基于大數(shù)據(jù)的雷達(dá)圖分析法在城市軌道交通客流評價中的應(yīng)用

崔 揚 李井波 馬 山

(天津城市規(guī)劃設(shè)計研究院，300201，天津//第一作者，高級工程師)

國內(nèi)外關(guān)于城市軌道交通車站選址的相關(guān)研究，多應(yīng)用經(jīng)濟(jì)地理學(xué)原理，以站點覆蓋最大的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)出區(qū)域為目標(biāo)，或以線網(wǎng)乘客總體出行時間最短為目標(biāo)，建立數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行車站選址。文獻(xiàn)[1]探索了影響城市軌道交通站點選址的因素，并以此為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用德爾菲法、層次分析法、熵權(quán)法、模糊物元分析理論和最優(yōu)度理論建立評價指標(biāo)體系。文獻(xiàn)[2]提出，選址需要考慮人流集散、與商業(yè)銜接、與停車設(shè)施銜接、與對外交通方式銜接等方面需求。但這些方法比較復(fù)雜和抽象，過于理想化，車站選址方案往往難于落實，而且與影響城市居民使用軌道交通系統(tǒng)的最直接因素相關(guān)性較小。

在線網(wǎng)規(guī)劃實際工作中，多基于現(xiàn)狀出行及土地利用規(guī)劃情況進(jìn)行居民出行預(yù)測，通過最重要的客流節(jié)點錨固線網(wǎng)，沿主要客流通道布設(shè)線路，綜合考慮客流吸引點和可實施性選取車站位置。

雷達(dá)圖分析法也可稱為戴布拉圖、螂蛛網(wǎng)圖、蜘蛛圖分析法，是一種基于評價對象構(gòu)建的多變量對比分析方法。該方法能夠直觀、形象地反映評價對象的綜合特性，因此被廣泛用于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、社會等較多領(lǐng)域。文獻(xiàn)[6]運用雷達(dá)圖分析法對電能質(zhì)量進(jìn)行了綜合評估; 文獻(xiàn)[7]將雷達(dá)圖分析法應(yīng)用于高校學(xué)位授權(quán)點監(jiān)控，構(gòu)建了監(jiān)控機(jī)制指標(biāo)模型; 文獻(xiàn)[8]將雷達(dá)圖分析法引入到民營快遞企業(yè)競爭力評價的研究之中。該方法在城市建設(shè)方面也有一定的應(yīng)用研究，文獻(xiàn)[10]和文獻(xiàn)[11]分別在公路工程項目風(fēng)險評價中和城市森林建設(shè)水平評價中有所嘗試，但在城市軌道交通車站選址工作中尚未有相關(guān)研究。

本文嘗試將雷達(dá)圖分析法應(yīng)用在城市軌道交通規(guī)劃及評價中。以天津地鐵1號線為例，對車站周邊土地利用特性、交通銜接條件及商業(yè)成熟度等影響車站客流的主要因素進(jìn)行綜合評價，構(gòu)建基于雷達(dá)圖分析法的評價函數(shù)，給出定量分析結(jié)果，并與實際客流表現(xiàn)進(jìn)行比對，進(jìn)而驗證該方法的可行性。

1 評價方法

1.1 評價指標(biāo)體系建立

影響城市軌道交通車站客流的因素較多，主要有沿線用地開發(fā)情況和交通銜接水平。本文根據(jù)數(shù)據(jù)可獲得性，挑選以下5個評價指標(biāo)對車站選址情況進(jìn)行評價，形成雷達(dá)圖的5個指標(biāo)軸。

(1) POI(興趣點)密度：車站周邊的交通吸引點數(shù)量和吸引強度是決定車站客流的最根本因素，通過車站周邊600 m范圍內(nèi)興趣點的數(shù)量，計算POI密度的大小，以此反映車站選址周邊地區(qū)用地情況對主要客流吸引點數(shù)量的影響。

(2) 評論數(shù)：采集相關(guān)網(wǎng)站對周邊600 m客流吸引點評論數(shù)，該數(shù)據(jù)可以在某種程度上反映周邊客流吸引點的吸引力。

(3) 土地開發(fā)度：車站周邊土地開發(fā)強度越高，各種用地性質(zhì)種類(居住、商業(yè)、辦公和休閑服務(wù)等)越多，線路全日客流的強度就越有保障。本文通過統(tǒng)計車站周邊600 m范圍內(nèi)的建筑面積，計算周邊用地混合度得到每個車站的折算系數(shù)，然后將兩者相乘得到車站周邊土地開發(fā)度指標(biāo)。

(4) 交通銜接條件：站點周邊地區(qū)的交通可達(dá)性以及車站接駁體系的成熟程度，是制約客流的主要因素。本文主要選取車站周邊道路網(wǎng)密度、人行道面積率、出入口周邊機(jī)動車及自行車停放場地面積、公交車站經(jīng)停線路數(shù)等指標(biāo)，經(jīng)過同等權(quán)重的無量綱化處理得到交通銜接水平評價值。

(5) 區(qū)域逗留人數(shù)：進(jìn)出車站周邊區(qū)域并逗留的人流量，與車站客流量直接相關(guān)，也是以上各個因素的直觀反映。該指標(biāo)可以通過手機(jī)運營商的信令數(shù)據(jù)獲得。本文擬通過某運營商工作日一天(00:00—24:00)內(nèi)手機(jī)數(shù)據(jù)推測站點周邊區(qū)域人員數(shù)量。

1.2 雷達(dá)圖綜合評價函數(shù)的建立

本文定義5個評價指標(biāo)的權(quán)重相同，通過這5個評價指標(biāo)繪制相同權(quán)重的五邊形雷達(dá)圖，并采用雷達(dá)圖的面積、周長2個特征量反映不同車站的綜合水平及各個評價指標(biāo)的均衡性。

1.2.1 特征量的計算

每個雷達(dá)圖都是由5個指標(biāo)組成的三角形，且每個三角形中的一個角度為已知量，可以通過各指標(biāo)的長度及指標(biāo)間的角度得到每個三角形的面積，進(jìn)而得到每個雷達(dá)圖的面積，見公式(1)；同理周長也可以利用三角函數(shù)取得，見公式(2)。

(1)

(2)

式中：

S——雷達(dá)圖面積(面積評價特征量)，其數(shù)值越大說明車站總體優(yōu)勢越強，越小則較弱；

L——雷達(dá)圖周長；

n——指標(biāo)個數(shù)(本文為5)；

Ri,Ri——分別表示指標(biāo)軸i和j的長度。

1.2.2 評價函數(shù)的確定

通過上述面積和周長特征量建立評價函數(shù)W:

W=SQ

(3)

(4)

式中：

Q——周長評價特征量，表示參評車站雷達(dá)圖面積與等同于該雷達(dá)圖周長的圓面積的比值，反映各評價指標(biāo)的均衡性，其數(shù)值越大均衡性越好，反之則較差。

最后利用評價函數(shù)計算綜合評價指標(biāo)Y:

(5)

2 天津地鐵1號線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取與處理

2.1 天津地鐵1號線概況

天津地鐵1號線是天津最早的地鐵線路，1984年正式開通運營。北起劉園站，南至財經(jīng)大學(xué)站，全長26.2 km，共設(shè)置車站21座。列車編組為 6節(jié)B型車，早晚高峰的發(fā)車間隔為5 min，平峰的發(fā)車間隔為8 min。目前1號線的日均客流量約30萬人次。

2.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的獲取

POI密度，通過大眾點評網(wǎng)查找每座車站周邊600 m半徑內(nèi)具有一定熱度的興趣點的數(shù)量；評論數(shù)為POI點評論數(shù)匯總；土地開發(fā)度，通過600 m半徑內(nèi)各地塊現(xiàn)狀用地性質(zhì)資料進(jìn)行計算；交通銜接條件，通過統(tǒng)計車站600 m半徑內(nèi)路網(wǎng)密度和人行道密度、出入口100 m半徑內(nèi)公交車站經(jīng)停線路數(shù)和車輛停放場地面積進(jìn)行計算；區(qū)域逗留人數(shù)，通過某手機(jī)運營商工作日1 d(00:00—24:00)內(nèi)手機(jī)數(shù)據(jù)反映1 d內(nèi)進(jìn)出車站周邊600 m半徑范圍內(nèi)，逗留30 min以上的手機(jī)數(shù)量，以此推測站點周邊區(qū)域人員數(shù)量。

將原始數(shù)據(jù)無量綱化，即將最高值定位為1，按比例進(jìn)行處理，計算結(jié)果見表1。

表1 天津地鐵1號線各車站評價指標(biāo)表

根據(jù)5個評價指標(biāo)繪制的各站雷達(dá)圖如圖1所示。圖1能夠直觀反映出各站的綜合情況。

3 天津地鐵1號線客流分析與評價

3.1 雷達(dá)圖評價值

通過式(5)綜合評價函數(shù)計算天津地鐵1號線各站的綜合評價值，將綜合評價指標(biāo)值最大的營口道站的數(shù)據(jù)定為1，對其他車站的綜合評價值進(jìn)行同比例處理，得到評價相對值，如圖2所示。

從綜合指標(biāo)數(shù)據(jù)來看，營口道站和小白樓站的指標(biāo)數(shù)值最高，果酒廠站和財經(jīng)大學(xué)站的指標(biāo)數(shù)值最低。采用百分制進(jìn)行比較，如果營口道站為100分，60分以上的車站僅有3個，分別是營口道站、小白樓站、鞍山道站，其余車站分?jǐn)?shù)均不到60分。

3.2 天津地鐵1號線各車站實際客流表現(xiàn)

本文取天津地鐵1號線某典型工作日各車站的出站客流量數(shù)值進(jìn)行驗證，原始數(shù)據(jù)如圖3所示。

從車站的實際客流表現(xiàn)來看，營口道站和小白樓站客流量最高，陳塘莊站和西站站客流量最低。

為將客流數(shù)據(jù)與雷達(dá)圖指標(biāo)進(jìn)行對比，同樣對天津地鐵1號線各車站的出站客流數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理。將各站客流量中的最高值作為1，進(jìn)行等比例無量綱化處理，結(jié)果作為各站的出站客流計算值，見表2。

表2 天津地鐵1號線各站出站客流計算值

同樣，采用百分制進(jìn)行比較，如果營口道站客流表現(xiàn)100分，排名第二的小白樓站的分?jǐn)?shù)也僅為53.6分，客流表現(xiàn)差距很大，大部分車站客流量都不盡人意。

將天津地鐵1號線各站的評價相對值和客流計算值連線等比例繪制成曲線，如圖4所示。由圖4可見，兩者的相關(guān)性較大，趨勢基本一致，由此可以認(rèn)為，評價指標(biāo)基本可以反映車站的客流表現(xiàn)。但是從趨勢圖上可以看到一種現(xiàn)象：在城市中心區(qū)，評價相對值與實際客流擬合程度非常好(除了鞍山道站以外)，而在城市外圍地區(qū)(北側(cè)自勤儉道站開始，南側(cè)自復(fù)興門站開始)客流表現(xiàn)逐漸優(yōu)于評價相對值，而且越到外圍差距越大。

用地開發(fā)強度a) 劉園站用地開發(fā)強度b) 西橫提站用地開發(fā)強度c) 果酒廠站

用地開發(fā)強度d) 本溪路站用地開發(fā)強度e) 勤儉道站用地開發(fā)強度f) 洪湖里站

用地開發(fā)強度g) 西站站用地開發(fā)強度h) 西北角站用地開發(fā)強度i) 西南角站

用地開發(fā)強度j) 二緯路站用地開發(fā)強度k) 海光寺站用地開發(fā)強度l) 鞍山道站

用地開發(fā)強度m) 營口道站用地開發(fā)強度n) 小白樓站用地開發(fā)強度o) 下瓦房站

用地開發(fā)強度p) 南樓站用地開發(fā)強度q) 土城站用地開發(fā)強度r) 陳塘莊站

用地開發(fā)強度s) 夏興門站用地開發(fā)強度t) 華山里站用地開發(fā)強度u) 財經(jīng)大學(xué)站

圖1 天津地鐵1號線各站點雷達(dá)圖

圖2 天津地鐵1號線各車站綜合評價值及評價相對值

圖3 天津地鐵1號線某典型工作日各車站出站客流量

圖4 天津地鐵1號線各站評價相對值與客流趨勢對比圖

(1) 外圍地區(qū)車站差異分析：從天津的城市開發(fā)情況來看，居住人口仍然集中在城市中心區(qū)，外圍車站所處的快速環(huán)路以外區(qū)域的土地利用強度不高、人口較為分散，因此按照600 m半徑計算的各類指標(biāo)均較少。而且城市外圍地區(qū)車站的接駁條件較好，實際服務(wù)范圍應(yīng)大于600 m，車站越靠近外環(huán)線，服務(wù)范圍就越大，因此測算的評價指標(biāo)低于客流表現(xiàn)。

(2) 鞍山道站分析:該站雷達(dá)圖各項指標(biāo)除評論數(shù)外均較高，所以該站的相對評價值達(dá)到0.71。但該站出站客流量明顯低于其前后的兩座車站，造成這種現(xiàn)象的因素可能是：①鞍山道站與東側(cè)客流最大的營口道站間距僅為850 m，而本文采用的車站服務(wù)半徑為600 m，兩車站服務(wù)范圍重合較大，這導(dǎo)致車站的各指標(biāo)相互影響。②鞍山道站距天津總醫(yī)院較近，周邊的興趣吸引點主要為醫(yī)院配套的相關(guān)服務(wù)業(yè)，進(jìn)出該站周邊區(qū)域的多為就醫(yī)患者及陪同人員，本身使用地鐵出行的比例就較低；而且鞍山道站為側(cè)式站臺，進(jìn)出站較為不便，導(dǎo)致就醫(yī)人員多采取其他交通方式。

從以上的車站實例分析及分指標(biāo)的匯總圖(見圖5)來看， POI密度與車站客流相關(guān)性最好；評論數(shù)一定程度上反映了車站周邊用地的吸引力，特別是周圍商業(yè)設(shè)施較多的車站，與車站客流相關(guān)性較好；用地開發(fā)情況整體與客流趨勢一致，特別是在城市中心區(qū)；交通銜接指標(biāo)綜合考慮了多方面設(shè)施，可以簡單反映車站交通銜接條件，但交通銜接更需要運營管理及服務(wù)方面的綜合配套政策，雖然天津地鐵1號線個別車站的交通銜接先天條件較好，卻并未進(jìn)行相關(guān)的交通銜接規(guī)劃設(shè)計建設(shè)及運營管理優(yōu)化工作，實際客流還有很大的增長空間；逗留人數(shù)最直觀地反映了車站周邊的人口及崗位密度，從圖5中可以看到，并不是人員密度最高的車站客流量最大，這是由居民的生活方式、出行習(xí)慣和軌道交通服務(wù)水平等多方面因素造成的。另外，通過本文的分析，可以看到：根據(jù)車站所處區(qū)域的不同，天津地鐵1號線各車站的實際服務(wù)范圍差距較大，城市中心區(qū)的營口道站、鞍山道站及小白樓等站直接服務(wù)半徑小于600 m，而外圍地區(qū)則遠(yuǎn)大于600 m。

圖5 天津地鐵1號線各站評價指標(biāo)分值及客流表現(xiàn)分值折線圖

4 結(jié)語

雷達(dá)圖分析法在城市軌道交通車站選址及評價過程中有較大的發(fā)揮空間，就方法本身而言，通過分析可得出以下結(jié)論。

(1) 本文通過興趣點、土地開發(fā)情況、逗留人數(shù)、車站交通銜接條件等數(shù)據(jù)的挖掘，利用雷達(dá)圖分析法找到評價各車站的相對分值，該評價值與車站的出站客流量相關(guān)性較高，可以近似反應(yīng)各站客流量的變化趨勢。因此，該方法可以在城市軌道交通客流評價中進(jìn)行應(yīng)用。

(2) 本文所選取的幾個指標(biāo)比較合理，但根據(jù)傳統(tǒng)的規(guī)劃手法，所選取的車站600 m服務(wù)半徑顯得缺少針對性。就本文的實例來說，天津地鐵1號線在城市中心區(qū)的車站服務(wù)半徑小于600 m，而在城市外圍地區(qū)，車站服務(wù)半徑則大于600 m。下一步，將結(jié)合實際調(diào)查，對車站的直接服務(wù)范圍做具體分析，試圖找到一定的規(guī)律。

(3) 對于天津地鐵1號線，通過采用雷達(dá)圖法進(jìn)行比較分析，可以看到營口道站的客流表現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)強于其它車站，各站的客流分布很不均衡。天津地鐵1號線客流水平仍有較大的提升空間，應(yīng)充分提升沿線土地利用水平，做好交通銜接保障，提高地鐵服務(wù)水平。

本文只是就雷達(dá)圖分析法在城市軌道交通規(guī)劃及評價工作中的應(yīng)用進(jìn)行了粗淺的論證，起到拋磚引玉的作用。該方法仍有待完善，特別是需要繼續(xù)做好細(xì)化指標(biāo)的選取、劃定合理覆蓋范圍及深化指標(biāo)權(quán)重等工作。

后續(xù)研究工作中，將嘗試在天津市軌道交通線路運營的后評估中采用該方法，繪制整條線路的雷達(dá)圖，并比較各條線路的雷達(dá)圖，進(jìn)而將該方法應(yīng)用于城市軌道交通規(guī)劃的選線工作中。