基于公交車站的可達性度量模型

韓 彪，聶 偉，王衛(wèi)平，吳愛虎

深圳大學中國交通經(jīng)濟研究所，深圳518060

可達性是評價公共服務(wù)設(shè)施空間布局的重要指標之一.各領(lǐng)域的研究主體對其理解不盡相同［1］，它可以是從某一點到達目的地所付出的成本［2］等，也可以是以某一點為起點，在限定距離范圍內(nèi)所獲取的資源、服務(wù)數(shù)量［3］，或在限定時間內(nèi)所能到達的區(qū)域［4］等;還可以是兩點之間相互作用的潛能等.在交通領(lǐng)域，可達性多指利用某種交通工具從特定點到達目標地的便利程度［5］，分為無量綱和有量綱的度量方法.無量綱度量源自Hansen［6］提出的潛能模型，它將外部所有其他點對特定點的可能影響之和作為該點的總潛能，亦即該點的可達性.有量綱方法主要以出行成本、時間或距離來度量可達性［7］，多用于基于單一因素決定可達性的特殊領(lǐng)域，如用時間度量急救中心的可達性等.

城市公交具有定時、定線及定點的特征.60%的乘客來自公交車站附近300 m的范圍內(nèi)，距公交車站500 m以上的居民基本不選擇公交出行［8］.關(guān)于公交可達性的已有研究主要集中在公交覆蓋域及覆蓋率計算上，但它們只反映提供公交服務(wù)的空間范圍.理論上，公交車站所在節(jié)點的人們可借助公交網(wǎng)絡(luò)到達公交系統(tǒng)覆蓋的任何區(qū)域，但這僅反映了“可以達到”，人們并不會因此選擇公交.事實上，由于公交線路的長度、線路的非直線系數(shù)、運行速度、發(fā)車頻率、擁擠程度，甚至換乘次數(shù)等因素，都會導致不同公交車站可達性的巨大差異.故覆蓋域及覆蓋率僅反映“可達”的供給屬性，體現(xiàn)其最大的可能性，不反映“可達”的需求屬性，不足以體現(xiàn)其現(xiàn)實性［9］.本研究在覆蓋域及覆蓋率的基礎(chǔ)上，構(gòu)建可達性度量模型，并通過實證驗證.

1 公交車站可達性的評價因子

作為城市優(yōu)先發(fā)展的公益事業(yè)，公交越來越傾向于采取低票價政策，基本不會因票價影響出行選擇.因此，本研究忽略票價因素對公交車站可達性的影響.

1.1 可達域與可達率

可達域是指公交車站所在節(jié)點的人們借助?？吭撥囌镜墓痪€路可通達的空間范圍［1］，由直達可達域和換乘可達域組成.其中，直達可達域指僅由?？吭撥囌镜乃泄痪€路沿途所設(shè)、除本站以外全部車站的覆蓋域的幾何合并值;換乘可達域指通過停靠該車站的所有公交線路換乘到其他公交線路形成的間接覆蓋面積的幾何合并值.

可達率是可達域與城市面積的比值.直達可達率是直達可達域與城市面積的比值.換乘可達率是換乘可達域與城市面積的比值.

1.2 可達質(zhì)量與可達質(zhì)量系數(shù)

便捷是衡量可達質(zhì)量的核心指標［10］.在同一公交系統(tǒng)中，不同公交線路的服務(wù)差異，來自公交線路的非直線系數(shù)、站點間隔距離、運送速度、發(fā)車頻率、擁擠程度、車內(nèi)服務(wù)，甚至換乘次數(shù)等，但就評價公交車站的可達質(zhì)量而言，主要影響因素是發(fā)車頻率、上客容量，運送速度及換乘次數(shù).

1.2.1 發(fā)車頻率(F)

?？看郎y車站P的公交線路F越高，相同時間內(nèi)乘客有更多的機會使用該公交線路的服務(wù)，對P的可達性貢獻越大，反之亦然.

1.2.2 上客容量(Q)

公交車?？縋時，若車上乘客不多，則允許上客容量較大，該公交車對P的可達性貢獻較大.相反，若車上擁擠，甚至滿員，就會阻止部分甚至全部乘客上車，則該公交車對P可達性貢獻較小，甚至為零.現(xiàn)實中，允許上客容量可通過車輛載客定額q與載客率r反映.理論上，Q=q×(1－r)，且載客率只能小于等于1.但是，在高峰期，超載現(xiàn)象頗為常見，載客率經(jīng)常大于1.于是，設(shè)可達性貢獻率β為

其中，ro為載客率的臨界值，即車內(nèi)出現(xiàn)輕微擁擠、乘客開始感到不適時的載客率，設(shè)為80%;rb為載客率的飽和值，即車內(nèi)擁擠，候車乘客基本無法上車時的載客率，設(shè)為120%.當r≤ro時，車內(nèi)空位充足，對所?？寇囌镜目蛇_性貢獻率不受影響，為1;當r＞rb時，車內(nèi)已相當擁擠，對所停靠車站的可達性貢獻率為0;當ro＜r≤rb時，車內(nèi)空位不再充足，雖仍允許乘客上車，但很快擁擠，令一些乘客放棄上車，對所?？寇囌镜目蛇_性貢獻的折損，為3－2.5r(直線折損).

1.2.3 運送速度(V)

停靠P的公交車運送速度越快，乘客能在更短時間內(nèi)達到目標地，可達性越好，反之亦然［7］.

1.2.4 換乘次數(shù)

換乘不僅耗時勞頓，且衰減人們選擇公交出行的意愿，可將其看成影響可達性的一種阻抗.

1.2.5 可達質(zhì)量系數(shù)

特定公交線路的可達質(zhì)量與公交全網(wǎng)的可達質(zhì)量平均值之比定義為可達質(zhì)量系數(shù).

總之，?？看郎y車站的公交線路越多越長、所設(shè)站點越多，其覆蓋范圍越廣，可達域和可達率越大，這是可達性在量上的表現(xiàn);相關(guān)公交線路的發(fā)車頻率和運送速度越高，允許上客容量越大，對所?？寇囌镜目蛇_性在質(zhì)上的貢獻越大.反之亦然.

2 基于公交車站的公交可達性評價模型

2.1 模型假設(shè)

①出行費不影響乘客對公交的選擇，即所有公交線路的收費標準統(tǒng)一且具有公益性;②同一公交線路的車站間距足夠長，不存在相鄰車站覆蓋域重疊，否則需去掉重疊部分;③ 車站覆蓋域無不宜人類基本活動的區(qū)域，否則需除去圓面積中的這一部分;④同一公交線路上下行?？康能囌就耆珜ΨQ;⑤除發(fā)車頻率、運送速度、載客定額和車輛載客率，公交全網(wǎng)的其他服務(wù)特性水平一致.

2.2 模型基礎(chǔ)

本研究基于機會模型確定待測車站借助公交系統(tǒng)的可達“范圍”或“數(shù)量”，借鑒Hansen潛能模型［6］和Allen網(wǎng)絡(luò)可達性模型［11］思想，引入可達“質(zhì)量”(與阻抗對立)，并將其與可達數(shù)量復合，構(gòu)建評價公交車站的可達性模型.首先，將一定半徑的圓面積作為公交車站的覆蓋域;其次，將停靠待測車站的全部公交線路所服務(wù)的公交車站的覆蓋域之和作為該車站的可達域，再計算可達率;然后，選用反映便捷性的服務(wù)指標確定可達質(zhì)量系數(shù)，確定可達性貢獻率;最后，將可達率與可達質(zhì)量系數(shù)、可達性貢獻率復合，得出待測車站的可達性評價模型.

2.3 模型建立

設(shè)Ap為P的可達性，Apz為P的直達可達性，Aph為P的經(jīng)換乘可達性.P的可達性模型為

2.3.1 直達可達性

設(shè)停靠P的公交線路有n條，按其到達P的平均載客率排序為r1，r2，…，rn，對應(yīng)的公交線路分別為X1，X2，…，Xn，其中，公交線路 X1，X2，…，Xa的載客率小于ro，公交線路Xa+1，Xa+2，…，Xb的載客率大于等于ro但小于rb，公交線路Xb+1，Xb+2，…，Xn，的載客率大于等于rb，建立如下模型.

模型1.采取宏觀思維，將?？縋的所有公交線路的平均可達質(zhì)量系數(shù)與可達性貢獻率綜合，再與借助公交系統(tǒng)直達的可達域及可達率復合，計算P的可達性，得

其中，Tpz為P的直達可達率;為P的平均可達質(zhì)量.

其中，Mp為?？縋的所有公交線路經(jīng)停的全部車站經(jīng)去重后的總數(shù);R為公交車站的覆蓋半徑;S為考察區(qū)域的建成區(qū)面積.

現(xiàn)實中組成可達質(zhì)量的各要素均有慣用量綱，但由于采取要素聯(lián)乘，無法判斷是否放大或縮小了相互間絕對差的數(shù)量級.本研究采用各要素的線路值與公交全網(wǎng)平均值之比，有助于將可達質(zhì)量的數(shù)值壓縮到適宜的數(shù)量級，限制其對可達質(zhì)量的調(diào)節(jié).同時，將公交全網(wǎng)的可達質(zhì)量系數(shù)設(shè)為1，提高了可達性指標比較時的直觀性.這樣式(3)變?yōu)?/p>

模型2.采取微觀思維，將P所在節(jié)點能夠直達的公交車站及其覆蓋域區(qū)分為單線覆蓋與多線覆蓋，單線覆蓋域與相應(yīng)公交線路的可達質(zhì)量復合，多線覆蓋域與相關(guān)公交線路的可達質(zhì)量加權(quán)平均數(shù)復合，再累加，并計算P的可達性為

其中，Epz為P不需換乘通達另一車站的可達質(zhì)量;Epzi為僅1條載客率低于80%的公交線路通達的可達質(zhì)量，所涉車站s個;Epzj為僅1條載客率高于80%但低于120%的公交線路通達的可達質(zhì)量，所涉車站t個;Epzk為有兩條及以上公交線路通達的綜合可達質(zhì)量，所涉車站Mp－s－t個.

在多條公交線路中選擇時，被選的概率與公交線路的可達質(zhì)量正相關(guān)，與非直線系數(shù)負相關(guān).比較兩站間非直線系數(shù)，可借助兩者相隔的車站數(shù).于是，考慮由通達同一車站的所有公交線路可達質(zhì)量的加權(quán)平均值確定Epzk，其計算式為

其中，Lk1，Lk2，…，Lkc分別代表由P共同通達的另一車站的所有公交線路1，2，…，c在此兩站之間相隔的車站數(shù);ek1，ek2，…，ekc分別代表這些公交線路的可達質(zhì)量系數(shù);βk1，βk2，…，βkc分別代表這些公交線路的可達性貢獻率.

2.3.2 經(jīng)換乘可達性

經(jīng)換乘可達性Aph是指借助停靠P的公交線路換乘到其他公交線路所實現(xiàn)的可達性.由于換乘的對象是公交全網(wǎng)，對任意公交車站而言差異甚小，主要來自換乘的機會 (可以實施換乘的車站數(shù)量)及由此帶來的換乘便捷程度 (取決于選擇面的大小)，而這總體上與Apz相當.這樣，如果主要是為比較不同公交車站的可達性，可以由直達可達性直接代替;如果要全面評估公交車站的可達性，則需要計算經(jīng)換乘可達性Aph.

Aph的計算涉及公交全網(wǎng)，情形較為復雜，有待深入研究.

以上兩個模型的共同之處在于均引入可達質(zhì)量，彌補了機會模型只關(guān)注可達數(shù)量，不考慮可達質(zhì)量的缺陷.不同之處在于，模型1僅需掌握停靠P的公交線路在該車站的相關(guān)信息，即可計算P的可達性;模型2不僅需要掌握?？縋的公交線路在該車站的相關(guān)信息，且需掌握其在其他車站?？康南嚓P(guān)信息，才能計算P的可達性，其適用性不如模型1.此外，通過“換乘折損”將考察范圍擴展到公交全網(wǎng)，突破機會模型嚴格的半徑限制.同時，將可達性數(shù)值限定在適宜的數(shù)量級內(nèi)，相當程度上克服了潛能模型和Allen模型只能給出各評價節(jié)點間可達性的相對水平 (0，∞)，無法直觀體現(xiàn)單個評價節(jié)點可達性的不足.

3 實例分析

鑒于本研究目的不在于確切計算公交車站的可達性，而旨在探索可達性的內(nèi)容及計算方法.因此，在缺乏公交全網(wǎng)詳盡數(shù)據(jù)的情況下，選擇深圳市深大北門和桂廟新村兩個公共汽車站，利用模型1計算比較其直達可達性，見表1.

表1 待測公交車站基本數(shù)據(jù) (部分)Table 1 Basic data of the two bus stops to be calculated(apart)

3.1 城市建成區(qū)面積

深圳市建成區(qū)面積S=876.75 km2.

3.2 公交車站的可達域和可達質(zhì)量計算

根據(jù)營運數(shù)據(jù)及實地調(diào)研，發(fā)現(xiàn)平峰時段?？窟@兩個車站的公交線路的載客率均未達到80%，可達性貢獻率都取1，但高峰時段和平峰時段的發(fā)車頻率相差較大，且部分線路只在高峰時段運行，故需區(qū)分兩種時段分別計算.

高峰時段 ?？可畲蟊遍T站和桂廟站的公交線路分別為33條和12條，去重后累計服務(wù)的車站數(shù)分別為M深大北門=658和M桂廟=298，公交覆蓋半徑R=400 m［12］(下同)，計得深大北門站和桂廟站的公交可達域分別為330.58 km2和149.72 km2，可達質(zhì)量分別為深大北門=0.895 3和桂廟=0.788 6.

平峰時段 停靠深大北門站和桂廟站的公交線路分別為29條和12條，去重后累計服務(wù)的車站數(shù)分別為637和298，計得深大北門站和桂廟站的公交可達域分別為 M深大北門=320.03 km2和 M桂廟=149.72 km2，可達質(zhì)量分別為深大北門=0.856 3和桂廟=0.767 9.

3.3 公交車站可達性計算、比較與分析

將相關(guān)數(shù)值代入式(5)，可得高峰時段深大北門站和桂廟新村站的直達可達性分別為0.337 6和0.134 7，平峰時段的直達可達性分別為0.312 6和0.131 1.可見，雖然兩站相鄰，但無論在高峰時段還是平峰時段它們的可達性相差甚遠，深大北門站的可達性明顯好于桂廟新村站.

結(jié) 語

本研究在機會模型、潛能模型和Allen網(wǎng)絡(luò)可達性模型的基礎(chǔ)上，提出公交車站的可達性由可達數(shù)量、可達質(zhì)量系數(shù)和可達性貢獻率共同構(gòu)成的觀點，將可達性區(qū)分為直達可達性和經(jīng)換乘可達性，建立評價模型，通過實證分析，驗證其有效可行.

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