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機場(chǎng)軌道交通對陸側交通分流情況的預測研究論文
摘要:機場(chǎng)軌道交通的發(fā)展將是解決機場(chǎng)陸側交通擁堵問(wèn)題的主要途徑之一.本文首先通過(guò)灰色預測模型ＧＭ(1,1)對首都機場(chǎng)的陸側交通量進(jìn)行預測,得出進(jìn)出機場(chǎng)的旅客中乘坐機場(chǎng)巴士及出租車(chē)的人數.在此基礎上,運用排隊論的方法,分析機場(chǎng)軌道交通對機場(chǎng)巴士及出租車(chē)交通量的分流情況,得出各自具體的分流率和分流量.最后,根據馬爾可夫鏈的方法,對分流情況的發(fā)展趨勢進(jìn)行分析,得出其穩定分流率.
關(guān) 鍵 詞:灰色預測;排隊論;馬爾可夫鏈;機場(chǎng)軌道交通;分流率
1前言
隨著(zhù)航空業(yè)務(wù)需求量的不斷增長(cháng),進(jìn)出機場(chǎng)的旅客日益增多,不可避免地會(huì )給機場(chǎng)陸側交通帶來(lái)更大的壓力.據統計,2004年首都機場(chǎng)旅客吞吐量已達到3488萬(wàn),并且繼續保持著(zhù)較快的發(fā)展勢頭.根據首都機場(chǎng)消費者調查及ＩＢＭ行業(yè)分析,目前進(jìn)出首都機場(chǎng)的地面交通方式主要有出租車(chē),巴士和自備車(chē),其中乘坐出租車(chē)和自備車(chē)的旅客高達80%,而承載量相對較大的機場(chǎng)巴士卻只占很小的比例,進(jìn)出機場(chǎng)的道路交通已經(jīng)產(chǎn)生明顯的瓶頸.
為了緩解首都機場(chǎng)陸側交通的壓力,需要考慮一個(gè)大容量的軌道交通體系.北京市規劃委員會(huì )于2005年3月4日審批通過(guò)了《東直門(mén)至機場(chǎng)快速軌道規劃方案》.機場(chǎng)軌道線(xiàn)全線(xiàn)27.76公里,擬設4座車(chē)站,即東直門(mén)站、麥子店西站、Ｔ2及Ｔ3航站樓站.列車(chē)時(shí)速擬為100公里左右,從東直門(mén)出發(fā),15至17分鐘可到達首都機場(chǎng).
機場(chǎng)軌道交通作為大容量的公共服務(wù)設施,與巴士及出租車(chē)共同承擔著(zhù)進(jìn)出機場(chǎng)的旅客運輸.但是,機場(chǎng)軌道交通的建成通車(chē)對機場(chǎng)巴士及出租車(chē)將產(chǎn)生怎樣的定量影響,對陸側交通壓力的緩解將產(chǎn)生多大的作用,已經(jīng)成為人們密切關(guān)注并需要深入研究的問(wèn)題.
2 基于ＧＭ(1,1)模型對首都機場(chǎng)陸側交通量進(jìn)行灰色預測
2.1 ＧＭ(1,1)模型的原理
灰色預測采用將原始數據進(jìn)行直接累加、移動(dòng)平均加權累加等方式,使生成數列呈現一定的規律性,利用典型曲線(xiàn)逼近其相應曲線(xiàn),以逼近的曲線(xiàn)作為模型,對系統進(jìn)行預測.在ＧＭ(1,1)中,以-作為系統發(fā)展系數,以作為灰色作用量,則可以得到預測模型為[1]:
為了使ＧＭ(1,1)模型能夠達到預測的精度要求,需要對其進(jìn)行殘差檢驗及后驗差檢驗[2].如果能夠滿(mǎn)足表1所示的模型精度等級要求,則可以采用所建模型進(jìn)行預測,否則需要對模型進(jìn)行殘差修正.
由Ｃ=0.01<0.35,ｐ=1.00>0.95,根據表1預測精度等級可以得出結論,該模型精度等級為1級,有較好的預測精度和實(shí)用價(jià)值.
2.2.4 預測結果
根據式(1)預測模型,對首都機場(chǎng)2005-2008年乘坐機場(chǎng)巴士進(jìn)場(chǎng)的旅客流量進(jìn)行預測,預測結果見(jiàn)表5所列.
同理,我們對首都機場(chǎng)2005-2008年乘坐出租車(chē)進(jìn)場(chǎng)的旅客流量進(jìn)行預測,預測結果見(jiàn)表6所列.
3用排隊論方法分析機場(chǎng)軌道交通的分流率
由于機場(chǎng)軌道交通對進(jìn)出場(chǎng)的旅客將會(huì )產(chǎn)生較大的吸引力,尤其是對乘坐機場(chǎng)巴士和出租車(chē)的旅客,其影響力是很大的.我們將運用排隊論的方法來(lái)研究機場(chǎng)軌道交通對機場(chǎng)巴士及出租車(chē)交通量具體的分流情況.
3.1軌道交通與機場(chǎng)巴士
3.1.1多通道損失制排隊系統原理
在/Ｍ/Ｍ/Ｓ/ｍ排隊系統中,當時(shí),我們稱(chēng)該系統為多通道損失制排隊系統,即當Ｓ個(gè)服務(wù)臺均不空時(shí),顧客來(lái)到服務(wù)系統不予服務(wù),顧客立即離去,另求服務(wù).顧客因系統飽和而未進(jìn)入系統的概率稱(chēng)為系統損失率[3],即:
其中,為服務(wù)強度,指相同時(shí)間間隔內顧客的平均到達數與能被服務(wù)的平均數之比.
3.1.2 運用多通道損失系統分析軌道交通對機場(chǎng)巴士的分流率
在首都機場(chǎng),承擔進(jìn)場(chǎng)旅客運輸的巴士總共有5條線(xiàn)路,設有5個(gè)站點(diǎn),分別為雅寶路站、西單站、公主墳站、方莊站及中關(guān)村站.當旅客到達量超過(guò)機場(chǎng)巴士運送能力時(shí)就會(huì )出現旅客排隊的現象.如果將機場(chǎng)巴士看作“顧客”,將巴士運營(yíng)看成“服務(wù)機構”,機場(chǎng)巴士與巴士的運營(yíng)就構成了5通道排隊系統Ｍ/Ｍ/5.
機場(chǎng)軌道交通通車(chē)后,由于其具有的吸引作用,必然有相當一部分改乘軌道交通.此時(shí),機場(chǎng)巴士及運營(yíng)就構成了多通道損失系統.在每條線(xiàn)路上,平均每隔15分鐘有一輛車(chē)進(jìn)站,則原來(lái)在站上等待的車(chē)就準備出發(fā),所以巴士最多可以有5個(gè)位置來(lái)排隊等候,即系統容量為5,多通道損失系統為Ｍ/Ｍ/5/5.
根據上述預測,到2008年,乘坐機場(chǎng)巴士進(jìn)場(chǎng)的旅客將達到552.5097萬(wàn)人,則每小時(shí)將達到1262人.按照巴士有效座位數34人/車(chē)計算,則要求每小時(shí)保證38輛巴士進(jìn)行運營(yíng).根據其平均每間隔15分鐘出發(fā)一次的標準來(lái)計算,每條線(xiàn)每小時(shí)出發(fā)4輛.即有:
�。�=Ｓ=5;λ=38輛/小時(shí);ｕ=4輛/小時(shí);=1.90
據此,根據式(2)可以計算出機場(chǎng)巴士的損失率為:Ｐｍ=54.81%
這損失可以認為是全部流向機場(chǎng)軌道交通的,而巴士的保留率為1-Ｐｍ=45.19%,進(jìn)而可以計算出乘坐軌道交通及巴士進(jìn)場(chǎng)的旅客量轉移情況.見(jiàn)表7所示.
3.2軌道交通與出租車(chē)
我們同樣采用排隊論的方法來(lái)分析軌道交通對出租車(chē)的分流率.但由于出租車(chē)與機場(chǎng)樓前道路通行能力構成單通道損失制排隊系統Ｍ/Ｍ/ｃ/ｃ,其中ｃ=1,則系統損失率為[4]:
根據上述預測,到2008年,乘坐出租車(chē)進(jìn)場(chǎng)的旅客將達到1224.3077萬(wàn)人,則每小時(shí)將達到2795人.按照出租車(chē)有效座位數1.1人/車(chē)計算,則要求每小時(shí)保證2541輛出租車(chē)進(jìn)行運營(yíng).根據《城市道路設計規范》,首都機場(chǎng)的進(jìn)出場(chǎng)道路通行能力均為3280輛/小時(shí),由比例分析可知出租車(chē)通行能力為1310輛/小時(shí).即有:
λ=2541輛/小時(shí);ｕ=1310輛/小時(shí);=1.94
據此,根據式(3)可以計算出出租車(chē)的損失率為:Ｐｃ=65.98%
這損失可以認為是全部流向機場(chǎng)軌道交通的,而出租車(chē)的保留率為1-Ｐｍ=34.02%,進(jìn)而可以計算出2008年首都機場(chǎng)乘坐軌道交通及出租車(chē)的旅客量轉移情況.見(jiàn)表8所示.
4 用馬爾可夫鏈法對機場(chǎng)軌道交通的穩定分流率進(jìn)行預測
由上述分析可知,當首都機場(chǎng)軌道交通建成通車(chē)后,對其陸側交通將會(huì )產(chǎn)生重大的影響.然而,對于這種影響的發(fā)展趨勢及其將來(lái)的結果,我們采用馬爾可夫鏈的方法進(jìn)行分析.
4.1馬爾可夫鏈法的基本原理
馬爾可夫鏈法常用來(lái)研究事物的狀態(tài)轉移情況,即從事物初始所處的狀態(tài)出發(fā),去分析經(jīng)過(guò)若干時(shí)間間隔后,事物將轉變成何種狀態(tài).我們采用馬爾可夫鏈法來(lái)分析軌道交通對機場(chǎng)巴士及出租車(chē)分流率的發(fā)展趨勢,以及最終達到平衡狀態(tài)時(shí)的分流率,即穩定分流率.
我們令Ｐ為一步轉移概率矩陣,并且對所有ｉ和ｊ滿(mǎn)足:ｊｐｉｊ=1及ｐｉｊ >= 0.由于初始狀態(tài)對ｎ步轉移概率的影響隨ｎ的增大而越來(lái)越小.因此,當ｎ趨于時(shí),可以從ｎ步轉移概率直接取得穩態(tài)的概率分布,并不需要考慮其初始狀態(tài).令ｊ為穩態(tài)概率分布的集合,則可得穩態(tài)方程組為[5]:
4.2軌道交通對機場(chǎng)巴士的穩定分流率
根據上述分析的軌道交通對機場(chǎng)巴士在2008年的分流率及分流量,可得到如下數據:
1)機場(chǎng)巴士與軌道交通分別對機場(chǎng)進(jìn)場(chǎng)旅客的吸引系數
由此可得,軌道交通對進(jìn)場(chǎng)旅客的吸引平均年增長(cháng)率為:0.1256×0.4954=0.0622,則從機場(chǎng)巴士轉向軌道交通的轉移概率為0.0622;機場(chǎng)巴士對進(jìn)場(chǎng)旅客的吸引平均年增長(cháng)率為:0.1256×0.0731=0.0093,則從軌道交通轉向機場(chǎng)巴士的轉移概率為0.0093.
3）根據需要滿(mǎn)足的條件可得,軌道交通自身的轉移概率為1-0.0093=0.9907;機場(chǎng)巴士自身的轉移概率為1-0.0622=0.9378.則可以得出轉移概率矩陣Ｐ為:
4)根據式(4)、式(5)計算可知,當達到平衡狀態(tài)時(shí),機場(chǎng)巴士的穩定分流率為13.01%,軌道交通的穩定分流率為86.99%.
4.3 軌道交通對出租車(chē)的穩定分流率
同理,采用馬爾可夫鏈法分析出租車(chē)與軌道交通的穩定分流率,根據式(4)、式(5)計算可知,當達到平衡狀態(tài)時(shí),出租車(chē)的穩定分流率為18.52%,軌道交通的穩定分流率為81.48%.
5 結論
目前,機場(chǎng)巴士與出租車(chē)的運輸能力合計為2121人/小時(shí),而機場(chǎng)軌道交通的運輸能力將達到9600人/小時(shí),是前兩者運輸能力的4倍多.同時(shí),機場(chǎng)軌道交通具有速度快、準點(diǎn)率高、價(jià)格合理等優(yōu)點(diǎn),所以對進(jìn)場(chǎng)旅客的吸引力是相當大的.由分析可知,軌道交通開(kāi)通運營(yíng)后,將吸引機場(chǎng)巴士約54. 81%、出租車(chē)約65.98%的進(jìn)場(chǎng)旅客.隨著(zhù)城市其他軌道交通的建立與完善,機場(chǎng)軌道交通的換乘將更為方便,其作用將得到進(jìn)一步的發(fā)揮.
根據上述預測結果可知,如果不考慮機場(chǎng)軌道交通的情況,到2008年,機場(chǎng)巴士的運量約為552.5097萬(wàn)人/年,出租車(chē)的運量約為1224.3077萬(wàn)人/年,兩者合計約為1776.8174萬(wàn)人/年,將會(huì )給機場(chǎng)陸側交通帶來(lái)嚴重的壓力.根據機場(chǎng)軌道交通的設計參數,其運輸能力可以達到4204.8000萬(wàn)人/年.可見(jiàn),只要軌道交通能充分發(fā)揮其作用,有效地承擔起進(jìn)出場(chǎng)旅客的運輸,將會(huì )大大緩解機場(chǎng)陸側交通的壓力.
因此,在機場(chǎng)軌道交通建成通車(chē)后,其對機場(chǎng)巴士的分流率由起初的54.81%呈遞增趨勢,最后穩定在86.99%;對出租車(chē)的分流率由起初的65.98%呈遞增趨勢,最后穩定在81.48%.這充分體現了機場(chǎng)軌道交通在首都機場(chǎng)陸側交通中所起的積極作用,也充分肯定了在首都機場(chǎng)建設機場(chǎng)軌道交通的必要性.
參考文獻:
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