武漢市軌道交通網(wǎng)絡(luò)連通性評(píng)價(jià)

黨 雨 點(diǎn)

(武漢大學(xué)城市設(shè)計(jì)學(xué)院，湖北 武漢 430072)

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加速，城市交通擁堵問題日益嚴(yán)重。大力發(fā)展公共交通，尤其是軌道交通，來緩解交通擁堵問題已逐漸成為共識(shí)。城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展體現(xiàn)了城市的綜合發(fā)展水平，它直接影響城市居民的日常出行生活，最終會(huì)影響城市的總體發(fā)展。城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)連通性是指正常運(yùn)營狀態(tài)下，整個(gè)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的通行能力[1]。研究軌道交通網(wǎng)絡(luò)的連通性可以為軌道交通網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化配置提供指導(dǎo)意見，同時(shí)也方便城市政府進(jìn)行更好投資決策。

目前對(duì)于軌道交通的連通性的研究在逐步增多，通過對(duì)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的連通性的評(píng)價(jià)結(jié)論可以對(duì)城市的軌道交通網(wǎng)絡(luò)資源合理優(yōu)化配置以及安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防等提供參考依據(jù)[2]。Mishra等在圖論基礎(chǔ)上來確定多模式交通網(wǎng)絡(luò)的性能，并提出量化節(jié)點(diǎn)、線路和區(qū)域連通性水平的計(jì)算方法[3]。

國內(nèi)涉及軌道網(wǎng)絡(luò)連通性的研究多是在連通性基礎(chǔ)上對(duì)軌道網(wǎng)絡(luò)的可靠性研究、抗毀性研究等，只針對(duì)軌道交通網(wǎng)絡(luò)連通性的評(píng)價(jià)的研究較少。周濤等通過對(duì)城市道路網(wǎng)連通性評(píng)價(jià)指標(biāo)的探析對(duì)重慶市三個(gè)典型片區(qū)的道路網(wǎng)連通性進(jìn)行了應(yīng)用分析，區(qū)分了連通性、連接指數(shù)和連通性指數(shù)等概念的差別[4]。高潔通過算例做了幾種交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的連通性評(píng)價(jià)指標(biāo)的有效性對(duì)比，不僅分析邊的數(shù)量及位置對(duì)連通性的影響，而且分析了節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)連通性的影響[5]。袁若岑根據(jù)圖論基本概念，結(jié)合城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營特點(diǎn)，通過構(gòu)建矩陣并計(jì)算特征根，研究其代數(shù)連通度的變化規(guī)律，提出基于圖論的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)連通能力的詮釋與量化方法[1]。

1 研究對(duì)象與研究方法

1.1 研究對(duì)象

選擇武漢市2018年軌道交通網(wǎng)絡(luò)作為研究對(duì)象。截至2018年年底，武漢軌道交通運(yùn)營線路共有9條，包括1號(hào)線、2號(hào)線、3號(hào)線、4號(hào)線、6號(hào)線、7號(hào)線、8號(hào)線、11號(hào)線和陽邏線，共199座車站，線路總長(zhǎng)288 km，線路長(zhǎng)度居中國第5位(目前軌道交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)展較為成熟的城市例如北京地鐵運(yùn)營里程已達(dá)554 km，上海則達(dá)到617 km，廣州260 km)。

1.2 研究方法

借助GIS建立軌道交通數(shù)據(jù)庫，得到軌道交通網(wǎng)絡(luò)圖。主要采用站點(diǎn)連通性、線路連通性與區(qū)域連通性來作為網(wǎng)絡(luò)連通性的指標(biāo)。本文的總體目標(biāo)是以盡可能少的數(shù)據(jù)需求來提供一個(gè)強(qiáng)大的測(cè)量系統(tǒng)來計(jì)算軌道交通網(wǎng)絡(luò)的連通性的計(jì)算方法。

1)點(diǎn)的連通性。

以前點(diǎn)的連通度指數(shù)沒有考慮到交通本身的特性，Park和Kang將交通運(yùn)輸特性考慮進(jìn)去，一個(gè)節(jié)點(diǎn)的連通性定義為所有經(jīng)過節(jié)點(diǎn)N的線路連接能力的總和。線路的特性包含在該鏈路中的一系列節(jié)點(diǎn)的性能。連接是交通路線的一部分，反過來是速度，距離，頻率，進(jìn)展，能力，加速，減速和其他因素的體現(xiàn)。由于路徑將包含進(jìn)與出的，線路的性能將取決于交通路線的直達(dá)性或者說線路是否是循環(huán)的或者是雙向的。

線路L上的節(jié)點(diǎn)N的全部連接能力是進(jìn)站能力與出站能力的平均值。

(1)

線路L上的節(jié)點(diǎn)N的出站連接能力的表達(dá)式為：

(2)

其中，Cl為L(zhǎng)線車輛的平均容量；Fl為發(fā)車頻率(60除以Fl確定運(yùn)行每小時(shí)數(shù));Hl為線路運(yùn)行的日常時(shí)間;Vl為線速度；D為從節(jié)點(diǎn)N到目的地的距離;參數(shù)α為系統(tǒng)平均容量乘以平均每條線路平均每天運(yùn)行次數(shù)的倒數(shù)；β為每條線路平均速度倒數(shù)的比例系數(shù)；γ為線路網(wǎng)絡(luò)平均距離的倒數(shù)的比例系數(shù)。類似地，線路進(jìn)站能力可以表示為：

(3)

2)線的連通性。

一條線的總連接能力是線路上經(jīng)過一定縮放后的所有數(shù)量的交通節(jié)點(diǎn)的進(jìn)站和出站能力平均數(shù)之和。縮放措施是用來減少像有許多站點(diǎn)的公交線路的連接分?jǐn)?shù)，以正確地與像只有少數(shù)站點(diǎn)的鐵路線路進(jìn)行比較。線連接可以被定義為如下：

(4)

3)區(qū)域的連通性。

同樣，一個(gè)區(qū)域的連通性指數(shù)可以被定義為所有節(jié)點(diǎn)的連通性指標(biāo)之和與其區(qū)域密度的乘積。密度可以以人口、就業(yè)率和家庭在該地區(qū)為尺度測(cè)量。

(5)

說明：由于本文區(qū)域密度或站點(diǎn)所在區(qū)域密度這一數(shù)據(jù)的獲取與處理難度較大，故后文計(jì)算區(qū)域連通性之間計(jì)算所有站點(diǎn)的和，而不再乘以區(qū)域的密度。

2 武漢市軌道交通網(wǎng)絡(luò)連通性實(shí)證研究

2.1 站點(diǎn)連通性

利用搜集到的相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算相關(guān)系數(shù)的值α為平均容量的倒數(shù)，經(jīng)過計(jì)算為1/1 825，同樣的計(jì)算β的值為1/34.5，γ的值則為1/1 290。

依據(jù)式(2)計(jì)算每個(gè)站點(diǎn)的連接度并對(duì)最后的結(jié)果進(jìn)行排序，表1為部分計(jì)算結(jié)果的排序，左邊為連接度較高的節(jié)點(diǎn)，右邊為連接度較低的節(jié)點(diǎn)(加粗的站點(diǎn)為換乘站點(diǎn))。

表1 武漢市2018年軌道交通站點(diǎn)連接度

從表1中可以看到連通性程度較高的站點(diǎn)基本上全是軌道交通中的換乘站，而連接度較低的站點(diǎn)幾乎都是1號(hào)線上面的站點(diǎn)這主要是因?yàn)?號(hào)線容量和速度較低。根據(jù)現(xiàn)有線路圖，因?yàn)橛?條線路都經(jīng)過香港站，香港路應(yīng)該是連接度最高的站點(diǎn)，而實(shí)際中香港路連接度排名第二，第一則是換乘站徐家棚，分析原因主要是因?yàn)槲錆h市的軌道交通有過江交通導(dǎo)致在連接度計(jì)算公式中有些站點(diǎn)的距離取值會(huì)很大從而加大連接度數(shù)值，積玉橋等靠江的普通站點(diǎn)也是這樣的情況。雖然過江距離加大了站點(diǎn)的連接度，但不可否認(rèn)的是一旦這樣銜接長(zhǎng)江兩岸的站點(diǎn)運(yùn)行出現(xiàn)故障，對(duì)整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)的順暢通行會(huì)造成較大影響，故其連通性的程度較大。

2.2 線路連通性

線路的連通性即是線路上所有節(jié)點(diǎn)連接度的和與站點(diǎn)數(shù)量的比值，根據(jù)式(4)可以分別計(jì)算出每條線路的連通性，見表2。

表2 武漢市2017年規(guī)劃軌道交通各線路連通性

在武漢軌道交通中7號(hào)連通性程度最高，8號(hào)線連通性程度緊隨其后，2，3，6號(hào)線連通性低于7，8號(hào)線但其值也較高。相對(duì)而言1，4號(hào)線的連通性程度較低。分析原因主要是因?yàn)?，4號(hào)線與其他線換乘數(shù)量較少，8號(hào)線雖然換乘線路也較少，但由于其站點(diǎn)雖少卻大部分都是換乘站因而連通性程度也較高。總之，在2018年軌道交通線路中，7號(hào)線連通性程度最高，8號(hào)緊隨其后，2，3，6號(hào)次之，1，4號(hào)線連通性程度最低。

2.3 區(qū)域連通性

計(jì)算武昌、漢口、漢陽三個(gè)區(qū)域內(nèi)站點(diǎn)連接度的和并進(jìn)行比較。

表3 武漢市2018年軌道交通網(wǎng)絡(luò)各區(qū)域連接度

表3可以看出漢口區(qū)域的連接度(和)最大，武昌地區(qū)次之，漢陽地區(qū)的連接度最低。這跟區(qū)域內(nèi)部的站點(diǎn)數(shù)目有較大的關(guān)系，漢口地區(qū)有1，2，3號(hào)線在此交匯且集聚了較多的軌道站點(diǎn)，故整個(gè)區(qū)域整體連接度較高，而漢陽地區(qū)是3，4號(hào)線在此交匯且節(jié)點(diǎn)較少，故區(qū)域整體連接度(和)不高。

三個(gè)區(qū)域連接度均值則有了較大的差異，漢陽地區(qū)均值最高而漢口最低。分析原因主要是整體連接度較低的1號(hào)線全部位于漢口導(dǎo)致其均值較低，由于平均值結(jié)果與實(shí)際情況不太符合故舍棄該均值數(shù)據(jù)。不過不可否認(rèn)的是，3號(hào)線的運(yùn)營將武漢三鎮(zhèn)真正連接起來，使得漢陽地區(qū)的通達(dá)性能大大增加。

3 結(jié)論與討論

通過對(duì)整個(gè)軌道交通網(wǎng)絡(luò)的連通性的計(jì)算，可以得到連通性較高的一些站點(diǎn)或者區(qū)域，從而在規(guī)劃中考慮加大這些站點(diǎn)或區(qū)域周邊的土地開發(fā)利用，形成例如TOD等模式的土地開發(fā)利用，讓這些站點(diǎn)的作用發(fā)揮到最大。也可以投入更多的人力和物力在連通性較高的地方使其發(fā)揮更好的性能。

同時(shí)城市軌道網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)或邊隨時(shí)都有“失效”的可能，例如暴雨造成的部分站點(diǎn)積水，使得軌道無法到達(dá)或由于高峰擁堵導(dǎo)致部分軌道站點(diǎn)之間無法連通等。這些節(jié)點(diǎn)和邊的“失效”使軌道網(wǎng)絡(luò)面臨著“癱瘓”的危險(xiǎn)。找到網(wǎng)絡(luò)中“關(guān)鍵站點(diǎn)”，對(duì)其周邊設(shè)施及交通組織進(jìn)行改善優(yōu)化，是保證城市軌道系統(tǒng)在特殊情況下能正常運(yùn)轉(zhuǎn)的前提。

最后，這些結(jié)論可以為武漢市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的可靠性分配、優(yōu)化設(shè)計(jì)和發(fā)展規(guī)劃工作提供一定的決策支持[6]。軌道交通網(wǎng)絡(luò)是城市交通活動(dòng)的重要載體，如何更好的改善這個(gè)系統(tǒng)的性能，為更多的出行者提供更好的服務(wù)，是國內(nèi)外學(xué)者和專家一直探索的目標(biāo)。