地鐵站共享單車配置量研究

王雪琴，謝 淳，張莉勛，劉 清

（武漢理工大學 交通學院，湖北 武漢 430063）

1 引言

共享單車隨停隨走、按需使用、不受出發(fā)地和目的地限制的特點，給予用戶極大的自主性，能夠滿足多樣化的短途出行需求，成為解決用戶接駁難題的最佳方案。但共享單車過量投放、單車區(qū)域劃分不當及使用者亂停亂放等行為，已經(jīng)嚴重影響了行人正常通行、道路合理利用和城市整體形象。合理的共享單車配置既是市民便捷出行的需要，也是城市交通規(guī)劃水平提高的必然。

國內(nèi)外對共享單車的調(diào)度、配置以及需求預測有較多研究，范書源[1]、施文[2]、陳鳴[3]、Andrew A.Campbell[4]等主要采用啟發(fā)式算法或機器學習算法，用定量分析的方法使得單車配置量達到最優(yōu)，但沒有考慮對行人產(chǎn)生的影響；李胤[5]、汪聞生[6]等提出了關于共享單車配置的建議，卻無具體測算方法。已有研究大多從企業(yè)角度出發(fā)，著重于單車需求的預測和單車調(diào)度方面，無法解決行人通行不便的問題。本文從城市規(guī)劃管理者的角度出發(fā)，結(jié)合地鐵站共享單車配置量預測、停車空間承載力配置量估算等定量方法，在保證行人順暢通行的情況下，盡量滿足地鐵站的騎車需求。

2 地鐵站共享單車配置量模型構(gòu)建

2.1 構(gòu)建原則

（1）行人優(yōu)先原則。本文主要站在行人的角度考慮問題，讓共享單車禮讓行人，并優(yōu)先考慮為行人通道提供充足空間。

（2）便利出行原則。在行人優(yōu)先原則的基礎上，綜合考慮行人通行需求和單車停放需求，使行人和共享單車使用者都能便利出行。

（3）合理性原則。綜合考慮共享單車需求和地鐵站周邊空間承載力，合理配置共享單車數(shù)量。

2.2 模型思路

本文以單車需求量最大的高峰時段作為研究對象，引入時日不均衡系數(shù)和進出不均衡系數(shù)來建立需求預測模型，得到高峰時間段內(nèi)的單車需求配置量；根據(jù)單車使用情況、停車區(qū)人流量的比例特征以及單車擺放形式，建立停車空間承載力配置量估算模型，計算出地鐵站所能承載的共享單車數(shù)量。綜合考慮兩者數(shù)值，取其最小值作為該地鐵站的最終配置量。計算思路如圖1所示。

圖1 計算思路圖

2.2.1 地鐵站共享單車配置量需求預測。本文依據(jù)地鐵站高峰期間的人流量特征和騎車特征預測共享單車需求量。地鐵站的早晚高峰時間與上下班時間對應，高峰期間的人流量與共享單車使用較多，形成時間上的不均衡現(xiàn)象。早高峰期間，居民區(qū)地鐵站進站人數(shù)居多，共享單車到達量居多，此時供過于求；晚高峰期間，居民區(qū)地鐵站出站人數(shù)居多，共享單車駛離量居多，此時供不應求。居民區(qū)地鐵站實際的需求配置量應滿足晚高峰情況，而商業(yè)區(qū)地鐵站正好相反。本文將以居民區(qū)地鐵站為例進行研究。

本文研究的共享單車需求量是駛離量與到達量的差值，為簡化處理，本文假設單車到達量和駛離量分別在進站人數(shù)和出站人數(shù)中所占的比例是不變的，用人流量在時間上的不均衡現(xiàn)象來代替單車到達和駛離在時間上的不均衡現(xiàn)象。本文以小時為單位時間進行研究，引入了時日不均衡系數(shù)λ和進出不均衡系數(shù)γ，可得到每一個小時的單車需求量。其中，λ為某小時內(nèi)出站人口數(shù)與時平均出站人口數(shù)之比，γ為某小時進站人口數(shù)與出站人口數(shù)之比。

第i小時單車預測駛離量Li：

第i小時單車預測到達量Di：

時日不均衡系數(shù)λ和進出不均衡系數(shù)γ：

則第i小時單車預測需求量計算公式如下：

式中：—單車平均每小時實際駛離量；Qoi—第i小時出站人數(shù)；Qai—第i小時到站人數(shù)。

地鐵口每小時共享單車的駛離量與到達量不同，需求量也不相同，最終單車配置量應該取所研究范圍內(nèi)的累計值。計算公式如下：

2.2.2 停車點區(qū)域劃分及停車空間承載力配置量估算

（1）停車點區(qū)域劃分。停車點區(qū)域劃分的主要思想是分析步行和使用共享單車的人數(shù)比例，按照比例分配計算停車點面積。停車點規(guī)劃總面積S計算公式如下：

式中：W—站口總可用面積；A—步行人群平均每個人所需面積；X—步行人數(shù)；B—共享單車停放所需的平均單位面積；Y—選擇騎車的人數(shù)。

（2）停車空間承載力配置量估算。設計停車點總面積確定后，停車空間承載力配置量主要與自行車的擺放方式有關[7]。市政規(guī)劃的停車點為矩形區(qū)域，單車于通道垂直擺放或者斜列擺放。單車斜列擺放時，用傾斜程度修正系數(shù)k表示不同的傾斜程度。停車區(qū)域?qū)挾炔粷M足共享單車垂直擺放時，選擇斜列方式；當停車位置長度足夠時，選擇90°擺放，使面積利用率達到最高。此外，共享單車多排停放時，可在停車點設置通道便于使用。共享單車承載力配置量計算公式如下：

式中：S—停車點總面積；r—通道數(shù)量；L—停車區(qū)域長度，即通道長度；c—通道寬度；k—共享單車擺放的傾斜程度修正系數(shù)，修正平均單位停車面積；a—平均單位停車面積垂直于通道方向的長度；b—平均單位停車面積平行于通道方向的寬度。

參數(shù)a和b由共享單車的實際尺寸規(guī)格確定，垂直擺放時a的值大于斜列擺放時a的值，差值由傾斜程度修正系數(shù)k確定。停車區(qū)域長度L由具體可用空地范圍和設計停車點的規(guī)模確定，停車點規(guī)模較大時，可以將一個停車點分為幾個停車區(qū)域。通道的寬度和數(shù)量根據(jù)停車區(qū)域的規(guī)模和步行人群所需面積決定。

2.2.3 配置量綜合確定。對停車區(qū)域進行研究，得到共享單車的實際需求配置量與地鐵站規(guī)劃的停車面積的承載力配置量。本文的研究目標是在不影響行人通過的前提下，盡可能滿足共享單車停車需求。需求量大于承載量時，則以承載量為最終共享單車配置量；需求量小于承載量時，以需求量作為最終共享單車配置量。表達式如下：

3 武漢徐東地鐵站共享單車投放量實證分析

3.1 徐東地鐵站現(xiàn)狀概述

徐東地鐵站北端地下與沃爾瑪、過街通道接通，南端地下與王家墩地鐵站通過地下商業(yè)街相連接，有14個地鐵站出口和2個地下通道出口，出口分布主要分為3段：沃爾瑪出口、徐東地鐵站出口、地下商業(yè)街出口。其中徐東地鐵站主要出口有5個（A、B、C1、C2、D）。其地形如圖2所示。

圖2 徐東地鐵站各出口地圖

徐東地鐵站每日的乘車人流量在3萬人左右，高峰期人流量達到3 000人/h。高峰期在7：30-9：00和17：00-19：00兩個時間段，主要乘客群體為上班族。徐東地鐵站地形復雜，本文只選取人流量最多的D出口進行研究。

3.2 徐東地鐵站共享單車需求配置量預測

徐東地鐵站符合本文所建立模型，共享單車的需求配置量受早晚高峰影響較大。對徐東地鐵站人流量和共享單車的使用情況進行調(diào)查統(tǒng)計，D出口的共享單車數(shù)量不能滿足市民的騎車需求。19點時，進出人流量高達1 531人，共享單車所剩無幾，但有較多市民在尋找共享單車，說明此地共享單車配置量過少。本次調(diào)查的具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 徐東地鐵站數(shù)據(jù)表

對表1的數(shù)據(jù)進行分析，晚高峰情況符合模型假設，計算參數(shù)41，λ1=2.2，γ1=0.53；λ2=2.3，γ2=0.6。其中λ1、γ1代表17-18點的參數(shù)，λ2、γ2代表18-19點的參數(shù)。

徐東地鐵站共享單車晚高峰時段的需求預測量為：

總需求量為：

預測結(jié)果顯示：晚高峰到來之前，要保證地鐵口有至少80輛共享單車。

3.3 徐東地鐵站停車點區(qū)域劃分及停車空間承載力配置量估算

3.3.1 徐東地鐵站D出口地形介紹和數(shù)據(jù)展示。根據(jù)實地測量，本文畫出了D出口詳細的地形圖，如圖3所示。

圖3 徐東地鐵站D出口地形圖

對圖3進行分析，徐東地鐵站D出口有四處停車帶，中間有一條人行道。根據(jù)停車帶和人行道的尺寸，計算得總可用面積為346.4m2，停車帶的總面積為152.9m2，人行道的面積為193.4m2。停車帶面積占地鐵出口總可用面積的44.15%。

對D出口現(xiàn)場考察發(fā)現(xiàn)：晚高峰時期，通過人行道的人數(shù)很多，嚴重阻礙了行人的通過。本文以保證行人順利通行為前提，盡量滿足騎車需求為原則，將晚高峰的行人數(shù)量和騎車數(shù)量作為對象進行研究，此時單車數(shù)量過少，用實際數(shù)據(jù)進行估算將帶來很大誤差，本文選擇利用需求預測模型中預測的單車使用量Qs（不減去到達量）進行計算。相關數(shù)值見表2。

表2 停車帶行人通過數(shù)據(jù)表

其中：

3.3.2 徐東地鐵站停車區(qū)域劃分。表2顯示的是兩個小時的統(tǒng)計量，但實際過程中，行人是一波一波出現(xiàn)的，出站乘客與地鐵的發(fā)車間隔（4.5-5min）相適應。19點以后，單車數(shù)量幾乎沒有，不予考慮，本文選取17-19點的數(shù)據(jù)進行分析，以5min為單位時間段進行處理，把數(shù)據(jù)除以24，具體計算過程如下：

步行人數(shù)：

騎車人數(shù)：

根據(jù)模型：

其中：A=0.3m2,B=0.9m2,W=346.4m2。

設計停車點總面積為：

基于晚高峰時期計算得設計停車點的面積為81.5m2，該數(shù)值小于當前可供停車的面積152.9m2，即可得出結(jié)論：現(xiàn)有的停車區(qū)域過多，空地未被良好利用，可將部分區(qū)域劃分給步行人群使用。

3.3.3 徐東地鐵站D出口承載力配置量計算。對共享單車進行測量，測得共享單車的平均長度為1.6m，密集停放時所占平均寬度約為0.35m?？紤]到共享單車停放密集度的實際情況，在計算中取a=1.8，b=0.5。

設計停車點總面積為81.5m2，在D出口的當前停車區(qū)域的基礎上重新規(guī)劃停車點，如圖3所示，停車處①和停車處②的交界處人行道變窄，考慮將停車處②改為人行道，計算得停車處②的面積為47.75m2,但此面積仍不足以滿足行人通過需求，考慮將停車處④也改為人行道，兩者總面積為86.8m2,與所規(guī)劃的停車面積差距很小。最終確定的停車區(qū)域為①、③兩處。

（1）停車處①寬為3.3m，不能滿足共享單車垂直停放，選擇采用雙排斜列方式。

將參數(shù)帶入其中，S=49.995m2，r=1，L=15.15m，c=0.3m，k=1.2，a=1.5m，b=0.5m。

計算得：n1=50（輛），即該處停車點的承載量約為50輛。

（2）停車處③寬為1.8m，滿足共享單車90°垂直停放。

將參數(shù)帶入其中，S=36.9m2，r=0（此處無通道），L=20.5m，c=0.3m，k=1，a=1.8m，b=0.5m。

計算得：n2=41（輛），即該處停車點的承載量約為41輛。

總停車量：n=n1+n2=91（輛）。

故D出口的設計停車點可承載共享單車的總數(shù)約為91輛，可滿足晚高峰時期80輛的需求量。

則最終配置量為：

4 結(jié)語

本文的主要貢獻是，對國內(nèi)外共享單車的配置量研究情況進行了分析，并針對地鐵站高峰時期的人流特征和騎車特征，提出了合理的單車配置量計算模型，解決了單車過多而引起的行人通行不便問題。主要結(jié)論：

（1）提出了一種合理配置共享單車的思路。即通過權(quán)衡單車需求量和承載力配置量來計算最終配置量，以達到保證行人順利通行的目的。

（2）確立了一種測算共享單車配置量的模型。由配置量需求預測模型和承載力配置量模型組成。配置量需求預測模型根據(jù)人流量特征，利用日時不均衡系數(shù)以及進出不均衡系數(shù)來進行預測；承載力配置量模型根據(jù)步行人數(shù)和騎車人數(shù)比例來劃分人行道和停車面積，從而確定單車的停放方式和數(shù)量。

（3）實例論證了這種模型對城市建設有應用價值。通過本文所建立的模型，計算出了徐東地鐵站共享單車的合理配置量，有效增加了行人通行面積，并保證了地鐵口的單車需求。

需要指出的是，本文分析所用數(shù)據(jù)具有一定的局限性，長時間綜合考慮地鐵口人流和車流變化可更準確地進行預測和分析。