基于IC卡數(shù)據(jù)的軌道公交接駁特征分析

陳興斌，陳艷艷，李金山

(1.北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京 100082；2.北京工業(yè)大學 北京市交通工程重點實驗室，北京 100024)

20世紀末，前蘇聯(lián)就有學者在軌道與其它交通方式之間的接駁換乘等方面進行過研究[1]。Yoh等[2]發(fā)現(xiàn)換乘接駁的便捷性，而換乘費用是乘坐公交乘客增長的主要因素；Bertolini[3]以軌道站點所在的區(qū)域類型為依據(jù)，把軌道站點分為大型城市的中心區(qū)位站點等7大類；Guo等[4]建立了軌道交通與地面公交之間的換乘時間模型；Lo等[5]以減少乘客換乘等車時間為目標，針對地面公交站點的持有策略問題，以大運量軌道交通接駁公交為研究對象進行研究；Arne、Daamen、Loetterle等[6-8]學者則對城市軌道站點吸引范圍模型進行了較為全面和深入的研究。

國內(nèi)對軌道交通的研究起步較晚，近幾年很多大城市逐漸意識到軌道交通外部接駁方式的重要性，并開展了相關研究工作。汪松滋、吳嬌蓉、羅芳、余麗潔等[9-12]依據(jù)客流等對地鐵站進行分類；王秋平等[13]分析并推導出了地鐵與其他交通方式的平均換乘時間計算公式；吳友梅等[14]針對地鐵與地面公交的換乘提出了相應的優(yōu)化對策；鄭毅[15]基于在北京進行的人工問卷調(diào)查數(shù)據(jù)，分析了地鐵與地面公交的接駁和換乘特點；周立新等[16]針對乘客的換乘時間對地鐵的影響進行了分析，闡述了以10～20 km地鐵出行距離計算，將地鐵與公交的換乘時間限定在一定范圍內(nèi)(5～15 min)比較合理；黃杉等、趙金寶等[17-18]建立Logit模型分析乘客的出行交通方式；覃煌等[19]闡述了地鐵與地面公交的接駁關系，分析了地鐵客流的時空分布特征；程斌[20]重點研究了軌道公交接駁時地面公交站場的規(guī)模預測方法、布局模式；蔣冰蕾[21]指出合理的接駁公交線網(wǎng)規(guī)劃是實現(xiàn)便捷城市公共交通系統(tǒng)的保證。城市軌道站點吸引范圍是分析軌道客流預測、接駁設施布設、城市軌道線網(wǎng)覆蓋率等研究的基礎，最近幾年，國內(nèi)如王淑偉、楊京帥、趙海敬、李向楠、邵瀅宇、王蓉蓉、葉益芳、陳艷艷等[22-29]學者針對軌道站點范圍進行研究，盧澤超等[30]也于2019年提出城市軌道交通接駁公共汽車線路的規(guī)劃方法。

總體看，國外主要側重于如何減少換乘時間、提高乘客服務水平等方面，多運用Logit模型等偏理論的方法來研究軌道接駁的優(yōu)化方法，其對于軌道公交接駁現(xiàn)狀的特征分析相對較少。國內(nèi)則是對軌道站點分類、軌道接駁方式研究較為廣泛，其對軌道接駁方式的研究也是基于人工調(diào)查進行，對于軌道公交接駁的研究較為有限，缺少較為深入的特征分析。

1 模型計算1.1 概述

軌道公交接駁是指乘客在出行中，使用了“公交+軌道”的組合出行，因城市軌道的特殊性，將出行中公交部分視為接駁部分。如乘客先乘坐公交至地鐵站再乘坐地鐵到達目的地，則其出行的公交部分視為軌道公交接駁部分；其從公交站至地鐵站部分視為軌道公交換乘部分，如圖1所示。文中提到的接駁特征為乘客出行的公交部分特征，提到的換乘均為乘客從下車公交站至地鐵進站部分。

圖1 軌道公交接駁換乘

1.2 模型計算

1.2.1 接駁比例

為避免誤差，應至少計算每個軌道站點連續(xù)5個工作日的平均進站量N；再計算每個軌道站點對應工作日的公交平均接駁量M，則可計算出每個站點的公交接駁比例Q為

(1)

式中：Q為站點的公交接駁比例，%；M為公交平均接駁量，人次；N為平均進站量，人次。

在考慮接駁比例時，除了計算各類型軌道站點的平均接駁比例外，基于為軌道站點提供較高服務水平及提高乘客對軌道站點接駁滿意度的考慮，還需對各類型軌道站點的85位接駁比例進行分析。

1.2.2 換乘距離

換乘距離是指乘客從下車公交站開始，到進站地鐵站的距離，即下公交后至地鐵站的距離。每次出行的換乘距離算式為

(2)

式中:Dh為單次換乘距離，m；R為地球平均半徑，取6 371 004 m；Aw為下車公交站點緯度；Aj為下車公交站點經(jīng)度；Bw為進站地鐵站點緯度；Bj為進站地鐵站點經(jīng)度。

1.2.3 接駁距離

“公交+軌道”出行的公交部分即為接駁部分，故接駁距離是指乘客從起點(上車公交站)上車開始，到下車公交站的距離，即乘坐公交的距離。將計算曼哈頓距離作為每次軌道公交接駁出行的接駁距離，曼哈頓距離算式為

(3)

1.2.4 各類型站點指標計算

在計算各類型軌道站點的接駁比例、換乘距離、接駁距離等接駁特征時，不應直接用各類型站點中所有站點的平均值作為該類型站點的指標，應以各個軌道站點的進站量和軌道接駁比例作為權重，算式為

(4)

式中：Xi為站點i的指標；Ni為站點i的進站量，人次；Qi為站點i的公交接駁比例，%。

2 北京市軌道站點分析

軌道站點的運營性質(zhì)在軌道站設計之時就可獲取得到，所以采取基礎分類可將軌道站點分為末端站、換乘站和普通站3類。

2.1 站點位置分析

軌道站點的接駁公交特性不僅受到軌道基本屬性的影響，還受到軌道站點所處位置的影響。分別計算北京市每個環(huán)帶的地鐵站點數(shù)量及站點密度，站點密度算式為

(5)

式中：RS為站點密度，個/km2；QS為該區(qū)域站點數(shù)量,個；S為該區(qū)域面積,km2。

如表1所示，四環(huán)內(nèi)的站點密度均為0.5左右，而四環(huán)外的區(qū)域站點密度急劇下降到0.1，甚至是0.05，說明北京市站點主要集中在四環(huán)以內(nèi)。

表1 北京市各環(huán)帶站點密度

將站點密度高于平均站點密度的二環(huán)內(nèi)、二環(huán)—三環(huán)、三環(huán)—四環(huán)3個區(qū)域的站點細分為市區(qū)站；將站點密度低于平均站點密度的四環(huán)—五環(huán)、五環(huán)—六環(huán)、六環(huán)外細分為郊區(qū)站。末端站基本都屬于郊區(qū)，故不對末端站進行細分，只對換乘站和普通站進行市區(qū)站和郊區(qū)站的細分。

2.2 特殊站分析

不同類型的軌道站點具有相應的接駁特征，然而在同類型站點中有一些軌道站點具有特殊的軌道接駁特征。接駁距離是軌道公交接駁中的重要特征點，軌道站點的公交接駁距離特征從某種程度上也能反應接駁OD、接駁時間等特征，因此，文中根據(jù)接駁距離來尋找各類型中的特殊站點。

針對接駁距離這一特征尋找各類型中特殊的軌道站點，在各類型軌道站點中可通過識別離群點的方法來識別特殊站點。以區(qū)間外的數(shù)據(jù)為離群點數(shù)據(jù)，離群點算式為

[Q1-k(Q3-Q1),Q3+k(Q3-Q1)]

(6)

式中：Q1為低四分位數(shù)，該樣本中所有數(shù)值由小到大排列第25%的數(shù)字；Q3為高四分位數(shù)，該樣本中所有數(shù)值由小到大排列第75%的數(shù)字；k值為1.5，表示異常值。

2.2.1 末端特殊站分析

如圖2所示，對末端站進行離群點分析，發(fā)現(xiàn)并沒有特殊站點，說明末端站各站點的接駁特征都較為接近。

圖2 末端站接駁距離

2.2.2 換乘特殊站分析

1)郊區(qū)換乘站。如圖3所示，對郊區(qū)換乘站進行離群點分析，發(fā)現(xiàn)并沒有特殊站點，說明郊區(qū)換乘站各站點接駁特征都較為接近。

圖3 郊區(qū)換乘站接駁距離

2)市區(qū)換乘站。如圖4所示，對市區(qū)換乘站進行離群點分析，發(fā)現(xiàn)市區(qū)換乘站有5個特殊站點，分別為國貿(mào)、北京南站、東直門、大望路和芍藥居。

圖4 市區(qū)換乘站接駁距離

如圖5所示，國貿(mào)和大望路站是因為其站點位于京通快速路的起點位置，京通快速路上有京通快速路公交專用道，故而該段的地面公交運行速度較快，部分乘客愿意乘坐公交至國貿(mào)再進入軌道交通。東直門和芍藥居是因為在東直門設有公交樞紐，有從懷柔、密云至東直門公交樞紐的長途普通公交及長途直達快速公交，這部分客流會乘坐公交至東直門或者芍藥居再進入軌道交通，故而國貿(mào)、大望路、東直門、芍藥居均呈現(xiàn)特殊站特征。北京南站則是因為北京南站臨近永定門長途汽車站，部分乘客從大興地區(qū)甚至更遠的地點乘坐公交至永定門長途汽車站，再從北京南站進入軌道交通。

圖5 市區(qū)換乘站接駁公交客流分布(單位：人次·h-1)

2.2.3 普通站分析

1)郊區(qū)普通站。如圖6所示，對郊區(qū)普通站進行離群點分析，發(fā)現(xiàn)郊區(qū)普通站的特殊站點有5個，分別為高米店南、良鄉(xiāng)南關、亦莊橋、十三陵景區(qū)、草房。高米店南、良鄉(xiāng)南關、十三陵景區(qū)都是因為有乘客從遠郊地區(qū)乘坐公交到此再進入軌道交通。亦莊橋則是因為亦莊線往東南角延伸到同濟南路之后往東北角延伸，導致大興東南部乘客必須乘坐公交至亦莊橋才能進入軌道交通，使其成為連接大興東南部的一個軌道站點。草房則是燕郊客流導致居住在燕郊地區(qū)的人口進京就需要乘坐公交來與軌道接駁，大量乘客從燕郊地區(qū)乘坐公交至草房，進入軌道交通，使其成為連接燕郊地區(qū)的軌道站點。

圖6 郊區(qū)普通站接駁距離

2)市區(qū)普通站。如圖7所示，對市區(qū)普通站進行離群點分析，發(fā)現(xiàn)市區(qū)普通站有10個特殊站點，分別為光熙門、北京站、積水潭、永定門外、六里橋東、蓮花橋、廣安門內(nèi)、長椿街、馬家堡、前門。如圖8所示：光熙門與芍藥居相類似，都受東直門特殊站影響，導致其接駁客流特征與市區(qū)普通站不同；北京站則是因為部分乘客從香河地區(qū)乘坐快速公交至北京站進入軌道交通;積水潭是因為積水潭邊上的德勝門是北京市區(qū)至八達嶺長城景區(qū)的直達快速公交樞紐，故而大量乘客從八達嶺乘坐公交至北京德勝門，再從積水潭進入軌道交通；永定門外是由于臨近永定門外的公交場站，部分乘客從大興等地區(qū)乘坐快速公交至北京站，再進入軌道交通；前門作為快速公交1路的起點站，吸引了較多大興地區(qū)客流；六里橋東、蓮花橋均受到六里橋及北京西站公交樞紐影響，導致其呈現(xiàn)出特殊站的接駁特征；馬家堡、廣安門內(nèi)和長椿街則是受838路、838路、901路等快速直達長途郊區(qū)線的影響。

圖7 市區(qū)普通站接駁距離

圖8 市區(qū)普通站接駁公交客流分布(單位：人次·h-1)

2.2.4 特殊站總結分析

部分特殊軌道站點呈現(xiàn)出與其軌道站點類型不同的接駁特征，明顯表現(xiàn)為接駁距離比同類型其他站點長，總結分析所有特殊站點，歸納該類站點產(chǎn)生的主要原因有以下幾點：

1)本身為大型公交樞紐站，有多條長途郊區(qū)線路的起終點在該站點，如東直門、永定門外等；

2)受附近公交樞紐影響，有多條長途郊區(qū)線路途經(jīng)該站點，并在該站點附近設站，如芍藥居、廣安門內(nèi)等；

3)受旅游專線影響，如積水潭(去往長城的直達公交)等；

4)受快速公交專用道影響，如國貿(mào)等。

若軌道站點在規(guī)劃設計時有以上情況發(fā)生，則其接駁特征應參考特殊站點的接駁特征。

3 軌道公交接駁特征分析

北京市現(xiàn)狀公共交通呈現(xiàn)出以軌道交通為主干，以地面公交為分支的網(wǎng)絡化運營模式。通過處理北京市2016年4月11日至2016年4月15日連續(xù)5個工作日的公交IC卡數(shù)據(jù)和地鐵IC卡數(shù)據(jù)，開展接駁特征計算及分析。

3.1 軌道公交接駁比例

如圖9所示，北京市全日公交接駁比例達12.7%，早高峰公交接駁比例為16.4%，早高峰的軌道公交接駁比例高于全日軌道公交接駁比例。

圖9 北京市各站點接駁比例

如表2所示，部分軌道站點，如國貿(mào)站、大望路站等軌道站的全日公交接駁比例遠低于早高峰公交接駁比例，說明這些軌道站點服務的公交接駁客流主要為通勤客流；其中還有一部分站點，如崔各莊站、生命科學院站等軌道站的全日公交接駁比例高于早高峰公交接駁比例，說明這些軌道站點服務的公交接駁客流主要為非通勤客流。

表2 各類型接駁比例計算結果

如圖10所示，市區(qū)郊區(qū)對換乘站的影響較大，郊區(qū)換乘站的85分位接駁比例達到了27%，高于市區(qū)換乘站的85分位接駁比例(23%)。普通站則受郊區(qū)、市區(qū)的影響較小，郊區(qū)普通站和市區(qū)普通站的85分位接駁比例分布為25%和24%，同時，郊區(qū)普通站的早高峰進站量也高于市區(qū)早高峰進站量。

圖10 細化分類的接駁比例

3.2 軌道公交換乘特征

如圖11所示，北京市全日平均換乘時間為6.7 min，全日平均換乘距離為484 m；早高峰平均換乘時間為5.7 min，早高峰平均換乘距離為485 m。全日與早高峰的換乘距離非常接近，但其早高峰換乘時間卻低于全日平均換乘時間，說明乘客在早高峰時期有剛性通勤需求，其行走速度較快，導致其在換乘距離相同的情況下，早高峰換乘時間更短。

圖11 北京市各軌道站點換乘距離與換乘時間

如表3所示，各類型軌道站點的換乘距離及換乘時間的差異相對較小，這是因為乘客對換乘距離的要求較高，其可接受的換乘距離較穩(wěn)定。市區(qū)普通站的換乘距離最高，達486 m，并且市區(qū)站點的換乘距離與換乘時間均略高于郊區(qū)站點。特殊站的換乘距離最短，而換乘時間卻較長。

表3 各類型軌道站點換乘特征

3.3 軌道公交接駁特征

如表4所示，北京市全日平均接駁時間為22.0 min，全日平均接駁距離為9.8 km，早高峰平均接駁時間為21.9 min，早高峰平均接駁距離為8.0 km。全日與早高峰接駁時間非常接近，說明乘客可接受的接駁時間比較穩(wěn)定。而全日接駁距離卻大于早高峰接駁距離，這是因為早高峰道路擁堵，公交運行速度較低，在相同的接駁時間條件下其早高峰的接駁距離更近。

表4 各類型軌道站點接駁特征

各類型軌道站點的接駁距離從總體上看分為3個層次。首先是特殊站，接駁距離達到了驚人的24.53 km；其次是郊區(qū)換乘站與末端站，接駁距離為5～10 km；最后是市區(qū)換乘站與普通站，均為4～5 km，差距較小。

郊區(qū)換乘站的接駁距離遠高于市區(qū)換乘站，快接近市區(qū)換乘站的2倍，但其接駁距離比差異不大，僅為4%左右，說明在市區(qū)換乘站公交接駁地鐵的乘客乘坐地鐵出行距離較小，在郊區(qū)換乘站公交接駁地鐵的乘客乘坐地鐵出行距離較大。

如圖12所示，除特殊站外的其他類型站點，均為接駁時間比大于接駁距離比，是由于普通公交速度低于地鐵速度，導致其在接駁上花費的時間比例較高。而特殊站則是接駁距離比略高于接駁時間比，是由于特殊站的接駁公交基本上都是郊區(qū)快速直達公交，設站少、速度快，故而其在接駁公交上花費的時間比例反而比地鐵略低。

圖12 北京市各類型軌道站點接駁特征

郊區(qū)換乘站的接駁距離高于郊區(qū)普通站，說明郊區(qū)換乘站的吸引力更強，乘客會為減少換乘而乘坐較長距離公交至換乘站，進入地鐵系統(tǒng)。市區(qū)換乘站的接駁距離僅比市區(qū)普通站高一點，說明在市區(qū)軌道密度高，換乘方便，換乘站的吸引力下降。郊區(qū)普通站的接駁距離與市區(qū)普通站相當，但其接駁距離比卻低很多，說明郊區(qū)普通站的接駁客流大多進行較長距離的出行。市區(qū)普通站的接駁距離比低于接駁時間比，是由于公交運行速度低于地鐵運行速度而導致。

如圖13所示，末端站的接駁距離處于較高水平，但其接駁距離比卻處于較低水平，說明接駁公交的乘客是以長距離出行為主。天通苑、安河橋北等站具有明顯的潛在軌道客流，在線網(wǎng)規(guī)劃時可考慮將軌道繼續(xù)往郊區(qū)方向延伸，其現(xiàn)狀公交接駁具有較明顯的向郊區(qū)延伸特征，公交充當了地鐵延伸功能，乘客的起點方向呈線狀集中。

圖13 末端站接駁公交客流分布(單位：人次·h-1)

如圖14所示，特殊站的公交接駁距離可達到24.53 km。其接駁特征與其它站點完全不同，接駁公交的乘客起點大都位于遠郊地區(qū)或長城等熱門景點，接駁的公交也往往是長途快速直達公交，設站少，速度快，也只有這類站點的接駁公交能形成與地鐵競爭的形態(tài)，相當比例的乘客都是乘坐公交至公交線路末端站，或接近末端站再選擇乘坐地鐵。

圖14 特殊站接駁公交客流分布(單位：人次·h-1)

4 結 語

提出利用IC卡數(shù)據(jù)對軌道公交接駁的特征指標進行模型計算，通過該計算模型能更可靠、準確、真實地反映軌道公交的接駁特征，為軌道站點外部接駁設計、接駁公交布設、提高軌道交通服務水平等提供了數(shù)據(jù)支撐。通過對北京市所有站點軌道公交接駁相關指標的計算分析，得出其主要接駁特征為以下幾方面：

1)各類型早高峰接駁比例可分為3個層次，其中，特殊站與末端站最高，其次是郊區(qū)換乘站，最后是郊區(qū)普通站、市區(qū)換乘站與市區(qū)普通站；

2)全日與早高峰的換乘距離非常接近，但其早高峰的換乘時間卻低于全日平均換乘時間。說明乘客在早高峰時期有剛性通勤需求，其行走速度較快，導致在換乘距離相同的情況下，早高峰換乘時間更短，各類型站點的換乘距離及換乘時間差異較小，其中特殊站換乘距離最短；

3)正常站點的公交接駁距離在4～9 km，且其接駁時間比大于接駁距離比，這是由于普通公交速度低于地鐵速度，導致其在接駁上花費的時間成本較高；

4)特殊站的接駁距離為24.6 km，且其接駁距離比略高于接駁時間比，主要是由于特殊站的接駁公交基本上都是郊區(qū)快速直達公交，設站少、速度快，因此，其再接駁公交的時間成本反而比地鐵略低。