城市居民公交出行可達(dá)性分析

摘 要：為分析常規(guī)地面交通與城市軌道交通的共同建設(shè)發(fā)展對(duì)居民出行可達(dá)性的影響，從站點(diǎn)可達(dá)性、加權(quán)出行時(shí)間和出行范圍方面出發(fā)，建立了基于整體公共交通網(wǎng)絡(luò)出行的可達(dá)性度量模型，衡量城市居民利用公共交通出行的可達(dá)程度。以南寧市中心城區(qū)為例，結(jié)合ArcGIS空間分析工具，分析南寧市整體公共交通網(wǎng)絡(luò)建成對(duì)居民出行可達(dá)性的變化情況，最終得出：南寧市中心城區(qū)交通可達(dá)性整體上呈現(xiàn)由中心向四周遞減的趨勢(shì)，西部、東南部可達(dá)性較低等結(jié)論。

關(guān)鍵詞：城市公共交通 交通可達(dá)性 ArcGIS網(wǎng)絡(luò)分析 矢量數(shù)據(jù)

居民出行需求的快速增長(zhǎng)導(dǎo)致私家車出行日益增多，如何提高公共交通分擔(dān)率，是解決當(dāng)前交通阻塞、路網(wǎng)癱瘓等一系列交通問題的關(guān)鍵所在。交通可達(dá)性作為評(píng)價(jià)城市路網(wǎng)優(yōu)良的指標(biāo)之一，對(duì)分析這類問題發(fā)揮了舉足輕重的作用。目前，交通可達(dá)性研究主要分為兩類，一類是研究可達(dá)性對(duì)土地利用和生產(chǎn)生活的影響，該研究方向可以更好地為醫(yī)療、娛樂、住宅選址等提供保障[1-3]。另一類則是對(duì)城市公共交通站點(diǎn)與線路進(jìn)行可達(dá)性評(píng)價(jià)。例如，陳艷艷等[4]利用GIS空間分析功能，結(jié)合公交站點(diǎn)權(quán)重與公交線路輻射范圍權(quán)重的可達(dá)性計(jì)算方法，分析北京市朝陽(yáng)區(qū)內(nèi)部不同區(qū)域的公交可達(dá)性水平。李建霆等[5]基于長(zhǎng)沙市常規(guī)公交網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過Spcae L網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)公交站點(diǎn)間的可達(dá)性進(jìn)行分析，最終確認(rèn)軌道交通加入后，城市交通阻塞等問題得到一定改善。董妍妍[6]以安徽省為例，通過交通耗時(shí)等指標(biāo)對(duì)起訖兩點(diǎn)之間的便利程度進(jìn)行定量分析，得出馬鞍山市各個(gè)區(qū)縣的交通通達(dá)能力增強(qiáng)等結(jié)論。胡娜等[7]選取北京市已開通的軌道交通車站與線路覆蓋區(qū)域，聚焦其與其他交通方式組合的出行樣本，利用有序Logistic回歸研究軌道交通可達(dá)性對(duì)通勤滿意度的關(guān)系，得出軌道交通線路末端車站附近的通勤滿意度較高等結(jié)論。張亦漢等[8]以廣州地鐵線網(wǎng)為例，以加權(quán)平均旅行時(shí)間為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分析廣州地鐵網(wǎng)絡(luò)整體的可達(dá)性狀況，得出可達(dá)性較高區(qū)域集中在地鐵換乘站、市中心、人口密集處等結(jié)論。韓彪等[9]等在Allen網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性模型、潛能模型的基礎(chǔ)上，提出質(zhì)量與數(shù)量復(fù)合的公交車站可達(dá)性度量模型，利用深圳公交數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了模型的正確性?，F(xiàn)有的可達(dá)性研究大多是以線路、站點(diǎn)為對(duì)象展開研究，而從居民出行角度展開的公共交通可達(dá)性研究較少，這說(shuō)明在前者研究的基礎(chǔ)上，以南寧市整體公共交通網(wǎng)絡(luò)為例，結(jié)合GIS空間分析工具，利用評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)城市居民利用公共交通出行到達(dá)活動(dòng)地點(diǎn)的可達(dá)性進(jìn)行研究，分析南寧市整體公共交通網(wǎng)絡(luò)建成對(duì)居民出行可達(dá)性的變化情況會(huì)使研究更為完善。

1 公共交通出行可達(dá)性

可達(dá)性的概念最早由Hansen提出，指的是交通網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間交通通達(dá)的難易程度，通?？梢赃\(yùn)用成本指標(biāo)來(lái)度量，例如費(fèi)用、時(shí)間、距離等，既可以用于城市規(guī)劃、交通規(guī)劃，也可以用作評(píng)判交通網(wǎng)絡(luò)是否具備高效性與協(xié)調(diào)性。公共交通可達(dá)性指的是特定區(qū)域居民采用公共交通到達(dá)活動(dòng)地點(diǎn)的便利程度。

軌道交通的建成為常規(guī)交通分擔(dān)了一定的交通壓力，因此，軌道交通與常規(guī)地面公交組成的公共交通網(wǎng)絡(luò)組成了三種出行方式：常規(guī)地面公交站點(diǎn)之間的出行，軌道交通站點(diǎn)之間的出行，常規(guī)地面公交與軌道公交之間站點(diǎn)的出行，因此，為提高模型適用性，應(yīng)將公共交通網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性選取常規(guī)地面公交與城市軌道交通為公共交通方式代表并計(jì)算其可達(dá)性，即文中城市居民采用的公共交通為常規(guī)地面公交和軌道交通。

2 可達(dá)性度量模型

選取站點(diǎn)密度，加權(quán)平均旅行時(shí)間和出行范圍作為可達(dá)性度量模型的指標(biāo)，分析城市居民出行點(diǎn)的站點(diǎn)密度，出行點(diǎn)之間最短時(shí)間成本和出行點(diǎn)在一定時(shí)間內(nèi)可以到達(dá)的最遠(yuǎn)區(qū)域，最后通過加權(quán)平均后得到各出行點(diǎn)可達(dá)性，示意圖如圖1所示。

2.1 站點(diǎn)密度

將居民某一范圍內(nèi)的站點(diǎn)密度用于度量常規(guī)公交站點(diǎn)與地鐵站點(diǎn)的可達(dá)程度，將出行點(diǎn)到公共交通站點(diǎn)可達(dá)距離歸一化，得到基于出行點(diǎn)的站點(diǎn)可達(dá)性。

2.1.1 常規(guī)公交站點(diǎn)

由于常規(guī)公交站點(diǎn)設(shè)置服務(wù)范圍較廣泛，同一個(gè)出行點(diǎn)存在不同的線路讓出行者選擇。已有研究表明，我國(guó)居民愿意接受步行至公交站點(diǎn)距離為350～500m之間，因此取500m作為常規(guī)公交站點(diǎn)的服務(wù)范圍進(jìn)行站點(diǎn)可達(dá)性的計(jì)算。

將距離出行點(diǎn)500m范圍內(nèi)的n個(gè)站點(diǎn)的平均站點(diǎn)距離作為出行點(diǎn)常規(guī)公交車站的站點(diǎn)可達(dá)距離，由此可得：

式中：Dij為出行點(diǎn)i的常規(guī)公交站點(diǎn)可達(dá)距離，m；n為出行點(diǎn)500m范圍內(nèi)可選擇公共交通站點(diǎn)的個(gè)數(shù)，個(gè)；Dij為出行點(diǎn)500m范圍內(nèi)到n個(gè)常規(guī)公交站點(diǎn)的公交站點(diǎn)j的距離，m。

通過閱讀已有文獻(xiàn)可得，常規(guī)公交站點(diǎn)可達(dá)性為[10]：

式中：AD-i為出行點(diǎn)i的常規(guī)公交站點(diǎn)可達(dá)性；Di為出行點(diǎn)i的常規(guī)公交站點(diǎn)可達(dá)距離，m；m為城市居民出行點(diǎn)個(gè)數(shù)，個(gè)。

2.1.2 軌道交通站點(diǎn)

由于軌道交通站間距與輻射范圍成反比關(guān)系，因此，將與出行點(diǎn)距離最短的軌道交通站點(diǎn)之間的距離作為軌道交通可達(dá)距離。

式中：ri為出行點(diǎn)i的地鐵站點(diǎn)可達(dá)距離，m；rij為出行點(diǎn)到地鐵站點(diǎn)j的距離，m。

則可得軌道公交站點(diǎn)可達(dá)性為[10]：

式中：Ar-i為出行點(diǎn)i的地鐵站點(diǎn)可達(dá)性；ri為出行點(diǎn)i的地鐵站點(diǎn)可達(dá)距離，單位m；m為城市居民出行點(diǎn)個(gè)數(shù)，個(gè)。

2.2 加權(quán)平均旅行時(shí)間

加權(quán)出行時(shí)間是對(duì)可達(dá)性進(jìn)行度量的重要方法，可采用加權(quán)平均旅行時(shí)間用于評(píng)價(jià)出行點(diǎn)之間的可達(dá)性。居民利用各種交通工具在最短路徑上的時(shí)間消耗，即將某個(gè)出行點(diǎn)i到達(dá)另一個(gè)出行點(diǎn)j的最短時(shí)耗，定義為此OD點(diǎn)對(duì)ij的最短可達(dá)時(shí)間，以此度量出行點(diǎn)之間的可達(dá)性，單位一般采用min。此外，站點(diǎn)的可達(dá)性還受所處地區(qū)的人口數(shù)量、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度等相關(guān)指標(biāo)影響?？紤]交通可達(dá)性影響因素中的出行需求因素，將各個(gè)節(jié)點(diǎn)的人口密度作為權(quán)重代入，由此得出如下計(jì)算公式：

式中：Ai為站點(diǎn)i的可達(dá)性，其含義為i站點(diǎn)與其他站點(diǎn)的連接程度，其值越大，代表該站點(diǎn)的交通便利程度越差，min；Sij代表站點(diǎn)i與站點(diǎn)j之間的最短通行時(shí)間，min；Pj代表j站點(diǎn)的權(quán)重，通常來(lái)講它與該地區(qū)的GDP、人口數(shù)量有很大的關(guān)系，可采用人口密度，人/m2；n代表所有的公交站數(shù)量之和，個(gè)。

2.3 出行范圍

假定某研究區(qū)域由n個(gè)局部區(qū)域構(gòu)成，每個(gè)局部區(qū)域分別包含n個(gè)出行點(diǎn)，出行范圍用于衡量某區(qū)域在全局中的連通程度，即在一定阻抗下，居民利用公共交通能夠到達(dá)的區(qū)域?？蓪⒊鲂姓咴诮o定的時(shí)間里利用公共交通工具所達(dá)到的范圍定義為出行點(diǎn)的最大可達(dá)范圍Aij，其計(jì)算公式如下：

式中：Si表示小區(qū)i在單位時(shí)間內(nèi)的可達(dá)性，值越大交通越便利；Ai代表小區(qū)i在單位時(shí)間內(nèi)的輻射面積，在墨卡托投影下利用幾何計(jì)算測(cè)得，m2；n代表所有小區(qū)的總數(shù)量，個(gè)；

2.4 可達(dá)性計(jì)算模型

綜合以上指標(biāo)加權(quán)和作為可達(dá)性表達(dá)模型，由此可得：

式中：ANi為出行點(diǎn)i出行可達(dá)性；AD-i、Ar-i、Ai、Si分別為出行點(diǎn)i的常規(guī)地面公交的可達(dá)性、地鐵站點(diǎn)可達(dá)性、加權(quán)平均旅行時(shí)間可達(dá)性、基于出行范圍可達(dá)性；a、b、c、d為各可達(dá)性指標(biāo)的權(quán)重。

2.5 指標(biāo)權(quán)重的確定

對(duì)城市居民出行而言，最關(guān)心的是出行的時(shí)間和距離問題，通過查閱已有文獻(xiàn)，采用層次分析法，得到城市居民出行可達(dá)性計(jì)算各權(quán)重，結(jié)果如表1所示。

3 實(shí)例分析

3.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

通過高德地圖提供的API接口，獲取南寧市所有公交站點(diǎn)與線路的名稱與經(jīng)緯度坐標(biāo)，導(dǎo)入ArcGIS中并添加xy坐標(biāo)值，建立路網(wǎng)與站點(diǎn)矢量數(shù)據(jù)集，如圖2所示。

3.2 劃分交通小區(qū)、出行點(diǎn)

南寧市城市中心地跨興寧區(qū)、西鄉(xiāng)塘區(qū)、青秀區(qū)等多個(gè)城區(qū)，按照研究區(qū)域的用地性質(zhì)、經(jīng)濟(jì)和人口數(shù)量等特征，將其劃分為多個(gè)子區(qū)域，以便從海量的數(shù)據(jù)中快速提取到真正需要的信息，這些子區(qū)域稱為交通小區(qū)。

因獲得的交通線路主要集中在那安快速路、南寧繞城高速、外環(huán)高速和南友高速以內(nèi)，因此根據(jù)交通小區(qū)劃分原則，將此范圍內(nèi)的城區(qū)劃分為81個(gè)交通小區(qū)，結(jié)果如圖3所示。

利用GIS中的漁網(wǎng)工具，在每個(gè)交通小區(qū)內(nèi)部每隔500m插入出行點(diǎn)，模擬居民出發(fā)點(diǎn)，在研究區(qū)域內(nèi)設(shè)計(jì)出行點(diǎn)共1758個(gè)，結(jié)果如圖4所示。

3.3 可達(dá)性分析

通過ArcGIS軟件對(duì)上述指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如下。

3.3.1 站點(diǎn)密度

利用南寧市公交線路矢量數(shù)據(jù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，結(jié)合GIS空間分析，利用反距離權(quán)重空間插值法得到柵格數(shù)據(jù)圖，常規(guī)公交站點(diǎn)和軌道交通站點(diǎn)可達(dá)性如圖5、6所示。

3.3.2 加權(quán)平均旅行時(shí)間

如圖7、8所示，綠色代表站點(diǎn)的加權(quán)平均旅行時(shí)間值較小，可達(dá)性較高；紅色代表站點(diǎn)的加權(quán)平均旅行時(shí)間值較大，可達(dá)性較差；除少部分地區(qū)外，研究區(qū)域內(nèi)出行點(diǎn)可達(dá)性整體上呈現(xiàn)由中心向四周遞減的趨勢(shì)。

軌道交通建設(shè)前，市中心有少數(shù)可達(dá)性較差區(qū)域，為南寧火車站、萬(wàn)力公園、湖泊等公共設(shè)施；軌道交通建設(shè)后加大了城市內(nèi)的交通便利程度，可達(dá)性整體較高，但西南部和南部少數(shù)地區(qū)可達(dá)性仍然較差，主要原因是該部分區(qū)域?yàn)榇迩f，距離市中心較遠(yuǎn)，交通線路較為稀疏。如表2所示的是部分站點(diǎn)在地鐵建設(shè)前后可達(dá)性的變化情況。

3.3.3 出行范圍

利用交通小區(qū)范圍內(nèi)的出行點(diǎn)密度和單位時(shí)間內(nèi)出行點(diǎn)能夠到達(dá)的面積作為衡量交通小區(qū)可達(dá)性的標(biāo)準(zhǔn)。利用GIS中的漁網(wǎng)工具，在每個(gè)交通小區(qū)內(nèi)部每隔500m插入出行點(diǎn)，利用出行范圍模型分別計(jì)算每個(gè)出行點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)能夠到達(dá)的區(qū)域面積，將其與交通小區(qū)進(jìn)行空間連接，最后取出行范圍可達(dá)性與站點(diǎn)密度的平均值，即可得到如圖9、10所示的交通小區(qū)可達(dá)性示意圖。

圖中，深色代表可達(dá)性較差，淺色代表可達(dá)性較優(yōu)，可達(dá)性整體呈現(xiàn)由中心向四周遞減的趨勢(shì)，最優(yōu)部位位于市中心南寧火車站附近，最差部位位于西部和東南部；軌道交通建設(shè)后，可達(dá)性較高區(qū)域增多，其中地鐵線路周圍的交通小區(qū)可達(dá)性改善最為明顯，例如火車站附近的第4、第11小區(qū)，東北部的第44、第24小區(qū)等。如表3所示是部分交通小區(qū)在地鐵建設(shè)前后可達(dá)性的變化情況。

3.4 南寧市城市居民可達(dá)性分析

加權(quán)平均后得到南寧主城區(qū)城市居民出行點(diǎn)可達(dá)性，如圖11所示，居民出行點(diǎn)可達(dá)性整體上呈現(xiàn)由中心向四周遞減，中心區(qū)域出行點(diǎn)可達(dá)性較優(yōu)但有少量出行點(diǎn)可達(dá)性較差，此外西部、東南部可達(dá)性較低，與常規(guī)公交和軌道交通站點(diǎn)距離較大有關(guān)，導(dǎo)致出行點(diǎn)利用公共交通出行不夠便利。

4 結(jié)論與建議

以南寧市中心城區(qū)為例，利用GIS空間分析，結(jié)合站點(diǎn)密度、加權(quán)平均旅行時(shí)間、出行范圍，分析該區(qū)域出行點(diǎn)可達(dá)性情況，綜合分析出行點(diǎn)的站點(diǎn)密度，使用公共交通到達(dá)活動(dòng)點(diǎn)所用時(shí)間和在一定時(shí)間可以到達(dá)的區(qū)域，可為城市居民利用公共交通出行可達(dá)性情況，地鐵建設(shè)前后的站點(diǎn)和交通小區(qū)的可達(dá)性變化情況提供理論依據(jù)，對(duì)于城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和公共交通站點(diǎn)規(guī)劃建設(shè)提供參考依據(jù)。

4.1 結(jié)論

（1）城市中心尤其是火車站附近的交通可達(dá)性最優(yōu)，研究區(qū)域內(nèi)西部和東南部的可達(dá)性較差。例如，南寧火車站旅行時(shí)間為0.64min，比東南部村莊的旅行時(shí)間快約20倍?？蛇_(dá)性整體呈現(xiàn)由中心四周遞減的趨勢(shì)。隨著地鐵線路的開通，46個(gè)交通小區(qū)的可達(dá)性增幅較大，加強(qiáng)了小區(qū)之間的聯(lián)系。

（2）除南寧市火車站等公共設(shè)施區(qū)域外，城市中心的常規(guī)公交站點(diǎn)可達(dá)性最優(yōu)。地鐵建設(shè)后，沿途的出行點(diǎn)可達(dá)性都較優(yōu)。

（3）地鐵的建設(shè)加強(qiáng)了南寧市中心城區(qū)的交通聯(lián)系，在一定程度上能夠提高居民利用公共交通出行便利性。

4.2 建議

（1）加強(qiáng)常規(guī)公交站點(diǎn)覆蓋，減少居民到達(dá)站點(diǎn)距離，通過設(shè)置公交專用道連廊加快接駁質(zhì)量，提高公共交通出行服務(wù)質(zhì)量。

（2）建立基于手機(jī)信令數(shù)據(jù)的公交需求響應(yīng)系統(tǒng)，對(duì)東南部村莊等低密度區(qū)域可以選擇固定線路與需求響應(yīng)式混合的公交運(yùn)營(yíng)方式，采用9座小型公交車輛，實(shí)行預(yù)約制服務(wù)，保證服務(wù)水平，避免運(yùn)力浪費(fèi)。

（3）地鐵延伸段宜配合多種交通方式樞紐，使出行點(diǎn)與公共交通站點(diǎn)接駁更精準(zhǔn)靈活，致力解決城市居民“最后一公里”的問題?？赏ㄟ^設(shè)置私家車、單車、電動(dòng)車共享電單車的停放處，方便城市居民與公共交通系統(tǒng)的接駁。

基金項(xiàng)目：廣西重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（桂科AB24010221）。

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