高铁车站接驳方式的换乘效率评价方法*

戴学臻 吴智伟 王小双

(长安大学公路学院,710064,西安∥第一作者,副教授)



高铁车站接驳方式的换乘效率评价方法*

戴学臻 吴智伟 王小双

(长安大学公路学院,710064,西安∥第一作者,副教授)

通过平均换乘时间、平均换乘距离、乘客换乘满意度、换乘方式吸引度等四个指标对高铁车站的地铁、出租车、公交车这三种接驳方式进行换乘效率评价,重点是对三种接驳方式的平均换乘时间进行评价分析。运用灰色系统理论,建立基于综合灰色关联加权法的接驳方式换乘效率评价模型,以及运用非线性加权综合法对整个换乘枢纽进行了综合评价。以西安北站为例,对其各种换乘方式和整个枢纽进行了换乘效率实例分析。

高铁车站; 接驳方式; 接驳效率; 灰色关联加权; 评价指标

Author′s address School of Highway Engineering,Chang′an University,710064,Xi′an,China

随着高铁的快速发展和新建高铁站的不断出现,研究和评价高铁站的换乘方式及换乘效率已显得十分重要。在运用传统的灰色关联度法[1]确定换乘效率评价指标的权重时,只选取一个序列作为参考列,其余作为比较列,进而求得评价指标权重。但该方法主观性较大,易造成比较大的误差。换乘时间的准确性对于换乘效率的评价至关重要,但在过去的文献中多没有进行非常详细的讨论。本文采用综合灰色关联度加权法确定各换乘方式的换乘效率具有以下优点:在确定灰色关联度矩阵的过程中,不是选取某一数列为固定参考列,而是求出影响换乘效率所有因素两两间的关联度,并构建灰色关联度矩阵,同时在确定权重方面,运用综合灰色关联度法确定权重,减少评价的主观性。运用排队论去详细分析出行者的平均换乘时间使获得的数据更加准确,更具有代表性。

1 建立评价指标体系

1.1 建立评价指标体系的原则

(1) 综合性原则:对评价指标体系中的各个要素应当综合分析,对体系进行整体评价。

(2) 可比性原则:评价指标体系中的各要素可比性越强,评价结果的可信度就越高。

(3) 实用性原则:评价指标体系的各要素应尽量简单且容易获得,且具有良好的可操作性。

(4) 定性评价与定量评价相结合原则:评价指标体系中应包括定量指标和定性指标,定性指标多来源于乘客的主观感受,这样评价结果能够更好的贴近实际[2]。

1.2 评价指标的选取

通过对换乘系统的分析研究,将乘客的换乘便捷性、换乘舒适性以及换乘方式对乘客的吸引度视为评价的主要因素,具体评价指标如下:便捷性——平均换乘时间和平均换乘距离;舒适性——乘客换乘满意度;吸引度——运载效率。

1.2.1 平均换乘时间

平均换乘时间是指旅客在高铁站完成换乘的平均时间,包括旅客换乘的步行时间、买票排队时间、候车时间。该指标反映了旅客利用不同交通方式完成换乘的时间消耗,是评价换乘效率的重要因素。平均换乘时间T的计算公式为

(1)式中:

T——平均换乘时间;

ti——第i种接驳方式的平均买票排队时间;

t1i——第i种接驳方式的平均候车时间;

t2i——第i种接驳方式的平均换乘步行时间;

t3i——第i种接驳方式的平均安检时间。

一般来讲,换乘距离和人们的平均步速基本上是稳定的,根据G.Bouladon的假设,步行距离与感到舒适的步行时间的函数关系

(2)式中:

t2i——第i种接驳方式的平均换乘步行时间;

Di——第i种接驳方式的平均换乘距离;

K,r——模型参数。

考虑到换乘客流的特征,设定换乘步行距离为200 m时,步行距离为4 min;步行距离为500 m时,步行时间为15 min。这样就确定了模型中的参数,参数拟合后的模型如式(3)所示:

(3)

下面分别研究地铁、公交车和出租车的平均买票排队时间、平均候车时间以及安检时间。

1.2.1.1 地铁

对于地铁来说,其买票系统主要为自助买票系统。由于高铁站的到发车频次比较密集,可以认为乘客的到达是随机的,所以将地铁站的自主买票系统简化为多路排队多通道服务系统。

由排队论可知,多路排队多通道服务的平均服务时间为

(4)

式中:

λ地铁——乘客的平均到达率;

μ地铁——自助售票系统的平均服务率;

N地铁——售票机的数量。

对于地铁的平均候车时间可取发车间隔时间的一半,表达式如下[4]

(5)

式中:

t1地铁——地铁的平均候车时间;

I地铁——高峰时段地铁的平均发车间隔时间。

在所有的换乘方式中,地铁是唯一进行安检的换乘方式,且换乘时间在数值上不可忽略,所以也需对对安检时间采用排队论进行分析。

设地铁站安检设施的数量为P,乘客换乘的平均到达率为λ地铁,安检设施的平均服务率为μ3地铁,则其平均安检时间为

(6)

1.2.1.2 公交车

公交车换乘时间主要是平均候车时间和平均买票排队时间。

(1)平均候车时间

设i路公交车乘客的平均到达率为λi,其车辆到站间隔为ti,假设每分钟初有λi个乘客到达,计算在ti时间间隔内,所有乘客的候车总时间

(7)

则乘客平均候车时间为

(8)

(2) 平均买票排队时间

假设公交车皆为自动售票,即先买票后上车,且认为每辆公交车的购票服务率是相等的。设为μ公交车,将其买票过程通过排队论进行分析,则i路公交车买票时间为

(9)

则平均买票排队时间为

(10)

1.2.1.3 出租车

由于出租车的购票过程一般在下车时进行,所以我们只分析其候车时间。通常,在高铁站的出租车候车区,每次到达站台的出租车基本都会大于两辆,所以我们可以将出租车换乘简化为一个单通道多服务台系统,其候车的平均消耗时间为

(11)

(12)

式中:

N——服务通道的数量。

1.2.2 平均换乘距离

各接驳方式的换乘距离可由实测获得,可以分别得到三种换乘方式的平均换乘距离分别为l地铁、l公交车、l出租车。

1.2.3 乘客换乘满意度

将乘客对换乘工具服务的评价分为5个等级,分别为:非常满意、满意、一般、不满意、非常不满意,并将其量化为数值5、4、3、2、1。

1.2.4 换乘吸引度

设第i种接驳方式的吸引度为ki,第i种接驳方式实际小时客运量为vi,第i种接驳方式的小时运营能力Vi,则有

(13)

2 评价模型及算法

2.1 确定评价指标权重

(1) 构建初始矩阵A为

(14)

(2) 使用均值法进行无量纲化处理[6-7],同时构建无量纲化矩阵

(15)

(3) 选取矩阵C的第一列为参考列,其余各列为比较列,按照式(16)计算关联系数。

(16)

式中ξ为分辨系数,一般在最小信息原理下取0.5,则灰色关联度为

(17)

(4) 依次选取第2列、第3列等作为参考列,其余各列作为比较列,得到评价指标两两间的关联度,并构建关联度矩阵

(18)

(5) 根据式(19)计算各指标的权重[8]

(19)

2.2 综合评价

(1) 求标准化矩阵。对原始矩阵A=[aij]m×n进行标准化处理[9],即对于正向和中性指标aij,利用zij=aij/aik(k任意取定,且aik≠0);对于负向指标aij,利用zij=aik/aij(k任意取定,且aij≠0)。通过计算,得标准化矩阵Z=[zij]m×n。

(2) 各换乘方式评价结果计算。利用权重ωj对标准化矩阵Z=[zij]m×n加权,得到综合评价值

(20)

然后按照Zi值对被比较对象进行排序[10]。

(3)换乘枢纽综合评价计算。为了使换乘枢纽的换乘效率达到最大并且使各换乘方式全面协调发展,这里采用非线性加权综合法[8]对整个换乘枢纽进行评价,即

(21)

3 案例分析

以西安北站的地铁、公交车和出租车接驳方式为例,通过上述分析得到的初始矩阵A的指标值如表1所示。

表1 评价指标初始值

根据式(17)可以得到两两指标的关联度,如表2所示。

表2 评价指标两两间的关联度

由式(18)和式(19)可得各评价指标的权重,其中平均换乘时间为0.25,平均换乘距离为0.26,换乘满意度为0.23,吸引度为0.26。换乘满意度与吸引度为正向指标,平均换乘距离和平均换乘时间为负向指标,将其进行标准化处理,结果见表3。

表3 评价指标的标准化

最后,将评价对象进行综合评价并将其排序,如表4所示。计算综合评价值,得到整个高铁站的换乘效率M=0.929。

表4 综合评价值及顺序

4 结语

利用综合灰色关联度法能有效评价高铁站内不同换乘方式的换乘效率,并且可以得到各种换乘方式综合评价值、排序以及整个换乘枢纽的综合评价值。由于在对整个换乘枢纽进行评价时采用了非线性的评价方法,更加突出了换乘效率低的换乘方式对整体换乘效率的影响,这样就得到了一个通过上述方法进行多次评价,在每次评价中不断找到换乘效率最低的换乘方式。通过各指标分析进行改进,经过有限次的迭代,去逼近理想的换乘枢纽综合评价值(各评价指标取理想值)。

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Comparative Study of Transfer Mode Efficiency Based on Comprehensive Gray Correlation

DAI Xuezhen, WU Zhiwei, WANG Xiaoshuang

In this paper,the efficiency of transfer to subway, taxi and bus at high-speed railway station are evaluated based on the indexes of average transfer time, transfer distance, transfer satisfaction and transfer attraction. The average transfer time in three transfer modes are mainly analyzed,and the gray system theory is used to establish a transfer efficiency evaluation model, and the non-linear weighted synthesis method is used to evaluate the transfer hub. Based on the practical operation, Xi'an North Station is taken as an example to analyze the transfer efficiency of this hub.

high-speed railway station; transfer mode; transfer efficiency; gray correlation weighting; evaluation indicator

*国家自然科学基金项目(51208051)

U238; U293.1+1

10.16037/j.1007-869x.2016.08.014

2015-01-08)