展集團股份有限公司，北京 100037；2.城市軌道交通綜合應急技術與裝備交通運輸行業研發中心，北京 100037；3.鄭州地鐵集團有限公司，鄭州 450047；4.北京中關村軌道交通產業發展有限公司，北京 100071）

城市軌道交通初期運營客流預測是初期運營階段各項工作部署的重要依據之一，為運營安全評估、行車組織方案編制、客運組織方案制訂等工作提供了基礎數據支撐。根據《城市軌道交通運營管理規定》(交通運輸部部令2018 年第8 號)[1]及《城市軌道交通運營安全評估管理辦法》(交運規〔2023〕3 號)[2]的有關規定，初期運營階段是指城市軌道交通工程項目通過初期運營前安全評估后、獲準正式運營前，運營企業開展運輸組織工作的特定時段。該階段是城市軌道交通系統從工程建設到投入正式運營實踐的過渡階段，也是線路從無到有面向乘客提供運營服務的重要階段。鑒于該階段的特殊性，針對運營安全評估、行車組織、客運組織、應急處置等工作開展初期運營階段客流預測至關重要。

針對新開通線路的客流預測問題，既有研究主要通過研究人口與就業[3-4]、土地利用[4-5]、交通基礎設施[6]等社會經濟因素與軌道客流之間的相關關系，建立車站進、出站客流需求的預測模型。由于該類方法聚焦于研究單類因素與客流之間的相關關系，存在對復雜社會經濟環境影響下出行需求刻畫精度不足的問題。為此，文獻[7]采用多源數據融合的方法，以期實現對出行需求的精細刻畫。但該方法對模型標定所使用的基礎數據數量和質量要求都較高，受車站異質性的影響，預測精度和可移植性仍面臨挑戰。

考慮到軌道交通客流指標體系較復雜，前述研究聚焦于預測車站個體進、出站客流量的方法顯然無法滿足運營實際需求。文獻[8-9]提出了基于“四階段”交通需求分析理念的客流預測方法。該類方法雖建模相對復雜，但可清晰演繹城市出行總需求與軌道交通系統客流需求之間的關系。由于其空間可移植性優勢，該類方法可應用于尚無運營線路的城市。

本文在借鑒既有研究的基礎上，針對初期運營客流預測需求，提出了一套基于“四階段”需求分析法的客流預測技術路線，并重點闡述了預測內容和研究重點，以期為初期運營客流預測工作提供借鑒。

1 預測的特點及難點

1.1 預測特點

由于工作目的不同，初期運營客流預測與城市軌道交通規劃、建設等階段客流預測在預測期、預測內容、預測對象、方法體系等方面均有較大差異。

1) 預測期。規劃和建設階段客流預測服務于近、遠期規劃和建設決策，預測期可遠至未來30 年甚至更遠。初期運營階段客流預測則常聚焦于線路投運后的1 年內，預測期距預測工作開展較近。新開通線路初期運營階段，沿線城市軌道交通出行需求從無到有快速增長。預測期過早，易忽視客流短期成長潛力，預測成果精度難以保障；預測期過晚，則不利于成果及時指導運營組織工作開展?？紤]到初期運營階段線路客流波動較大，預測期宜選擇客流培育預期相對穩定的時段，并應滿足初期運營階段運營組織對客流預測成果的需要。實踐當中，宜因地制宜采用進入初期運營后滿6～12 個月為預測期。

2) 研究對象。本階段客流預測在研究對象方面與規劃設計階段相比也有所不同。規劃階段預測往往以方案涉及線路為對象，旨在服務方案比選；設計階段預測則以單條線路為主要研究對象，旨在指導設計規模測算。進入運營期，新線的開通將改變城市交通既有出行結構，打破整個城市的交通供給形勢。特別是在成網運營的軌道交通系統中，新線的引入將會改變既有線網拓撲結構，從而影響全網的客流分布格局。因此，初期運營階段客流預測的研究范圍宜為城市建成區，研究對象應涵蓋預測期線網的所有線路和車站，并重點關注新開通線路。

3) 預測基礎數據。鑒于預測期往往在未來1～2年內，在此期間城市交通需求和供給格局的短期變化并不顯著，初期運營客流預測可在深入把握城市交通運行、沿線人口就業、沿線土地開發、既有線網客流規律等因素的現狀條件下，重點關注新線介入對沿線居民出行的影響，并據此預測軌道交通出行需求和重點客流指標。

4) 預測模型。由于規劃和設計階段客流預測定位于支撐方案比選和規模測算，預測工作主要依賴于城市宏觀交通模型。其基礎假設、基礎數據、邊界條件等均以規劃年為準，預測結果更注重宏觀指標量級的準確性。而初期運營階段客流預測則以服務運營組織工作為目標，客觀上要求預測提出多層次、精細化的客流指標，預測結果更注重指標的準確度。為此，有必要在宏觀需求分析的基礎上進行城軌系統的專題建模研究以保證預測精度。

1.2 預測難點

初期運營客流預測的特點決定了預測工作在把握交通現狀資料、掌握交通現狀運行態勢、保障預測精度方面存在關鍵技術要點和難點。

1) 準確解讀城市交通現狀資料，把脈交通短期發展動向。把握城市及交通發展現狀和短期發展動向，對于做好線路初期運營客流預測至關重要。這主要依賴于對城市交通供需現狀資料的深刻解讀，即需要對城市人口、就業、經濟和社會發展、機動車保有量、相關交通政策、城市軌道交通運營服務等資料進行深入理解。

2) 深入挖掘交通時空大數據，掌握城市交通運行現狀態勢。在解讀城市交通現狀資料的基礎上，有必要深入洞察城市交通運行現狀時空演變特征。近年來，得益于時空數據感知、存儲、挖掘、可視化等技術的發展，用于交通特征分析的數據源日益豐富。交通大數據為人口及就業動態分布、出行發生和吸引時空變化、區域間交通需求動態演變等研究提供了豐富的基礎數據，有助于掌握城市交通運行態勢。

3) 科學構建客流預測模型，精準預測客流指標?？土黝A測模型是對預測期交通供需的抽象模擬，其基礎假設對交通供需刻畫的準確性直接決定了預測結果的精度。因此，模型的選擇、模型所依賴的基礎數據、模型參數的標定與校核等，對預測精度起到決定性影響。預測模型除應用傳統交通建模技術手段外，宜通過融合交通、土地利用、經濟社會等多源數據，強化基礎數據、演變規律、預測結論之間的校核。

2 預測技術路線

2.1 總體思路

在新線開通客流預測的實踐當中，需求分析包括城市交通需求宏觀分析和城市軌道交通系統出行需求專題分析2 個層次?？紤]到該類預測以現狀分析為主，城市交通宏觀需求的分析可采用交通大數據分析技術，以洞察交通需求的總體時空分布特征。而城市軌道交通系統內部需求，由于涉及大量微觀指標的系統化分析，可采用“四階段”法進行建模。其中，城市居民出行的發生和吸引量可在沿線交通調查基礎上，進行人口和用地等的靜態大數據建模；出行分布的分析和預測則主要基于動態交通大數據分析技術；交通方式劃分可考慮基于居民出行方式選擇行為研究有關方法建?？坍?；由于客流指標體系復雜，軌道系統內部客流分配則宜建立城軌線網客流分析模型，進行專題研究。預測技術路線如圖1 所示。

圖1 預測技術路線Figure 1 Technical roadmap for forecasting

2.2 資料收集

交通模型的構建基于特定的基準條件和假設。新開通線路客流預測模型體系的搭建則是基于運營組織、沿線土地開發、沿線公共交通運行等預期的特定水平，以及城市交通管理等宏觀政策預期條件下進行的。因此，上述基礎條件的精確把握和深刻理解是客流預測的基礎性工作。需要收集的資料包括以下幾方面。

1) 城市整體的規劃、經濟、人口、就業以及土地利用等基礎資料。用以把握城市及交通總體特征。

2) 擬開通新線沿線用地、人口、就業、道路交通、公共交通等經濟社會和交通運輸發展現狀及規劃資料。用以把握沿線經濟社會發展現狀和短期態勢。

3) 既有線網的各類客流統計指標和歷史成長規律。用以掌握既有線網客流特征，評估客流成長潛力。

4) 各類運營基礎數據。包括但不限于：各線路及車站基礎資料；線網票制票價方案；運營組織方案；新線開通計劃及運營組織方案。

5) 其他資料。如相關客流預測資料等。

2.3 交通調查

交通調查作為模型標定和修正的重要依據，是決定模型精度和客流預測可信度的一項重點工作。初期運營階段的客流預測更注重交通發展近況及短期態勢的分析。因此，有必要通過交通調查掌握現狀及預期交通需求、預期出行行為等。主要調查工作包括以下4 方面。

1) 現狀交通需求調查。調查沿線公共交通運行現狀(如客流量及其時空分布特征、與重點線路的空間關系、與重點線路客流的協同或競爭關系)、交通樞紐運行現狀(如客流集散和接駁特征)、相關交通走廊特征(如交通需求量及其起訖點)、重要客流集散點(如景區、場館等)交通特征等。

2) 預期交通需求調查。調查沿線新建成居住、商業樓宇的投用時間及入住率、在建項目開發進展及交通需求等，掌握沿線交通需求增長潛力和演變趨勢。

3) 交通方式選擇意愿調查。新開通線路為服務范圍內居民出行提供了新的出行選擇。主要調查內容可包括沿線居民社會經濟屬性，以及居民在不同出行情境組合下的出行方式選擇意愿等。開展出行意愿調查可為出行方式選擇模型的建立提供基礎數據。

4) 乘車路徑選擇意愿調查。由于在無縫換乘條件下線網客流統計常采用多路徑概率分配模型。乘車路徑選擇意愿調查將有助于準確刻畫乘客的出行行為，精準標定客流分配模型，從而減小模型誤差對微觀指標預測精度的影響。主要調查內容包括乘客社會經濟屬性，歷史出行行為特征，以及乘客在不同情景組合下(如換乘次數、乘車時間、旅行時間等因素不同水平的組合)出行路徑的選擇意愿等。

2.4 城市交通運行特征分析

分析內容包括城市居民出行特征和軌道交通出行特征。

1) 城市居民出行特征。城市居民出行特征的洞察主要依托于交通大數據分析技術，可從宏觀、中觀、微觀3 個層面分析職住分布、出行分布、出行方式、出行需求量等的時空特征。居民出行特征的分析為全面、定量、動態分析交通需求提供基礎數據，也有助于明確預測模型的基準條件并為其提供基礎參數。

2) 軌道交通出行特征。對于軌道交通出行特征的分析主要依托于軌道交通運營數據，通過對歷史數據和近期客流數據的分析，掌握車站、線路和線網的客流現狀及成長規律。

2.5 出行需求預測

出行需求預測的主要工作內容包括：

1) 全方式出行發生與吸引分析、預測。構建城市交通需求分析模型，并結合現狀條件和發展趨勢預測全方式出行發生和吸引量。在此基礎上預測線網各站(含新開通站點)服務范圍內的全方式出行發生與吸引量。

2) 全方式出行分布分析、預測。利用交通大數據分析全方式出行現狀，并據此預測全方式出行分布。

3) 出行方式劃分預測。出行方式劃分的預測可基于交通調查進行建模[10]。預測工作包括兩個方面：一是預測城市整體的出行方式結構；二是從微觀層面預測各站服務范圍內的出行方式結構?；谲囌痉辗秶鷥瘸鲂锌傂枨蠛统鲂蟹绞降念A測，可預測得到車站進、出站量。

4) 線網客流分析。針對宏觀交通需求分析模型對微觀客流指標預測精度不足的問題，可在宏觀需求分析的基礎上進行城軌系統的專題建模(如車站進、出站量預測模型及線網客流分配模型等)，以進行線網客流的多維度分析。目前，線網靜態客流分配多采用基于乘車有效路徑的概率分配模型[8]。

2.6 評估分析

針對客流特征和運營組織需求，定性分析預測結論并提出必要的建議。主要包括：

1) 分析新線開通對既有線客流的影響，包括對既有線路客運量、斷面客流量，以及有關車站乘降量、換乘量等的影響分析。

2) 結合客流預測結果開展客流組織、線網客流、票務、換乘站、重點車站、特殊日期和時段的客流影響評估。

3) 結合評估結論，在運輸組織、客流組織、應急處置、票務工作等方面提出必要的建議。

2.7 敏感性分析

新開通線路客流受短期內交通政策、城市管理政策、沿線開發建設、公共交通票價、線網服務水平、交通銜接等因素的共同影響。這些因素導致實際狀況較預測模型的假設條件可能存在偏差。需針對上述影響因素潛在的變化情況進行客流的敏感性分析，從而更精準掌握客流的短期波動態勢。

3 預測和研究內容

3.1 線網客流預測

運營階段客流預測指標體系復雜、指標繁多，為支持運營組織需求，應分別預測工作日和周末的全日、高峰期客流指標。主要包括：

1) 線網客運量、平均乘距、客運強度、負荷強度、換乘系數、高峰小時系數；

2) 全網各線路客運量、平均運距、客運強度、客流不均衡系數、高峰小時斷面客流及滿載率；

3) 全網各車站進出站量、乘降量、高峰小時系數、超高峰小時系數、各出入口進出站客流量；

4) 全網各換乘站換乘總量、分方向換乘量、分線路換乘量；

5) 線網站間OD、線路站間OD；

6) 主要客流指標的時間分布。

需要注意的是，對于既有線路的延伸段或新增站點，應以全線作為研究對象進行預測，并重點分析新增段、站對既有段客流和行車的影響；對于采用復雜交路運營組織的線路，應分別給出各運營交路和物理線路的主要客流指標。

3.2 對既有線的影響分析

新線開通對既有線的影響分析是該階段預測的重要目的和重點任務。應預測分析新開通線路對既有線路全日、高峰客流的影響，主要內容包括：

1) 線網、各線路客流的主要指標變化；

2) 受影響較大車站的乘降量變化；

3) 受影響較大區間的斷面客流量、滿載率變化；4) 受影響較大換乘方向的換乘客流量變化。

3.3 典型車站客流特征分析

新線開通對個別車站的潛在影響更為突出，也更難把握。應結合既有線網的客流時空分布特征，確定典型車站并分析其客流變化。典型車站可包括：

1) 城市綜合交通樞紐有關車站；

2) 服務城市大型商業區客流出行的車站；

3) 服務旅游景點、大型娛樂設施、大型場館客流出行的車站；

4) 輻射范圍內用地屬性、開發強度等預計發生重大變化的車站；

5) 其他易發生大客流的車站。

4 結束語

初期運營階段客流預測是服務初期運營前安全評估的重要工作之一，預測應立足運營安全評估和運營籌備工作需要，注重預測方法的針對性、預測指標的全面性、預測精度的可靠性。

在預測技術基礎數據方面，初期運營客流預測更側重于對城市及交通發展現狀的把握，因此挖掘時空大數據以掌握交通運行態勢，是預測的重要技術手段和工作基礎。在預測模型方面，由于初期運營對預測精度的要求更高，對預測模型的可靠性也提出了較高要求，鑒于線網客流分析模型對預測精度的影響較大，應重點關注軌道交通系統內部客流預測模型構建。而開展各類交通調查和采用大數據融合校核將是提高模型預測精度的重要手段。在預測成果方面，應緊密聯系運營需求，做好特殊時段、特殊車站、特殊場景的預測和分析工作，并圍繞運營安全管理需求提供完備的預測成果。