城市公共交通可達(dá)性評價研究

張雪梅

(1.昆明捷城交通工程咨詢有限公司， 昆明 650011； 2.昆明市城市交通研究所, 昆明 650011)

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城市公共交通可達(dá)性評價研究

張雪梅1,2

(1.昆明捷城交通工程咨詢有限公司， 昆明 650011； 2.昆明市城市交通研究所, 昆明 650011)

公共交通可達(dá)性是出行者、公交系統(tǒng)和土地利用之間相互作用的關(guān)鍵因素，直接影響在特定城市空間下公交需求量的大小. 為科學(xué)有效評價城市公共交通可達(dá)性提出了2種可達(dá)性評價方法，分別是定量的可達(dá)性組合評價模型和定性的基于土地利用的可達(dá)性評價指標(biāo)體系，分析不同類型建設(shè)用地的可達(dá)性，促進公共交通可達(dá)性與土地利用相互作用機制的形成，為發(fā)展公共交通促進城市空間形態(tài)和結(jié)構(gòu)的形成提供決策支持.

公共交通； 可達(dá)性； 評價體系； 土地利用

0 引言

隨著我國城市規(guī)模的擴張，城市郊區(qū)的外沿，現(xiàn)有城市交通系統(tǒng)越來越無法滿足日益增長的交通需求. 為改善城市交通狀況和城市環(huán)境，我國提出了“優(yōu)先發(fā)展公共交通”的戰(zhàn)略，各大城市相應(yīng)開始采取有力措施踐行這一基本國策. 但是，如何有效發(fā)展公共交通以促進城市空間形態(tài)和結(jié)構(gòu)的形成，已成為研究的重點. 因此，城市的公交網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及布局需要有效的評價體系，為線網(wǎng)優(yōu)化和調(diào)整提供決策依據(jù). 公共交通可達(dá)性是一項綜合的評價指標(biāo)，通過公共交通可達(dá)性評價，可以從系統(tǒng)和全局的角度分析居民采用公共交通方式出行所能到達(dá)的活動范圍及其所耗費的可達(dá)成本，更好地詮釋了個體采用公共交通方式出行的便利程度，可為公交系統(tǒng)的評價、改善和規(guī)劃布局提供新的參考依據(jù).

可達(dá)性的概念最早源自古典區(qū)位論，是用來反映交通成本的基本指標(biāo)，最早的度量應(yīng)用可以追溯到Reilly(1931)對于商業(yè)分布引力模型的研究[1]. 隨著應(yīng)用需求的日益增長和技術(shù)手段的逐漸成熟，可達(dá)性的研究對象和應(yīng)用領(lǐng)域逐漸增多. 為了更系統(tǒng)全面地對公共交通可達(dá)性進行評價，本文分別從定量和定性的角度出發(fā)，提出可達(dá)性的定量評價模型和定性評價指標(biāo). 在定量模型上，通過對比分析常用于交通規(guī)劃領(lǐng)域的5種模型的優(yōu)缺點，建立了公共交通可達(dá)性組合模型；在定性分析上，充分考慮土地利用和公共交通發(fā)展之間的相互協(xié)調(diào)、相互作用關(guān)系，提出基于土地利用布局的可達(dá)性評價指標(biāo). 以公共交通可達(dá)性評價為基礎(chǔ)，為公共交通及城市空間結(jié)構(gòu)的可持續(xù)發(fā)展提供一種理論依據(jù)和決策支持.

1 定量可達(dá)性評價模型

1.1 模型對比

可達(dá)性評價方法按照評價標(biāo)準(zhǔn)不同可分為不同的方法類別[2]. 按照可達(dá)性計算成本對象的不同，可以分為空間、時間、經(jīng)濟等不同成本類型的可達(dá)性，其計算結(jié)果用各自的數(shù)量單位進行描述；按照評價目標(biāo)的不同，可以分為交通成本分析、機會可達(dá)性分析與潛能分析等不同類型；按照分析模式的不同，又可以分為對空間阻隔的分析、對機會積累的分析與對空間相互作用的分析. 本文主要對常用于城市交通規(guī)劃領(lǐng)域的5種可達(dá)性模型進行對比分析[3].

1.1.1 空間阻隔模型

該模型將可達(dá)性表達(dá)為克服空間阻隔的難易程度，將兩個節(jié)點間的空間阻隔(出行費用、出行時間或出行距離)作為可達(dá)性的值，阻隔越小，則可達(dá)性越好.

(1)

式中，Ai為對象i的可達(dá)性；tij為從i小區(qū)至j小區(qū)所耗費的出行成本；J為小區(qū)總數(shù).

該模型結(jié)構(gòu)簡單、計算簡便，但模型考慮因素較少，僅考慮了交通網(wǎng)絡(luò)本身的阻隔因素，不能全面反映其他影響可達(dá)性的因素，例如土地利用、交通需求、個體特性等，這也是該模型需要改進的地方.

1.1.2 累積機會模型

累積機會模型的出發(fā)點在于人類的選擇行為具有隨機性的特點. 個體選擇某種交通方式出行是存在一定概率的，可在不同的服務(wù)點獲取該交通方式，每個服務(wù)點帶給該個體的機會相互積累，即為該個體所能獲取該種交通方式服務(wù)的可達(dá)性. 在每個服務(wù)點帶來機會的計算上，可以根據(jù)成本高低，利用分級加權(quán)累積的方式，見式(2).

(2)

式中，n為在研究范圍內(nèi)服務(wù)點的個數(shù)；ηj為服務(wù)點j的機會概率系數(shù)；Cij為對象i移動并到達(dá)服務(wù)點j的成本.

累積機會模型將可達(dá)性用概率的形式表達(dá)，其描述更加接近現(xiàn)實情況，但由于每個人的選擇意愿不同，且具有不明確性和不穩(wěn)定性，甚至有時跟個體的心情和情緒相關(guān). 在應(yīng)用時，難以明確界定各服務(wù)點的概率系數(shù).

1.1.3 空間相互作用模型

空間相互作用模型，也稱潛能模型，表達(dá)了可達(dá)性與成本之間的非線性關(guān)系，認(rèn)為兩者之間可達(dá)性的大小與萬有引力模型類似，Wilson利用最大熵的原理推出雙約束重力模型[4]時指出：可達(dá)性不僅與兩點間的空間距離有關(guān)，還與兩點相互作用的潛力，即兩點處活動規(guī)模的大小有關(guān). 此模型中，最常用的是Hansen提出的潛力模型[5]：

(3)

式中，α為反應(yīng)距離阻抗tij的敏感程度，常取2～3；Qi為出發(fā)地i的規(guī)模；Qj為目的地j的規(guī)模.

該模型意義明確、簡單明了、可解釋性好；考慮了目的地和出發(fā)地的特點對可達(dá)性計算的影響，指出了其與成本值之間相互影響的作用方式，即二者的非線性關(guān)系. 該模型的缺點在于出行成本位于分母，成本tij值的單位不易設(shè)定，且出發(fā)地和目的地的規(guī)模及引力不易量化.

1.1.4 效用模型

效用模型是以微觀經(jīng)濟學(xué)中的消費者理論和離散選擇模型為依據(jù)發(fā)展而來的[6]，從經(jīng)濟學(xué)角度出發(fā)，將個體的出行看作是一種消費行為，假定終點會使個體獲得一定的效用，而個體總會選擇效用最大的出行終點，在交通- 土地系統(tǒng)中所獲得最終效用即為可達(dá)性的評價標(biāo)準(zhǔn)，因此該模型下的可達(dá)性是最大期望效用，以對數(shù)和的方式表示[7]：

(4)

式中，Vij為對象i在小區(qū)j可獲得的效用值；C為選擇集合.

該模型的優(yōu)點在于不僅考慮了交通因素、社會經(jīng)濟因素，還將個體的出行行為融入到了可達(dá)性的評價中，且在理論上具有極大的擴展空間. 缺點在于該方法涉及數(shù)據(jù)量巨大，計算較為復(fù)雜.

1.1.5 時空約束模型

時空約束模型以時間地理學(xué)為基礎(chǔ)，同時考慮了時間與空間2種因素的度量方法. 該模型從個體的角度出發(fā)，通過特定的時空約束所能達(dá)到的時間- 空間區(qū)域及所能選擇的機會，為可達(dá)性水平的值. 通常采用時空棱鏡法來進行具體的計算. 此模型的核心在于對時空約束的理解，時空約束是指個體活動的時間及空間特性對活動的選擇所造成的限制，時空棱柱則指在特定的時空約束下某一個體的可能活動空間. Kwan提出的基于可行機會集(feasible opportunity set, FOS)的時空約束模型，是很有代表性的模型[8]，即

(5)

式中，Wi為小區(qū)i中的機會；FOS為小區(qū)i的可行機會集合.

時空法以個體為研究對象，分析了時空約束下個體的出行狀況，綜合考慮了個體參與活動的能力和偏好、吸引點位置分布、可選擇的交通方式等，較好地表現(xiàn)了個體的活動. 但該模型涉及的計算量較大且數(shù)據(jù)不易獲取.

相比而言，空間阻隔模型解釋性好，但關(guān)注點較為單一，多集中于交通因素，應(yīng)用范圍有限；累積機會模型未對交通系統(tǒng)自身的因素進行表達(dá)，也缺少對個體因素的關(guān)注；空間相互作用模型多專注于兩者之間的可達(dá)性，無法表述單一對象的可達(dá)性，且與實際情況相關(guān)的變量較少，在應(yīng)用過程中具有一定的局限性；效用模型未能體現(xiàn)土地利用等影響因素，解釋性較弱；時空約束模型考慮因素較為全面，但因其巨大的數(shù)據(jù)量及復(fù)雜的運算導(dǎo)致其在實際應(yīng)用較少.

1.2 公共交通可達(dá)性組合模型

為了更好地分析可達(dá)性，綜合各模型的優(yōu)缺點，組合模型成為一些學(xué)者研究的重點. Bhat提出潛力模型和效用模型的組合模型，Miller提出時空約束模型與效用模型的組合模型[9].

對于可達(dá)性評價的含義的理解，一是從城市交通網(wǎng)絡(luò)總體可達(dá)性的角度出發(fā)，二是從城市某一點、某一區(qū)域可達(dá)性的角度出發(fā). 后者又可分為2類，一類是評價城市各點(區(qū))到該點(區(qū))的可達(dá)性，另一類是評價該點(區(qū))到城市其他點(區(qū))的可達(dá)性. 對于不同對象，這兩方面的意義不同. 對于商業(yè)、公共娛樂場所的經(jīng)營者則更加關(guān)注第一類的可達(dá)性，而一般居民則對后一類的可達(dá)性更加感興趣. 本文所建立的公共交通可達(dá)性組合模型就是針對后一類可達(dá)性評價進行的，選取城市某一點(區(qū))作為原點，評價該點至城市其他區(qū)域的公共交通可達(dá)性，并選取出行耗時為可達(dá)性評價的成本，評價模型如下：

Aij=KtTij+KsSij+KcCij

(6)

(7)

(8)

(9)

式(7)描述了空間阻隔因素，該指標(biāo)計算了由節(jié)點i至節(jié)點j公交線路運營時間，該時間為節(jié)點i、j之間所有路段的通行時間之和，各路段的長度和通行速度可由實際測量及觀測數(shù)據(jù)獲得. 式(8)應(yīng)用了累積機會模型的思想，表述的是出行者在不選擇其他交通方式而選擇公共交通進行出行時帶來的累積機會成本；該模型中各種交通方式的選擇概率用選擇該種交通方式出行的出行量進行表示. 式(9)描述的是出行者在選擇不同公交線路或進行公交換乘時，所帶來的用戶選擇成本. 由于個人的選擇受個體自身和外界2種因素的影響，個體因素不易量化和判定，因而該模型中僅考慮了公交系統(tǒng)運營狀況對出行者選擇的影響，即不同公交的發(fā)車間隔因素對出行者選擇成本的影響.

2 定性可達(dá)性評價指標(biāo)

本文的可達(dá)性評價指標(biāo)體系是基于土地利用布局的可達(dá)性評價，評價指標(biāo)建立的目的在于使公共交通的可達(dá)性與各類建設(shè)用地的可達(dá)性需求相匹配，以更好地滿足不同用地類型的居民出行，進而達(dá)到公共交通促進土地利用布局形成，引導(dǎo)土地利用發(fā)展. 基于土地利用布局的公共交通可達(dá)性評價指標(biāo)有3個.

2.1 可達(dá)范圍面積At

可達(dá)范圍面積的評價是針對某個人或群體所在的空間位置分析計算得到的在一定時間內(nèi)的空間可達(dá)性范圍，描述了其所能得到的活動范圍的大小. 此數(shù)量描述了該處的城市居民所能進行各類活動的物質(zhì)空間范圍的大小. 也就是說，針對在某一特定的空間位置下，出行者采取公共交通方式，在不同可達(dá)時間成本下所能達(dá)到的范圍大小，也可以表達(dá)為由公交系統(tǒng)所產(chǎn)生的時空約束.

2.2 可達(dá)服務(wù)面積As

可達(dá)服務(wù)面積指標(biāo)是指通過分析技術(shù)得到在一定可達(dá)成本范圍內(nèi)所能達(dá)到的各類建設(shè)用地的空間面積. 該指標(biāo)是在可達(dá)范圍面積的基礎(chǔ)上，對土地利用信息和重要基礎(chǔ)設(shè)施用地信息進行了統(tǒng)計，描述了在時空限制下，城市居民所能獲得的各類服務(wù)的數(shù)量.

2.3 用地可達(dá)面積Al

用地可達(dá)面積是從土地利用布局的角度來考慮，在一定可達(dá)成本下不同類型建設(shè)用地的可達(dá)面積，該指標(biāo)描述了不同用地類型的可達(dá)成本差異，現(xiàn)有公交系統(tǒng)的可達(dá)性，應(yīng)既能滿足商業(yè)、行政、公共交通基礎(chǔ)設(shè)施用地高強度的出行需求，又能適應(yīng)工業(yè)、倉儲等低強度出行需求，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，以滿足不同層次的需求.

表1 公共交通可達(dá)性評價體系

應(yīng)用以上方法，對某一城市的公共交通可達(dá)性進行簡單的評價測算，并以用地可達(dá)面積為例進行簡要的評價分析.

從土地利用類型來看，居住用地和商業(yè)金融用地可達(dá)性最好，其次為教育用地、醫(yī)療用地和行政辦公用地，再次為文化旅游和體育用地，最后為工業(yè)用地. 工業(yè)用地的可達(dá)時間最短為30 min. 由表2可以看出，當(dāng)可達(dá)時間大于60 min時，居住和商業(yè)用地逐步縮減，而工業(yè)用地逐步增加，醫(yī)療和行政用地則在不同可達(dá)成本范圍內(nèi)均有較為均衡的分布，這說明了城市醫(yī)療和市政服務(wù)等公共基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施在不同范圍內(nèi)配置的均衡性. 同時也證明了不同用地對可達(dá)性需求不同，工業(yè)用地對可達(dá)性需求較低，是因為交通密集的地方，土地利用價值高，不宜設(shè)置工業(yè)，而可達(dá)性低的地方往往土地價格便宜，適宜進行大面積的廠房和園區(qū)建設(shè). 居住和商業(yè)用地日常出行量和吸引量大，則對可達(dá)性有較高的要求，當(dāng)可達(dá)性降低時，居住用地和商業(yè)用地的面積也將逐步縮小. 為方便學(xué)生出行，應(yīng)提升教育用地的公共交通可達(dá)性，對工業(yè)用地的公交資源配置應(yīng)根據(jù)早晚高峰進行柔性配置，既能滿足人們?nèi)粘Ｉ舷掳嗟某鲂行枨?，又能實現(xiàn)資源的配置和能源的節(jié)約，對于新興的居住和商業(yè)區(qū)為保證其發(fā)展應(yīng)加快配套建設(shè)公共交通服務(wù)，提升其可達(dá)性.

表2 相同可達(dá)成本下不同類型用地面積統(tǒng)計表 km2

3 結(jié)論

本文以公共交通可達(dá)性的評價為切入點，分別從定量和定性的角度出發(fā)，建立了公共交通可達(dá)性評價體系. 通過可達(dá)性評價計算和分析，可以看出城市土地利用布局決定了交通源分布、交通量和交通方式布局等，是產(chǎn)生交通需求的根源，不同開發(fā)強度、不同類型的用地對交通方式的結(jié)構(gòu)和可達(dá)性需求不同，須配以不同的交通資源以滿足多樣的交通需求. 反過來，交通網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、資源配置、通行力和相對可達(dá)性也在一定程度上影響了土地資源的開發(fā)模式，進而影響到城市空間結(jié)構(gòu)和形態(tài)的發(fā)展.

城市公共交通和土地利用之間相互作用，公交可達(dá)性對城市商業(yè)、文化活動、居住等用地的空間布局起著關(guān)鍵性、動態(tài)性的影響[10]，強迫改變著土地利用性質(zhì)和開發(fā)強度. 土地利用布局與公交可達(dá)性、交通承載能力之間存在著相互作用、制約和反饋關(guān)系，公交可達(dá)性對城市土地利用起著至關(guān)重要的導(dǎo)向作用[11-12]. 公共交通可達(dá)性科學(xué)合理的評價，以可達(dá)性強弱及其服務(wù)特點，布置不同類型的用地，使土地利用的性質(zhì)和開發(fā)強度與交通承載力、可達(dá)性相適應(yīng)，實現(xiàn)土地利用與交通最優(yōu)化配置.

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Evaluation of Urban Public Transit Accessibility

ZHANG Xue-mei1,2

(1. Kunming Urban Transportation Institute,Kunming, Yunnan 650011, China;2.Kunming Jiecheng Traffic Engineering Consulting Ltd., Kunming, Yunnan 650011, China)

Public transit accessibility is the key factor of the interaction between traveler, public transit system and land use, which further influences the demand for public transit under the specific urban space. The paper puts forward two ways of accessibility evaluation, the quantitative evaluation model of accessibility and the qualitative accessibility index system based on land use patterns in order to measure the accessibility of different kinds of land use.Therefore, the interaction mechanism of public transit accessibility and land use can be developed; the decision support for effective development of public transit system and urban spatial structure can be provided.

public transit; accessibility; index system; land use

10.13986/j.cnki.jote.2015.01.004

2014- 10- 11.

張雪梅(1970—)，女，助理工程師，工學(xué)碩士，研究方向為交通運輸規(guī)劃與管理. E-mail:1401464310@qq.com.

U 121

A

1008-2522(2015)01-20-05