基于灰色預(yù)測模型的機場陸側(cè)交通量預(yù)測

基于灰色預(yù)測模型的機場陸側(cè)交通量預(yù)測

1機場軌道交通現(xiàn)狀隨著航空業(yè)務(wù)需求的增加，進(jìn)入機場的乘客數(shù)量每天都在增加，這不可避免地給機場的區(qū)域交通帶來了巨大壓力。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2004年倫敦的游客收入達(dá)到38.58萬，并保持了相對穩(wěn)定的增長。根據(jù)倫敦消費者的調(diào)查和億美元行業(yè)的分析，目前離開機場的地面交通方式主要包括出租車、巴士和自備車。其中，80%的乘客乘坐出租車和自備車，但載載量大的機場巴士僅占小比例。進(jìn)入機場的交通。為了緩解首都機場陸側(cè)交通的壓力,需要考慮一個大容量的軌道交通體系.北京市規(guī)劃委員會于2005年3月4日審批通過了《東直門至機場快速軌道規(guī)劃方案》.機場軌道線全線27.76公里,擬設(shè)4座車站,即東直門站、麥子店西站、T2及T3航站樓站.列車時速擬為100公里左右,從東直門出發(fā),15至17分鐘可到達(dá)首都機場.機場軌道交通作為大容量的公共服務(wù)設(shè)施,與巴士及出租車共同承擔(dān)著進(jìn)出機場的旅客運輸.但是,機場軌道交通的建成通車對機場巴士及出租車將產(chǎn)生怎樣的定量影響,對陸側(cè)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題.2根據(jù)模型1.1，灰色預(yù)測了機場的陸路貨運量2.1-1e-ak-ba灰色預(yù)測采用將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行直接累加、移動平均加權(quán)累加等方式,使生成數(shù)列呈現(xiàn)一定的規(guī)律性,利用典型曲線逼近其相應(yīng)曲線,以逼近的曲線作為模型,對系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測.在GM(1,1)中,以-作為系統(tǒng)發(fā)展系數(shù),以作為灰色作用量,則可以得到預(yù)測模型為:?x(1)(k+1)=[x(1)(0)-ba]e-ak+bax?(1)(k+1)=[x(1)(0)?ba]e?ak+ba;其中;x(1)(0)=x(0)(1);k=1,2,…,n.為了使GM(1,1)模型能夠達(dá)到預(yù)測的精度要求,需要對其進(jìn)行殘差檢驗及后驗差檢驗.如果能夠滿足表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(yù)測,否則需要對模型進(jìn)行殘差修正.2.2根據(jù)機場巴士站接收的客運流量進(jìn)行預(yù)測2.2.1原始數(shù)據(jù)的選擇根據(jù)資料,2002-2004年首都機場乘坐機場巴士進(jìn)場的客流量如表2所示:2.2.2求灰色預(yù)測模型設(shè)x(0)為首都機場乘坐機場巴士進(jìn)場的客流量數(shù)據(jù)序列,則x(0)=(271.5967,203.1940,248.5427),由計算得:a=-0.2008,b=128.2677根據(jù)以上計算,依照式(1)得出灰色預(yù)測模型為:?x(1)(k+1)=[271.5967+638.7834]e0.2008k-638.7834x?(1)(k+1)=[271.5967+638.7834]e0.2008k?638.7834;k=1,2,…,n(1)2.2.3模型試驗1見表3由表可得,平均絕對誤差為ˉε0.9135εˉ0.9135,平均相對誤差ˉ△k為0.40%.2模型精度等級由C=0.01<0.35,P=1.00>0.95,根據(jù)表1預(yù)測精度等級可以得出結(jié)論,該模型精度等級為1級,有較好的預(yù)測精度和實用價值.2.2.4旅客用量預(yù)測根據(jù)式(1)預(yù)測模型,對首都機場2005-2008年乘坐機場巴士進(jìn)場的旅客流量進(jìn)行預(yù)測,預(yù)測結(jié)果見表5所列.同理,我們對首都機場2005-2008年乘坐出租車進(jìn)場的旅客流量進(jìn)行預(yù)測,預(yù)測結(jié)果見表6所列.3機場軌道交通對機場理論及乘客交通分流的測量由于機場軌道交通對進(jìn)出場的旅客將會產(chǎn)生較大的吸引力,尤其是對乘坐機場巴士和出租車的旅客,其影響力是很大的.我們將運用排隊論的方法來研究機場軌道交通對機場巴士及出租車交通量具體的分流情況.3.1鐵路和機場巴士3.1.1顧客進(jìn)線速率及服務(wù)強度在M/M/S/m排隊系統(tǒng)中,當(dāng)時,我們稱該系統(tǒng)為多通道損失制排隊系統(tǒng),即當(dāng)S個服務(wù)臺均不空時,顧客來到服務(wù)系統(tǒng)不予服務(wù),顧客立即離去,另求服務(wù).顧客因系統(tǒng)飽和而未進(jìn)入系統(tǒng)的概率稱為系統(tǒng)損失率,即:Ρm=SsS!ρmΡ0(2)其中,ρ為服務(wù)強度,指相同時間間隔內(nèi)顧客的平均到達(dá)數(shù)與能被服務(wù)的平均數(shù)之比.3.1.2多通道損失系統(tǒng)在首都機場,承擔(dān)進(jìn)場旅客運輸?shù)陌褪靠偣灿?條線路,設(shè)有5個站點,分別為雅寶路站、西單站、公主墳站、方莊站及中關(guān)村站.當(dāng)旅客到達(dá)量超過機場巴士運送能力時就會出現(xiàn)旅客排隊的現(xiàn)象.如果將機場巴士看作“顧客”,將巴士運營看成“服務(wù)機構(gòu)”,機場巴士與巴士的運營就構(gòu)成了5通道排隊系統(tǒng)M/M/5.機場軌道交通通車后,由于其具有的吸引作用,必然有相當(dāng)一部分改乘軌道交通.此時,機場巴士及運營就構(gòu)成了多通道損失系統(tǒng).在每條線路上,平均每隔15分鐘有一輛車進(jìn)站,則原來在站上等待的車就準(zhǔn)備出發(fā),所以巴士最多可以有5個位置來排隊等候,即系統(tǒng)容量為5,多通道損失系統(tǒng)為M/M/5/5.根據(jù)上述預(yù)測,到2008年,乘坐機場巴士進(jìn)場的旅客將達(dá)到552.5097萬人,則每小時將達(dá)到1262人.按照巴士有效座位數(shù)34人/車計算,則要求每小時保證38輛巴士進(jìn)行運營.根據(jù)其平均每間隔15分鐘出發(fā)一次的標(biāo)準(zhǔn)來計算,每條線每小時出發(fā)4輛.即有:m=S=5;λ=38輛/小時;u=4輛/小時;ρ=1.90據(jù)此,根據(jù)式(2)可以計算出機場巴士的損失率為:Pm=54.81%這損失可以認(rèn)為是全部流向機場軌道交通的,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)場的旅客量轉(zhuǎn)移情況.見表7所示.3.2出租車的通行能力我們同樣采用排隊論的方法來分析軌道交通對出租車的分流率.但由于出租車與機場樓前道路通行能力構(gòu)成單通道損失制排隊系統(tǒng)M/M/c/c,其中c=1,則系統(tǒng)損失率為:Ρc=1c!ρc/cΣn=01n!ρn=ρ1+ρ=λλ+u,其中ρ=λ/u(3)根據(jù)上述預(yù)測,到2008年,乘坐出租車進(jìn)場的旅客將達(dá)到1224.3077萬人,則每小時將達(dá)到2795人.按照出租車有效座位數(shù)1.1人/車計算,則要求每小時保證2541輛出租車進(jìn)行運營.根據(jù)《城市道路設(shè)計規(guī)范》,首都機場的進(jìn)出場道路通行能力均為3280輛/小時,由比例分析可知出租車通行能力為1310輛/小時.即有:λ=2541輛/小時;u=1310輛/小時;ρ=1.94據(jù)此,根據(jù)式(3)可以計算出出租車的損失率為:Pc=65.98%這損失可以認(rèn)為是全部流向機場軌道交通的,而出租車的保留率為1-Pm=34.02%,進(jìn)而可以計算出2008年首都機場乘坐軌道交通及出租車的旅客量轉(zhuǎn)移情況.見表8所示.4影響陸側(cè)交通的發(fā)展趨勢由上述分析可知,當(dāng)首都機場軌道交通建成通車后,對其陸側(cè)交通將會產(chǎn)生重大的影響.然而,對于這種影響的發(fā)展趨勢及其將來的結(jié)果,我們采用馬爾可夫鏈的方法進(jìn)行分析.4.1道交通特性對穩(wěn)態(tài)概率分布的影響馬爾可夫鏈法常用來研究事物的狀態(tài)轉(zhuǎn)移情況,即從事物初始所處的狀態(tài)出發(fā),去分析經(jīng)過若干時間間隔后,事物將轉(zhuǎn)變成何種狀態(tài).我們采用馬爾可夫鏈法來分析軌道交通對機場巴士及出租車分流率的發(fā)展趨勢,以及最終達(dá)到平衡狀態(tài)時的分流率,即穩(wěn)定分流率.我們令P為一步轉(zhuǎn)移概率矩陣,并且對所有i和j滿足:Σjpij=1及pij≥0.由于初始狀態(tài)對n步轉(zhuǎn)移概率的影響隨n的增大而越來越小.因此,當(dāng)n趨于時,可以從n步轉(zhuǎn)移概率直接取得穩(wěn)態(tài)的概率分布,并不需要考慮其初始狀態(tài).令Πj為穩(wěn)態(tài)概率分布的集合,則可得穩(wěn)態(tài)方程組為:Π=Πp(4)ΣjΠj=1,i=1,2,3,?(5)其中,Π=[Π1,Π2,Π3,…];4.2機場市場需求驅(qū)動下的旅客吸引情況根據(jù)上述分析的軌道交通對機場巴士在2008年的分流率及分流量,可得到如下數(shù)據(jù):1)機場巴士與軌道交通分別對機場進(jìn)場旅客的吸引系數(shù)機場巴士:34×4×5-57034×4×5×45.19%=0.0731軌道交通:150×4×12-692150×4×12×54.81%=0.49542)根據(jù)上面預(yù)測,從2002年到2008年,機場巴士的運量在不計軌道交通的情況下,平均年增長率為:μ巴士=n√ana0-1,其中n=6,a0=271.5967,a6=552.5097,根據(jù)計算可知μ巴士=0.1256,即平均年增長率為0.1256.由此可得,軌道交通對進(jìn)場旅客的吸引平均年增長率為:0.1256×0.4954=0.0622,則從機場巴士轉(zhuǎn)向軌道交通的轉(zhuǎn)移概率為0.0622;機場巴士對進(jìn)場旅客的吸引平均年增長率為:0.1256×0.0731=0.0093,則從軌道交通轉(zhuǎn)向機場巴士的轉(zhuǎn)移概率為0.0093.3)根據(jù)需要滿足的條件可得,軌道交通自身的轉(zhuǎn)移概率為1-0.0093=0.9907;機場巴士自身的轉(zhuǎn)移概率為1-0.0622=0.9378.則可以得出轉(zhuǎn)移概率矩陣P為:Ρ=[0.93780.06220.00930.9907]4)根據(jù)式(4)、式(5)計算可知,當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)時,機場巴士的穩(wěn)定分流率為13.01%,軌道交通的穩(wěn)定分流率為86.99%.4.3出租車的穩(wěn)定分流率同理,采用馬爾可夫鏈法分析出租車與軌道交通的穩(wěn)定分流率,根據(jù)式(4)、式(5)計算可知,當(dāng)達(dá)到平衡狀態(tài)時,出租車的穩(wěn)定分流率為18.52%,軌道交通的穩(wěn)定分流率為81.48%.5機場軌道交通對機場理論的分流率呈遞增趨勢目前,機場巴士與出租車的運輸能力合計為2121人/小時,而機場軌道交通的運輸能力將達(dá)到9600人/小時,是前兩者運輸能力的4倍多.同時,機場軌道交通具有速度快、準(zhǔn)點率高、價格合理等優(yōu)點,所以對進(jìn)場旅客的吸引力是相當(dāng)大的.由分析可知,軌道交通開通運營后,將吸引機場巴士約54.81%、出租車約65.98%的進(jìn)場旅客.隨著城市其他軌道交通的建立與完善,機場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(jù)上述預(yù)測結(jié)果可知,如果不考慮機場軌道交通的情況,到2008年,機場巴士的運量約為552.5097萬人/年,出租車的運量約為1224.3077萬人/年,兩者合計約為1776.8174萬人/年,將會給機場陸側(cè)交通帶來嚴(yán)重的壓力.根據(jù)機場軌道交通的設(shè)計參數(shù),其