基于出行过程的区域轨道交通系统服务水平评价

李向蔚，鞠艳妮，2，陈怡萱，尹嘉诚

(1.西南交通大学 交通运输与物流学院，四川 成都 611756；2.四川警察学院 道路交通管理系，四川 泸州 646000)

0 引言

纽约、巴黎等大型城市群、都市圈均已建立起区域轨道交通系统，交通协同效益显著。我国城市群内的区域轨道交通系统(Regional Rail Transit System，RRTS)包含城市轨道交通、市域铁路、城际铁路和高速铁路。随着RRTS 网络规模日益扩大，设施设备技术升级更新、运输组织协同融合，以及人民生活水平的改善，旅客对于运输服务质量的要求逐渐提高。当系统提供运输服务质量与旅客服务水平需求不匹配时，容易出现系统运输效率低、出行体验差等问题。

旅客在RRTS出行过程中所感受到的运输服务质量被称为系统服务水平。1999年，美国运输研究委员会发布的公共交通能力与服务质量手册(Transit Capacity and Quality of Service Manual，TCQSM)[1]

形成了轨道交通相关设施服务能力评价方法，以及考虑旅客感知的服务质量评价框架，并支撑了2000年公路能力手册(Highway Capacity Manual，HCM)[2]的相关内容。目前，RRTS 服务水平的研究对象大多针对车站、通道、站台等出行环节，系统综合服务水平评价的研究较少。耿美君[3]、胡帅[4]和郑玲钰等[5]对筛选出的综合客运枢纽和轨道交通路网等的服务水平影响因素进行问卷调查，并根据调查结果选出排名靠前的影响因素作为最终评价指标。周慧娟等[6]基于马斯洛需求理论分析，建立了一套城市轨道交通服务水平评价体系，涵盖了安全、快速、方便、舒适和满意5个方面，共28个指标。望爱诗[7]依据服务过程和责任主体建立了城市轨道交通综合服务水平评价指标体系，并以结构方程原理构建了评价模型。刘建荣等[8]、Kim 等[9]和邢玉玲等[10]基于Rasch 模型，从可达性、车站、车厢、安全性等方面对城市轨道交通整体服务水平进行了评价。Jia 等[11]在综合考虑了车站和线路服务水平的基础上，提出了轨道交通网络服务水平评价方法。

现有的RRTS 服务水平研究中，评价指标体系标准不统一，指标过少造成评价结果不全面，指标过多导致评价方法不便捷；城市公共交通服务水平分级因国情而异[12]，当前缺乏适用于我国的RRTS服务水平系统分级。因此，基于旅客出行过程，通过分析各环节服务水平主要影响因素，建立适用于我国RRTS 的服务水平评价指标体系，并通过问卷调查明确各指标的服务水平分级标准，进一步提出适用于系统层面的RRTS 服务水平评价方法，为优化旅客出行的整体服务水平提供有效标准，以利于提高运营效率，改善旅客出行体验。

1 RRTS服务水平评价指标体系

RRTS 包括城市轨道交通和国家铁路2 种制式，系统内旅客出行因此分为单一制式和跨制式2 类。跨制式的接续联程特殊性使得系统内出行环节更加复杂，影响系统服务水平的因素众多。

1.1 RRTS服务水平影响因素分析

从系统服务过程来看，旅客对于服务质量的感知主要体现在车站的集散，多制式枢纽(以下简称“枢纽”)的换乘接续和线路的列车搭乘中，故分别从车站、枢纽和线路3 个层面出发来进行影响因素的分析。

RRTS 中车站为旅客提供的服务包括集散、登乘和落客；枢纽为旅客提供的服务包括集散、登乘、落客和跨制式换乘；线路为旅客提供搭乘列车服务。参考美国交通研究委员会发布的第二版本的TCQSM 和《公共交通都市考核评价指标体系》[13]，结合区域轨道交通运输的服务特点，并考虑指标的关键性和相关性，构建RRTS 服务水平影响因素如图1所示。

图1 RRTS服务水平影响因素Fig.1 Factors affecting RRTS service level

为了能够筛选出RRTS 服务水平的主要影响因素并对其进行量化，通过调查问卷的方式来确定车站、枢纽及线路服务水平的主要影响因素，并构建服务水平指标体系。

1.2 RRTS服务水平评价指标体系构建

通过对服务水平的影响因素进行分析可知，在车站、枢纽及线路3 个层面共计有8 种影响因素，以此为基础设计问卷进行各影响因素重要程度评判的调查。将各影响因素按其重要程度进行赋值，1～5 分依次对应5 个等级：非常不重要、不重要、一般、重要、非常重要，其中1分为非常不重要，5分为非常重要。可以用如下公式计算各影响因素的重要程度。

式中：θx表示第x个影响因素的重要程度打分；λxy表示第x个影响因素的第y个重要程度所选择人数占总人数的比例；μy表示第y个重要程度的分值，其中μ1=1，μ2=2，…，μ5=5。

在RRTS内开展问卷调查，共发放问卷120份，回收有效问卷103 份，有效率85.8%。根据调查结果代入公式⑴计算服务水平各影响因素的重要度，得到各影响因素重要度计算结果如表1所示。

表1 各影响因素重要度计算结果Tab.1 Importance calculation results of each factor

现有研究[4]将达到4 分及以上的影响因素视作较为重要。根据统计结果，筛选出我国RRTS 的服务水平评价指标为进出站走行时间、站台(厅)候车时间、跨制式换乘时间和车厢拥挤程度。

1.3 RRTS服务水平评价指标计算

1.3.1 车站服务水平评价指标

车站服务水平的评价指标包括进出站走行时间和站台候车时间，分别以车站集散时间动态系数和站台平均候车时间来度量。

（1）车站集散时间动态系数，是指该车站在单位时间内的旅客平均集散时间与旅客在自由走行状态下集散时间的比值。其中车站i的旅客平均集散时间t集(i)指车站在单位时间内所有旅客的进出站走行时间的平均值，可表示为

式中：表示旅客r从进站闸机到站台的进站走行时间，min；表示旅客r从站台到出站闸机的出站走行时间，min；p表示车站i在单位时间内的集散旅客总人数，人。

故车站i的集散时间动态系数β集(i)，可表示为

（2）站台平均候车时间，车站i的站台平均候车时间t台(i)，是指车站在单位时间内所有旅客的站台候车时间的平均值，可表示为

式中：表示旅客r从到达站台候车到其上车的候车时间，min；q表示车站i在单位时间内在站台候车的旅客总人数，人。

1.3.2 枢纽服务水平评价指标

除了进出站走行时间和站台候车时间外，枢纽服务水平的评价指标还包括站厅候车时间和跨制式换乘时间，分别以站厅平均候车时间和跨制式平均换乘时间来度量。

（1）站厅平均候车时间，枢纽i的站厅平均候车时间t厅(i)，是指枢纽在单位时间内所有旅客的站厅候车时间的平均值，可表示为

式中：表示旅客r从到达站厅候车到其上车的候车时间，min；q表示车站i在单位时间内在站厅候车的旅客总人数，人。

（2）跨制式平均换乘时间，枢纽i的跨制式平均换乘时间t换(i)，是指旅客从某一制式闸机出站换乘到另一制式闸机进站花费的时间，可表示为

式中：表示旅客r从通过前一制式出站闸机开始，到进入后一制式进站闸机为止的时间，min；s表示该车站在单位时间内跨制式换乘旅客总人数，人。

1.3.3 线路服务水平评价指标

线路服务水平的评价指标有车厢拥挤程度，以区间满载率和线路满载率度量。列车上旅客的拥挤水平通过区间满载率量化，区间满载率是指单位时间内区间输送的总人数与运输能力的比值。

式中：fk(l)表示线路l的第k个区间k(l)的满载率，%；pk(l)表示区间k(l)输送的旅客总人数，人；ck(l)表示区间k(l)的各车次列车定员人数之和，人。

考虑到同一线路上不同区间的服务水平存在差异，因此，通过各区间在线路上所占权重wk(l)进一步确定线路满载率fl，其计算公式如下。

式中：nk(l)表示有效空间路径集中区间k(l)出现的次数。

2 基于旅客感知的服务水平分级

根据旅客服务质量评价进行服务水平分级对于指导RRTS 建设和决定运营服务竞争力有重要意义。参照HCM 和TCQSM，将服务水平(LOS)分为A 至E 共5 个等级，A 代表服务水平最好(很满意)，E 代表最差(不能接受)。在RRTS 中选定调查对象，跟踪观测其出行行为后对其进行“体验—响应”服务质量评判调查，调查结果采用连续类别评判方法[14]，将车站、枢纽和线路服务水平的量化指标值缩放到具体的分级标准范围内，分别确定车站、枢纽和线路的服务水平分级标准。

考虑到旅客的服务水平感受具有相似性，根据调查结果的时间长短，将旅客划分为j组，则在第j组中旅客i所感受到的服务水平为

旅客i感受到的第k个服务水平等级上界对应的服务水平为

第j组旅客将该组对应的时间评判为第k服务水平等级或低于第k服务水平等级的概率为

根据旅客服务水平等级评判调查数据，可以得到j组分级指标值对应k或比k差的概率pjk。Pjk近似等于pjk，故得到公式⒂。

式中：yjk表示正态分布左端与相对应的正态离差，查表可得。

3 RRTS服务水平评价方法

在RRTS 运营过程中，存在某些车站、枢纽或区间达到指定服务水平等级，而其他部分没有达到指定服务水平等级的情况，为了从系统层面整体衡量RRTS服务水平，引入以下3个指标。

式中：ηLOS表示系统服务水平指数，η∈(0，1]，代表RRTS满足服务水平LOS的程度。

旅客出行需求与系统服务水平指数之间的关系并非线性变化。随着出行需求的增加，系统服务水平指数平稳下降，一旦出行需求突破阈值，系统服务水平指数会发生突变，即系统服务水平无法满足指定的服务水平要求[6]。而此时对应的ηLOS可以被认为是给定服务水平要求下的阈值。因此，本研究定义了系统服务水平指数变化率Jl。

4 实例分析

以重庆RRTS 为研究对象，由于旅客存在尽早登上列车心理，开展进出站走行问卷调查会对客流造成较大的影响，参考既有研究[11]获取集散时间动态系数分级标准，并根据旅客在轨道交通中的空间要求[1]确定区间满载率的服务水平分级标准。在此基础上，在RRTS 内开展问卷调查，针对站台候车时间、站厅候车时间和跨制式换乘时间的服务水平分级标准进行研究，于2021 年3 月1 日至2021 年3 月31 日在重庆RRTS 的重庆西站、重庆北站、沙坪坝站等多个车站内开展问卷调查，共回收有效问卷1 637 份，符合样本量的要求。在参与问卷调查的群体中，男性占比为53.7%，女性占比为46.3%；职业包含机关、企业事业单位人员，学生，自由职业者，离退休人员和其他，其中机关、企业事业单位人员占比54.1%，学生占比19.6%，两者占总量73.7%；年龄阶段划分为，22 岁以下占比17.9%，23 岁至45 岁占比最大，为67.7%，45 岁至60 岁占比为11.4%，大于60 岁占比最小，为3%。以上结果表明了问卷调查覆盖对象的全面性，保证问卷数据的可分析性和有效性。

4.1 各指标服务水平等级划分

将调查得到的旅客跨制式换乘时间样本按2 min的距离进行分组，共11组。根据公式⑽至公式⒃计算得到，并对其进行归零化处理，每组各等级正态离差如表2所示。

表2 每组各等级正态离差Tab.2 Normal deviations for each group under different grades

进行各组旅客平均换乘时间与平均服务水平的回归分析，建立换乘服务水平LOStrans与换乘时间Ttrans之间的回归关系如公式，回归模型的相关系数R2=0.94。

进而得到跨制式换乘时间服务水平分级标准如表3所示。

表3 跨制式换乘时间服务水平分级标准Tab.3 Service level classification standards of cross-system transfer time

同理，建立站台候车服务水平与候车时间的回归关系模型，得到站台、站厅候车时间服务水平分级标准如表4所示。

表4 站台、站厅候车时间服务水平分级标准Tab.4 Service level classification standards of waiting time in platform and hall

4.2 车站、枢纽和线路服务水平分级标准

根据表3 和表4，结合区间满载率、集散时间动态系数服务水平分级标准，车站服务水平分级标准如表5所示，枢纽服务水平分级标准如表6所示，线路(区间)服务水平分级标准如表7所示。

表5 车站服务水平分级标准Tab.5 Service level classification standards of stations

表6 枢纽服务水平分级标准Tab.6 Service level classification standards of hubs

表7 线路(区间)服务水平分级标准Tab.7 Service level classification standards of lines (sections)

4.3 RRTS服务水平评价

根据重庆RRTS 高峰和平峰时段的旅客出行需求，采用基于Logit 模型的随机用户均衡配流模型确定旅客的出行路径，通过对出行需求进行压力测试[6]的方法进行系统服务水平评价。

4.3.1 高峰时段

高峰时段客流需求为23.50 万人/h，当LOS 要求为D 级时，进行高峰时段RRTS 服务水平评价。高峰时段RRTS 在D 级服务水平评价如表8 所示，高峰时段RRTS服务水平指数变化如图2所示。当第9次实验旅客需求增加到28.57万人/h时，系统服务水平指数发生突变，意味着系统服务水平不再满足D 级要求，达到了旅客不能接受的E 级。因此，高峰时段为保证重庆RRTS 提供的运输服务质量在旅客可接受范围内，应控制出行量小于28.18万人/h。

表8 高峰时段RRTS在D级服务水平评价Tab.8 Evaluation of RRTS at grade D service level during peak hours

图2 高峰时段RRTS服务水平指数变化Fig.2 Changes of RRTS service level index during peak hours

区间在所属线路内所占权重如图3 所示，根据公式⑻和公式⑼，从线路运营层面进行服务水平研究。在D级服务水平下，车站、枢纽及线路服务水平不能满足D 级(达到E 级)的占比随加载客流的变化，高峰时段服务水平达到E级的车站、枢纽和线路数量占比如图4 所示。当系统中客流较少时，车站服务水平是制约系统服务水平的主要因素，当系统中人数逐渐增多时，线路服务水平成为制约系统服务水平的主要因素，在整个实验过程中，枢纽服务水平都能够满足D级服务水平要求，不会成为影响系统服务水平的制约因素。

图3 区间在所属线路内所占权重Fig.3 Weight of the section within the line

图4 高峰时段服务水平达到E级的车站、枢纽和线路数量占比Fig.4 Proportion of the number of stations,hubs,and lines at grade E service level during peak hours

高峰时段，由于客流需求较大，部分区间满载率过高，导致线路服务水平差。如2号线的动物园—牛角沱区间，3 号线的花溪—红旗河沟区间和嘉州路—两路口区间、6 号线的黄泥磅—光电园区间和光电园—黄泥磅区间服务水平均为E 级，2 号线和3 号线服务水平达到E 级。因此，为保证系统服务水平，在高峰时段要注重客流需求管理，也应配合出行路径诱导，疏解满载率过高区间的客流压力。

4.3.2 平峰时段

平峰时段客流需求为7.1 万人/h，当LOS 要求为D 级时，进行平峰时段RRTS 服务水平评价，平峰时段RRTS在D级服务水平评价如表9所示。

表9 平峰时段RRTS在D级服务水平评价Tab.9 Evaluation of RRTS at grade D service level during off-peak hours

当第9 次实验客流需求增加到9.51 万人/h 时，系统服务水平指数发生突变，意味着系统服务水平不再满足D 级要求。因此，平峰时段为保证重庆RRTS 提供的运输服务质量在旅客可接受范围内，应控制出行量小于9.10 万人/h。系统服务水平指数在平峰时段为0.758，高峰时段为0.706，表明在D级服务水平需求下，平峰时段能够满足服务水平要求的车站、枢纽或区间多于高峰时段。

在D级服务水平下，车站、枢纽及线路服务水平不能满足D 级(达到E 级)的占比随加载客流的变化情况如图5 所示。车站服务水平是制约系统服务水平的主要因素，而在整个实验过程中，线路、枢纽的服务水平都能够满足D级服务水平要求，不会成为影响系统服务水平的制约因素。

图5 平峰时段服务水平达到E级的车站、枢纽和线路数量占比Fig.5 Proportion of the number of stations,hubs,and lines at grade E service level during off-peak hours

平峰时段，由于列车发车间隔较大，部分车站平均候车时间过长，导致车站服务水平差。如2 号线天堂堡—鱼洞区间、3 号线鱼洞—九公里区间和碧津—举人坝区间、4号线民安大道—唐家沱区间，以及6号线蔡家—北培区间，发车间隔超过10 min，导致候车时间过长，车站服务水平达到E 级。因此，为保证系统服务水平，在平峰时段既要注重客流需求管理，也应合理调整发车间隔，提高运输服务供给。

5 结论

（1）不同时段，重庆RRTS 在D 级服务水平下的系统服务水平指数不同。系统服务水平指数在平峰时段为0.758，高峰时段为0.706，平峰时段能够满足服务水平要求的车站、枢纽和区间多于高峰时段。

（2）不同时段制约系统服务水平的因素不同。枢纽不会成为影响系统服务水平的制约因素。高峰时段，线路的区间满载率是系统服务水平的主要影响因素，不满足服务水平的区间主要集中在2号线、3 号线和6 号线上客流量大的部分；平峰时段，车站的候车时间成为系统服务水平的主要影响因素，不满足服务水平的车站主要集中在2号线、3号线、4号线和6号线上发车间隔长的部分。

（3）为保证系统提供的运输服务质量在旅客可接受范围内，建议运营管理部门高峰时段应控制出行量小于28.18 万人/h，平峰时段应控制出行量小于9.10 万人/h。同时，建议高峰时段通过电子屏幕滚动播放每条线路的拥堵情况，以便于旅客合理规划出行路径。建议平峰时段安排值班站长动态监控站厅和站台候车人数，当站内候车人数较多时及时上报，配合调整发车间隔。

（4）根据RRTS 服务水平影响因素重要度的调查结果，站内环境也是旅客较为关注的一个方面。运营管理部门应尽可能保证站内环境洁净、无异味、温度适宜等，减缓旅客进站后长时间候车的焦虑心理。对于换乘人数较多的枢纽站，如冉家坝、红旗河沟等车站，可以进一步完善母婴室、残障人士无障碍通道等配套设施，提高旅客满意度。