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      大型空港客運(yùn)交通樞紐客流集散規(guī)律研究

      2019-04-30 06:44:56周天星宋元?jiǎng)?/span>
      關(guān)鍵詞:空港天府客運(yùn)

      何 漢,周天星,朱 倩,宋元?jiǎng)?/p>

      HE Han1,ZHOU Tianxing1,ZHU Qian2,SONG Yuansheng1

      (1.中國中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司 交通與城市規(guī)劃研究院,四川 成都 610031;2.西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院,四川 成都 610031)

      (1.Transportation and Urban Planning Institute, China Railway Eryuan Engineering Group Co.,Ltd., Chengdu 610031, Sichuan, China;2.School of Transportation and Logistics, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031,Sichuan, China)

      0 引言

      隨著空港與城市及區(qū)域交通的關(guān)系日益密切,大流量、集約化、綜合型已經(jīng)成為現(xiàn)代大型空港客運(yùn)交通樞紐的發(fā)展趨勢。大型空港客運(yùn)交通樞紐位于機(jī)場的陸側(cè)區(qū)域,是旅客登機(jī)前的最后一站,也是旅客下機(jī)后的第一站,匯集了各類陸側(cè)交通設(shè)施,是機(jī)場銜接內(nèi)外交通的區(qū)域,能夠?qū)崿F(xiàn)各類交通方式到達(dá)集散和中轉(zhuǎn)換乘,提供乘客在空港陸側(cè)進(jìn)行交通活動(dòng)的場所,在一定空間范圍內(nèi)完成各種客流方式的轉(zhuǎn)化[1]。高效便捷、快速集散的空港客運(yùn)交通樞紐不僅能夠提高整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率,對于增強(qiáng)城市的對外聯(lián)系、提高城市的輻射力也具有重要意義。大型空港客運(yùn)樞紐內(nèi)的客流具有較強(qiáng)的集聚效應(yīng)[2],特別是在客流高峰期內(nèi),大量的客流阻塞和遲滯會(huì)導(dǎo)致集疏運(yùn)系統(tǒng)負(fù)荷迅速激增,系統(tǒng)服務(wù)水平急劇下降,旅客出行費(fèi)用增加。大型空港客運(yùn)交通樞紐示意圖如圖1所示。

      研究客流在空港客運(yùn)樞紐內(nèi)的集散規(guī)律,對于提高客流集散效率、提升樞紐內(nèi)的運(yùn)營服務(wù)水平具有重要意義。當(dāng)前針對客流集散問題的研究多將集散作為一個(gè)整體,對集散方式分擔(dān)率進(jìn)行預(yù)測或?qū)⑻卣鬟M(jìn)行調(diào)查。秦燦燦[3]運(yùn)用馬爾可夫理論對交通樞紐客流集散方式分擔(dān)率進(jìn)行預(yù)測;辛?xí)暂x[4]利用Logit模型探討了城際軌道交通接入后對其他集散方式客流分擔(dān)率的影響;陳峰等[5]對北京地鐵1號線車站客流集散特征進(jìn)行了調(diào)查,主要包括集散時(shí)間、旅客到達(dá)車站的時(shí)間裕量等。大型空港客運(yùn)交通樞紐內(nèi)的客流聚集和疏散是2種性質(zhì)不同的過程,在每種過程中旅客所表現(xiàn)出來的特性也不同,因而在分析機(jī)場客流集散特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合航班、出租車、社會(huì)車輛及軌道交通等交通方式在空港樞紐內(nèi)的集聚疏散特性,對大型空港客運(yùn)交通樞紐客流集散規(guī)律分別進(jìn)行研究。

      圖1 大型空港客運(yùn)交通樞紐示意圖Fig.1 Structure of large airport passenger transport hub

      1 大型空港客運(yùn)樞紐客流集散特性分析

      將大型空港客運(yùn)交通樞紐作為研究對象[6],將客流主要分為2類,即集聚客流和疏散客流。集聚客流是指從空港輻射周邊區(qū)域及其他城市到達(dá)空港客運(yùn)交通樞紐的客流;疏散客流是指從客運(yùn)交通樞紐向空港輻射周邊區(qū)域及其他城市進(jìn)行疏散的客流。

      1.1 集聚客流特性

      (1)客流時(shí)效性強(qiáng)。由于航班的出發(fā)時(shí)間是既定的,乘客必須要在規(guī)定的時(shí)間之前到達(dá)空港客運(yùn)交通樞紐,但由于旅客出發(fā)地與樞紐的距離不同及采用的集聚交通方式不同,集聚客流可以在相對分散的時(shí)間內(nèi)從出發(fā)點(diǎn)出發(fā),但必須在航班起飛前至少30 min到達(dá)機(jī)場,以辦理值機(jī)手續(xù)。

      (2)客流集聚性強(qiáng)。空港客運(yùn)交通樞紐內(nèi)客流的集聚性主要表現(xiàn)在時(shí)空分布上。在時(shí)間上,客流的集聚性主要表現(xiàn)為,某一時(shí)段內(nèi)大量的客流突然出現(xiàn)在機(jī)場區(qū)域內(nèi),造成機(jī)場區(qū)域較為擁擠。在空間上,機(jī)場的集聚性主要體現(xiàn)在辦理乘機(jī)手續(xù)的相關(guān)環(huán)節(jié)上,出發(fā)和到達(dá)旅客空間集聚性不同。

      (3)集聚方式多元化。乘客到達(dá)大型空港客運(yùn)樞紐的交通方式是多種多樣的,可選擇地鐵、輕軌、鐵路等大容量的軌道交通方式,也可選擇常規(guī)公交、出租車、私家車等道路交通方式。

      (4)流量較大且均勻。從城市的各個(gè)角落通過若干種交通方式到達(dá)客運(yùn)樞紐的客流,由于乘客在機(jī)場需辦理領(lǐng)取登機(jī)牌、行李托運(yùn)等登記前的各種準(zhǔn)備過程,普遍提前至少1 h到達(dá)機(jī)場,樞紐內(nèi)部集聚的客流較多,流量較大;樞紐內(nèi)部到達(dá)客流匯集的過程緩慢、持續(xù),并且由于乘客之間基本無關(guān)聯(lián)性,因而集聚客流的流量相對比較均勻。

      (5)單航班客流集聚過程持續(xù)時(shí)間長。對于即將出發(fā)的每一班航班而言,出發(fā)地與機(jī)場距離不同的乘客其候機(jī)時(shí)間不同,一般而言,由于乘客為防止意外發(fā)生會(huì)預(yù)留較長的在途時(shí)間及候機(jī)時(shí)間,距離機(jī)場較遠(yuǎn)的乘客提前到達(dá)客運(yùn)樞紐的時(shí)間較長,客流集聚過程花費(fèi)時(shí)間較長。

      1.2 疏散客流特性

      (1)客流疏散時(shí)間短、數(shù)量大。大型空港客運(yùn)樞紐內(nèi)航空客流多為大量密集到達(dá),幾乎是在同一時(shí)間涌出樞紐,為了防止已到航空客流影響后到航空客流的疏散,已到航空客流必須要在很短時(shí)間內(nèi)在大型空港客運(yùn)交通樞紐進(jìn)行疏散。

      (2)準(zhǔn)時(shí)性要求高。由于我國經(jīng)濟(jì)水平的提高,人們對時(shí)間價(jià)值的觀念越加看重,另外,旅行過程中的疲勞也會(huì)促使乘客傾向于選擇準(zhǔn)時(shí)性高、速度快的疏散方式進(jìn)行疏散。

      (3)疏散交通方式多樣化。跟集聚客流一樣,乘客從空港客運(yùn)交通樞紐進(jìn)行疏散時(shí),可以選擇常規(guī)公交、出租車、私家車等道路交通方式,也可以選擇地鐵、輕軌、鐵路等大容量的軌道交通方式。

      (4)疏散過程較為均勻。大型空港內(nèi)飛機(jī)到達(dá)頻率較高,且在各時(shí)段內(nèi)均勻分布,疏散客流隨著飛機(jī)到達(dá)機(jī)場后,大部分客流在空港客運(yùn)交通樞紐內(nèi)會(huì)通過地鐵、機(jī)場大巴、出租車等交通方式進(jìn)行疏散,上一班客流還未疏散完畢時(shí),隨著下一班飛機(jī)的到達(dá)客流疏散過程接續(xù)進(jìn)行,因而大型空港客運(yùn)交通樞紐內(nèi)客流的疏散過程較為均勻。

      2 大型空港客運(yùn)交通樞紐客流集散模型構(gòu)建

      2.1 客流集聚模型

      為了對大型空港內(nèi)客流集聚規(guī)律進(jìn)行研究,對北京新機(jī)場、廣州白云機(jī)場、上海浦東機(jī)場客流集散歷史數(shù)據(jù)分析研究,同時(shí)利用Matlab軟件對航班、出租車、社會(huì)車輛、公交車、鐵路和地鐵客流到達(dá)量樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,研究發(fā)現(xiàn)旅客乘坐飛機(jī)到達(dá)空港客運(yùn)交通樞紐的集聚規(guī)律服從泊松分布,旅客乘坐社會(huì)車輛、出租車和公交車等道路交通方式及地鐵到達(dá)客運(yùn)交通樞紐的集聚規(guī)律服從負(fù)二項(xiàng)分布,旅客乘坐鐵路[7]到達(dá)的集聚規(guī)律服從Gamma分布。

      (1)航班旅客到達(dá)分布規(guī)律。通過數(shù)據(jù)擬合得知,高峰小時(shí)內(nèi),航班到達(dá)和離開(起飛)服從以下的泊松分布

      式中:P(k)為在計(jì)數(shù)間隔t內(nèi)到達(dá)k個(gè)人的概率;λ為單位時(shí)間間隔的平均到達(dá)率,人/min;t為每個(gè)計(jì)數(shù)間隔持續(xù)的時(shí)間,min。

      航班旅客到達(dá)的泊松分布函數(shù)可以表示為

      (2)道路交通及地鐵方式旅客到達(dá)分布規(guī)律。通過對出租車、社會(huì)車輛和公交車的到達(dá)客流樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,并運(yùn)用SPSS軟件對各類道路交通方式的客流樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果表明出租車、社會(huì)車輛、公交車及地鐵的客流分布服從負(fù)二項(xiàng)分布

      式中:p,β為負(fù)二項(xiàng)參數(shù),0<p<1,β為正整數(shù)。

      當(dāng)用負(fù)二項(xiàng)分布擬合觀測數(shù)據(jù)時(shí),利用p,β與均值和方差的關(guān)系式,用樣本的均值m,方差S2代替p,β,關(guān)系式為

      如果觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大的方差,即S2/m顯著地大于1.0,應(yīng)使用負(fù)二項(xiàng)分布擬合觀測數(shù)據(jù)。

      (3)鐵路旅客到達(dá)分布規(guī)律。通過對大型機(jī)場鐵路大量旅客的到達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得出鐵路的旅客到達(dá)分布規(guī)律近似服從Gamma分布

      式中:α為形狀參數(shù),且α> 0;γ為尺度參數(shù),且γ> 0 ;Γ(α)為α的標(biāo)準(zhǔn) Gamma函數(shù)。

      結(jié)合Gamma分布函數(shù)的相關(guān)性質(zhì),可以求出Gamma分布的期望E(X)和方差D(X)為

      將以上兩式相除,即可得γ=D(K) /E(K),α=E(K) /γ。

      根據(jù)概率統(tǒng)計(jì)的定義得到

      式中:i,j為時(shí)段序號;Pi為第i時(shí)段鐵路旅客到達(dá)的概率。

      通過利用以上Gamma分布中形狀參數(shù)α和γ的計(jì)算方法,可以求出所擬合形成的Gamma分布的α和γ,進(jìn)而得到鐵路旅客到達(dá)規(guī)律。

      2.2 客流疏散模型

      通過各種交通方式到達(dá)交通換乘中心的客流直接通過設(shè)置的通道到達(dá)航站樓,因而不存在特殊的疏散情況。從航站樓下機(jī)的旅客到達(dá)換乘中心后,需選擇各種交通方式。在旅客離開交通換乘中心時(shí),最重要的就是交通方式選擇。這些選擇均可以歸結(jié)為旅客自身效用最大化的節(jié)點(diǎn)選擇,即旅客選擇某個(gè)節(jié)點(diǎn)的概率可以表示為

      式中:m,n分別為第m個(gè)和第n個(gè)節(jié)點(diǎn);Um,Un分別為旅客選擇第m個(gè)和第n個(gè)節(jié)點(diǎn)的效用;A為可供選擇的節(jié)點(diǎn)集合。

      效用Um可以根據(jù)影響旅客選擇的因素計(jì)算,這些因素稱為特性變量,在此主要分為可觀測變量Vm和不可觀測變量εm。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn),影響旅客節(jié)點(diǎn)選擇的可觀測變量主要為旅客到達(dá)節(jié)點(diǎn)所花費(fèi)的時(shí)間tm,以及選擇該節(jié)點(diǎn)所需費(fèi)用cm。Um可以表示為

      式中:M1,M2為影響因子。

      假設(shè)ε服從某一概率分布的隨機(jī)變量,且εm與Vm之間相互獨(dú)立,旅客選擇節(jié)點(diǎn)m的概率Pm可以用多項(xiàng)Logit模型計(jì)算

      式中:M為影響權(quán)重的參數(shù);h為可供選擇的節(jié)點(diǎn)集合數(shù)量。

      3 案例分析

      成都天府國際機(jī)場定位為國家級國際航空樞紐和中西部門戶樞紐,將打造為依托成都、服務(wù)全省、輻射中西部地區(qū)的現(xiàn)代化立體綜合交通樞紐,2025年規(guī)劃旅客吞吐量為4 500萬人次,2040年1.2億人次。規(guī)劃建設(shè)多方式、多通道立體綜合交通系統(tǒng),包括成都經(jīng)天府機(jī)場至自貢的客運(yùn)專線、成都都市圈城際環(huán)線、城市軌道交通13號線、18號線、19號線,并在天府機(jī)場區(qū)域規(guī)劃形成換乘便捷、可達(dá)性高的高速公路路網(wǎng)體系,以確保天府國際機(jī)場綜合樞紐對外銜接暢通高效,內(nèi)部轉(zhuǎn)換有機(jī)協(xié)調(diào),為將天府機(jī)場建設(shè)為中國西部具有國際競爭力的第一機(jī)場提供保障。

      3.1 客流集聚規(guī)律

      為獲得天府機(jī)場準(zhǔn)確有效的客流集聚數(shù)據(jù),研究采用類比分析法,選取成都雙流機(jī)場、上海虹橋機(jī)場2個(gè)大型空港客運(yùn)樞紐,對其現(xiàn)狀各種交通方式旅客每分鐘到達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查統(tǒng)計(jì)??紤]調(diào)查數(shù)據(jù)的科學(xué)合理性,選取天氣晴朗的非節(jié)假日進(jìn)行調(diào)查,調(diào)查時(shí)間選在8 ∶ 00—18 ∶ 00時(shí)間段,設(shè)定采樣間隔為1 min,采用人工計(jì)數(shù)法。獲取調(diào)查數(shù)據(jù)后,再將成都雙流機(jī)場、上海虹橋機(jī)場2018年旅客吞吐量與天府機(jī)場2025年規(guī)劃旅客吞吐量進(jìn)行校核。經(jīng)等比折算,即用成都雙流機(jī)場、上海虹橋機(jī)場2機(jī)場現(xiàn)狀旅客吞吐量分別除以天府機(jī)場2025年規(guī)劃旅客吞吐量,可得到2個(gè)折算系數(shù)。客流數(shù)據(jù)折算系數(shù)如表1所示。用折算系數(shù)乘以成都雙流機(jī)場、上海虹橋機(jī)場客流集聚調(diào)查數(shù)據(jù)并加權(quán)平均,可預(yù)測得成都天府國際機(jī)場2025年旅客每分鐘到達(dá)數(shù)據(jù)。

      將折算得到的成都天府國際機(jī)場2025年各種交通方式的旅客每分鐘到達(dá)數(shù)據(jù),分別根據(jù)公式 ⑵、公式 ⑶、公式 ⑸ 進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合,運(yùn)用matlab軟件,將航班到達(dá)客流按泊松分布擬合,社會(huì)車輛、出租車和公交車到達(dá)客流按負(fù)二項(xiàng)分布擬合,鐵路到達(dá)客流按Gamma分布擬合,可得到旅客乘坐航班、出租車、社會(huì)車、公交車輛、地鐵和鐵路到達(dá)天府機(jī)場的函數(shù)圖像與模型參數(shù),進(jìn)而得出天府國際機(jī)場旅客分方式到達(dá)規(guī)律為:航班客流到達(dá)規(guī)律服從λ=124的泊松分布;出租車客流到達(dá)規(guī)律服從p1=0.074 5,β1=7的負(fù)二項(xiàng)分布;社會(huì)車客流到達(dá)規(guī)律服從p2=0.047 4,β2=5的負(fù)二項(xiàng)分布;公交車客流到達(dá)規(guī)律服從p3=0.041 7,β3=5的負(fù)二項(xiàng)分布;鐵路客流到達(dá)規(guī)律服從α=8.44,β=3.43的Gamma分布;地鐵客流到達(dá)規(guī)律服從p4=0.047 8,β4=6的負(fù)二項(xiàng)分布。

      表1 客流數(shù)據(jù)折算系數(shù)表Tab.1 Conversion coef ficient table of passenger flow data

      以天府機(jī)場航班客流與地鐵客流到達(dá)為例,天府機(jī)場客流到達(dá)分布擬合圖如圖2所示。由圖2可以看出,航班客流到達(dá)124人/min時(shí)的概率達(dá)到最大,最大值為0.035 8;地鐵的到達(dá)客流到達(dá)100人/min時(shí)的概率最大,為0.008 6。綜合全部方式客流到達(dá)規(guī)律,發(fā)現(xiàn)空港到達(dá)客流以航班旅客為主,其次為地鐵、社會(huì)車輛與出租車,而公交車與鐵路到達(dá)旅客最少,據(jù)此規(guī)劃大型空港客運(yùn)交通樞紐各類交通方式接駁大廳、停車場位置與面積,可以合理疏導(dǎo)旅客客流,方便旅客出行。

      圖2 天府機(jī)場客流到達(dá)分布擬合圖Fig.2 Fitting chart of arrival passenger flow distribution at Tianfu Airport

      3.2 客流疏散規(guī)律

      以成都方向?yàn)槔{(diào)研獲得成都方向各交通方式旅行速度、票價(jià)數(shù)據(jù)、各方向旅行距離數(shù)據(jù)如表2所示。結(jié)合機(jī)場綜合交通引入方案、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),將成都方向各交通方式旅行速度、出行費(fèi)用、各方向旅行距離,帶入公式⒀,求得旅客選擇各方式疏散效用值,再通過已建立的客流疏散Logit模型,預(yù)測得到天府機(jī)場各方向旅客選擇各交通方式疏散概率如表3所示。其中,綿陽、遂寧等城市與天府機(jī)場距離較遠(yuǎn),客流主要通過軌道交通、長途汽車、社會(huì)車輛疏解,無機(jī)場大巴,而出租車分擔(dān)量極少,可忽略不計(jì)。

      <1),且各件產(chǎn)品是否為不合格品相互獨(dú)立.

      從表3可以看出,成都方向在客流疏散過程中,旅客選擇公共交通方式的概率比重較大,為75%,基本呈現(xiàn)以公共交通為主的疏散交通模式,其中軌道交通以其經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、方便快捷的優(yōu)勢承擔(dān)32%的客流。在天府機(jī)場綜合交通中心規(guī)劃時(shí),可以利用旅客選擇各方式疏散概率求得綜合交通中心各功能區(qū)面積[8],同時(shí)將旅客分擔(dān)率較高的地鐵、長途汽車及出租車場站分布在距離航站樓出口較近的地方,并為其預(yù)留更多的空間,以方便大量旅客換乘,優(yōu)化整體布局。

      表2 成都方向各交通方式旅行速度、票價(jià)數(shù)據(jù)、各方向旅行距離數(shù)據(jù)Tab.2 Travel speed, cost and travel distance data of different traf fic modes to Chengdu direction

      表3 天府機(jī)場各方向旅客選擇各交通方式疏散概率 %Tab.3 Evacuation probability of choosing different traf fic modes from Tianfu Airport

      4 結(jié)束語

      客流集散特性及交通方式分擔(dān)率是機(jī)場綜合交通中心規(guī)劃布局設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ),研究大型空港客運(yùn)交通樞紐客流集散特性,構(gòu)建大型空港客運(yùn)交通樞紐客流集散模型,并以成都天府國際機(jī)場為例對客流集散方式進(jìn)行實(shí)證研究,為研究大型空港客運(yùn)交通樞紐的客流集散規(guī)律提供了理論依據(jù),對交通場站布局規(guī)劃具有一定的參考價(jià)值。運(yùn)用客流集散模型模擬得到的客流集散規(guī)律能較好地指導(dǎo)空港客運(yùn)樞紐布局優(yōu)化。大型空港客運(yùn)交通樞紐是旅客進(jìn)行交通轉(zhuǎn)換的重要場所,除應(yīng)結(jié)合旅客疏散規(guī)律進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)外,還應(yīng)充分考慮其他相關(guān)因素,如交通組織、信息系統(tǒng)、運(yùn)營體驗(yàn)等指標(biāo),對大型空港客運(yùn)樞紐交通銜接評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建和評價(jià)方法進(jìn)行研究。

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