轨道客流预测TransCAD公交分配结果详解

轨道交通客流预测工作对交通模型工程师具有较高的要求。能够独立、完整地建立四阶段交通模型，并完成轨道交通各阶段的客流预测工作，可能需要至少5年的交通模型工作经验。当然，也有一些交通模型工程师并不负责模型的研发，而是应用交通模型进行轨道交通客流预测，相对门槛低一些。建立轨道交通客流预测模型，需要有完整的四阶段模型，包括出行产生吸引模型，出行分布模型，方式划分模型，高峰模型以及分配模型。本文假定交通模型工程师对公交模型的建立和应用具有一定的基础，讲述模型已经建立的情况下，如何在TransCAD中进行通过公交分配算法，得到轨道交通预测所要的数据。

1 轨道交通客流预测内容的规范要求

当前，我国轨道交通客流预测实践工作的主要参考规范为《GBT 51150-2016 城市轨道交通客流预测规范》。当然，市域铁路、有轨电车等客流预测，可能会提出一些新的要求，地方上也在做一些标准。

轨道交通客流预测分为线网规划、建设规划、工程可行性研究、工程初步设计等阶段。越是后期的阶段，对线路的客流预测内容越详细。线网规划阶段需要有客流预测专题报告，但一般不单独评审。建设规划、工可阶段和初步设计阶段的客流预测专题报告一般需要单独评审。工可阶段的客流预测专题评审较为常见，相比建设规划的要求的内容更多。这里以工可阶段客流预测内容为例，分析规范要求的预测内容：

1.1 工可客流预测年限

工程可行性研究阶段客流预测年限应含初、近、远三期，三期预测年限应与建设规划阶段中推荐方案线网客流预测年限一致。各线路客流预测年限应含初、近、远三期。三期年限应分别为项目建成通车后第3年、第10年和第25年。

1.2 工可客流预测内容

（1）城市交通需求分析，应包含交通出行总量、出行时空分布分析、交通方式结构等。

（2）线网客流分析，应包含轨道网各线路全日客流量及平均运距、高峰小时单向最大断面客流量分析等。

（3）线路客流预测，应包含预测线路客流成长曲线和三期全日及高峰小时客流量、换乘客流量、平均运距、站点乘降量、高峰小时单向最大断面客流量，全日客流周转量、客流强度、客流时段分布曲线等。

（4）站间OD预测，应包含预测线路各站点全日及高峰小时站间OD矩阵及不同运距的客流量分布。

（5）换乘客流预测，应包含预测线路与其他线路之间全日及高峰小时换乘客流量。

（6）客流敏感性分析，应包含预测线路沿线人口规模、票制票价、服务水平、交通衔接等因素，给出全日客流量及高峰小时单向最大断面客流量的波动范围。

小结：初、近、远3个年份；全天、早高峰、晚高峰3个时段；站点上下客量、断面客流量、站间OD量、换乘客流量4个指标。组合起来就是3*3*4=36张客流表。加上其他一些指标，数据表还有很多，可以进行推算。随便一点点方案修改，例如加减站，站点位置，换乘线路方案变化等，36张表就得全部更新一次。

线网规划阶段内容要求则相对更少一些。建设规划阶段客流预测，相比工可阶段省了一个很大的工作量是站间OD，但一般专家要求给出组团OD分析。工程初步设计阶段客流预测应以工程可行性研究阶段客流预测为依据，增加的内容包括：换乘站点高峰小时出现时段及高峰小时换乘车站分方向的换乘客流量。站点高峰小时出现时段及高峰小时各站点分方向乘降量。全日及高峰小时各站点分出入口进站客流量和出站客流量。全日及高峰小时各站点不同接驳交通方式进站客流量和出站客流量。各出入口分方向的超高峰系数。

客流预测的内容非常多（还可以利用TransCAD的GIS功能根据站点周边用地布局来分析分方向的客流等），在这里我们主要说的是如何得到基本的36张表。36张表中，可以用一个年份，一个时段，举例为4张指标表的获得，即“站点上下客量、断面客流量、站间OD量、换乘客流量”，其中站点上下客量、断面客流量又可以通过站间OD量推算得到。

因此，本文就站间OD量和换乘客流量，如何在TransCAD软件中得到给出详细解释。有了这两项，其他数据基本上很容易了。关于高峰模型和全天模型以及他们的关系，属于另外一个话题，本文主要说明公交分配的结果操作。

2 TransCAD的公交分配算法简介

TransCAD提供8种公交分配算法，包括5种核心算法和其他3种用以模拟其它软件结果的算法。其核心算法如下：

（1）All–or-nothing （全有全无）

（2）Pathfinder（路径搜索）

（3）Equilibrium  Pathfinder（均衡路径搜索）

（4）Stochastic User Equilibrium（随机用户平衡）

（5）Schedule-based UserEquilibrium.（基于时刻表的用户均衡）

两个新的公交算法分别为Equilibrium  Pathfinder（EP均衡路径搜索）和Schedule-based UserEquilibrium.（基于时刻表的用户均衡）。基于时刻表的用户均衡的输入参数和Pathfinder差不多，主要是可以将动态的OD矩阵在基于时刻表的公交网络进行分配。All-or-nothing（AON）法将一对起迄点所有的出行者分配到连接该起迄点的最佳的一条公交路径上。Pathfinder是对TRANPLAN和EMME/2所用方法的升级和通用化。Stochastic User Equilibrium是使用概率计算的多重路径方法，它考虑线路容量。为了兼容，也提供了类似于EMME/2、TRANPLAN、MINUTP和TP+ 中的算法。

我们推荐Pathfinder算法进行工可阶段客流预测。公交分配还有一个重要的内容是网络设置，即对网络中路径行为的设置。请参考《TransCAD公交分配模型Pathfinder算法网络设置详解》一文。

3 TransCAD的公交分配的基本输出数据

3.1 各种算法的输出结果内容比较

目前的主流交通规划软件没有根据国内的客流预测规范输出结果，需要对输出的结果做后期处理。TransCAD各种公交分配算法，能够直接得到的客流预测结果也不同。概况如下：

公交分配程序有15个可选输出结果，详细的情况参见《TransCAD交通需求模型手册V8.0》，下面就主要的内容做点介绍。

3.2 主要输出内容简介

（1）站点之间的片段客流

该表的每个记录对应每个线路片段，指出该片段上的乘客量。片段通过其始点和终点处的车站ID来识别：

分配表还显示每个线路片段的始终点处的里程标志。这个信息用来将乘客量数据作为里程标层加到地图中。在Peak_Flow列中，用星号*表示线路的最大断面流量（即高峰高端面）。同时也给出了停站时间Dwell Time。在该层中，用户可以比例符号专题或颜色专题，来显示乘客量数据，或者把该数据作为标志加到地图中，来显示公交乘客量。

（2）路网上的路段流量

几个公交线路常常沿着同一条道路运行，或者说一条轨道交通线路上具有不同的列车运行交路，或者说共线运行的轨道交通线路。该输出选项给出共用一条路段的所有公交线路上的合计公交乘客总量。TransCAD会自动将结果链接到路网图层。下面的例子中 AB_TransitFlow和BA_TransitFlow自动表示了所有公交客流在路段上双向的和。如果公交网络含有非公交路段，TransCAD根据非公交路段产生一个流量表，每个记录对应一条非公交路段，显示路段上的正向和反向流量。该片段通过路段的ID值来定义。下面是一个例子：

此外，流量将分成步行到站(walk-access)流量、步行离站(walk-egress)流量、和步行换乘（walk-transfer）流量。如果公交网络中包含停车换乘设置，流量结果中将分出驾车到站(drive-access)流量。

（3）上下客量（Boarding and Alighting Counts）

公交分配程序能够产生一个详细的按线路分的公交车站处的上车量和下车量表。该表能链接公交站点层，用来创建专题题地图，以显示各站点处的上车和下车情况。下面是上下车客流表的例子（根据分配算法不同，结果略有差异）：

（4）线路O-D报告

公交分配程序能够产生一个表，来显示一条线路上的车站到车站之间的O-D出行。要激活该选项，用户先要在线路图层中创建一个选择集，该选择集包括想要在该报告中分析的线路。下表是计算结果的一个例子：

（5）到站和离站接驳表

Pathfinder方法的公交Skim和公交分配还可以选择报告到站和离站接驳表，分别是指初始上客和最后下客的情况。到站接驳表举例如下：

3 站间OD获得

用Pathfinder算法时，线路的站间OD到底如何得到？前面提到的“（4）线路O-D报告”，Pathfinder并不支持，实际上Pathfinder还有更高级的站点到站点流量报告功能。

（1）关于站点到站点流量报告（Stop-to-StopVolume Reports）

使用Pathfinder时，用户可以选取“车站到车站流量报告”的选项。车站到车站流量选项跟踪从一组“From Stops”车站到另一组“To Stops”车站的公交流量。要激活该选项，用户需要在线路车站图层中创建一个“From Stops”车站选择集和一个“To Stops”车站选择集。

报告的流量分为“连接”的（Linked）和“不连接”的。所谓连接的流量，是指“From Stops”车站是其第一个上车车站，而“To Stops”车站是其最后一个下车车站。所谓不连接的流量，是指“From Stops”车站是其第一个上车车站或换乘上车车站，而“To Stops”车站是其换乘下车车站或最后一个下车车站。

针对“连接”的流量，还有一个子网络的选项，表示初始上客和最终下客只针对子网络考虑的，即通过一个子网选择集合“Through Stops”选项来设定。这个方法更加一般化，例如对地铁网络的站间OD分析非常有用。例如，站点到站点要报告集合“Route A Stops”到“Route B Stops”的流量，默认情况下，如果路径包括了线路A和B以外的初始上客和最终下客（但使用了线路A和B），这个“连接”的流量就不会报告。但是如果设定了“Through Stops”集合，并包含线路A和B，那么这些流量就会报告出来。“Through Stops”集合最少应该包含From Stops 和To Stops的车站。如果路径在选择的站点以外，在“连接”的流量就不会被报告。对“不连接”的流量，“Through Stops”集合没有影响。

用户在“Transit Assignment Pathfinder”对话框的选项设定中，点击Select Stop Sets选取From Stops车站选择集，选取To Stops车站选择集，再选定是否要连接的流量：

公交分配完成后，TransCAD给出一个“车站到车站流量报告”矩阵：

在上面的矩阵中，有330位乘客从156号车站上车，从157号车站下车。

（2）要获得站间OD应该如何设置?

线路站间OD：创建线路上所有站点（Stop）的集合，包括轨道交通的长短交路，作为上面From Stops和To Stops的集合输入。然后取消勾选Report Linked Trips。

轨道网络站间OD：创建轨道网络上所有站点（Stop）的集合，包括轨道交通的长短交路，作为上面From Stops、To Stops和Through Stops的集合输入。勾选Report Linked Trips。

说到这里，不得不提到一个词：多模式公交。首先是有轨道交通的城市，一般还有常规公交网络；其次是轨道交通里面也可以分为多模式，例如市域线、市区线、中运量（有轨电车等）。

第一个问题，说的是轨道交通客流分配，是包含公交网络的，所以很难简单得到轨道网络站间OD（过去往往依靠网络编码中进出站的步行边进行关键路段分析得到）。在方式划分模型中，大家比较公认的是要把轨道交通OD和常规公交OD分开（可以是分层Logit模型，上层为总的公共交通）。然而轨道交通OD的分配过程中，需要常规公交网共同参与分配。轨道交通OD分配的路径，可能只用到轨道交通线路，也可能用到了“公交线路+轨道线路”，换句话说，常规公交是其中的一个接驳方式。当然，国外先进的交通模型，具有专门的轨道交通接驳模型，并按照其等级有各种优先级（进站和出站两端多种接驳方式，模型变得十分复杂）。国内从实践的角度，多数是做到轨道交通和公交线网同时进行分配就算不错了。在实践操作中，由于最短路径的确定性特征，为了获得更多的实际使用轨道交通的OD对，经常在路径行为中将轨道“加快”，但方式划分中仍然按照实际的时间来计算OD对之间的方式选择概率。

第二个问题，说的是轨道交通内部分为多种模式，有时候对中运量子系统的分析，要获得其子网络的OD，也是比较难的。原理同上面的差不多，分析起来也更加复杂，在此不再展开。

TransCAD 8.0版本以上增加了“Through Stops”集合，解决了多模式公交中，子网络（例如地铁网，中运量网络）的站间OD分析问题。

（3）线路OD如何得到

选择“Report Linked Trips”时，输出的矩阵是：

（1）总计(Total）

（2）驾车到站 (DriveAccess)

（2）步行到站 (WalkAccess)

如果设定不包括停车换乘，则不包括驾车到站的矩阵。显然这种情况只适用于单模式的公交系统。

要获得线路站间OD，不勾选Report LinkedTrips。输出的矩阵为：

（1）总计(Total）

（2）驾车到站－直接换乘 (DriveAccess -DirectTransfer)

（3）驾车到站－步行换乘 (DriveAccess - WalkTransfer)

（4）驾车到站－离站        (DriveAccess - Egress)

（5）步行到站－直接换乘 (WalkAccess - DirectTransfer)

（6）步行到站－步行换乘 (WalkAccess - WalkTransfer)

（7）步行到站－离站        (WalkAccess - Egress)

（8）直接换乘－直接换乘 (DirectTransfer -DirectTransfer)

（9）直接换乘－步行换乘 (DirectTransfer -WalkTransfer)

（10）直接换乘－离站      (DirectTransfer - Egress)

（11）步行换乘－直接换乘 (WalkTransfer -DirectTransfer)

（12）步行换乘－步行换乘 (WalkTransfer - WalkTransfer)

（13）步行换乘－离站      (WalkTransfer - Egress)

如果Pathfinder的设定不包括停车换乘，则不包括三个驾车到站的矩阵。针对换乘来或者换乘去的客流，我们是很难区分换乘的是公交，还是轨道。因此，依靠这些矩阵是无法得到轨道交通网络的站间OD 的。好在不管如何，我们只要得到轨道交通线路的客流从哪个站上，哪个站下，就可以得到线路的站间OD。下面是对获得线路站间OD的几个要点：

（1）通常情况下，线路站间OD，使用Total矩阵即可（Total矩阵是后面几个矩阵之和）。

（2）针对Y形分叉的线路，以及分区间运行的线路，在Y形的分叉站点上（例如上海轨道交通11号线嘉定新城站），以及分段运行的换乘点上（例如上海轨道交通2号线广兰路站），应扣除直接换乘相关的矩阵（上面为2、5、8、9、10、11）。

（3）针对市域铁路互联互通的情况，如何扣除直接换乘部分也变得十分复杂，建议类似子网站点OD的方法，只不过把一条线路当做网络来做。

这里再简单说一下，Y形分叉或者分段运行的线路，为何要扣除直接换乘的客流。TransCAD中的直接换乘Direct Transfer是指同站台换乘，不需要额外步行换乘。根据国内轨道交通客流的统计规则，同一条线路内自己的换乘，是不重复计入客流量的，因此需要扣除。相对应的，地铁站间OD的出行量，乘以网络的换乘率，才是所有线路加起来的客流量，也就是说不同线路之间的换乘是重复计入客流量的。上面这个方法的前提是，在轨道交通线路编码的时候，一条物理线路上绘制两个方向上的运行交路（一般工可阶段应该这么做就可以了）。假如有些车站不是岛式站台，模型更加精细化，做成来去两个物理轨道，无法通过同站台直接换乘Direct Transfer来扣除，那么情况又更加复杂了。

市域铁路如果出现多个Y型分叉，或者物理线路之间列车运行交路互通运营（即业界说的互联互通），只能用最后一招，子网络的站间OD分析方法了。

需要说明的是，软件直接得到的站间OD是列车运行交路的Stop之间的站间OD，它的优势是可以分析不同交路的客流量，或者共线运营段的客流量，以及对应分方向的换乘客流。但获取客流预测规范中的站间OD，还要根据Stop所属的节点（站点）ID集计矩阵得到。

4 换乘客流

能不能在不勾选Report Linked Trips的情况下，就上面的多个矩阵获得线路的换乘客流？答案是否认的。原因很简单，我们所说的换乘客流，是指轨道换乘轨道的客流，模型中计算的则包含了轨道和常规公交的换乘，无法区分。因此，需要用正确的方法来获得换乘客流。

4.1换乘表（MovementTable）

公交分配程序能够产生一个表，来显示指定车站线路间的换乘流量，以及通过一个指定车站的所有线路间的换乘。本选项只用于All or Nothing、Stochastic User Equilibrium和Pathfinder分配法(前两种方法共称为Shortest Path方法)。

ShortestPath和Pathfinder方法中的输入换乘表是不同的。对于Pathfinder方法来说，换乘表有4个整数域，分别是FROM_LINE，ALIGHT_STOP，BOARD_STOP，和TO_LINE。然而对于Shortest Path 方法来说，换乘表包括 FROM_LINE，TO_LINE和 AT_STOP 三个域。所以，和 Shortest Path 方法不同，在 Pathfinder 方法中跟踪的换乘可以包括在ALIGHT_STOP和BOARD_STOP之间的步行换乘。

用户可以手动创建换乘表，也可以使用Transit-Create TransitMovement Table命令来建表。在调用该对话框之前，用户可能要先创建一个线路或车站选择集，当作换乘表的基础。创建换乘表的对话框如下：

首先选择分配方法，然后选择换乘表是基于线路或车站上。注意，如果选择了车站选项，则Snap Node下拉列表就会被激活，这时用户需要选择车站图层中一个域，域中给出与各车站相对应的节点ID。需要该域是因为被合并到相同节点的所有车站都得到相同的处理，所以当两个车站被合并到相同节点时，换乘表不会包含有关它们的多个记录。而且，在上面的对话框中，Pathfinder方法中可用的车站选项是From Stops和To Stops，Shortest Path方法中的车站选项仅仅是At Stops选项。

下面是Pathfinder算法中的换乘表  。

在Pathfinder方法的例子中，将计算从线路1到线路36和从线路32到线路3的换乘，期间可以经过任何车站。此外，所有线路的换乘，只要其上车车站的合并节点与车站214的相同，或是其下车车站的合并节点与车站9的相同，都会包括到分析中。

4.2 线路的换乘客流量获得

要获得线路的换乘客流，就把和本线以及本线相关的所有换乘线路放到集合中。生成换乘表，在公交分配中设置输入这个换乘表，得到换乘客流，最后选择本线相关换乘客流就可以了。

和站间OD一样，上面的方法得到的换乘客流是列车运行交路的Stop之间的换乘，因此如果要分析分方向换乘客流（例如初步设计阶段），直接分析按照运行交通路的Stop之间的换乘客流即可。如果是工可阶段，则和站间OD同理，需要根据Stop所属的节点（站点）ID集计矩阵。

5 关于环线的设置

环线的列车运行交路在软件中的编码较为特殊，实际上它是没有首末站的。各种软件中的处理方式有些差异。TransCAD软件中，环线的列车运行交路首末站上都要配置Stop，而且他们的里程标首站小于末站，其LayerOver设置为0。

轨道交通客流预测的技术方法一言难尽，先写到这里了......