城市轨道交通客流预测四阶段法及其在TransCAD中的应用

朱小军, 王九州, 苗赛松

（天津市市政工程设计研究院、天津市基础设施耐久性企业重点实验室，天津 300392）

0 引言

城市轨道交通客流预测是项目进行必要性、可行性及功能定位研究的重要依据，预测结果的正确与否对于确定城市轨道交通的系统制式、线网的规模大小、线路的走向、站场的规模起着非常关键的作用[1]。

在掌握城市总体规划和交通规划、获取轨道交通线路信息等相关资料后，在城市轨道交通项目前期规划阶段，可在 TransCAD 中运用四阶段法进行轨道交通线路的客流预测，得出相应的客流预测结果。

四阶段客流预测方法起源于城市交通规划，在实际的预测工作中应用良好，目前我国北京、天津、上海等地均使用此方法进行轨道交通客流预测。四阶段法在前期基础数据调查时，需要大量的时间和精力进行调查和数据处理，且需求预测模型与轨道交通客流适应性需进一步验证优化。因此，使用四阶段法进行轨道交通客流预测时，在不同的阶段有不同的目标要求和工作要点，应根据不同阶段客流预测深度选择合适的工作模式和预测模型。

1 基于四阶段法的城市轨道交通客流预测方法

1.1 四阶段交通模型预测方法

四阶段交通模型预测方法是将交通产生、交通吸引、出行分布、方式划分等相关因素建立数学模型，通过交通分配来进行预测的方法。与其他预测方法相比，四阶段交通模型预测方法更适用于城市轨道交通预测，主要分为 4 个阶段：出行生成、出行分布、方式划分以及交通分配。

（1）出行生成阶段。预测研究区域中的每一个小区产生和吸引的出行数量。这个阶段仅关心每个小区产生和吸引的出行数量，但不关心出行起讫点之间的联系。

（2）出行分布阶段。用来估算各个交通小区之间出行的交换量。通常，出行分布是根据未来年的交通产生量和吸引量的估算以及 OD 对（Origin Destination，起讫点）之间的出行费用矩阵，来预测一个新的 OD 分布矩阵。

（3）方式划分阶段。预测各种出行方式所占的比例或出行数量。一般来说，方式划分是通过分析研究出行调查的个体数据，得出各种交通方式的初始分配比例，然后再根据相关变量作出预测。

（4）交通分配阶段。预测得到路网上的交通流量数据，以 OD 对之间的 OD 分布矩阵作为输入文件，根据路网中所有路径的阻抗矩阵（或出行时间），将每个OD 对间的交通流量分配到路网相应的路径上。

四阶段法中各阶段常用数学模型如表 1 所示。

1.2 基于四阶段法的城市轨道交通客流预测方法

在上述四阶段交通模型预测方法的基础上，总结城市轨道交通规划阶段客流预测的整个过程，提出基于四阶段法的城市轨道交通客流预测技术路线（图 1），主要为以下 7 个步骤。

（1）客流需求分析。对城市轨道交通线路经过的铁路、机场枢纽站、旅游景点站等重点车站及沿线居民出行现状进行充分调查和分析，结合城市各项规划成果，根据轨道交通沿线城市空间布局特征和轨道交通系统适应性条件，将轨道沿线范围划分为若干个交通小区，并获得基准年的交通小区的交通吸引量和发生量，以及交通小区之间的现状全方式 OD。

（2）交通生成预测。在对规划年各小区的人口、土地利用、就业岗位数相关指标进行分析的基础上，建立小区的交通吸引量和发生量预测模型，进行模型的参数标定，并进行预测，得到规划年的各小区交通吸引量和发生量的预测结果。

（3）在 TransCAD 中建立轨道交通线路模型，标定阻抗函数，设置线路的容量、速度、时间等属性数据。

（4）在 TransCAD 中进行重力模型标定，用标定的参数进行重力模型分布预测，得到交通小区 OD 分布矩阵，创建 OD 分布期望线。

（5）方式划分预测。通过对调查所获得的个体数据的分析估算出目标年各交通方式分担比例，将轨道交通方式的分担比例应用于交通小区 OD 分布矩阵中，得到轨道交通的交通小区 OD 分布矩阵。

（6）交通分配预测。将轨道交通方式的交通小区OD 分布矩阵采用用户平衡分配法进行交通分配，得到客流预测结果。

（7）判断得到的客流预测结果是否合理：①通过四阶段法得到现状年的客流，与实际调查得到的现状年客流进行对比分析，如果相差较大，则需返回出行生成步骤，对交通小区的吸引量和发生量的 TransCAD 预测模型进行重新预测；②出行阻抗函数是否收敛，如不收敛，则需返回交通方式划分步骤，重新生成出行阻抗函数。

表1 四阶段法中各阶段常用数学模型

图1 基于四阶段法的城市轨道交通客流预测技术路线图

2 TransCAD 客流预测四阶段法应用过程

结合四阶段法中各个阶段的基本思路和 TransCAD的使用方法，总结四阶段法在 TransCAD 中的应用过程，如表 2 所示。

3 TransCAD 客流预测四阶段法应用实例分析

基于四阶段法的城市轨道交通客流预测方法，本文以三亚机场接驳轨道交通前期规划项目为例进行实例分析。

（1）交通小区划分。在对机场建设规划、高铁站、沿线居民出行进行调查及系统分析的基础上，结合城市各项规划成果，根据轨道交通沿线城市空间布局特征和轨道交通系统适应性条件，将轨道沿线范围划分为 23 个小区（图 2），并获得基准年的交通小区的交通吸引量和发生量，以及交通小区之间的初始 OD 矩阵。

（2）交通生成预测。在对规划年各交通小区的人口、土地利用、就业岗位数相关指标进行分析的基础上，建立交通小区的吸引量和发生量的 TransCAD 预测模型，进行模型的参数标定，并进行预测，得到规划年的各小区交通吸引量和发生量的预测结果（表 3）。

（3）在 TransCAD 中建立轨道交通线路模型，生成阻抗函数，设置线路的容量、速度、时间等属性数据，如表 4 所示。

（4）在 TransCAD 中进行重力模型标定，用标定的参数进行重力模型分布预测，得到交通小区 OD 分布矩阵，创建OD 分布期望线，如图 3 所示。

（5）方式划分预测。通过对调查所获得的个体数据的分析估算出目标年各交通方式分担比例，如表 5 所示。将轨道交通方式的分担比例 24% 应用于交通小区OD 分布矩阵中，得到轨道交通的交通小区 OD 分布矩阵。

表2 四阶段法在 TransCAD 中的应用过程

图2 轨道交通沿线交通小区划分图

表3 规划年的各小区交通吸引量和发生量 人次

表4 线路属性数据

图3 目标年交通小区间居民 OD 分布期望线

表5 目标年各交通方式分担比例

（6）交通分配预测。对得到的轨道交通方式的交通小区 OD 分布矩阵采用用户平衡分配法进行交通分配，得到客流预测结果。

（7）对 TransCAD 交通分配生成的客流预测数据进行分析处理后，得到此条轨道交通线路未来年的断面客流量及客流相关指标，如表 6 所示。

表6 未来年客流预测指标汇总表

4 结语

使用 TransCAD 实现客流预测四阶段法，可以简化各个阶段的数据处理和模型应用过程，直观显示客流预测结果，提高设计工作效率。本文通过总结四阶段法在 TransCAD 中的应用，提出基于四阶段法的城市轨道交通客流预测方法，并以三亚机场接驳轨道交通前期规划项目为例进行实例验证，得出的客流预测结果符合预期，表明本文提出的客流预测方法具有一定的适用性。