肖博華

（上海濟(jì)安交通工程咨詢有限公司，200092，上?！喂こ處煟?/p>

合理的城市軌道交通線路規(guī)劃，對(duì)于支撐城市空間拓展以及提升公交競爭力至關(guān)重要。因此，城市軌道交通方案的評(píng)價(jià)將是決定規(guī)劃方案成敗的關(guān)鍵所在。

現(xiàn)有的城市軌道交通規(guī)劃方案評(píng)價(jià)多采用層次分析法、模糊綜合評(píng)判法及專家打分法等來構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)城市軌道交通規(guī)劃方案進(jìn)行比選［1-3］。然而，這些評(píng)價(jià)指標(biāo)體系主觀成分較為明顯，依賴于專家的經(jīng)驗(yàn)，且建設(shè)規(guī)模指標(biāo)較多，公交服務(wù)水平指標(biāo)較少。本文基于互聯(lián)網(wǎng)地圖數(shù)據(jù)，提出一種新的公交可達(dá)性指標(biāo)的計(jì)算方法，并以此來評(píng)價(jià)城市軌道交通的規(guī)劃方案。

1 公交可達(dá)性指標(biāo)

公交服務(wù)水平指標(biāo)反映公交系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，是居民出行方式選擇的重要考慮因素，也是城市公共交通系統(tǒng)水平的體現(xiàn)。在公交服務(wù)水平指標(biāo)中，公交時(shí)空可達(dá)性指標(biāo)是一項(xiàng)重要的考量指標(biāo)。

1.1 公交出行時(shí)耗

一次完整的公交出行時(shí)耗包括步行到站時(shí)間、候車時(shí)間、車內(nèi)時(shí)間和換乘時(shí)間4 個(gè)部分。公交出行時(shí)耗受公交運(yùn)行速度、發(fā)車間隔、換乘站點(diǎn)間距、線路選擇策略和道路網(wǎng)布局情況等因素影響，較私駕汽車的出行時(shí)耗，公交出行時(shí)耗的估算更為復(fù)雜。

1.2 公交等時(shí)圈分析

公交等時(shí)圈是由以公交出行時(shí)耗計(jì)值的等時(shí)線，主要展示特定區(qū)域到其他區(qū)域的公交出行時(shí)間或一定公交出行時(shí)間內(nèi)可以到達(dá)的范圍。公交等時(shí)圈是體現(xiàn)公交服務(wù)水平和公交出行時(shí)空可達(dá)性的重要工具，常用于反應(yīng)城市中心點(diǎn)的公交便捷程度。

1.3 公交可達(dá)性分析

公交可達(dá)性是反應(yīng)城市公交系統(tǒng)效率、線網(wǎng)布局合理性的重要指標(biāo)?？蛇_(dá)性常用的計(jì)算方法包括空間阻隔模型、累積機(jī)會(huì)模型、空間相互作用模型和效用模型等［4］。其中，空間阻隔模型由于形式簡單、含義直觀，是應(yīng)用最為廣泛的公交可達(dá)性計(jì)算模型，其表達(dá)式如下：

式中：

Ai——點(diǎn)i 的可達(dá)性；

J——所有點(diǎn)的集合；

di，j——點(diǎn)i 至點(diǎn)j 的公交出行時(shí)耗。

1.4 現(xiàn)有計(jì)算方法

當(dāng)前公交出行時(shí)耗和公交可達(dá)性的主要計(jì)算方法包括兩種：一是基于傳統(tǒng)公交網(wǎng)絡(luò)分析；二是基于互聯(lián)網(wǎng)地圖的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

1.4.1 公交網(wǎng)絡(luò)分析法

目前，Transcad 和Arcgis 等軟件均具備公交網(wǎng)絡(luò)分析功能，可以直接計(jì)算公交出行時(shí)耗和公交可達(dá)性。公交網(wǎng)絡(luò)分析法［4-8］的研究思路主要是利用上述GIS（地理信息系統(tǒng)）類軟件通過構(gòu)建城市道路網(wǎng)和公交網(wǎng)絡(luò)，求解出多個(gè)起終點(diǎn)間的公交出行時(shí)耗，再根據(jù)公式算得相應(yīng)公交可達(dá)性指標(biāo)。在道路運(yùn)行速度和公交運(yùn)行速度設(shè)置上，主要采用經(jīng)驗(yàn)法［4-7］和利用公交GPS（全球定位系統(tǒng)）數(shù)據(jù)進(jìn)行的車速標(biāo)定法［8］。目前我國特大城市公交線路達(dá)上千條，路段和交叉口數(shù)量超過萬個(gè)，傳統(tǒng)公交網(wǎng)絡(luò)分析耗費(fèi)大量人力成本，限制了該方法在城市軌道交通規(guī)劃工作中的推廣和應(yīng)用。同時(shí)，該方法在道路運(yùn)行速度和公交運(yùn)行速度的設(shè)定上存在數(shù)據(jù)獲取困難和主觀性較強(qiáng)的問題。

1.4.2 互聯(lián)網(wǎng)地圖數(shù)據(jù)分析法

近年來，隨著WebGis（網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)）、位置數(shù)據(jù)和GPS 技術(shù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)供應(yīng)商依靠精確的地圖數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)車速數(shù)據(jù)，對(duì)交通進(jìn)行評(píng)估分析，已得到政府和業(yè)界高度的重視。其中，高德和百度地圖的實(shí)時(shí)出行數(shù)據(jù)已被廣泛用于等時(shí)圈和可達(dá)性的研究中［9-10］。該方法的研究思路是首先等間距建立采樣點(diǎn)和城市中心點(diǎn)，利用地圖API（應(yīng)用程序編程接口）調(diào)取中心點(diǎn)至采樣點(diǎn)的實(shí)時(shí)交通出行數(shù)據(jù)；接著，利用插值分析得到中心點(diǎn)至整個(gè)城市的公交出行時(shí)耗，并計(jì)算公交可達(dá)性指標(biāo)。該方法數(shù)學(xué)原理與公交網(wǎng)絡(luò)分析基本一致，只是出行時(shí)耗由互聯(lián)網(wǎng)供應(yīng)商的內(nèi)置公交網(wǎng)絡(luò)和GPS 數(shù)據(jù)計(jì)算所得。該方法無需構(gòu)建交通網(wǎng)絡(luò)，能節(jié)省大量人力成本，但由于采取的是互聯(lián)網(wǎng)供應(yīng)商的現(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)，無法對(duì)規(guī)劃方案進(jìn)行評(píng)估。

2 數(shù)據(jù)獲取與分析方法

本文基于傳統(tǒng)公交網(wǎng)絡(luò)分析和互聯(lián)網(wǎng)地圖數(shù)據(jù)分析各自的原理和優(yōu)缺點(diǎn)，提出一種新的方法用于評(píng)估城市軌道交通規(guī)劃對(duì)公交可達(dá)性的影響。

2.1 總體研究思路

基于互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，可以直接得到現(xiàn)狀公共交通出行時(shí)耗，因此本法的核心在于分析新建城市軌道交通對(duì)公交出行時(shí)耗的影響。新建城市軌道交通對(duì)公交出行時(shí)耗的影響分為兩種情景：一是公交出行者未使用城市軌道交通，仍采用常規(guī)公交作為出行方式；二是公交出行者采用了城市軌道交通作為出行方式。顯然，第一種公交出行者的出行時(shí)耗不會(huì)受城市軌道交通的影響，出行時(shí)耗維持不變；而第二種公交出行者的出行時(shí)耗則會(huì)縮短。

研究方法首先是確定分析城市的中心點(diǎn)O 和全市各采樣點(diǎn)Dj，遍歷所有中心點(diǎn)O 至采樣點(diǎn)Dj采用城市軌道交通出行的路徑，并計(jì)算出最短路徑的長度、距離和時(shí)間。將算得的時(shí)間與無城市軌道交通情況下的最短時(shí)間進(jìn)行比較，若該值小于無城市軌道交通下最短時(shí)間，則認(rèn)為城市軌道交通的規(guī)劃建設(shè)縮短了O 點(diǎn)至終點(diǎn)Dj的出行時(shí)間，用該值替換原最短出行時(shí)耗值；若該值大于無城市軌道交通情況下得最短時(shí)間，仍維持原最短出行時(shí)耗值不變。

本文將一次使用城市軌道交通工具的公交出行時(shí)間TO，D分解為3 個(gè)部分，分別為中心點(diǎn)O 至城市軌道交通站點(diǎn)Xi的時(shí)間TO，Xi，城市軌道交通站點(diǎn)間的出行時(shí)間TXi，Xj和城市軌道交通站點(diǎn)Xj至采樣點(diǎn)Dj的時(shí)間TXj，Dj。

利用求得的3 段公交出行時(shí)耗，構(gòu)建一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，求解中心點(diǎn)至采樣點(diǎn)之間的最短路徑，即可得到城市軌道交通規(guī)劃后中心點(diǎn)至各采樣點(diǎn)的公交出行時(shí)耗。

2.2 利用地圖API 調(diào)取公交出行數(shù)據(jù)

選定研究范圍中心點(diǎn)，等間距構(gòu)建采樣點(diǎn)陣，獲取中心點(diǎn)和采樣點(diǎn)的經(jīng)緯度信息。同時(shí)，基于城市軌道交通規(guī)劃方案，獲取城市軌道交通站點(diǎn)的經(jīng)緯度信息。

通過調(diào)用高德地圖的公交路徑規(guī)劃API，并進(jìn)行解析，獲得中心點(diǎn)至城市軌道交通站點(diǎn)、城市軌道交通站至采樣點(diǎn)、中心點(diǎn)至采樣點(diǎn)出行路徑的公交出行時(shí)耗和公交出行價(jià)格。同時(shí)，考慮到當(dāng)兩點(diǎn)距離過近時(shí)，公交路徑規(guī)劃得到的公交出行時(shí)間會(huì)大于步行出行時(shí)間，對(duì)距離小于1 500 m 的采樣點(diǎn)，調(diào)取步行出行時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)修正。技術(shù)路線見圖1。

圖1 利用地圖API 調(diào)取公交出行時(shí)耗技術(shù)路線

2.3 城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)分析

在獲取中心點(diǎn)、城市軌道交通站點(diǎn)和采樣點(diǎn)間的出行時(shí)耗后，開始研究城市軌道交通的規(guī)劃對(duì)城市軌道交通站點(diǎn)間公交出行時(shí)耗的影響?；诔鞘熊壍澜煌ㄒ?guī)劃方案，繪制城市軌道交通線路和城市軌道交通站點(diǎn)。設(shè)定城市軌道交通運(yùn)行車速、平均候車時(shí)間及換乘時(shí)間，利用Arcgis 軟件的OD（起終點(diǎn)）成本矩陣獲得城市軌道交通各站點(diǎn)間的公交出行時(shí)間。

2.4 構(gòu)建虛擬網(wǎng)絡(luò)

通過調(diào)用地圖API 和構(gòu)建城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)，可以獲得中心點(diǎn)至采樣點(diǎn)、城市軌道交通站點(diǎn)至采樣點(diǎn)、城市軌道交通站點(diǎn)間、中心點(diǎn)至城市軌道交通站點(diǎn)4 段公交出行路徑的出行時(shí)耗和起終點(diǎn)經(jīng)緯度。利用Arcgis 軟件中的XY 轉(zhuǎn)線功能，生成虛擬網(wǎng)絡(luò)，將各階段得到的公交出行時(shí)耗作為阻抗值，求解中心點(diǎn)O 至各采樣點(diǎn)Dj的OD 成本矩陣。求解的結(jié)果即為城市軌道交通建設(shè)后，中心點(diǎn)至各采樣點(diǎn)的最小公交出行時(shí)間。

2.5 數(shù)據(jù)插值分析

根據(jù)上述方法可以得到所有中心點(diǎn)O 至采樣點(diǎn)Dj的公交出行時(shí)間?；讷@得的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，利用插值分析中的反距離權(quán)重法獲得中心點(diǎn)O 至整個(gè)城市任意點(diǎn)的公交出行時(shí)耗。反距離權(quán)重插值法計(jì)算公式如式（3）：

式中：

Z（Sa）——預(yù)估點(diǎn)Sa處預(yù)估值；

N——預(yù)估時(shí)使用周圍采樣點(diǎn)的數(shù)量；

λi——第i 個(gè)采樣點(diǎn)的權(quán)重；

Z（Si）——在Si處的采樣值。

權(quán)重的計(jì)算公式如式（4）、（5）：

式中：

P——指數(shù)值，本次取2；

ti，a——預(yù)估點(diǎn)Sa至采樣點(diǎn)Si的距離。

2.6 城市軌道交通對(duì)公交可達(dá)性影響評(píng)價(jià)指標(biāo)

為分析不同城市軌道交通規(guī)劃方案對(duì)公交可達(dá)性的影響情況，共選取3 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別為中心區(qū)公交可達(dá)性、公交1 h 等時(shí)圈面積增長率和單位長度公交等時(shí)圈面積。

中心區(qū)公交可達(dá)性，反應(yīng)城市中心區(qū)公交出行的便捷程度。該指標(biāo)越大，表明中心區(qū)公交服務(wù)水平越差，反之則越好。其計(jì)算公式同式（1）。

中心區(qū)公交可達(dá)性反應(yīng)城市軌道交通的規(guī)劃建設(shè)對(duì)中心區(qū)公交服務(wù)范圍的影響。單位長度公交等時(shí)圈面積反應(yīng)單位長度的城市軌道交通建設(shè)對(duì)公交等時(shí)圈的影響。兩者的計(jì)算公式分別如下：

3 案例分析和評(píng)價(jià)

3.1 蕪湖市城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃方案

蕪湖市地處長江下游沖積平原，是華東地區(qū)重要的工業(yè)基地、科技基地和國家級(jí)綜合交通樞紐。蕪湖市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃于2014 年編制完成，根據(jù)研究報(bào)告［11］，基于線網(wǎng)規(guī)模、城市空間格局及建設(shè)條件共形成3 個(gè)預(yù)選方案。本文以3 大預(yù)選方案作為案例，進(jìn)行方案比選。

方案一：包含1、2、3、4、5 號(hào)軌道交通線，線網(wǎng)長度136.97 km，設(shè)站89 座，其中換乘車站14 座。城市軌道交通線路走向及站點(diǎn)設(shè)置見圖2。

方案二：在方案一的基礎(chǔ)上對(duì)2 號(hào)、3 號(hào)軌道交通線進(jìn)行了局部調(diào)整。該方案的城市軌道交通線網(wǎng)長度為137.795 km，設(shè)站89 座，其中換乘車站14座。線路走向及站點(diǎn)設(shè)置見圖3。

圖2 蕪湖市城市軌道交通規(guī)劃方案一

圖3 蕪湖市城市軌道交通規(guī)劃方案二

方案三：在方案一的基礎(chǔ)上對(duì)1 號(hào)線、3 號(hào)線、4號(hào)線進(jìn)行了調(diào)整，其他線路與方案一完全一致。該方案的城市軌道交通線網(wǎng)長度為150.185 km，設(shè)站95座，其中換乘車站15 座。線路走向及站點(diǎn)設(shè)置見圖4。

3.2 參數(shù)設(shè)定

本方法計(jì)算規(guī)劃的城市軌道交通對(duì)公交可達(dá)性指標(biāo)的影響，共設(shè)定5 個(gè)參數(shù)。

1）城市中心點(diǎn)的選取：蕪湖市規(guī)劃形成“龍湖為心、兩江三城”的城市空間布局結(jié)構(gòu)，考慮到各片區(qū)發(fā)展現(xiàn)狀，選取蕪湖市內(nèi)外交通的轉(zhuǎn)換點(diǎn)蕪湖火車站作為案例的城市中心點(diǎn)。

2）采樣點(diǎn)的選?。菏徍谐青l(xiāng)公交體系較為發(fā)達(dá)，市區(qū)至下屬縣基本已開通城鄉(xiāng)公交線路，因此本次研究范圍為蕪湖市全市。將蕪湖市全市劃分為大小為2 km×2 km 的網(wǎng)格，并剔除水系范圍，共選取1425 個(gè)采樣點(diǎn)。

圖4 蕪湖市城市軌道交通規(guī)劃方案三

3）城市軌道交通運(yùn)行速度：根據(jù)研究報(bào)告［11］，各線路的旅行速度能達(dá)到35 ～45 km/h 左右。結(jié)合全國各城市軌道交通實(shí)際運(yùn)營情況，本案例城市軌道交通運(yùn)行速度取40 km/h。

4）乘客平均候車時(shí)間：乘客平均候車時(shí)間與城市軌道交通的發(fā)車間隔密切相關(guān)。當(dāng)乘客到達(dá)城市軌道交通站點(diǎn)的時(shí)間服從均勻分布時(shí)，平均候車時(shí)間為發(fā)車間隔時(shí)間的一半。研究報(bào)告中列車運(yùn)行間隔已可達(dá)到2 min，考慮到實(shí)際運(yùn)營的情況，本案例發(fā)車間隔取4 min，平均候車時(shí)間為2 min。

5）乘客換乘時(shí)間：乘客的換乘時(shí)間主要包含步行時(shí)間和平均候車時(shí)間。平均候車時(shí)間計(jì)算如上所述，由于城市軌道交通換乘以站內(nèi)換乘為主，換乘的步行時(shí)間取2 min。

3.3 方案評(píng)價(jià)和分析

本文共獲取城市中心點(diǎn)至城市軌道交通站點(diǎn)、城市軌道交通站點(diǎn)至采樣點(diǎn)公交平峰出行數(shù)據(jù)數(shù)十萬條。結(jié)合城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)，求出三種規(guī)劃方案的中心點(diǎn)至采樣點(diǎn)的軌道交通出行時(shí)間。蕪湖市現(xiàn)狀公交1 h 等時(shí)圈面積為67 km2，規(guī)劃方案一公交1 h等時(shí)面積達(dá)203 km2，規(guī)劃方案二公交1 h 等時(shí)面積達(dá)138 km2，規(guī)劃方案三公交1 h 等時(shí)面積達(dá)264 km2。各方案詳細(xì)評(píng)價(jià)指標(biāo)見表1。

從中心區(qū)公交可達(dá)性指標(biāo)來看，規(guī)劃方案一和規(guī)劃方案三對(duì)于蕪湖市中心區(qū)的公交可達(dá)性提升明顯，而規(guī)劃方案二由于繞行蕪湖江南中心區(qū)導(dǎo)致在公交可達(dá)性上較差。公交1 h 等時(shí)圈指標(biāo)基本與城市軌道交通線網(wǎng)布設(shè)一致，規(guī)劃方案三設(shè)置的環(huán)線對(duì)于中心區(qū)公交1 h 等時(shí)圈提升作用最明顯，規(guī)劃方案一公交1 h 等時(shí)圈南北方向面積更大，規(guī)劃方案二公交1 h 等時(shí)圈面積最小。

表1 規(guī)劃方案評(píng)價(jià)指標(biāo)

4 結(jié)語

本文基于互聯(lián)網(wǎng)地圖數(shù)據(jù)，將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分析方法與互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)相結(jié)合，提出一種新的城市軌道交通規(guī)劃方案公交可達(dá)性指標(biāo)計(jì)算方法，可直接應(yīng)用于評(píng)價(jià)城市軌道交通規(guī)劃方案。該方法將地圖API數(shù)據(jù)應(yīng)用于規(guī)劃方案的測試評(píng)估中，較傳統(tǒng)公交網(wǎng)絡(luò)分析法相比，節(jié)約了大量的人力和數(shù)據(jù)獲取成本，為城市軌道交通規(guī)劃方案比選提供了新的思路。同時(shí)，該方法考慮到了公交出行全過程的出行時(shí)耗，利用步行時(shí)耗修正了現(xiàn)有短距離出行中地圖API 公交出行數(shù)據(jù)的不足之處。

然而，該方法在應(yīng)用過程中仍存在一定不足之處。首先，該方法通過部分調(diào)用地圖API 接口數(shù)據(jù)，評(píng)估城市軌道交通規(guī)劃方案的公交可達(dá)性，分析精度很大程度上取決于互聯(lián)網(wǎng)地圖服務(wù)商的內(nèi)置算法和數(shù)據(jù)。部分小城市公交存在數(shù)據(jù)缺失的情況，影響該方法的推廣范圍。同時(shí)，城市軌道交通的規(guī)劃往往會(huì)伴隨著常規(guī)公交線路的調(diào)整，該問題的解決可以通過調(diào)取多條公交出行路徑，通過對(duì)涉及調(diào)整線路的公交出行路徑篩選，來修正公交出行時(shí)間，本文未對(duì)該問題進(jìn)行深入研究。

該方法通過修正和改進(jìn)，未來可以應(yīng)用的研究項(xiàng)有：①評(píng)估新建道路、新建鐵路對(duì)出行時(shí)間的影響；②將公交可達(dá)性指標(biāo)與多數(shù)據(jù)融合，進(jìn)行多維度、多層次分析。