城市軌道交通新線相鄰站點吸引范圍重疊

柴小艷，周天星，任子蘭，胡 萍，薛 鋒，4

(1.中鐵二院華東勘察設計有限責任公司，杭州 310009；2.中鐵二院工程集團有限責任公司 交通與城市規(guī)劃研究院，成都 610031；3.西南交通大學 交通運輸與物流學院，成都 611756；4.西南交通大學 綜合交通大數(shù)據(jù)應用技術國家工程實驗室，成都 611756)

城市軌道交通線路建設周期較長，新線開通后實際客流量與規(guī)劃建設階段預測的客流量間存在較大誤差，因此，需要對新線開通前的客流進行更加細致、準確的預測，以精準地配備新線人員、設備等。新線站點客流吸引范圍作為客流預測的第一步，準確把握站點吸引范圍能更精確統(tǒng)計站點的客流量。站點吸引范圍的精確定位，有利于提高城市軌道交通的客流預測精度。

城市軌道交通車站吸引范圍，國外早期是通過問卷、實際調查的方式給出吸引范圍的經(jīng)驗值，如Calthorpe[1]在調查研究中得出車站步行吸引范圍為600 m；Cervero等[2]統(tǒng)計香港地鐵450～600 m吸引范圍間的土地利用指標;Kim等[3]通過對釜山地鐵數(shù)據(jù)等實際調查，得出吸引范圍為672 m，但以經(jīng)驗值為吸引范圍會存在較大誤差，于是Gutiérrez和García-Palomares[4]利用GIS系統(tǒng)構建緩沖區(qū)來確定吸引范圍;Eom等[5]利用智能公交卡數(shù)據(jù)研究站點吸引范圍，以提高吸引范圍的精度。國內對于站點吸引范圍的研究也較為全面；楊京帥等[6]通過分析車站的合理步行區(qū)和交通區(qū)估算車站的合理吸引范圍；秦觀明[7]、郭瑞利等[8]、葉益芳等[9]考慮步行、自行車與公交車等接駁方式影響下的站點影響范圍；王志遠等[10]研究了組合接駁方式下的站點吸引范圍，除了接駁方式，接駁站點、就業(yè)以及居住關系[11-12]也會對吸引范圍產生一定影響；李向楠[13]、王菁等[14]引用聚集效應模型與距離衰減模型計算站點的直接吸引范圍與間接吸引范圍；為提高站點吸引范圍的準確性，學者引入GIS、多源大數(shù)據(jù)及站點空間位置等進行吸引范圍計算[15-19]；在站點吸引范圍的研究中，往往忽略掉兩個相鄰站點間客流吸引的重疊，有學者提出采用泰森多邊形法消除重疊部分影響[20]；李俊芳等[21]對既有線相鄰車站間的重疊吸引范圍進行了客流分配，但并不適用于缺乏歷史數(shù)據(jù)的新線站點。為了得到新線開通期站點精細吸引范圍，需要對站點間客流吸引的重疊問題進行處理。

綜上所述，軌道交通站點吸引范圍的研究已經(jīng)趨于完善，而吸引范圍重疊的研究較少。因此，為了對站點吸引重疊做一個較為全面的處理，文中首先從站點客流吸引的影響因素出發(fā)，分析吸引范圍重疊的產生原因，并考慮重疊吸引范圍內影響乘客選擇站點的因素，提出基于路網(wǎng)距離的泰森多邊形方法。在此基礎上分析實際情況下出行者的選擇與理論上吸引范圍的差別，得出吸引范圍的最佳結果。

1 軌道交通新線站點吸引范圍

1.1 軌道交通運輸過程

城市軌道交通作為乘客出行可選擇的公共交通工具之一，具有運量大、速度快、列車間隔時間少的特點，并且運輸過程無堵車風險，其特有的優(yōu)勢吸引了大多數(shù)通勤、通學、購物娛樂及旅游方面客流。但城市軌道交通在運輸過程中不能滿足乘客“門到門”需求，故乘客選擇軌道交通出行還需配合其他交通方式接駁。一般的接駁方式包括步行、共享自行車、電動自行車等方式，距離較遠時，乘客會選擇公交車或出租車等接駁交通工具。乘客在完成一次出行的過程中，通常從出發(fā)地到目的地需要一次或者多次接駁，乘客選擇軌道交通出行流程如圖1所示。

圖1 乘客選擇軌道交通出行流程

1.2 站點吸引范圍影響因素

城市軌道交通站點吸引范圍通常取步行接駁距離為直接吸引范圍，且選擇聚集效應模型計算，如文獻[13]所述：采用單車、公交、出租車、電瓶車等交通接駁設施時，接駁距離為間接吸引范圍，通常采用距離衰減模型進行計算。在劃定吸引范圍大小時，直接吸引范圍是以步行為主劃定的吸引范圍；間接吸引范圍是與其他交通方式接駁之后劃定的吸引范圍，并且以站點為圓心、吸引范圍為半徑劃定緩沖區(qū)，在劃定區(qū)域內進行客流量統(tǒng)計工作。據(jù)以往研究，將400～1 000 m劃定為直接吸引范圍，將1 000～4 000 m劃定為間接吸引范圍。城市軌道交通在新線建成后，其在線網(wǎng)規(guī)模和線路可達性上均發(fā)生了變化。在分析新線站點客流直接吸引范圍時，不僅要考慮出行者個人因素，還要考慮站點區(qū)位因素、站點周邊建成的環(huán)境因素以及站點周邊接駁設施的便利性。此外，氣候因素對站點客流的吸引范圍也會產生一定影響。綜合以上因素，影響站點客流吸引范圍的相關因素如圖2所示。

圖2 軌道交通站點吸引范圍影響因素

2 站點客流吸引范圍重疊

2.1 站點吸引范圍重疊分析

城市軌道交通的間接吸引范圍，也稱為潛在吸引范圍，即乘客通過其他交通方式接駁之后到達軌道交通站點乘車的范圍。由于間接吸引范圍較大，且當相鄰的兩個或者多個站間距離小于間接吸引范圍時便會出現(xiàn)吸引重疊情況，客流吸引范圍的重疊對客流統(tǒng)計的準確性造成了影響，進而影響了開通期客流預測的精確度。

重疊范圍可能出現(xiàn)在同一條線路上的相鄰站點之間，也可能出現(xiàn)在不同線路平行站點之間，當兩個站點之間距離小于兩個站點直接吸引范圍之和時，還會出現(xiàn)直接吸引范圍內的客流競爭。相鄰站點間的不同類型可總結為4種(見圖3)，圖3中直線代表軌道交通線路，而實心原點代表軌道交通站點。其中，(a)表示兩個相鄰站點均為中間站，(b)表示兩個相鄰站點為中間站與換乘站，(c)表示兩個相鄰站點均為換乘站，(d)表示兩個相鄰站點為首末站與中間站。由于軌道交通站點具有雙重屬性[22]，其中按照站點的節(jié)點屬性，可將站點分為中間站、換乘站、首末站等。相鄰站點的節(jié)點屬性不同，吸引范圍也會有差異，如首末站相對于其他站點來說吸引范圍則會大很多，而換乘站由于客流量大，也會影響部分乘客對站點的選擇。而在實際工作中，站點的場所屬性對吸引范圍的影響也不可忽略，如居住類、教育類、辦公類、商業(yè)綜合類站點等都會影響乘客對該站點的選擇。考慮這些全部因素時，則會有更多不同的類型，文中在后續(xù)實例分析中選擇了兩個中間站且都為教育商業(yè)綜合類站點，關于其他類型，由于篇幅有限不贅述。

圖3 相鄰車站吸引重疊類型劃分

2.2 站點吸引范圍重疊處理方案

2.2.1 基于路網(wǎng)距離的泰森多邊形

路網(wǎng)距離是出行者到達軌道交通站點的實際距離，相較于以直線為半徑的緩沖區(qū)更具有合理性。站點之間的客流吸引重疊部分存在著站點間的客流競爭，文獻[18]發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)實生活中居民選擇站點的過程中往往傾向選擇距離較近站點。泰森多邊形(Voronoi圖)經(jīng)常用于在氣象學中描述區(qū)域的降水強度，如圖4所示。泰森多邊形內僅含有一個離散點，完全可以用于以軌道交通站點為核心、吸引范圍為半徑的緩沖區(qū)，且泰森多邊形內任意一點到相應離散點的距離最近，到其他離散點的距離最遠，滿足現(xiàn)實中乘客出行更愿意選擇最短距離出行的需求。

圖4 泰森多邊形

2.2.2 站點實際調查

實際工作過程中，對于站點吸引范圍重合的地方，一般通過重合部分中自身條件的不同來區(qū)分，如有河流、公路、小區(qū)等自然條件區(qū)分的，納入不同的站點。在實際調查中，站點的出入口以及周邊小區(qū)的入口都會納入考慮范圍。除此之外，對于一些區(qū)分條件不明顯的重疊吸引范圍，則需通過對出行者的實際調查得出相關結論。

從出行者的角度來考慮，在選擇軌道交通站點時，需要考慮的因素包括：

1)出行者對于價格的敏感度。城市軌道交通以乘車區(qū)間段進行收費，若相鄰站點正好是臨界點，則乘客更傾向于選擇該站點乘車；

2)站點自身的特征。站點是否為換乘車站、首末站等，都會對乘客的選擇產生影響；

3)到達城市軌道交通站點的便捷程度。站點周邊的良好設施條件會增加對乘客的吸引力度；

4)有無良好的接駁條件。因重疊吸引范圍大概率出現(xiàn)在間接吸引范圍中，所以良好的接駁條件是乘客選擇車站的考慮因素之一；

5)乘客出行目的地。在相鄰站點不是同一條線路的情況下，乘客更傾向選擇容易到達目的地的站點與線路。

3 實例分析

武漢地鐵于2004年開通第一條線路，是全國第7個開通地鐵的城市。截至2020年底，已開通運營線路9條，車站240座，據(jù)《2020年城市軌道交通運營數(shù)據(jù)速報》統(tǒng)計結果，總運營里程達360 km。城市軌道交通網(wǎng)絡日漸完善，可達性增強，提升了城市軌道交通的競爭力。地鐵8號線北起東西湖區(qū)金潭路站，南至江夏區(qū)軍運村站，跨越武漢市5區(qū)。全線長39 km，途經(jīng)26座車站，站間的平均距離為1.5 km，站間最小距離為汪家墩站—徐東站，站間距離為500 m左右，且有多個站間距在1.2 km左右波動。在這種情況下，站點間的吸引范圍必然會出現(xiàn)重疊。8號線全線分三期工程建設，其中梨園站—野芷湖站的中間段于2021年初開通，正處于新線的開通期內，有必要對其進行吸引范圍劃分。

選擇中南醫(yī)院站與水果湖站進行兩個站點之間的重疊范圍分析，其原因主要包括：

1)水果湖站與中南醫(yī)院站兩個站點間直線距離為1.2 km，之間一定會存在重疊吸引范圍；

2)水果湖站與中南醫(yī)院站中間有河流等自然條件為分割線，驗證在統(tǒng)計客源時選擇以山川、河流為分界的合理性；

3)兩個站點周邊環(huán)境相似，水果湖周邊是以中小學為主的教育商業(yè)類綜合站點，中南醫(yī)院站是以大學為主的教育商業(yè)類綜合站點，吸引范圍大致一樣。

3.1 數(shù)據(jù)來源及處理

在百度地圖、高德地圖API提供的接口，獲取武漢地鐵的基本線路信息，通過公共開放數(shù)據(jù)平臺以及地鐵運營公司獲取地鐵客流量數(shù)據(jù)。武漢市地鐵8號線的數(shù)據(jù)來源包括從網(wǎng)站(Open-Street-Map)下載武漢市路網(wǎng)數(shù)據(jù)，利用百度地圖提供的開放API接口獲取8號線站點周邊的居民住宅小區(qū)、大型寫字樓、教育科研院所、風景站點等POI興趣點。獲取數(shù)據(jù)之后利用ArcGIS對數(shù)據(jù)進行處理，按照吸引范圍做出不同的吸引區(qū)域，并結合實際情況進行對比分析。

3.2 站點吸引范圍結果分析

文中重點在于消除吸引范圍，故在劃定直接吸引范圍與間接吸引范圍時將以往經(jīng)驗值作為參考，最終以600 m為直接吸引范圍、1 000 m為間接吸引范圍，按照傳統(tǒng)的歐式距離法、路網(wǎng)距離以及結合路網(wǎng)距離與泰森多邊形3種方法分別確定中南醫(yī)院站與水果湖站之間的吸引范圍，兩個相鄰站點間的重疊吸引范圍如圖5所示。根據(jù)圖5中信息，以歐式距離確定出的站點間吸引范圍如圖5(a)所示，吸引面積最大、重疊范圍最大，在統(tǒng)計乘客量時出現(xiàn)誤差偏大，出現(xiàn)不合理吸引范圍的風險偏高，且以歐式距離確定的吸引范圍并不完全符合乘客的出行意愿，乘客實際走行的距離過大時可能轉而選擇其他交通方式出行，或者選擇其他站點。如圖5(b)所示路網(wǎng)距離是乘客出行的實際距離，以乘客出行的實際距離來確定吸引范圍，更容易獲取精確的客源數(shù)量，但僅僅以路網(wǎng)距離劃定吸引范圍也會存在吸引重疊情況。圖5(c)是基于泰森多邊形的路網(wǎng)距離吸引范圍，消除了站點間的重疊吸引范圍，但吸引范圍也略小于基于路網(wǎng)距離的站點吸引范圍。

圖5 中南醫(yī)院—水果湖站間吸引范圍

若根據(jù)路網(wǎng)實際情況來處理中南醫(yī)院站—水果湖站的重疊吸引范圍，則情況會有所不同。中南醫(yī)院站為科學教育類站點，水果湖為綜合類站點。除乘客有明確目的地之外，在乘客選擇站點時，還有習慣性因素影響。如對于到醫(yī)院去的乘客來說可能會選擇中南醫(yī)院站，而對于武漢大學中南醫(yī)院師生來說，從學校的其他出口出去，到達綜合類站點水果湖站，能更好地滿足出行目的，相較于中南醫(yī)院站更傾向在水果湖站乘車。這種情況下，理論上基于路徑距離劃定的緩沖區(qū)，在統(tǒng)計乘客數(shù)量便會出現(xiàn)誤差。

綜上所述，在實際工作中，應該將以上兩種方案相結合，以理論范圍為基礎，以實際情況為輔助，劃定更為精確的站點吸引范圍。

4 結 論

由于站點間的吸引范圍重疊，引起客流預測結果不準確，為了解決站點間的吸引重疊對客流預測帶來的影響，筆者主要做了以下工作：

1)總結站點吸引范圍的影響因素，包括出行者特征與自身屬性、站點特征與站點環(huán)境屬性及其他天氣節(jié)假日等；

2)深入分析站點吸引重疊的出現(xiàn)原因,以及不同類型相鄰站點間可能出現(xiàn)的重疊吸引范圍，給出基于路網(wǎng)距離的泰森多邊形與實際調查法兩種處理方案；

3)以武漢地鐵8號線二期工程中的中南醫(yī)院站與水果湖站為例，以3種方式劃定吸引范圍。結合兩個站點的實際情況，得出在實際工作過程中，不應盲目以經(jīng)驗值劃定吸引范圍或者以理論吸引范圍值為標準值，應該將二者結合起來共同確定吸引范圍，由此得到的客源量統(tǒng)計比單一方法得到的結果更為準確。