城市轨道交通的清分规则与.docx

1、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（Ori

2、gin/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O/D区间（包括同线路的O/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O/D数据的“O”车站是换乘车站，或者

3、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O/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，如：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

4、的清分等，需要清分中心，及时地提供更加精细的O/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

5、别和清理中，所采用的理论和算法，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、

6、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O

7、/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

8、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

9、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，已摈弃“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

10、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

11、“乘客车票”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、O/D 各换乘路径中，轨道交通各票种的分类细目、O/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O/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

12、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

13、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

14、：“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=步行时间+(发车间隔/2)*列车运行速度）优化处理，剔除大于最小路

15、径（计算权）1.5倍的路径，通过以上步骤，得到每对O/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O/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，

16、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

17、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、“乘客车票”理论模型的数学表达式1）车票T的计算车票T的计算方法，如下：T(出站的时间)(进站的时间 ) （1）； T的时段分析 T按时间段进行分析时，T由三部分

18、时段所组成，即：TTOTTTE （2） 其中：（）TO：乘客从“O”站进站、上车到换乘站下车，的时间段，O：Origin；（）TT：换乘过程中的全部时间段，T：Transfer缩写；（）TE：乘客从“D”（Destination）站下车到检票出站的时间段，E：End。 TT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”，TT成为这“乱麻”中的“谜团”，它使人扑朔迷离。TT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TT“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

19、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T数学理论模型中，必需引入行为主体乘客，人性化的特征元素，即：走路（Go）、等待（Wait）和选择车站（Select station），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、Wi、Si分别对应于车票人性化特性元素：G、W和S。因此，在每条轨

20、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t（Gi、Wi）和换乘自由度S（Si）。（1） 上车自由度t（Gi、Wi）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（Gi、Wi）与Gi和Wi的函数关系，如下： t（Gi、Wi）GiWi （3）Gi和Wi是乘客上车自由度t（Gi、Wi）的参数。（2）换乘自由度S（Si）

21、换乘自由度S（Si）是乘客对换乘车站的选择和决策权。换乘自由度S（Si），又可称之谓：下车自由度S（Si）。对车票T来说，换乘自由度S（Si）的表达式，如下：S（Si）Si （4）方程式（4）中，Si是乘客所选择线路i的换乘自由度。换乘自由度S（Si），实际上，反映出乘客在选择乘车路径的意愿。（3） TT的乘客自由度表达式TT（GiWiSi） （5）3）车票T理论模型数学表达式车票T的时段分析方程式：TTOTTTE （2）（1）TO的人性化属性（自由度）表达式 TO（GoWoSo） （2）TT的人性化属性（自由度）表达式TT（GiWiSi） （5）（3）TE的人性化属性（自由度）表达式 TEG

22、eWe4） T理论模型的假设“虚拟的End线路”T三个时段中，除TE之外，TO和TT时段都由“G、W、S”三部分所组成。T（GoWoSo）（GiWiSi）（GeWe） （7）T（GiWiSi）（GeWe） （8）为了建立T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 e0。因此，TE的表达方式可改写成：TEGeWeSe 。此时的TE与TO和TT的表达方式保持一致。5）“乘客车票”理论模型数学表达式根据上述分析和虚拟的End线，我们把To、TT和Te各自的 表达方式代入方程式（2）后

23、，得出：T（GoWoSo）（GiWiSi）（GeWeS e） （9）上述方程式，可归纳成：T（GiWiSi） （10）方程式（10）是“乘客车票”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）：TTOTTTE 可知；1 当TT0时TTOTE 。该车票就是线路车票（客流）。 当TT0时TTOTTTE。该车票就是换乘车票（客流）。线路AFC系统，

24、只把O/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

25、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T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“”效应 TT（GiWiSi） （5）换乘车站的“”效应是解开TT“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

26、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。图1-2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

27、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

28、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O/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O/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O/D区间的计程/限时机制：对车票O/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

29、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

30、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”第二十二条规定制定本条例。二） 凡进入轨道交通车站（含出入口、通道）者，均须遵守本守则。三） 乘客须持有效车票乘车。越站乘车的，应补交超过部分票款；无车票或持无效车票乘车的，应按单程的总票价补交票款，并可加收5倍以下票款。乘客持票进入收费区后，须在规定时间内出收费区；超过规定时间的，应按单程最低票价补交票款。按上述说法：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，在该模式下，将无客流数

31、据可供AFC系统采集，这给AFC系统和运营管理带来很严重后果。众所周知，“大客流量”的出现，更是上级领导部门要十分关注的紧急情况，一旦，允许乘客不通过闸机进站验票进入轨道交通，因此， 该车站AFC系统就没有进/出站客流数据，AFC系统中央也就没有该车站的客流量数，轨道交通指挥调度和监控等同虚设。“空白”，由此，所造成的后果是十分严重的，由于AFC系统缺少进/出站免检模式期间的车站的客流量数据，造成AFC系统，中央或车站的客流报表不正确。进/出站免检模式的实施，将给车站进/出站客流量的调控带来困难，因此，会给轨道交通的运营安全造成威胁。车站进/出站闸机的数量是按线路中期高峰时段客流量配置，远期高峰时段客流量预留。即便出现进/出站乘客拥挤现象，也是属于可控之内。所以进/出站免检模式中，所谓的“大客流量”，从客观上讲，出现的几率是微乎其微，即便有，也是可用其它方法进行补救的。（2）运营模式的组合现有的运营模式，已能满足轨道交通日常运营的需要。由于一些运营模式存在着后遗症，所以，运营模式的组合会把后遗症扩大化。（3） 计程票价结构票价结构：计程/限时4、 车票T的轨道交通