陳艷艷， 張 糯， 路 堯

(北京工業(yè)大學(xué)北京市交通工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100024)

基于外部接駁的城市軌道交通車站站點(diǎn)分類研究

陳艷艷， 張 糯， 路 堯

(北京工業(yè)大學(xué)北京市交通工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100024)

城市軌道站點(diǎn)外部交通方式接駁的便利性，是影響軌道交通吸引力的重要因素。但限于站點(diǎn)眾多，逐一研究費(fèi)時(shí)費(fèi)力的現(xiàn)狀，對(duì)站點(diǎn)進(jìn)行分類分析是一條較為理想的研究途徑。首先，借助各站點(diǎn)IC卡和AFC數(shù)據(jù)，通過客流時(shí)空特征及高峰小時(shí)客流量特征將軌道交通車站站點(diǎn)分類，即大中小客流下的右峰型、雙峰型和左峰型站點(diǎn)，以及無峰型站點(diǎn)、首末站點(diǎn)。最后在站點(diǎn)分類的基礎(chǔ)上，研究各類站點(diǎn)周邊的用地性質(zhì)以及進(jìn)站交通方式特征，確定各類站點(diǎn)外部接駁方式的優(yōu)先級(jí)。

城市軌道站點(diǎn)； 外部接駁； 站點(diǎn)分類； IC卡； AFC數(shù)據(jù)

1 研究背景

北京市的公共交通系統(tǒng)是以城市軌道為骨架，軌道交通具有用地省、運(yùn)量大，高效，快速，節(jié)約能源，安全性好等特點(diǎn)[1]，而影響城市軌道交通吸引力的因素除了站點(diǎn)和列車自身特點(diǎn)外，軌道交通車站外部接駁設(shè)施的便利程度也非常重要。由于城市軌道交通車站站點(diǎn)(簡稱軌道站點(diǎn))眾多，對(duì)軌道站點(diǎn)外部接駁設(shè)施的研究應(yīng)分類進(jìn)行。

國內(nèi)對(duì)軌道站點(diǎn)的分類方法不統(tǒng)一?？偨Y(jié)國內(nèi)外文獻(xiàn)關(guān)于城市軌道交通車站等級(jí)劃分，將車站分類歸結(jié)為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)向型和場(chǎng)所導(dǎo)向型兩大類[2]。《城市軌道交通運(yùn)營組織》的分類采用客流量的大小進(jìn)行區(qū)分[3]。按照站點(diǎn)區(qū)位條件、站點(diǎn)周邊地區(qū)土地利用性質(zhì)、開發(fā)規(guī)模和強(qiáng)度等數(shù)據(jù)，將郊區(qū)軌道交通站點(diǎn)分類[4]。從接駁換乘的角度出發(fā)，對(duì)城市規(guī)劃、換乘交通特性、地鐵車站特征3 方面進(jìn)行分析，利用歸一化法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行無量綱化處理，采用聚類分析技術(shù)對(duì)軌道交通車站進(jìn)行分類[5]。為明確城市軌道站點(diǎn)的功能與定位，建立了基于譜聚類算法的城市軌道站點(diǎn)分類方法[6]。

現(xiàn)有的分類方法，大多基于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不全面且準(zhǔn)確性難以保證。利用IC卡數(shù)據(jù)對(duì)軌道站點(diǎn)研究的更少，與公交IC卡數(shù)據(jù)類似，對(duì)公交IC卡數(shù)據(jù)收集、處理和分析得到的結(jié)果可以為公交客流分析提供重要依據(jù)[7]。

各種方法對(duì)站點(diǎn)分類后，最直觀的表現(xiàn)形式，就是通過該站點(diǎn)的客流量及周邊用地情況。在一定的收入條件下，人們可在消費(fèi)、住房和交通3個(gè)方面進(jìn)行組合選擇，以達(dá)到其所認(rèn)為的效用最大化[8]?；贕IS(地理信息系統(tǒng))勾勒出軌道交通網(wǎng)絡(luò)格局下職住分布的形態(tài)，提出了軌道交通網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展背景下區(qū)域性職住不平衡的新格局[9]。

此外，站點(diǎn)分類的影響因素研究也至關(guān)重要，利用距離加權(quán)回歸分析方法更加準(zhǔn)確地反映站點(diǎn)周邊用地情況與客流量的關(guān)系[10]。

一般分類方法，其分類結(jié)果較為直觀，便于實(shí)際實(shí)施過程中借鑒，但是容易忽略影響因素內(nèi)部的關(guān)聯(lián)；而聚類分析作為觀察式學(xué)習(xí)，其聚類結(jié)果與給定的聚類變量有很大關(guān)系，但聚類標(biāo)準(zhǔn)不是很直觀。本文運(yùn)用聚類分析方法，根據(jù)軌道站點(diǎn)的客流量對(duì)軌道站點(diǎn)進(jìn)行聚類分析，最終與用地性質(zhì)相結(jié)合，使分類結(jié)果更加直觀。

2 軌道站點(diǎn)分類指標(biāo)

2.1分級(jí)參數(shù)選定

軌道站點(diǎn)外部接駁設(shè)施的設(shè)置，主要受客流的影響，不同客流特征需要不同規(guī)模的接駁設(shè)施來接送及疏散?？土魈卣靼ㄟM(jìn)出站的客流時(shí)空特征、客流量以及軌道站點(diǎn)對(duì)客流的吸引范圍等，本文暫不考慮其吸引范圍，僅用軌道站點(diǎn)進(jìn)出站客流的時(shí)空特征和客流量對(duì)站點(diǎn)進(jìn)行分類。

2.1.1進(jìn)站客流時(shí)空特征

進(jìn)站客流特征用來描述全天客流趨勢(shì)，分辨客流達(dá)到高峰或有特殊情況時(shí)的時(shí)段。進(jìn)站客流特征在一定程度上可以體現(xiàn)站點(diǎn)的性質(zhì)及周邊用地性質(zhì)。城市中居住用地、商業(yè)用地和大型公建用地是客流的主要發(fā)生吸引源。早高峰時(shí)段，居住用地是客流的主要發(fā)生源，而商業(yè)用地是主要的吸引源；晚高峰時(shí)段，居住用地是客流的主要吸引源，而商業(yè)和大型公建是主要的發(fā)生源。城市職住區(qū)的設(shè)置，決定區(qū)域客流特征。

2.1.2客流量

由于高峰時(shí)段的小時(shí)客流量最大，若高峰時(shí)段的站點(diǎn)設(shè)施能夠滿足乘客需求，則其他時(shí)段亦可滿足，故客流量選取進(jìn)站高峰小時(shí)客流量來描述軌道站點(diǎn)客流量級(jí)，從而確定軌道站點(diǎn)接駁設(shè)施規(guī)模。站點(diǎn)周邊的人口密度、用地性質(zhì)、換乘其他交通方式的便利程度等因素，共同決定客流量的大小。根據(jù)進(jìn)站客流特征，客流量指標(biāo)的等級(jí)不同，對(duì)應(yīng)其外部接駁設(shè)施的配置亦有所差別。

2.2站點(diǎn)分類

2.2.1客流特征分類

基于北京市所有軌道站點(diǎn)IC卡和AFC數(shù)據(jù)，對(duì)軌道站點(diǎn)的進(jìn)站客流特征進(jìn)行聚類分析。此處運(yùn)用平峰時(shí)客流量與高峰時(shí)的比值，定義為高峰系數(shù)。

2.2.2客流量分類

不同客流量級(jí)別的站點(diǎn)，其外部配套接駁設(shè)施規(guī)模不同。通過物理方法，將客流量分為幾個(gè)等級(jí)。

通過以上兩個(gè)分類步驟可將性質(zhì)相似的站點(diǎn)歸為一類，為站點(diǎn)的新建和改建提供借鑒。

3 實(shí)例分析

以北京市278個(gè)軌道站點(diǎn)為研究對(duì)象，借助2016年4月11號(hào)(周一)的地鐵IC卡和AFC刷卡數(shù)據(jù)以及出行鏈數(shù)據(jù)，對(duì)站點(diǎn)進(jìn)行分析。

3.1客流特征分類

本文統(tǒng)計(jì)了各站點(diǎn)的進(jìn)站客流量，取7：00—10：00最大的客流量為早高峰小時(shí)客流量，Qa；取10：00—16：00最小客流量為平峰小時(shí)客流量，Qn；取17：00—20：00最大客流量為晚高峰小時(shí)客流量，Qp。

早高峰系數(shù)Fa=Qn/Qa

晚高峰系數(shù)Fp=Qn/Qp

以Fa、Fp為影響因素，運(yùn)用K-Means聚類方法將站點(diǎn)分類，分類結(jié)果如表1所示。

表1 客流特征聚類結(jié)果

高峰比p是指早高峰小時(shí)客流量與晚高峰小時(shí)客流量的比值，即

p=Qa/Qb

根據(jù)高峰比對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行分析，總結(jié)出各類型車站的高峰比的取值范圍，見表2，根據(jù)p值對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行校核，結(jié)果見表3。

表2 高峰比取值范圍

表3 優(yōu)化后分類結(jié)果

根據(jù)以上分類結(jié)果，挑取典型站點(diǎn)，如表4所示，各類站點(diǎn)的客流隨時(shí)間的變化情況如圖1所示。

表4 各類型典型站點(diǎn)列舉

圖1 優(yōu)化后聚類結(jié)果Fig.1 Optimized classification results

通過對(duì)軌道客流的分析，可知軌道站點(diǎn)客流基本呈現(xiàn)4種形式，聚類1—無峰型、聚類2—右峰型、聚類3—雙峰型和聚類4—左峰型4種情況，見圖2。

圖2 各類站點(diǎn)隨時(shí)間變化的客流Fig.2 Passenger flow with time

根據(jù)北京市職住人口分布情況，不同類型居住人口的比例如表5所示。

表5 各類型站點(diǎn)的職住比

注：職住比為以軌道交通站點(diǎn)為中心，1000m為半徑范圍內(nèi)的工作人口和居住人口的比值。

*表示居住人口較少，商業(yè)人口較多；**表示居住人口與商業(yè)人口同時(shí)較多；***表示居住人口較多，商業(yè)人口較少。

3.2客流量分類

以進(jìn)站高峰小時(shí)客流量為影響因子，對(duì)軌道交通站點(diǎn)進(jìn)行分類，分類結(jié)果如表6所示。

表6 客流量分類結(jié)果

3.3聚類結(jié)果

3.3.1站點(diǎn)周邊用地性質(zhì)分析

綜合以上兩種分類，將分類結(jié)果與北京市用地性質(zhì)結(jié)合，得到最終軌道交通站點(diǎn)分類(見表7)。

表7 分類結(jié)果與周邊用地性質(zhì)關(guān)系

續(xù)表

從表7可看出，客流特征聚類結(jié)果與站點(diǎn)周圍用地性質(zhì)相關(guān)性較強(qiáng)。無峰型站點(diǎn)樞紐類用地約占周邊用地的1/2～3/4，商業(yè)用地約占周邊用地的1/4；右峰型站點(diǎn)商業(yè)用地約占周邊用地的1/2～1，而且客流越大，商業(yè)用地占比越高；雙峰型站點(diǎn)商業(yè)用地約占周邊用地的1/4～3/4，與右峰型相似，客流越大，商業(yè)用地占比越高；左峰型站點(diǎn)商業(yè)用地約占周邊用地的0～1/4，其客流越大，居住用地占比越大。商業(yè)用地占比為右峰型>雙峰型>無峰型>左峰型。郊區(qū)站點(diǎn)的客流特征主要為雙峰型和左峰型。

3.3.2站點(diǎn)外部接駁方式分析

通過軌道交通接駁方式選擇調(diào)查結(jié)果見表8。

表8 分類結(jié)果與其外部接駁交通方式關(guān)系

由表8可看出，各種類型的軌道交通站點(diǎn)外部接駁方式趨勢(shì)基本相似，步行占比最高，其次為公交車，之后是自行車和出租車，最后為自駕車。左峰型由于居住用地居多，多數(shù)離市區(qū)較遠(yuǎn)，而且很多郊區(qū)站點(diǎn)配備P+R停車場(chǎng)，故自駕車比例偏高。步行占比為無峰型>右峰型>雙峰型>左峰型；公交出行占比為左峰型>雙峰型>右峰型>無峰型。右峰型和雙峰型站點(diǎn)，周邊商業(yè)用地占比較高，具有相同客流時(shí)空分布的站點(diǎn)，隨著客流量的增大，其外部接駁交通方式中公交的占比越大。而左峰型站點(diǎn)，此類特征卻不明顯，究其原因，左峰型站點(diǎn)周邊用地多以居住型用地為主，很多站點(diǎn)遠(yuǎn)離市區(qū)，而且包含很多首末站，故將首末站剔除后，得到調(diào)整后左峰型的外部接駁交通方式占比特征與右峰型和雙峰型站點(diǎn)的特征較為符合。另外，首末站客流特征與其他站點(diǎn)差異性很大，故應(yīng)該單獨(dú)研究。

在軌道交通站點(diǎn)外部主要的接駁設(shè)施中，步行系統(tǒng)、公交系統(tǒng)和出租車系統(tǒng)的周轉(zhuǎn)率較高，根據(jù)高峰小時(shí)客流量得到的客流分類結(jié)果基本可以滿足乘客換乘需求，而對(duì)于自行車停車場(chǎng)和P+R停車場(chǎng)，由于其周轉(zhuǎn)率較低，特別是自行車停車場(chǎng)，存在廢舊車輛長期存放的問題，乘客對(duì)此類停車設(shè)施的需求及規(guī)模應(yīng)以各站點(diǎn)全日需求量為準(zhǔn)。

不同類型站點(diǎn)外部接駁設(shè)施優(yōu)先級(jí)如表9所示。

表9 各類站點(diǎn)外部接駁優(yōu)先級(jí)

4 結(jié)論

軌道交通外部接駁設(shè)施的配置情況，歸根結(jié)底是受進(jìn)出站點(diǎn)的客流決定的，本文從站點(diǎn)客流的時(shí)空特征以及客流量出發(fā)，對(duì)北京市278個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行分類，將具有相似客流特征的站點(diǎn)歸為一類，并對(duì)每一類站點(diǎn)的周邊用地性質(zhì)和到站交通方式進(jìn)行分析，得到外部接駁方式的優(yōu)先級(jí)。本文未將軌道交通站點(diǎn)的服務(wù)范圍考慮在內(nèi)，這部分工作還有待完善，但此分類方法仍可以為后續(xù)確定各類站點(diǎn)外部接駁設(shè)施的規(guī)模提供參考。

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A New Classification Approach to Urban Rail Stations Based on External Connections

CHEN Yanyan, ZHANG Nuo, LU Yao

(Beijing Key Laboratory of Traffic Engineering， Beijing University of Technology, Beijing 100024)

The convenience of transportation outside of urban rail stations is an important factor affecting the attraction of rail transit. Each station has its specific character, and there are a large number of urban rail stations, so it is an ideal way to study the classification of stations. By using the data of IC card and AFC, the stations are divided into 11 categories, including the right-peak, double-peak and left-peak stations with three volume levels of passengers, as well as no-peak stations and terminals. In addition, based on the results of classification, the nature of the land and the characteristics of transits into the stations, as well as the priority of transit outside of all types of stations are explored.

urban rail station; external connection; classification; IC card; AFC data

10.3969/j.issn.1672-6073.2017.05.009

2016-10-20

2016-11-21

陳艷艷，女，博士，教授，博導(dǎo)，主要研究方向?yàn)榻煌ㄒ?guī)劃、智能交通，cdyan@bjut.edu.cn

國家自然科學(xué)基金應(yīng)急管理項(xiàng)目資助(71641006)

U231.4

A

1672-6073(2017)05-0051-05

(編輯：郝京紅)