城市轨道交通的清分规则与.docx
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城市轨道交通的清分规则与
城市轨道交通网络客流清分规则与"鉴识车票乘车路径〃理论殷锡金
2009-11-10
一、城市轨道交通的客流清分规则
城市轨道交通网络中，客流量是：
轨道交通运营管理最基本、最重要、核心的要素。
客流的清分，是：
为了获得精确的轨道交通网络中的客流分布数据，以便进行城市轨道交通网络中客流统计、票务清分、运营管理分析和决策、或者其它相关应用的依据。
1、客流清分与客流分配
1）线路客流与换乘客流
城市轨道交通网络化运营之前，各线路的客流量与票务收入的统计，都是由各线路AFC系统直接提供。
AFC系统统计客流量的方法，是：
汇总每个车站出站闸机所记录的出站车票数量。
由于，O/D
（Origin/Destination）乘车路径的单一，性，所以AFC系统统计的客流量就是单一的线路客流量。
城市轨道交通客流量就是各线路AFC系统客流量的总和，除与"交通卡〃结算之外，轨道交通线路之间，不需要进行任何客流量与票务收入的清分。
所以，线路客流量，是：
与其它线路不发生票务清分的客流量。
城市轨道交通网络化运营后，由于换乘车站的〃牵线搭桥〃作用，在轨道交通网络中，任何二个车站之间的乘车路径不具有单一性。
所以，车票0/D区间（包括同线路的0/D区间）内，有多条乘车路径可供乘客选择。
此时，AFC系统统计的客流量中，不可避免地，夹带着一些换乘客流量，特别是：
当线路0/D数据的"0〃车站是换乘车站，或者换乘车站几条线路共用一套车站AFC系统时，夹带换乘客流量的情况可能会更严重些；反之，在换乘客流量内也会混杂着一些线路客流量。
换乘客流量，是：
线路之间需要进行票务清分的客流量。
综上所述，轨道交通网络化运营后，由于车票的0/D乘车路径的多样性客流，所以，清分时，应对每一张车票的乘车路径，都要进行鉴别处理，特别是换乘客流量的乘车路径的鉴别，不但鉴别处理量多，而且更难。
城市轨道交通的客流量，在完成上述一系列的甄别和鉴别处理清后，再认真地进行票务收益清分。
城市轨道交通网络化运营后，为指导轨道交通网络化运营的决策、运营生产和管理，女口：
轨道交通线网中，关键区间的高峰小时断面客流量、线路之间票务收入的清分等，需要清分中心，及时地提供更加精细的0/D换乘客流的科学数据。
轨道交通网络化运营中，客流特征分析和清分是一个全新的，而且非常重要的研究领域。
城市轨道交通清分系统中，清分规则是核心知识产权和机密。
城市轨道交通建设是一项投资很大的城市基础建设工程项目，它涉及到融资、贷款和还贷款等一系列投资和商务问题。
例如：
上海地铁1#线是属于申通地铁上市公司的资产；轨道交通线路的票务收入，总与线路上的总客流量，紧密地联系在一起，因此，会计事务所需要对上海地铁1#线的客流量、换乘客流量、1#线的票务收入进行详细地审计，审计的结果也需要向社会和股东公布。
在城市轨道交通清分系统中，线路客流量和换乘客流量的甄别和清理中，所釆用的理论和算法，常被称之谓“清分规则〃或"清分算法〃。
鉴于票务收入与客流量有着密切的关联，因此，轨道交通客流量的清分，与每条轨道交通线路的经济利益息息相关。
轨道交通各运营方，在票务收入、政府补贴的利益分配、城市交通中，〃轨交〃与〃公交〃联乘的优惠政策、"老人免票〃惠民政策等方面，都存在着经济利益的分配问题，所有这些方面也都与客流的清分紧密相关，因此，轨道交通运营方，都迫切希望清分系统的清分规则，符合“公开、公平、公正〃的原则。
2）清分与分配的概念差异
城市轨道交通网络清分系统中，客流清分与客流分配，是：
"风、马、牛不相及〃、截然不同的二种概念。
因此。
模糊“清分〃与"分配〃的概念、混淆它们二者之间的差别，就是在有意或无意地掩盖事实真相。
城市轨道交通线网的清分规则，应要求做到〃斤斤计较〃，即：
鉴别每一张车票的乘车路径。
因此，通过城市轨道交通线网的清分规则的运作，我们也可得到城市轨道交通线网客流量真实的分布图。
城市轨道交通网络客流量分配，是：
按城市轨道交通网络客流量分配方法，是按事先制定的“约定俗见〃的规则和方法，经当事方协商后，变成为协议或分配原则。
城市轨道交通网络化运营的实践已证明：
一意孤行地把客流分配理论与方法当成清分规则，它们所提交的〃清分〃结果，往往都是不准确的数据。
3）清分规则与"世界性〃难题
随着城市轨道交通线网体系中，线路和换乘车站的数量增加，网络的复杂性和0/D换乘路径的多样性大大增加，使得轨道交通线网的清分系统中，客流量和票务收入的清分，变得更加扑朔迷离，造成城市轨道交通清分系统的清分，像一团解不开的“乱麻〃；成为清分系统的软肋，困扰着国内外城市轨道交通清分中心。
基于“分配理论〃的清分，给城市轨道交通清分所造成的严重后果，大家也都是〃心知肚明〃，无奈找不到更好的、可替代的清分规则。
目前，国内外城市轨道交通的清分：
〃日本东京等城市采用的大多为离线精细清分，美国、法国、香港的产品则为大容量在线比例清分〃（2007-11-23,文汇报）；在国内，已建或在建的轨道交通清分系统中，清分也都是建立在〃比例分配〃理论上的清分模型，即：
"最短路径〃算法或〃优选路径〃算法。
"最短路径〃算法是〃比例分配〃中，最简单的分配方法。
它不考虑城市轨道交通网络中，具体和实际情况，采用“全有全无〃的分配方法，即：
"最短路径〃上，客流量〃比例分配〃是100%（全有），其它路径上，客流量〃比例分配〃全为零（全无）。
当轨道交通线网中，共线车站区间内的客流进行〃清分〃时，由于，共线车站区间内不存在最短路径，因此，〃最短路径〃算法，也只好放弃“全有全无〃的分配方法，按“在线列车比例〃，进行分配。
在轨道交通线网中，〃线路客流〃和〃换乘客流〃需要界定时，〃最短路径〃算法，一律用〃最短路径〃作为界定标准，因此，在“线路客流〃与“换乘客流〃之间，或O/D各〃换乘路径〃上的客流量之间，造成混乱，制造出许多〃冤、假、错〃案，直接影响到城市轨道交通的客流统计的正确性、严肃性，也直接影响到运营方的票务收入分配的利益和运营管理的积极性。
迫于质疑和事实真相的压力，目前，国内（上海、北京等）清分系统中，已扌宾弃〃最短路径〃算法，改用〃优选路径〃算法。
实际上，这是〃换汤不换药〃的做法。
《城市轨道交通网络管理及收入分配理论与方法》（科学出版社）一书中，罗列了多种“比例分配〃的理论与方法，在书中，坦承：
"在某些实际应用中，最短路径并不能满足寻路要求〃；〃有效路径的集合是否合理将直接影响最终的配流结果〃。
在此，需要指出的是：
"最终的配流结果〃就是城市轨道交通网络客流的请分结果。
〃比例分配〃的理论与方法，派别林立，形成诸如：
乘客乘车行为、乘客路径选择行为、有效路径的计算方法等等各种理论体系，并由此，派生出很多种算法，“最短路径〃算法，把〃比例分配〃理论不合理性的缺陷，暴露得更充分。
〃优选路径〃算法是有效路径的计算方法中的一种算法。
由于〃比例分配〃的理论和算法都存在着致命缺陷，迄今为止，没有一种算法，可成为公认的、有权威性的清分算法。
城市轨道交通的清分算法，目前，已成为大家难以割舍的“世界性〃难题，也有人认为，这是：
无法解决的〃世界性〃难题。
4）破解"世界性〃难题
"鉴识车票乘车路径〃算法，破解了清分算法这一“世界性〃的难题。
"鉴识车票乘车路径〃算法，以每张车票的信息为依据，以“乘客一车票〃理论模型的数学表达式为准绳，以轨道交通网络化特点为鉴识条件，揭秘城市轨道交通网络内，客流分布的特点和规律性。
"鉴识车票乘车路径〃算法，除了清分之外，还可拓展出很多新的应用领域，解决一些实际中迫切需要的难题，例如：
乘客路径的选择行为、提供票价优惠政策在各轨道交通线路票务收入中的翔实数据和报表、票务收入分配及票价优惠政策的制订、0/D各换乘路径中，轨道交通各票种的分类细目、0/D换乘中，〃轨交〃与其它〃公交〃联乘票务收益的清分、对“联乘〃优惠和〃老人免票〃等惠民政策的政府补贴，进行“公开、公平、公正〃地分配、依据0/D各换乘线路的次数，又可精细地区分出：
一次换乘客流量、二次换乘客流量等，因此，它不但可提高城市轨道交通客流统计的精细程度，还可使得各地城市轨道交通统计的客流量数据有章可循，具有可比性等等。
2、清分规则的〃正本清源〃
国内外，轨道交通网络管理及收入分配理论与方法，诸如：
乘客乘车行为、乘客路径选择行为、有效路径的计算方法、比例分配方法等等，多种多样的理论与方法，并由此，派生出很多种“清分〃算法，但是，迄今为止，没有一个成为，公认的、有权威性的清分算法。
1）清分算法的建立过程，是一个复杂的论证和综合治理的过程
车票（Ticket）、乘客（Passenger）、网络化特点（Network）是建立清分算法的三要素。
因此，在清分算法中，对这三要素，以偏盖全，或者对任何一方，不能进行全面的、完整的诠释，并给予认真地考虑，这不但会直接影响清分算法的最终清分结果，甚至于，会引发对清分算法合理性的质疑。
2）〃优选路径〃算法模型
迫于事实真相的压力，替代〃最短路径〃算法，是〃优选路径〃算法，即：
"有效路径计算方法〃中，所提到的〃K短路算法〃的翻版。
（1）〃最短路径〃算法的〃冤、假、错〃案
城市轨道交通实现网络化运营之后，城市轨道交通的客流呈现复杂化状态。
"最短路径〃算法面对线路客流和换乘客流的复杂状态，不具备界定、甄别和鉴别功能，而仅以“最短路径〃作为衡量标准，必然会制造出“冤、假、错〃案。
我们将以事实和清分数据为依据，来剖析这些"冤、假、错〃案例。
其中最简单的例子是：
"最短路径〃算法，在共线车站区间内的客流进行"清分〃时，由于，共线车站区间内，只有一条路径，因此，"最短路径〃算法，也只好放弃“全有全无〃的分配方法，按“在线列车比例〃，进行分配。
（2）〃优选路径〃算法模型的建立
上海轨道交通票务中心的清分模型（即：
〃优选路径〃算法模型）主要依据基础数据建立；路网路径确立和路径比例分配三块内容。
基础数据主要有：
线路与车站名、站间距、区域表、换乘站设定、换乘步行时间、列车平均行驶速度、收益方及比例、拥挤系数等。
路网路径：
通过迪杰斯特拉（Dijkstra）算法得到5条路径，再结合“换乘权〃（换乘权二［步行时间+（发车间隔/2）广列车运行速度）优化处理，剔除大于最小路径（计算权）
1・”5倍的路径，通过以上步骤，得到每对0/D最多5条路径，包含换乘次数、总权重、实权、虚权、计算权。
路径比例分配：
使用“正态分布方式〃得到各路径比例。
通过“最短路径法〃生成0/D票价表，根据多路径比例计算路网客流和运营收入分配。
〃优选路径〃算法与“最短路径〃算法没有本质的区别。
它们之间的区别，仅在于：
〃优选路径〃算法，放弃了极端的〃全有全无〃的分配比例的做法，更具有迷惑性。
可以预见到：
〃优选路径〃算法，这种〃换汤不换药〃的做法，也丝毫挽回不了被质疑的命运，因为，清分算法正确与否？
是要用数据来说话的。
必需要指出：
在“最短路径〃和〃优选路径〃算法中的〃路径〃，即:
相关车站间距的集合，不是乘客乘车路径的全部。
在《城市轨道交通网络管理及收入分配理论与方法》（科学出版社）一书，〃有效路径的计算方法〃章节中，对于"有效路径〃的定义，如下：
〃通常，在乘客的一次轨道交通出行过程中，并不是要考虑所有的从起点到终点之间的连通路径，而是只考虑其中的一部分，称这一部分的路径为有效路径〃。
显然，“最短路径〃中，相关车站间距的集合是“有效路径的集合〃的具体化，因此，〃有效路径的计算方法〃中的不合理性和问题，必然会在“最短路径〃和"优选路径〃算法的清分结果中，暴露出来。
（3）如何评价〃最短路径〃和〃优选路径〃算法的清分规则？
在这里，又引用该书中，二段原文，以示正听：
"在某些实际应用中，最短路径并不能满足寻路要求〃；〃有效路径的集合是否合理将直接影响最终的配流结果〃。
3）日本的〃离线精细清分〃规则
日本的〃离线精细清分〃规则，由于没有"离线精细清分〃规则的任何资料和信息，因此，无法进行评论。
4）车票清分规则
"鉴识车票乘车路径〃算法就是车票清分规则，没有"在线〃和〃离线〃之分。
〃鉴识车票乘车路径〃算法，可对轨道交通线网中的每一张车票都进行乘车路径鉴别和清分。
下面将进入〃鉴识车票乘车路径〃算法的正题。
二、“鉴识车票乘车路径〃理论
1、〃乘客一车票〃理论模型的数学表达式
1）车票AT的计算
车票AT的计算方法，如下：
△T=（出站的时间）一（进站的时间）
（1）;
△T的时段分析
△T按时间段进行分析时，AT由三部分时段所组成，即：
△T=AT
0+aT
T+aTE
（2）
其中：
（i）T
0：
乘客从9〃站进站、上车到换乘站下车，的时间段，0：
Origin；（ii）AT
T：
换乘过程中的全部时间段，
T：
Transfer缩写；
（iii）AT
E：
乘客从"D"（Destination）站下车到检票出站的时间段，
E：
Endo
△T
T是与乘客换乘路径有关的隐函数。
城市轨道交通清分系统的清分，像一团很难解开的"乱麻"，AT
T成为这“乱麻〃中的"谜团〃，它使人扑朔迷离。
AT
T给轨道交通清分理论的建立，提供了丰富的想象空间和理论素材。
"比例分配〃方法是对解决厶T
T〃谜团〃束手无策的表现。
2）乘客自由度
我们用车票人性化特性元素〃GWS〃来表示乘客的自由度。
乘客是车票的行为主体。
车票是乘客在轨道交通线网中，交易信息的载体。
因此，在车票AT数学理论模型中，必需引入行为主体一乘客，人性化的特征元素，即：
走路（Go）、等待（Wait）和选择车站（Selectstation）,简称为"GWS"。
它们各自的定义：
G：
走路时间（Go）,即：
乘客从进站口到车站站台，所化费的时间。
W：
等车时间（Wait）,即：
乘客在站台上的候车时间。
S：
车站选择（Select）,下车车站的时间参数。
乘客，是客流的人性属性。
人性的最高境界是自由，所以，用乘客自由度来表达客流人性化属性。
在线路i中，乘客自由度的三要素：
Gi、W
i、S
i分别对应于车票人性化特性元素：
G、W和S。
因此，在每条轨道交通线路的乘车过程中，乘客的自由度由二部分组成：
上车自由度At（G
i、W
i）和换乘自由度S（S
i）o
（1）上车自由度△t（G
i、W
i）
早、晚高峰时段的客流量要占全天客流量的70%左右。
在早、晚高峰
（上、下班）时段的乘客中，毋庸置疑，一些特殊人群的乘客，如：
上班族和学生等占据早、晚高峰时段客流量的大多数。
对于轨道交通来说：
在众多复杂的“客源〃成分中，研究"客源〃的特点，摸清"客源〃的一些规律性，将有助于，客流的分析水平和统计数据的质量的提高。
△t（G
i、W
i）与G
i和W
i的函数关系，如下：
△t（G
i、W
i）=G
i+Wi（3）Gi和W
i是乘客上车自由度At（G
i、W
i）的参数。
（2）换乘自由度S（S
i）
换乘自由度S（S
i）是乘客对换乘车站的选择和决策权。
换乘自由度S（S
i）,又可称之谓：
下车自由度S（S
i）o
对车票AT来说，换乘自由度S（S
i）的表达式，如下：
S（S
i）=Si（4）
方程式
（4）中，S
i是乘客所选择线路i的换乘自由度。
换乘自由度S（S
i）,实际上，反映出乘客在选择乘车路径的意愿。
（3）△T
T的乘客自由度表达式
T=》（G
i+W
i+S
i）
（5）
3）车票AT理论模型数学表达式
车票△T的时段分析方程式：
△T=AT
0+aT
T+aTE
（2）
（1）△T
0的人性化属性（自由度）表达式
△T
0=（G
o+W
o+S
o）
（2）△T
T的人性化属性（自由度）表达式
△T
T=》（G
i+S
i）
（5）
（3）△T
E的人性化属性（自由度）表达式
△T
E=G
e+We4）△T理论模型的假设一〃虚拟的End线路〃
△T三个时段中，除AT
E之外，ZkT
0和厶T
T时段都由"G、W、S〃三部分所组成。
AT=（G
o+W
o+S
o）+》（G
i+W
i+S
i）+（G
e）
（7）
△T=
（G
i+W
i+S
i）+（G
e+W
e）
（8）i为了建立AT理论模型（简称"理论模型〃），我们引进了虚拟的End线（其线路代码为“E〃）概念：
在虚拟的E线上，我们可以把乘客的出站时间看成是E线列车的到达时间，并假设S
Oo"
因此，ZkT
E的表达方式可改写成:
△T
E=G
e+W
e+S
eo此时的AT
E与ZkT
0和厶T
T的表达方式保持一致。
5）"乘客一车票〃理论模型数学表达式
根据上述分析和虚拟的End线，我们把AT
0、△T
T和ZkT
e各自的表达方式代入方程式
（2）后，得出：
△T=（G
o+W
o+S
o）+1（G
i+W
i+S
i）+（G
e+W
e+S
e）
上述方程式，可归纳成：
△T=
（G
i+W
i+S
i）
（10）i方程式
（10）是〃乘客一车票〃理论模型的数学表达式，其中i代表车票路径上，乘客依次所乘坐过的轨道交通线路代码。
6）界定、甄别和鉴识功能
（1）界定线路客流和换乘客流功能
方程式
（10）是由方程式
（2）演变而来的。
由由于网络化运营，特别是共享一套车站AFC系统和设备的换乘车站，使得原本是线路客流数据，也当成是换乘客流数据传到
方程式
（2）:
△T=AT
O+aT
T+aT
E可知；
1当"
T=0时
△T=AT
0+at
E。
该车票就是线路车票（客流）。
2当ZkT
THO时
△T=AT
0+aT
T+aT
E。
该车票就是换乘车票（客流）。
线路AFC系统，只把0/D车站都属于该线路的车票，统计为线路客流量，否则，一律都上传到清分中心。
（2）线路客流量或换乘客流量的内部甄别清理功能
轨道交通网络化运营，特别是共享一套车站AFC系统和设备的换乘车站的出现，使得AFC系统的线路客流数据和清分中心的换乘客流数据的内部成分复杂化，因此，线路客流量和换乘客流量内部，都需要进行甄别和清理。
方程式
（10）的车票乘车路径的甄别功能，可使得线路客流数据和换乘客流数据上的品质单一化。
（3）鉴识车票换乘路径功能
在以后文章中，所提到的换乘客流数据，都是指:
甄别和清理后的换乘客流数据。
方程式
（10）是多重三元一次多项式。
通过求解方程式
（10）,可鉴别出车票换乘路径。
〃鉴识车票乘车路径〃算法就是解方程式
（10）的算法。
综上所述，只要求得每张车票方程式
（10）的解，城市轨道交通清分系统的清分就迎刃而解。
科学的理论是来源于实践，高于实践，并能指导实践。
在车票AT理论模型和通用数学表达式建立过程中，出现过一些其它形式的表达方程式，其实，它们都是一脉相承，都可用来指导和解决，城市轨道交通客流量统计、票务收入分配、以及与此相关的网络运营管理、等实践中所遇到的问题。
2、换乘车站的迄〃效应
△T
T=》（G
i+W
i+S
i）
（5）
换乘车站的匹〃效应是解开△T
T"谜团〃的钥匙。
1）城市轨道交通网络的复杂性和O/D换乘路径的多样性
2）城市轨道交通网络体系的评估
3）几条线路“共用〃中央计算机系统的AFC系统
4）城市轨道交通清分中心的建立
3、AFC系统与运营管理
城市轨道交通线网清分系统的五层架构，如（图1・2）所示：
第五层，是轨道交通〃一票通〃清分系统；第四层，为各线路AFC系统中央计算机系统构成的中央层；第三层，是车站计算机系统组成的车站层；第二层，为车站终端设备组成的终端层；第一层，为车票层。
第五层轨道交通〃一票
通〃清分系统〃一卡通〃清算系统
第四层线路中央计
算机系统1线路中央计
算机系统2线路中央计算机系统n车站计算机
第三层
系统l~n车站计算机
系统l~n车站计算机
系统l~n第二层车站终端
设备车站终端
设备车站终端
设备第一层单程票公共交通卡其它票卡图城市轨道交通网络线网清分系统的架构
图1・2中，除第五层外，其余四层都属于AFC系统范围，由此可见，AFC系统是城市轨道交通清分系统不可缺少的重要组成部分。
通常，AFC系统是根据线路特点〃量身定制〃的，所以AFC系统设计时，完全没有考虑到城市轨道交通网络化运营要求。
为开通城市轨道交通网络化运营，虽然制定了“AFC系统技术标准〃，但是，由于缺乏城市轨道交通网络化运营的经验、时间仓促，以及清分技术上的局限性，因此，在“AFC系统技术标准〃中，涉及到客流统计和票务清分部分存在着严重缺陷，所以，AFC系统应提高或修订技术标准，在城市轨道交通网络化运营条件下，做到与时俱进。
城市轨道交通网络化运营要求：
清分系统与AFC系统之间，保持着互动性和制约性的关系，即：
清分系统中的清分规则，应带动和促进AFC系统的深入发展，完善和改进线路AFC系统的设计，共同解决城市轨道交通网络化运营中，所暴露和遇到的问题，提高轨道交通运营的品质和质量。
一个科学的清分规则，应该创造出AFC系统与轨道交通网络化运营共赢的局面。
1）改变AFC系统的客流量统计方法
在网络化运营条件下，车票0/D的乘车路径已不具有唯一性，AFC系统应对线路的客流量成分，进行核查和甄别处理。
2）票价结构：
计程/限时
网络化运营后，鉴于换乘车站的“牵线搭桥〃作用，车票的0/D区间，客观存在着多条乘车路径，并通过乘车路径，可覆盖到城市轨道交通线网中的每一个车站。
在这些乘车路径之中，不乏有些乘车路径是费时很多的路径。
为规范乘客的乘车行为和加强城市轨道交通的运营管理，应建立0/D区间的计程/限时机制：
对车票0/D乘车路径进行限定或设定，凡是超过限时的车票需要另交票款，因此，计程/限时的票价结构，呼之欲出。
3）票价参数
轨道交通网络化运营后，轨道交通线网中，票价的容量大增，所以，原线路AFC系统的票价参数表应扩容。
4）票价限时参数
配合计程/限时票价结构的推出，AFC系统需要增加票价限时参数。
5）AFC系统票价超时的处理功能
轨道交通应针对票价超时，应制定出一整套有效管理的规章制度。
6）几点建议
建议在今后的AFC系统的招标文件中，不要再出现如下标题的内容：
（1）进/出站免检模式
城市轨道交通是直接受市政府有关部门管理和相关法律制约。
进/出站免检模式描述如下：
在大客流量（进/出站乘客拥挤或车站闸机故障）的情况下，应及时设置进/出站免检模式，允许乘客不通过闸机进站验票进入轨道交通。
无进站信息的车票在其他车站时，由出站闸机根据系统设置的信息，按免检模式进行扣费。
显然，进/出站免检模式描述是与上海市轨道交通乘客守则相违背的。
上海市轨道交通乘客守则（沪交法
（2007）520号）
一）根据〃上海市轨道交通管理条例〃第二十二条规定制
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