基于地铁运营大数据的乘客出行效用分析

王昭曦

（北京地铁运营有限公司运营三分公司，北京 100082）

0 引言

随着我国经济和城市化的发展，交通服务的供给快速增长，地铁乘客的运输量也同步大幅度增长。因此，只有建立新的站点和新的运行线路，才能有效地解决交通拥挤的问题，从而最大限度地提高乘客的乘坐体验感。但是新建地铁运营路线网势必会大幅度地增加地铁交通的运行压力，使地铁延误停留的概率大大增加。尤其是遇上出行高峰的时期，很可能出现紧急情况，比如地铁车门的重启和再次关闭等情况，从而使乘客的等待时间增加，最终会放大乘客负面的出行感受。所以，为了解决乘客的出行要求，缓解地铁交通供给失衡的情况，最为有效且集约的办法就是以目前的地铁交通网络为基础，对车头时距进行缩减，以提高地铁的使用频率，并减少地铁延误的时间。

1 相关研究成果

1.1 文献综述

回顾公共交通领域发展的过程，对于停站时间的研究和讨论在早些年之前是比较匮乏的，比如20 世纪70年代由Kraft 主要分析和研究了影响停站时间的因素。最近几年，有关专家越来越重视公共交通系统领域停站时间的研究，所研究的内容也均有关于站点的客流量。比如：Reyes 和Cipriano 分析和研究了地铁交通不同客流量的站点停靠时间，主要应用仿真和建模的方法对站点停靠时间进行分析和研究，又如Hassannayebi 对于站点停靠时间的研究是以仿真技术为基础的。2015年Keiji 利用仿真技术分析了东京城市内交通网络的站点停靠时间。还有Yang，X 在2016年和2017年利用建模的技术分析和研究了地铁交通站点停靠时间。2011年Zhang＆Lu 利用建模技术分析和研究了影响城市地铁交通站点停靠时间的因素。2017年Li 建立了控制客流量的站点停靠时间和行车间隔的模型。2017年Lesel 利用建模技术研究了站点停靠时间，以对地铁的运行管理进行优化和完善。以模型为基础的研究方法，是大多地铁交通停站时间研究所采用的方法，但利用大数据技术，就可以摆脱模型的束缚，只需要计算和检查自身的相关数据就可以实现。不同于建模分析，以大数据技术为基础的研究方法的侧重点是对已有的数据进行分析，进而表现出地铁交通的运行情况，此类分析研究结果可信度更高。所以，本文对乘客出行停站时间的分析，是以大数据为基础的，结合行程和站均时延等指标，对乘客的乘坐体验进行分析和研究。

1.2 运营效率影响因素分析

由于地铁交通系统的组成比较复杂，有诸多影响运行效率的因素，所以不能独立分析某一因素。地铁交通的特点是复杂性、多向性、混合性、交叉性和客流冲击性等，作为地铁运行部门最为基础的工作就是组织控制地铁客流量，其主要依据是地铁运行部门事前制定的运营方案，直接影响地铁交通的运行效率。组织地铁客流的工作根据其流线，可以分为站外和站内客流组织。地铁交通正式投运之后，很难在短时间内改变原有的基础建设，但可以在原有基础建设的基础上，对地铁运营方案进行优化和升级，以最大限度地降低地铁运营的成本，尽可能地满足乘客的出行要求，从而提升地铁运行的效率，以提高地铁交通的产出。地铁运营效率的高低很大程度上取决于地铁运营方案的好坏，一旦缺乏科学合理的运行方案，即使地铁线网结构再发达，基础设施再完备，也发挥不出其应有的效果。作为研究地铁交通提供服务的重要指标，停站时间主要包括图定和延时两种停站时间，前者是指上下车所耗费的时间，且取决于地铁的运行线路图；后者指的是地铁因故障而导致站点等待的时间，影响因素往往很多，是乘客搭乘地铁出行效用的直接体现。本文评定乘客乘坐体验的指标设定为地铁的延时情况，乘客出行的满意度会随着延时停站时间的增加而降低，而且延时过长会直接影响地铁的运行[1]。

地铁自动售票、检票系统大数据获取搭乘地铁出行乘客由起点站的检票口直到离开终点站的检票口的出行用时。主要步骤分为：tstep1表示乘客买票进闸口，并步行至地铁车站所耗费的时间；tstep2表示等车时间，数据量过大时，可以取用一半的行车头时距；tstep3表示乘客上车直到终点站台所耗费的时间；tstep4表示乘客下车之后步行至终点站出站闸口出站所耗费的时间。由地铁自动售票、检票系统大数据所获取的乘客搭乘地铁出行用时间tall表示上述耗费的总时间。

第一，地铁停站时间和行程时延。地铁停站时间指的是地铁在站点停靠所耗费的总时间，行程是指搭乘地铁乘客进出地铁车站闸机的一次完整出行，一个完整的行程包括多个车站，对于地铁在每个车站的停靠时间，是从地铁到达该站点的时间为起始，直至地铁关闭车门启动载客前往下一个站点为终止所耗费的时间，加法计算行程经过的所有停站时间，也就是此次完整行程所耗费的总时间，用tdwt表示。所以，上述tstep3的一部分是停站时间，另一部分是地铁在行进过程中所耗费的总时间，用Σttravel表示，地铁停靠某一站点的全部过程，如图1所示。

当地铁进站停靠站点后，必须耗费的时间包括：车门打开时间t1、图定停车时间t2和地铁启动时间t5。当地铁全部车门成功关闭后，t3＝0；若有人为因素或者其他因素导致地铁车门无法关闭，需要重新开始再重新关闭所耗费的总时间为t3；同理，若地铁所前往的下一车站没有其他地铁，可以继续行驶，t4＝0；若下一车站有其他地铁时，地铁在隧道内等待的时间为t4。所以，停站时间可以分为tdwt.scheduled图定停站时间（t1，t2，t5）和tdwt.delay行程时延（t3，t4）两部分。

第二，地铁车站平均时延。搭乘地铁出行的乘客图定行程时间包括地铁途径所有站点之间的轨道的运行行驶时间总和与图定停站时间总和两部分。

2 大数据计算结果

2.1 全线路人均出行时间及人均乘坐站数

根据大数据计算结果显示，自2013年10月开始，到2018年6月，城市搭乘地铁乘客在出行高峰期平均出行时间、平均每次行程乘坐站数在三个阶段的数值对比，如图2所示，此段时间以来，随着地铁交通线路和乘客换乘次数的不断增加，乘客在每条线路上平均的耗费时间和乘坐车站数均呈现出下降的趋势，由于城市外来人员的数量增多，乘客在每条线路上平均的耗费时间和乘坐车站数在春节期间出现明显的波动。乘客平均每行程乘坐的站数和平均出行时间的降低，体现出乘客搭乘地铁出行效率不断地提高。

2.2 行程时延和客流量呈正相关性

经过相关的数据分析，搭乘地铁出行的乘客所耗费的站均延时时间与客流量的趋势大体相仿。据Pearson 进一步分析站均时延和日均客流量相关性，显示二者之间的相关系数＞0.6，所以可以认定二者之间的关系为正相关，地铁站均时延时间随着客流量的增加而正向增加。以地铁长期运营的数据为基础，显示地铁的部分热门线路在出行高峰期的载客率已超过100%，越来越多的客流量大大地增加了地铁延误压力，也成为该区域内地铁服务质量提升的严重阻碍[2]。

对乘客搭乘地铁出行的准点率情况进行分析，以此作为乘客满意度的参考指标。虽然乘客出行行程的准点率波动比较大，但总体上说是呈现下降的趋势，这与地铁运行线路密度和客流量有关系。由于多种不确定的意外因素影响，比如地铁乘客故意长时间在车站逗留等原因，所以不能仅仅依靠全部乘客完成整个行程作为评定指标，而是要科学合理地设定一个比例数值。以50%～90%的乘客完成整个出行行程，与之相对应的最大行程时延作为乘客满意度评定的标准，也就是说，有50%～90%的乘客完成整个行程出行之后，此部分乘客最大的行程时延要小于相应的数值。

3 地铁运营对策

3.1 完善地铁运营系统

进一步加速地铁运营系统的优化和完善，以尽早实现地铁网络化运行，以实际行动为乘客出行提供方便，有效地减缓交通系统所面临的压力。许多城市目前的地铁工程项目都在建设过程当中，地铁网络化运营迟早能够实现。对地铁票价的制度进行改革，对地铁票种结构进行优化。作为地铁运营初期阶段影响客流量的重要因素，票价的变动会直接地影响乘客的出行选择。一般来说，中低收入群体是地铁客流量的顶梁柱，且对于票价的涨跌非常敏感。我国地铁目前所实施的票价主要有单一票价、计程票价和分区间票价等三种票价模式。对于地铁票价的定价，不仅要考虑地铁建设成本、运营成本和财政压力等因素，还要切实地考虑乘客的承受范围。目前，有一部分城市地铁的定价区间是介于其他公共交通和出租车之间的，还是相对比较科学合理的。但是，随着地铁网络化运营的发展，势必多次调整地铁的票价。除此之外，对于地铁票种结构的优化，可以有效地吸引客流量。可以提供月票、季票和年票等给规律出行的乘客，也可以实行团购的方式购买地铁票，还可以以节假日促销或者特定优惠日等方法吸引和维稳客流量。

3.2 提高轨道交通服务水平和服务质量

为了规范地铁交通的运营，可以制定相关的城市地铁交通乘客服务水平制度。我国目前缺乏轨道交通乘客的服务质量标准，现有的城市快速轨道交通工程项目建设标准中的轨道车辆（地铁）定员要求，甚至还远远低于美国城市轨道交通的乘客服务质量标准中的最低等级F。虽然此类情况与我国人口数量众多有关，但是在未来，随着人们生产生活水平不断提高和发展，再加之相关法律法规不断健全，势必会提出更高的服务水平和服务质量的要求，以规范地铁交通的乘客服务水平。相关单位应加速制定城市轨道交通乘客服务质量标准，以确保地铁运营的标准化和规范化。随着经济的发展和社会的进步，地铁逐渐成为人们日常出行首选的交通方式，而目前需要解决的问题是，如何对地铁车厢内部进行移动视频监控。与此同时，以公共交通为中心，不断扩展一系列的增值服务，以更好地为乘客提供高质量、高水平的完整服务，以此不断地吸引和维稳客流量。比如，在地铁车站内部设置自动存取款机、设置天气和交通等各种信息查询的网点、餐食、便利店、药店、按摩椅、充电口等便民设施，以满足乘客日常生活的需求，不断增加乘客对于地铁出行的依赖程度。地铁各个车站外部的停车环境是目前比较严重且乘客比较关注的问题，只有特别少的地铁车站外部设有停车场和车辆保管点。一体化的轨道交通换乘是指在轨道交通车站周围科学合理地按照规划预留和整合用地资源，为其他类参与交通的车辆，比如公交车、私家车、出租车等提供合理的暂存或者停放场地，以实现以地铁车站为中心的多品类交通方式的有效运行，进而提高轨道交通的服务水平和服务质量。

3.3 根据乘客出行消耗时间优化线路方案

在一定程度上来看，乘客乘坐地铁所耗费时间的多少决定了其满意的程度，主要包括等车、地铁停站、地铁换乘和地铁运行等所耗费的总时间。为了确保乘客满意度得到有效的提升，可以综合上述几个因素进行解决，最大限度地降低乘客乘坐地铁所耗费的时间。可以将乘客在车站等车的时间设定为一个固定的常数，因为一般来说乘客对于地铁到站的时间都比较了解，可以对其选择性忽略；地铁的停站时间指的是乘客乘坐地铁是在非目的地车站停靠所耗费的时间，这会直接增加乘客出行形成所耗费的时间，所以这一段时间的把控与地铁交通的运行管理制订的停站方案有着直接的关系[3]。与此同时，乘客出行行程的远近和地铁行驶速度的快慢也会在很大程度上影响乘客乘坐地铁所耗费的总时间，但由于行程的距离是无法更改的，所以只能加快地铁运行的速度，以有效地解决乘客时间耗费的问题。换乘时间就是乘客在地铁站进行两条地铁换乘所耗费的时间，这与乘客的行走速度和换乘地铁的发车频率有关。

3.4 优化车站能力及区间通过能力

优化车站的能力就是对其接发车的能力进行优化，车站能力与车站往返能力和接发线路的多少有着很大的关系，所以可以适当地增加车站接发线路的数量，以切实地提高车站接发车的能力。除此之外，车站的位置、社会环境和外部环境因素等也是要综合考虑的重要因素。地铁的区间通过能力指的是在特定范围基础上，目前具备的车站设备单位时间内通过地铁的最大数量。其中，区间距离的长短、区间地铁线路的多少及其相关设备设施等是影响其通过能力的主要因素，可以对此进行优化和升级。还有优化地铁的运营时间主要可以从以下两方面入手：一方面，要科学合理地结合乘客出行等综合因素；另一方面，一般地铁的运营时间是18～20h，也有一部分地铁是24h 运营，因此可以通过优化地铁的运营时间，尽可能地提高地铁的服务水平和服务质量，从而为乘客提供更人性化、更便捷的出行服务。

4 结语

总而言之，随着人们生活节奏的加快，地铁依靠不拥堵、高效且零污染的优势成为现代交通的宠儿。所以，为了更好地发挥地铁的优势作用,通过大数据技术来对乘客的出行效用进行分析显得尤为重要。