基于GIS的公共交通可達性與居民出行特征

曹小曙，黃曉燕，董 哲

(1．陜西師范大學交通地理與空間規(guī)劃研究所，陜西西安710062;2．中山大學地理科學與規(guī)劃學院，廣東廣州510275)

已有研究從不同角度對交通可達性給出了不同的定義和度量方法［1］．我國對于交通可達性的應用研究主要集中在可達性對區(qū)域宏觀發(fā)展的作用、特定區(qū)域的交通網絡可達性變化及其影響等方面［2-4］．而對城市交通可達性的研究相對較少．其中，由于受到公共交通線路自身特性的影響，關于公共交通可達性的測度方法及實證的研究更為薄弱．且關于公共交通可達性文獻主要集中于借用交通網絡的可達性測度方法來確定公共交通站點及線路規(guī)劃［5-6］．國外對公共交通可達性的研究開展較早，成果相對豐富，如:GLEASON［7］最早使用區(qū)位模型來確定公共交通站點;WIRASINGHE等［8］利用時間成本研究了在多點對多點的交通需求下公交站點的最優(yōu)間隔;也有學者探討了基于時間的公共交通可達性方法［9-11］及預測公共交通需求可達性模型［12］．倫敦交通規(guī)劃局主要考慮公共交通服務的接近程度和服務頻率，提出評估某一區(qū)域公共交通可達性水平的方法，并將其應用于公共交通線網的布局．大多數研究僅探討了公共交通可達性的評價方法，對居民出行影響因素的研究也只是考慮建成環(huán)境特征對出行的影響［13-16］，以公交可達性為主題分析其對居民出行行為的影響研究相對較少．

基于此，本文綜合考慮公共交通出行中步行、換乘、等候、公交線路走向及服務頻率等因素，結合網絡路徑分析及空間拓撲分析技術，建立包含時間可達性和覆蓋范圍可達性2個方面的公共交通可達性測度模型．以廣州市東華市場、僑怡苑、南雅苑和麗江花園等4個社區(qū)為例，研究社區(qū)公共交通可達性與居民出行需求的對應匹配關系，以期為城市公共交通的建設、交通發(fā)展政策的制定提供依據，為使用GIS技術定量分析城市公共交通的供需平衡提供一種思路．

1 數據與方法

1．1 公交信息系統(tǒng)的建立

以獲取的廣州市基礎地理信息數據庫(2005年)為基礎，運用 ArcGIS軟件中的疊加分析模塊，疊加數字化過的廣州市交通地圖(2011年)建立廣州市路網空間數據庫．并在此基礎上進行廣州市公共交通線路和站點矢量化，建立廣州市公共交通數據庫，數據庫更新日期至2012年1月，包括公交線路723條、公交站點4 020個、地鐵現狀線路9條和地鐵現狀站點119個．

1．2 案例社區(qū)的選取及問卷數據處理

1．2．1 案例社區(qū)的選取 選取東華市場、僑怡苑、南雅苑和麗江花園等4個社區(qū)為案例社區(qū)．借鑒謝守紅和寧越敏［17］對廣州城市空間的圈層劃分，案例社區(qū)分別位于廣州市舊城中心區(qū)、新城區(qū)和外圍城區(qū)等3個圈層．案例社區(qū)在公交線路網及站點密度、區(qū)位特點、建設年代、住宅形態(tài)及居民屬性特征等方面具有典型性，能較好地反映出不同時期的城市組織布局思路，具有較好的研究價值．案例社區(qū)的空間分布見圖1，基本情況見表1．

圖1 案例社區(qū)空間分布圖Figure 1 Spatial distribution of the sample communities

表1 案例社區(qū)基本情況介紹Table 1 Basic information of the sample communities

1．2．2 問卷數據 居民出行行為的數據主要來源于筆者于2011—2012年調查獲取的廣州市城市公共交通可達性對小汽車擁有及使用影響問卷數據．問卷設計主要包括居民自身屬性、居民出行搭乘公共交通情況和居民態(tài)度及偏好三部分內容．問卷發(fā)放時綜合考慮性別、年齡階段等因素，采取一對一的方式進入社區(qū)進行現場問卷填寫，各社區(qū)問卷發(fā)放份數按照社區(qū)人口規(guī)模來確定．4個案例社區(qū)共發(fā)放問卷428份，回收問卷410份，其中有效問卷382份，有效率為93．4%．案例社區(qū)問卷的基本情況見表2．

1．3 公共交通可達性測度方法

目前研究中大多是將研究區(qū)域抽象為點狀區(qū)位，并將它們作為起點和終點來評價各節(jié)點的可達性，以此來代表區(qū)域可達性［18］．由于劃分計算單元沒有明確標準、劃分尺度和大小的差異，導致研究精度的差異與可達性計算結果的不同．此外，以節(jié)點的可達性值來代替整個單元區(qū)域的值，空間精度不夠，并不能很好地體現空間上的可達性特性．因此，本文參考《城市道路交通規(guī)劃設計規(guī)范》中對公共交通車站服務面積的規(guī)定分別以300 m、500 m為界定范圍，市區(qū)線路公共汽車站距為500～800 m的規(guī)定，選取中間值，將研究區(qū)域劃分成眾多400 m×400 m的網格作為基本研究單元，通過ArcGIS二次開發(fā)功能，分析案例社區(qū)通過常規(guī)公交與地鐵聯合換乘，到達所有網格中心的時間可達性和覆蓋范圍可達性．

表2 案例社區(qū)問卷抽樣和回收情況表Table 2 Basic information of the questionnaires in sample communities

1．3．1 公共交通時間可達性 計算以案例社區(qū)為源點通過常規(guī)公交與地鐵聯合換乘到達其他所有目標網格的最短時間，案例社區(qū)到達該目標網格的時耗越少，其時間可達性越好．

在考慮常規(guī)公交與地鐵聯合換乘時，設定以下規(guī)則:最大換乘次數為3次;換乘公交站點和換乘地鐵站點之間的距離，用步行時間表示其時耗;已有研究結果表明800 m一般是居民步行至地鐵站點的最大距離［19-22］，因此，計算每個公交站點800 m范圍內是否有地鐵站點，若有，則認為居民有換乘地鐵的可能，否則，居民會繼續(xù)換乘公交完成出行．

1．3．2 公共交通覆蓋范圍可達性 本研究將公共交通覆蓋范圍可達性定義為基于不同出行目的，在居民能忍受的最大時耗內，通過常規(guī)公交與地鐵聯合換乘可到達的范圍．

居民能忍受的最大時耗參考已有研究［23］，工作出行最大時耗為60 min，購物出行的最大時耗為40 min，游憩出行最大時耗為90 min．并在計算中考慮不同時段行車速度和等候時間等因素．根據實際調研，廣州市早晚高峰公交行車速度30 km/h，等候時間平均8 min，一般時段40 km/h，等候時間平均5 min．居民的步行速度為8 min/h．地鐵途中的行駛速度不受時段影響，其平均行駛速度為90 km/h，早晚高峰時，地鐵等候時間均為8min，一般時段為3min．

2 公共交通可達性分析

2．1 公共交通時間可達性

從4個案例社區(qū)的公共交通時間可達性(圖2)來看，位于新城區(qū)的僑怡苑社區(qū)和南雅苑社區(qū)公共交通可達性最好，其次是位于舊城中心區(qū)的東華市場社區(qū)，位于外圍區(qū)域的番禺麗江花園社區(qū)公共交通可達性最差．

4個案例社區(qū)的時間可達性均呈現出由社區(qū)向四周沿公交地鐵路網呈圈層遞增擴散的分布特征．東華市場社區(qū)居民出行可達網格中，公共交通可達性好、乘坐公共交通能夠在10～20 min內到達的網格分布于以越秀區(qū)東湖東山口為中心的“十”字型區(qū)域．僑怡苑社區(qū)分布于以天河區(qū)天河北路和天河東路交匯處為中心、以天河路東西向延伸和廣州大道南北向延伸的區(qū)域．東華市場社區(qū)及僑怡苑社區(qū)乘坐公共交通時耗大于90 min才能到達的區(qū)域均主要分布在外圍區(qū)域的花都區(qū)機場南地鐵站以北、白云區(qū)西北、白云區(qū)天河區(qū)東北及蘿崗區(qū)西南、黃埔區(qū)與增城市交界處以及番禺區(qū)東、南部區(qū)域．南雅苑社區(qū)居民出行可達網格中，公共交通可達性好，乘坐公共交通能夠在10～20 min內到達的網格分布于以黃埔大道西和體育東路交匯處為中心，以黃埔大道東西向延伸和廣州大道南北向延伸的“十”字型區(qū)域，公共交通可達性由此區(qū)域向外圍逐漸降低．使麗江花園社區(qū)周邊的公共交通密度較低，因此居民出行搭乘公共交通較為不便，地鐵的快捷性和準時性對居民出行有較大影響．早晚高峰時段，麗江花園社區(qū)居民出行可達網格中，公共交通可達性好，等級值高的網格分布于以麗江花園社區(qū)為中心，以地鐵二號線、東曉路以及中山一路南北延伸的“S”字型區(qū)域，公共交通可達性由此區(qū)域沿地鐵及公交路網向外圍逐漸降低．

圖2 案例社區(qū)時間可達性分布圖Figure 2 Spatial distribution of the sample communities'accessibility

4個案例社區(qū)在早晚高峰時段的公共交通可達性明顯低于一般時段．一般時段，由于車速和居民換乘等候時間縮短，居民搭乘公交出行時，時間可達性等級較高峰時段明顯外擴．

2．2 公共交通覆蓋范圍可達性

2．2．1 工作出行覆蓋范圍可達性 由表3可知，4個案例社區(qū)，在工作出行中位于新城區(qū)的僑怡苑和南雅苑社區(qū)公共交通覆蓋范圍可達性最高，以僑怡苑社區(qū)為源點，乘公共交通在3次換乘內能夠可達的網格共有9 031個，占網格總量的34．1%;南雅苑社區(qū)能夠可達的網格共有8 796個，占網格總量的33．3%．其次是位于舊城中心區(qū)的東華市場社區(qū)，從東華市場社區(qū)乘公共交通能夠可達的網格共有6 351個，占網格總量的24．0%．位于外圍城區(qū)的麗江花園社區(qū)公共交通覆蓋范圍可達性最差，能夠可達的網格共有6 186個，僅占網格總量的23．4%．這一計算結果和時間可達性的分析相吻合．

表3 案例社區(qū)居民工作、購物及游憩出行公共交通可達覆蓋范圍表Table 3 Access range of work，shopping and recreation travel by public transportation of the sample communities

通過加和以4個案例社區(qū)為源點，到達各區(qū)的可達網格占各區(qū)總網格的比率來比較白云、番禺、海珠、花都、黃埔、荔灣、蘿崗、天河、越秀這幾個區(qū)域的公共交通覆蓋范圍可達性．通過分析發(fā)現在工作出行的最大忍受時間內(60 min)，乘坐公共交通到達海珠、荔灣、天河、越秀的便捷度最高，加和比率分別為 400%、382．40%、342．90%、369．60%．而蘿崗區(qū)和花都區(qū)的公共交通可達性最差，加和比率分別僅為 49．80%、4．90%．

2．2．2 購物出行覆蓋范圍可達性 4個案例社區(qū)，與工作出行的公共交通可達性類似，在購物出行中位于新城區(qū)的僑怡苑和南雅苑社區(qū)公共交通覆蓋范圍可達性最高，以僑怡苑社區(qū)為源點，乘公共交通在3次換乘內能夠可達的網格共有5 046個，占網格總量的19．1%;南雅苑社區(qū)能夠可達的網格共有5 086個，占網格總量的19．2%．其次是位于舊城中心區(qū)的東華市場社區(qū)，從東華市場社區(qū)乘公共交通能夠可達的網格共有3 635個，占網格總量的13．7%．位于外圍城區(qū)的麗江花園社區(qū)公共交通覆蓋范圍可達性最差，能夠可達的網格共有3 199個，僅占網格總量的12．1%．

比較白云、番禺、海珠、花都、黃埔、荔灣、蘿崗、天河和越秀的購物出行公共交通覆蓋范圍可達性，其結果與工作出行可達性有一定的差異．在購物出行中，公共交通可達性高的區(qū)域集中分布于海珠、荔灣、天河和越秀等4個區(qū)，其余區(qū)的購物公共交通可達性均較差．

2．2．3 游憩出行覆蓋范圍可達性 游憩出行的最大忍受時間按照90 min計算，4個案例社區(qū)中，僑怡苑、南雅苑社區(qū)的公共交通可達性相對較高，僑怡苑社區(qū)能夠可達的網格共有15 820個，占網格總量的59．8%，南雅苑社區(qū)可達的網格共有14 959個，占網格總量的56．6%．東華市場社區(qū)和麗江花園社區(qū)的游憩出行公共交通覆蓋范圍可達性相對較低，東華市場社區(qū)能夠可達的網格共有11 766個，占網格總量的44．5%，麗江花園社區(qū)能夠可達的網格共有11 833個，占網格總量的44．7%．

比較白云、番禺、海珠、黃埔、荔灣、蘿崗、天河和越秀8個區(qū)的游憩出行公共交通覆蓋范圍可達性，其中海珠、荔灣、天河和越秀4個區(qū)可達性高．蘿崗區(qū)和白云區(qū)的游憩出行公交可達性相對較低，可達網格占總網格的加合比率僅為227．60%和227．50%．

3 公共交通可達性與居民出行需求匹配分析

使用基于不同出行目的公共交通覆蓋范圍可達性，表征現有公共交通網絡能夠為案例社區(qū)所提供的公共交通服務范圍;使用問卷調查獲取居民出行目的地的空間分布，表征基于不同出行目的居民日常出行需求．將二者進行比較，分析供應與需求的匹配關系．

3．1 公共交通可達性與居民工作出行需求匹配分析

廣州市公共交通基本能滿足4個案例社區(qū)的居民公共交通工作出行．但仍存在部分區(qū)域在工作出行最大忍受時耗內公共交通不可達，不能滿足居民出行需求．

由圖3可知，東華市場、南雅苑和僑怡苑社區(qū)居民工作出行的公共交通需求范圍基本位于可達范圍內，說明公共交通能滿足社區(qū)居民的公共交通工作出行需求．從公共交通出行需求來看，東華市場、南雅苑和僑怡苑社區(qū)居民剛性工作出行時，實際目的地空間均主要集中在越秀區(qū)、天河區(qū)和海珠區(qū)．僑怡苑社區(qū)部分居民工作目的地位于荔灣區(qū)．從公共交通供應來看，越秀區(qū)、天河區(qū)和海珠區(qū)的公共交通覆蓋范圍可達性較高，以東華市場、南雅苑和僑怡苑社區(qū)為源點，在工作出行的60 min忍受時耗內，均可到達海珠區(qū)的所有區(qū)域．但以這3個案例社區(qū)為源點，在工作出行能忍受的最大時耗內，無法到達越秀區(qū)西北部、天河區(qū)北部部分區(qū)域．以東華市場社區(qū)為源點，可到達越秀區(qū)、天河區(qū)的92．40%與90．10%的網格區(qū)域;以南雅苑社區(qū)為源點，可到達越秀區(qū)、天河區(qū)、白云區(qū)的92．40%與93．00%的網格區(qū)域;以僑怡苑社區(qū)為源點，可到達越秀區(qū)、天河區(qū)的92．40% 、93．70%和 93．40%的網格區(qū)域．

麗江花園社區(qū)位于廣州市的外圍城區(qū)，公共交通密度、可達性相對較差．從公共交通出行需求來看，麗江花園社區(qū)居民剛性工作出行時，實際目的地空間主要集中在海珠區(qū)、荔灣區(qū)、越秀區(qū)、天河區(qū)和番禺區(qū)．從公共交通供應來看，以麗江花園社區(qū)為源點，在工作出行的60 min忍受時耗內，僅可到達天河區(qū)和番禺區(qū)66．10%、33．20%的區(qū)域．公共交通供應，無法滿足麗江花園社區(qū)到天河和番禺區(qū)工作的居民出行需求．增加了居民使用小汽車交通工具的潛在可能性．

3．2 公共交通可達性與居民購物出行需求匹配分析

一般而言，居民在日常購物時會選擇在社區(qū)周邊區(qū)域完成，對公共交通的依賴度較低．階段性購物會選擇有較多購物場所集聚、有較大購物吸引力的區(qū)域．

圖3 工作出行公共交通需求與可達范圍空間分布雷達圖Figure 3 Spatial distribution of public transportation demand and accessibility in commuting behavior

根據問卷調查，4個案例社區(qū)的居民階段性購物空間均主要分布于越秀區(qū)、天河區(qū)和海珠區(qū)．其中選擇在越秀區(qū)完成購物行為的樣本居民數量最大(43%)，其次是天河區(qū)(38%)．這主要和各區(qū)的商業(yè)服務設施相關．越秀區(qū)購物基礎設施完善，北京路步行街、中華廣場以及流行前線等大型購物網點，廣百、東山百貨、王府井百貨等中小型商場都對居民階段性購物產生較大吸引力．天河區(qū)的天河城商業(yè)區(qū)、體育西路-體育中心商業(yè)街、崗頂太平洋電腦城，海珠區(qū)江南西、麗影廣場等大型購物網點也對居民購物出行產生一定的吸引力．

在購物出行中，存在公共交通供需不平衡的情況．從購物出行的公共交通需求與公共交通可達性的匹配情況(圖4)來看，在出行最大時耗40 min內，海珠區(qū)、越秀區(qū)公共交通可達范圍能夠較好地滿足居民實際需求．但天河區(qū)的公共交通可達性相對較差，特別是東華市場和麗江花園社區(qū)在40 min內僅可到達天河區(qū)67．70%和23．40%的區(qū)域．這主要是由于麗江花園社區(qū)位于外圍城區(qū)，與主城區(qū)空間距離遠，延長了居民出行時耗．

3．3 公共交通可達性與居民游憩出行需求匹配分析

游憩出行行為包括:出游、聚餐、唱歌等休閑娛樂活動的出行．游憩出行，居民有更多的自由度，根據共同參與游憩出行的對象的不同，目的地也有較大差異，空間分布隨機性較大．根據問卷調查，4個案例社區(qū)的游憩出行目的地主要集中于越秀區(qū)、天河區(qū)、荔灣區(qū)和海珠區(qū)．從公共交通可達性來看，這4個區(qū)均能很好地滿足4個案例社區(qū)居民游憩公共交通出行的需求．

圖4 購物出行公共交通需求與可達范圍空間分布雷達圖Figure 4 Spatial distribution of public transportation demand and accessibility in shopping behavior

4 結論

本文基于廣州市現狀城市公交路網站點數據，借助GIS軟件的數據存儲、空間分析及二次開發(fā)功能，以廣州市東華市場社區(qū)、僑怡苑社區(qū)、南雅苑社區(qū)、麗江花園社區(qū)為例，定量分析了公共交通可達性，并基于問卷調查數據探討了社區(qū)居民出行需求與公共交通供給的匹配情況．主要得到以下結論:

(1)4個案例社區(qū)的公共交通時間可達性均呈現出由社區(qū)向四周沿公交地鐵路網呈圈層遞增擴散的分布特征．

(2)早晚高峰時段的公共交通可達性明顯低于一般時段，一般時段公共交通時間可達性等級較高峰時段明顯外擴．

(3)廣州市公共交通基本能滿足4個案例社區(qū)的居民公共交通工作及游憩出行，但仍存在部分在工作出行最大忍受時耗內公共交通不可達的區(qū)域;在購物出行中，存在公共交通供需不平衡的情況．

本文僅提供了一種使用GIS技術定量分析城市公共交通供需平衡的思路，還有待對方法進行改進在其他城市加以驗證．

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