站點視角下南京市公共交通綜合通達性

戴志豪 ，錢勇生，2，曾俊偉，魏谞婷，楊民安

(1.蘭州交通大學 交通運輸學院，蘭州 730070； 2.蘭州交通大學 建筑與城市規(guī)劃學院，蘭州 730070)

城市交通網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了城市的基本骨架結(jié)構(gòu)，可有效支撐和引導功能布局與用地開發(fā)，是城市形成和發(fā)展的關(guān)鍵性因素。公共交通網(wǎng)絡(luò)是交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，同時也是保障居民通勤出行的重要基礎(chǔ)。近年來，隨著城市人口激增、汽車保有量增加、城市內(nèi)部壓力擴大和土地資源緊缺等問題的凸顯?，F(xiàn)有城市交通體系已從最簡單的路面交通階段發(fā)展到“點式”立交、高架道路階段，再到軌道交通階段，經(jīng)歷了從二維平面向三維空間拓展的歷程[1]。城市公共交通也受此影響，隨著地鐵軌道交通、路面公交系統(tǒng)和市域軌道交通的發(fā)展和規(guī)劃，逐漸在綜合交通網(wǎng)絡(luò)和一體化交通網(wǎng)絡(luò)的方向上走向成熟。

通達性是定量評估交通路網(wǎng)的重要手段，可用于分析城市交通網(wǎng)絡(luò)的空間延展及其聯(lián)系的緊密程度，揭示城市土地利用、公共交通系統(tǒng)建設(shè)等問題[2-3]，主要的測度方法有時間度量法[4-5]、距離度量法[6]、潛力模型[7]和空間句法[8-9]等，其中基于城市內(nèi)部空間關(guān)系進行定量表達的空間句法模型相比于其他方法更加直觀，因此，也得到了更廣泛的應(yīng)用。朱寅健[10]研究了城市交通網(wǎng)絡(luò)通達性和區(qū)域旅游一體化格局的相互影響關(guān)系；Charalambous等[11]基于空間句法模型從交通場所和人流場所的通達性情況評估了利馬索爾的城市發(fā)展情況；Othman等[12]通過空間可視化的空間句法參數(shù)評估街道的交通量情況。已有研究多以線狀路網(wǎng)進行研究，較少關(guān)注交通站點的通達性水平。近年來，關(guān)于城市公共交通站點的通達性研究不斷增加：劉洋等[13]引入途經(jīng)站點數(shù)與換乘次數(shù)的相對權(quán)重，修正了空間句法模型以適應(yīng)軌道交通站點的通達性度量；吳韜等[14]從城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)本身的連接性和站點與周邊街道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的連接性，綜合考慮度量了天津市軌道交通站點的通達性；Noichan等[15]基于空間句法理論分析現(xiàn)有軌道交通站點和車站建筑物的連通性和可達性特征,分析了曼谷市地鐵交通的可達性。相關(guān)學者在研究城市交通站點通達性時往往只考慮了單一交通系統(tǒng)內(nèi)部因素或周邊地域的影響，忽略了不同系統(tǒng)間換乘帶來的通達性影響以及換乘距離對乘客換乘意愿的衰減作用，結(jié)果往往缺乏可靠性。

基于此，文中立足現(xiàn)有的南京市公共交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，考慮了不同交通系統(tǒng)間換乘行為帶來的通達性傳遞作用。結(jié)合高斯函數(shù)表達通達性傳遞的距離衰減作用，基于空間句法理論構(gòu)建路面交通系統(tǒng)和軌道交通系統(tǒng)相互影響的站點通達性模型，從站點視角研究城市及區(qū)域的公共交通網(wǎng)絡(luò)通達性情況。以公共交通系統(tǒng)發(fā)展較為成熟的南京市為例，基于站點通達性模型計算其公共交通站點的通達性，并分析其空間差異性。同時，依據(jù)南京市地鐵規(guī)劃建設(shè)的在建線路情況，探尋南京市在未來短時間內(nèi)軌道交通網(wǎng)絡(luò)通達性格局的轉(zhuǎn)變，以期對城市公共交通網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計及地區(qū)站點的更新改造提供依據(jù)。

1 研究方法

1.1 空間句法模型

空間句法模型是對城市內(nèi)部空間元素的幾何表示，對城市內(nèi)部的軌道交通網(wǎng)絡(luò)、地面交通網(wǎng)絡(luò)和建筑內(nèi)部空間的通達性分析均有應(yīng)用[16]，其分析流程可簡述成：首先，依據(jù)一定的規(guī)則對研究對象進行空間分割，將整體空間分割為若干個小尺度空間；其次，對分割后的小尺度空間，根據(jù)空間關(guān)系建立小尺度空間連接圖；最后，計算各小尺度空間的形態(tài)分析變量。

對于空間網(wǎng)絡(luò)的通達性度量，主要觀察句法指標的數(shù)值大小和分布，常見的指標有連接值、控制值、深度值和集成度等。其中集成度指標表達了不同空間的便捷程度，指標值越高表明空間便捷性越好，吸引到達交通的潛力越強，通常被學者們用以直接表達道路的通達性情況。文中選擇用集成度值作為通達性度量指標，其算式為

(1)

(2)

式中:RAi為集成度；MDi為平均深度值；dij為深度值，表示空間上任意兩節(jié)點間的最短距離(指空間轉(zhuǎn)換次數(shù)，而非實際的歐氏距離)；n為城市公共交通系統(tǒng)內(nèi)的總軸線數(shù)或總節(jié)點數(shù)。

1.2 站點通達性模型

1.2.1 地上通達性

公共交通站點的地上通達性受路面公交系統(tǒng)的影響。若站點為路面公交站點，其地上通達性的值為站點所在道路的通達性值；若站點為可換乘的軌道交通站點，其地上通達性與換乘閾值范圍內(nèi)的路面公交站點相關(guān)，并通過高斯衰減函數(shù)表達乘客選擇換乘的意愿以及通達性傳遞的距離衰減作用。

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(4)

1.2.2 地下通達性

公共交通站點的地下通達性受地下軌道交通系統(tǒng)影響。同樣，若站點為軌道交通站點，其地下通達性的值可表示為站點所在軸線的空間句法參數(shù)值；若站點為可換乘的路面公交站點，其地下通達性與距離最近的地下軌道交通站點相關(guān)。

(5)

1.2.3 綜合通達性

城市公共交通站點的通達性受路面公交和軌道交通系統(tǒng)的共同影響，因此，其綜合通達性由地上通達性和地下通達性兩部分整合而成。在進行整合之前，為便于數(shù)據(jù)分析和確保整合結(jié)果的準確性，需對地上和地下通達性結(jié)果進行標準化處理，文中選擇線性函數(shù)中的最大最小值方法進行標準化處理，將可達性指標映射到[0,1]區(qū)間，算式為

Xi=(X-Min)/(Max-Min)

(6)

式中:Xi為指標X經(jīng)標準化處理轉(zhuǎn)換后的數(shù)值；Max，Min分別為樣本數(shù)據(jù)中的最大值和最小值。

同時，考慮軌道交通系統(tǒng)和路面公交系統(tǒng)對城市公共交通的影響存在差異性，在計算綜合通達性指標時不可進行直接加和。文中采用專家打分法確定兩者權(quán)重，將公共交通站點的綜合通達性結(jié)果表示為

(7)

2 實證研究

2.1 數(shù)據(jù)獲取和預處理

文中選取2021年底南京市公共交通道路網(wǎng)絡(luò)和站點作為數(shù)據(jù)源，通過對公共交通站點通達性的測度來表達城市公共交通的發(fā)展情況。公共交通道路網(wǎng)絡(luò)包括路面交通網(wǎng)絡(luò)和軌道交通網(wǎng)絡(luò)，其矢量數(shù)據(jù)來源于OpenStreetMap網(wǎng)站，其中軌道交通路網(wǎng)為截至現(xiàn)有運營的10條軌道交通線路以及在建的9條軌道交通線路。公共交通站點同樣分為公交站點和軌道交通站點，其POI數(shù)據(jù)獲取自高德地圖，公交站點數(shù)據(jù)根據(jù)南京公交查詢網(wǎng)站https://nanjing.8684.cn/所提供的站點列表進行修正，并在交通路網(wǎng)矢量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行定位和矢量化。

研究獲取的城市路面交通路網(wǎng)原始數(shù)據(jù)無法直接用于分析，需要對數(shù)據(jù)進行預處理。在城市路面道路網(wǎng)絡(luò)中有大量道路無公交線路經(jīng)過，為保證計算結(jié)果的準確性，根據(jù)現(xiàn)有的公交運營線路，剔除無公交線路通過的無用道路，并對整體路網(wǎng)按照一定規(guī)則進行空間分割，基于站點之間的連接關(guān)系將道路劃分成若干個小尺度軸線。在指標計算方面，采用Axwoman6.3軟件獲取道路的相關(guān)句法參數(shù)。

2.2 軌道交通站點地下通達性分析

相關(guān)學者在針對軌道網(wǎng)絡(luò)建模時往往將一條地鐵線路作為整體，將地鐵線路作為最小連接單元研究站點的通達性[18]，忽略地鐵線路網(wǎng)絡(luò)上站點分布的差異性。文中借鑒軸線地圖思想，根據(jù)站點間和軌道線路間的聯(lián)通關(guān)系生成軸線地圖，以此將軌道交通站點和軸線一一對應(yīng)。在計算軌道交通站點在軌道交通系統(tǒng)中的通達性結(jié)果后，基于克里金插值法分析區(qū)域的通達性空間分布情況(見圖1)?？梢钥闯?，南京市軌道交通站點的通達性從整體上呈現(xiàn)出“內(nèi)高外低”的分布特征，站點通達性由中心城區(qū)向邊緣區(qū)域逐漸減小，形成了中心城區(qū)由玄武區(qū)、建鄴區(qū)和秦淮區(qū)構(gòu)成的高通達性區(qū)域，以及邊緣地域的六合區(qū)、浦口區(qū)、溧水區(qū)和高淳區(qū)4個低通達性區(qū)域，其中位于南京市北端的六合區(qū)雖站點數(shù)較多，但多數(shù)站點到達擁有高密度站點的中心城區(qū)需要經(jīng)過多次空間轉(zhuǎn)換，通達性值最差。

圖1 南京市軌道交通站點地下通達性插值

為識別城市軌道交通高值站點和低值站點的分布情況，選取通達性位序在前20%和后20%的站點進行統(tǒng)計分析，如表1所示?？梢钥闯觯咄ㄟ_性站點集中分布于南京市中心區(qū)域，雨花臺區(qū)的高通達性站點數(shù)最多，有9個高通達性站點；秦淮區(qū)的總體通達性最好，區(qū)域內(nèi)的7個站點全部都是高通達性站點。高通達性站點率秦淮區(qū)最好，達到100%,其次是雨花臺區(qū)，高通達性站點率為64.3%，建鄴區(qū)和江寧區(qū)的站點通達性情況明顯不如以上區(qū)域。低通達性站點零散分布于城市外圍區(qū)域，其中六合區(qū)的站點通達性最差，區(qū)域內(nèi)的12個站點全部為低通達性站點，其次為溧水區(qū)和高淳區(qū)，分別有60%和50%的站點表現(xiàn)出低通達性，江寧區(qū)的站點通達性情況要好于其他周邊區(qū)域，29個站點中僅有2個站點為低通達性站點。

表1 軌道交通站點通達性區(qū)域分布

2.3 路面公交站點地上通達性分析

基于空間句法模型計算出南京市路面公共交通站點的通達性結(jié)果，由于公交站點數(shù)量過多，無法直觀了解整體空間站點的高通達性和低通達性區(qū)域分布情況，故使用克里金插值法對路面公共交通站點的通達性進行插值分析，結(jié)果如圖2所示?？梢钥闯?，南京市公交站點通達性的空間分布情況相似于軌道交通站點的結(jié)果，整體上同樣呈現(xiàn)出“內(nèi)高外低”的分布特征，但其高值區(qū)域范圍更廣，站點通達性水平由中心城區(qū)向南北方向的周邊區(qū)域逐漸降低，中部區(qū)域的站點通達性情況已趨于良好，但南北兩端區(qū)域的公交站點通達性略低于中部區(qū)域，尤其是位于南端的高淳區(qū)。

圖2 南京市公交站點通達性插值

為識別城市路面公共交通高值站點和低值站點的分布情況，同樣選取通達性位序在前10%和后10%的站點進行統(tǒng)計分析，如表2所示。容易看出，638個高通達性的公交站點基本都分布在南京市中心城區(qū)，公交站點通達性最好的區(qū)域是玄武區(qū)，有146個公交站點呈現(xiàn)出高通達性，占區(qū)域內(nèi)總公交站點的74.5%，其次是秦淮區(qū)，有近一半的站點為高通達性站點。江寧區(qū)的公交站點通達性情況次于其他區(qū)域。低通達性站點只分布于靠近南京市南北邊緣的六合區(qū)、溧水區(qū)和高淳區(qū)。其中高淳區(qū)由于區(qū)位因素，遠離城市中心，位于城市最南端，路網(wǎng)密度低，且與中心區(qū)域的連接程度不夠，公交站點通達性最差，六合區(qū)和溧水區(qū)的公交站點通達性相對來說優(yōu)于高淳區(qū)。而浦口區(qū)和棲霞區(qū)則處于高通達性區(qū)域和低通達性區(qū)域間的過渡區(qū)域，站點通達性情況一般，既沒有高通達性站點也沒有低通達性站點。

表2 路面公共交通站點通達性區(qū)域分布

2.4 站點綜合通達性分析

2.4.1 專家打分法確定權(quán)重

采用專家打分法確定計算綜合通達性算式(7)中的權(quán)重和，建立由5個評價指標構(gòu)成的城市交通系統(tǒng)通達性評價體系，邀請5位業(yè)內(nèi)專家進行滿分為5分的指標打分，得到各項評價指標權(quán)重(見表3)。同時邀請專家對路面公交系統(tǒng)和軌道交通系統(tǒng)兩類城市公共交通系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀進行評價打分，總分為5分，得到專家打分表(見表4)。

表3 城市交通系統(tǒng)通達性評價體系專家打分

表4 兩類城市公共交通系統(tǒng)通達性專家打分

根據(jù)打分結(jié)果可得：μ1=0.518，μ2=0.482。

2.4.2 軌道交通站點綜合通達性

考慮到周邊換乘公交站點對軌道交通站點的影響并計算其站點綜合通達性，高通達性站點和低通達性站點的區(qū)域分布情況如表5所示。其中軌道交通綜合通達性最好的區(qū)域為鼓樓區(qū)和玄武區(qū)，分別有43.8%和41.2%的站點表現(xiàn)為高通達性，其次是雨花臺區(qū)，有35.7%的軌道交通站點為高通達性站點。相比于未考慮周邊換乘公交站點影響的結(jié)果，玄武區(qū)的通達性情況有所提升，原因在于玄武區(qū)的公交站點分布密集且通達性較好，其換乘產(chǎn)生的通達性傳遞作用要高于其他區(qū)域。對于低通達性站點，位于南北兩端且遠離中心城區(qū)的六合區(qū)、高淳區(qū)、溧水區(qū)和棲霞區(qū)的站點通達性情況較差，其中高淳區(qū)內(nèi)的2個站點均表現(xiàn)為低通達性。

表5 軌道交通站點綜合通達性區(qū)域分布

2.4.3 路面公共交通站點綜合通達性

考慮到周邊換乘軌道交通站點對路面公交站點的影響計算其綜合通達性，高通達性站點和低通達性站點的區(qū)域分布情況如表6所示。公交交通站點通達性最好的區(qū)域仍然為玄武區(qū)，區(qū)域內(nèi)有67.3%的公交站點呈現(xiàn)出高通達性，其次是秦淮區(qū)和鼓樓區(qū)，分別有31.7%和31.2%的公交站點為高通達性站點，其中秦淮區(qū)的高值站點由97個降為59個，原因是相對于中心區(qū)域僅有軌道交通1號線和3號線的部分線路經(jīng)過，且僅有7個軌道交通站點在區(qū)域內(nèi)，對公交站點的通達性影響有限，然后是建鄴區(qū)和雨花臺區(qū)，建鄴區(qū)的高值站點由46個增為77個，主要原因是軌道交通2號線、10號線和S3線 的經(jīng)過，這些軌道交通線路的站點對周邊公交站點通達性產(chǎn)生了影響。低通達性站點的區(qū)域分布情況基本沒有變化，說明軌道交通站點對公交站點通達性的影響基本體現(xiàn)在高通達性區(qū)域，對位于南北兩端邊緣的低通達性區(qū)域幾乎無影響。

表6 路面公共交通站點綜合通達性區(qū)域分布

3 在建軌道交通線路的通達性影響

據(jù)統(tǒng)計，截至2021年底，南京市現(xiàn)有運營軌道交通線路為10條，包含159座站點，在建軌道交通線路為9條，涉及新建站點92座，而公交站臺現(xiàn)有6 377座，規(guī)劃開工建設(shè)的公交場站僅有12座。相比而言，新建公交站點對整體公交站點的通達性格局影響微弱，而在建軌道交通站點對整體軌道交通站點的通達性格局有較大影響。為探究南京市軌道交通網(wǎng)絡(luò)在近幾年的發(fā)展格局，選取在建的9條地鐵線路加入到現(xiàn)有交通網(wǎng)絡(luò)中，并計算其站點通達性。通過圖3可以看出，在建地鐵線路基本集中在主城區(qū)的6個轄區(qū)，在未來的短時間內(nèi)軌道交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)仍以主城區(qū)為主，但地鐵5號線和S6號線的建設(shè)已初步表現(xiàn)出連接主城區(qū)外周邊區(qū)域的趨勢。對計算的站點通達性結(jié)果進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計對比結(jié)果如表7所示，可以看出在建線路的加入會改善整體軌道交通的通達性和聯(lián)系緊密程度，相比于現(xiàn)有的通達性情況，軌道站點的通達性均值提升31.8%，中位數(shù)提升37.3%，表明在建線路的修建對南京市站點通達性的整體提高有較大幫助。站點通達性方差從0.007升到0.011，表明了南京市軌道交通站點通達性的不均衡性，中心城區(qū)與周邊區(qū)域的通達性差距在逐步拉大。最高站點通達性由0.468增加到0.615，提升了31.4%，對最低站點通達性提升了20.1%，說明在建線路對中心城區(qū)的站點通達性影響要高于邊緣地區(qū)。

圖3 在建地鐵線路

表7 在建線路對軌道交通整體站點通達性影響

同時，為探究在建線路修建完成后南京市軌道交通網(wǎng)絡(luò)站點通達性的中心性改變，文中采用標準差橢圓法[19]分析加入在建線路前后的軌道交通站點在空間上的方向和分布情況，以站點通達性值為權(quán)重進行標準差橢圓分析，結(jié)果如圖4所示?？梢钥闯觯w上南京市軌道交通站點的通達性空間格局仍然為“東南——西北”朝向，但在建線路的修建使地鐵站點通達性空間格局的中心點向東北方向偏移了2 052 m，并輕微影響了站點通達性空間格局的朝向，向南北軸線偏移了3.17°。

圖4 標準差橢圓結(jié)果對比

4 結(jié) 論

基于空間句法模型，從換乘選擇的角度考慮了城市不同交通系統(tǒng)之間的通達性傳遞作用，構(gòu)建了應(yīng)用結(jié)果更符合實際交通的公共交通站點綜合通達性模型。應(yīng)用并計算了南京市兩類公共交通站點的綜合通達性，并研究了短時期內(nèi)其軌道交通的通達性發(fā)展情況，得到的結(jié)果可為南京市今后的公共交通站點的規(guī)劃設(shè)計及更新改造提供依據(jù)。

1)南京市軌道交通站點的通達性結(jié)果在空間上呈現(xiàn)出“內(nèi)高外低”的分布特征，站點通達性由中心城區(qū)向邊緣區(qū)域逐漸減小，在主城區(qū)的核心部分形成唯一熱點，其中位于北端的六合區(qū)的站點通達性最差。

2)南京市路面公交站點的通達性在整體上同樣呈現(xiàn)出“內(nèi)高外低”的分布特征，但其高值區(qū)域范圍更廣，整體上中部區(qū)域通達性表現(xiàn)已達到良好，南北兩端區(qū)域站點通達性略低于中部區(qū)域，尤其是位于南端的高淳區(qū)。

3)在建9條軌道交通線路的加入預示了在未來的短時間內(nèi)，南京市軌道交通站點的整體通達性情況提升，但中心城區(qū)與周邊區(qū)域站點的通達性差距卻進一步拉大。在建線路的加入，在一定程度上影響了南京市軌道交通網(wǎng)絡(luò)站點的通達性中心和分布趨勢。

針對以上結(jié)果，為實現(xiàn)城市公共交通服務(wù)的高度覆蓋和居民出行的通行能力優(yōu)化，在后續(xù)線路和站點的規(guī)劃建設(shè)階段，仍需兼顧南京市主城區(qū)以外的周邊區(qū)域，尤其是位于南北兩端的六合區(qū)和高淳區(qū)，注重區(qū)域交通服務(wù)的均衡性并加快軌道交通的覆蓋建設(shè)。