基于OD旅行时间和列车运行的清分模型研究

应 漠，陈天池

(郑州地铁集团有限公司，河南 郑州 450000)

目前，郑州地铁ANCC(自动售检票线网管理中心)系统采用“两阶段、双比例”清分方法(分配型模型[1])，其原理契合线网运行情况清分模型运行且使用方便，但受制于线网客流体系逻辑结构复杂、乘客出行量过大、乘客出行调研比例有限、客流调查的局限性及乘客出行特点的多样化等，模型中相关参数的标定、基础数据的取值、清分及客流计算结果的验证，以及局部特殊OD的清分等方面还需进一步改进优化。

1 常见清分方法

常见清分方法主要包括人为比例分配法、最短时间法、最短路径法和多路径法等，这些相对传统的清分结果可能与实际情况不符，甚至带来客流统计和金额清分的偏差。在具体时段，部分OD间的乘客出行路径确定仍然存在进一步优化需求，特别对于连通度较高的线网，常见方法不能反映实际的客流分布情况。目前，郑州地铁采用了以下新型双模式清分模型。

稳定型收益清分模式：首先计算出路网两点间的有效路径并可获得各条路径的运行时间，计算乘客乘坐各条路径的概率，进而计算出该两站间各线路承担里程的比例，即该OD间不同运营主体能够得到的收益分配比例。

动态型客流清分模式：客流清分模型是针对路网精细化客流管理提出的新型清分模式，它包括推定型和分配型。推定型清分模型增加了乘客出行时段和旅行时间作为路径匹配算法的输入，并紧密结合列车运行图，基于轨道交通列车时刻表与乘客行走时间的匹配结果定位乘客出行路径。分配型清分模型主要基于第一阶段的客流分配比例进行客流路径推定。两种方式相结合，保证客流清分的真实性和准确性。

2 推定型(车站富余时间型)清分模型

2.1 基本原理

实际OD客流数据包含了该乘客出行的路径选择信息，能够还原乘客路径选择全过程。OD之间不同路径有着各自的不同乘车方案，乘客在实际出行中选择了某一乘车方案的同时也选定了该方案所在的路径，基于该路径推定清分比例。

乘客基于乘车方案的车站富余时间是在某一乘车方案下，乘客从进站闸机刷卡进站(或下车站台下车)然后以最快速度到上车站台的时间与同站台第一班列车发车离开时刻的时间差。车站富余时间越小，乘客选择该乘车方案拟定列车运行线的概率越低；富余时间越大，乘客选择该乘车方案拟定列车运行线的概率越高[2]。

通过计算上述基于乘车方案的车站富余时间，量化分析乘客选择某一乘车方案的概率大小，选取概率最高的方案作为乘客在该路径上的最大可能乘车方案，进而根据路径判别式利用路径最可能乘车方案对每一条路径进行路径匹配度推定，将乘客匹配到路径匹配度最高的路径上。

2.2 计算流程

基于乘车方案富余时间的路径匹配模型计算流程如图1所示。该流程输入信息包括实际OD信息、轨道交通网络结构、列车运行图、时间参数等基础数据信息，可分别从AFC(城市轨道交通自动售检票系统)、OCC(运行控制中心)系统及车站调查中获取。全部计算流程分为OD间有效路径集、可行路径集、路径可行乘车方案集、出行路径、路径乘车方案确定计5个阶段。

图1 基于乘车方案富余时间的路径推定模型计算流程

3 多路径概率分配型清分模型

3.1 基本原理

分配型清分模型是一种基于乘客出行多路径概率选择的清分方法，清分方法综合考虑旅行时间、换乘便利性、运营时间、发车间隔、拥挤程度、乘客偏好等影响因素，从乘客角度根据起始站间有效路径的阻抗值将客流数据按照正态分布数学模型计算出各有效路径的客流分担比例，并分配到各条路径上，从而实现客流在网络上的分布计算和票款清分[3]。

3.2 乘客路径确定

分配型清分方法是从乘客群体的角度将客流按比例分配到各条路径上，主要分析每条单一路径上的客流量，没有落实到每一个乘客的出行路径。因此，为了统一清分结果形式，需要将适用于分配型的OD客流分配结果做进一步处理，使之与推定型清分模型最终计算结果一致，即确定每一个乘客的出行路径和乘车车次。以某一适用分配型的OD客流为例，方法如下：

该OD客流的可行路径分别为P1,P2,…Pn，查出其对应的清分路径比例分别为p1,p2,…pn。

产生路径匹配随机数x，取出站时刻分的个位数和秒的个位数组成随机数，如出站时刻为8:32:31，则生成的随机数x=0.21。

将该OD客流分配至包含x的概率范围所对应的路径，乘车班次由进站时刻根据中速走行时间顺推获得。

4 综合清分统计模型

综合清分统计规则、方法的制定和研究中主要遵循下述原则：

(1)强调乘客出行路径的客观性。乘客出行路径是乘客出行过程完成后的一种客观存在，由于乘客出行过程完成后所留下的进出站刷卡时刻是一种真实记录，因此推定型清分模型强调从这一真实记录出发，以对应于该进出站时刻的路网实际结构数据、列车运行数据等客观数据为依据建立路径选择模型的基础推定乘客路径，从而保证乘客出行路径计算的客观性。

(2)注重乘客出行路径的确定性。这里的确定性体现在推定和排除两方面：推定是指模型需要能够依据客观实际数据推定有且仅有一条路径的实际OD客流，并落实到具体的可行乘车方案上；排除是指模型需要能够依据客观实际数据排除实际OD客流没有可行乘车方案及不可能选择的路径，保留可能选择的路径。

(3)确保主要OD客流出行路径的合理性。考虑到路网结构的复杂性、乘客出行行为的多样性及差异性，路网中存在部分OD(如从物理结构、旅行时间等多方面看，OD间多条路径都十分相似)难以通过推定型清分模型进行推定、排除，这时可以从乘客出行的基本规律出发，依据网络客流总体出行路径选择特征，利用分配型清分模型进行分配，保证路径选择的合理性。

(4)考虑乘客出行链中的特殊性。在认真分析路网、线路、车站的基础上，总结出具有对乘客出行行为有重大影响的特殊OD、线路和车站，制定特殊清分规则以保证这些特殊性得到体现。

(5)满足清分系统实现的可行性。清分规则和方法需要考虑清分系统实现的可行性，因此清分系统的输入、输出要清晰、规范、可行，保证清分系统输入数据可取、输出数据可用。同时，在设计清分模型计算方法和流程时，需要兼顾系统计算的效率和可行性。

(6)满足客流计算的可行性。基于轨道交通运营管理的实际需求，需要建立完善的客流指标体系与计算方法，清分计算结果和输出需要能够满足信息中心其他系统的数据要求。

上述原则中的(1)(2)要求模型具有推定性，(3)(4)要求模型具有分配性，(5)(6)则要求模型具有可实现性。如前所述，综合清分方法是分配型模型与推定型模型的结合，两类模型的优化组合将能形成推定准确、分配合理的综合清分统计规则和方法。分配型清分模型目前在实际使用中，因此综合清分统计规则和方法的重点是研究推定型清分模型的建立、算法设计及系统实现。

6 结语

本研究的综合清分统计规则结合了两种清分模型(推定型和分配型)，涵盖了实际OD客流数据的各种类型(正常数据和异常数据)，适用于路网各种特征的OD(路径阻抗差异大或小、换乘次数一致或不一致、有无乘车班次比例分布范围分散的车站等)，是一种全方位考虑、多因素结合、分种类研究、一体化设计的清分规则。因此，综合清分规则能够提高清分计算结果的准确性和合理性，主要体现在客流时空分布的计算上，为列车运行计划编制、网络运营协调、运营风险控制及应急处置提供科学依据。另一方面，综合清分规则的判断流程复杂、计算数量巨大，从系统运行效率上对系统的实现提出了较高要求。