張高瑋，錢林波

（南京林業(yè)大學(xué) 汽車與交通工程學(xué)院，江蘇 南京 210037）

0 引言

我國城市軌道交通正處于快速發(fā)展時(shí)期，截至2020 年末，中國大陸地區(qū)共45 個城市開通城市軌道交通運(yùn)營線路，線路里程共計(jì)7 969.7 公里。城市軌道交通建設(shè)的主要目標(biāo)是為城市公共交通提供更大的可達(dá)性，以此引導(dǎo)城市空間發(fā)展，帶動沿線用地開發(fā)。而站點(diǎn)作為城市軌道交通的主要門戶，研究其可達(dá)性對促進(jìn)站點(diǎn)地區(qū)協(xié)同發(fā)展，提升城市軌道交通運(yùn)營效率具有重要意義。

可達(dá)性概念的產(chǎn)生最先開始于1959 年，由W.G.Hansen 首次提出，在其研究中定義可達(dá)性為交通網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間作用機(jī)會的大小，并由此開啟了交通工程學(xué)對可達(dá)性研究的大門。楊育軍和宋小冬基于土地使用、交通系統(tǒng)及個體收益三個因素對可達(dá)性計(jì)算方法進(jìn)行劃分，從實(shí)踐應(yīng)用的角度，提出將GIS 技術(shù)應(yīng)用到可達(dá)性評價(jià)上的計(jì)算方法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、測繪技術(shù)及多源地理數(shù)據(jù)融合技術(shù)的不斷發(fā)展，依托地理信息平臺（GIS）的可達(dá)性計(jì)算和評價(jià)在高效性、直觀性上更占優(yōu)。

目前對于城市軌道交通可達(dá)性的研究主要從軌道交通網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性與軌道交通站點(diǎn)可達(dá)性角度展開。從軌道交通網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性角度，郭謙、吳殿廷等通過構(gòu)建7 個基于通達(dá)時(shí)間的評價(jià)指標(biāo)，提出了一套城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性的評價(jià)方法。魏攀一、黃建玲等通過對軌道交通可達(dá)性進(jìn)行重新定義，提出了基于站點(diǎn)周邊換乘公交線路條數(shù)和站點(diǎn)間最小通行時(shí)間的可達(dá)性計(jì)算方法。從軌道交通站點(diǎn)角度，吳韜、陳鵬等通過分析城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)本身的連接關(guān)系和站點(diǎn)與周邊街道網(wǎng)絡(luò)的連接關(guān)系，提出利用空間句法對城市軌道交通站點(diǎn)可達(dá)性的定性分析。周群、馬林兵等以各個站點(diǎn)之間的線路作為研究的基本單元，提出了一種改進(jìn)的基于空間句法的地鐵可達(dá)性計(jì)算方法。

綜上所述，現(xiàn)有研究通過從出行者出行需求的角度來計(jì)算可達(dá)性的觀點(diǎn)基本趨于一致，但在計(jì)算方法上主要采用從軌道交通換乘的便利性或拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)連通性的角度客觀反映可達(dá)性，而從出行者出行的時(shí)空花費(fèi)的主觀角度的研究較少，或其計(jì)算方法在準(zhǔn)確性和便捷性上較差。因此，本文通過對出行者的出行路徑和出行方式進(jìn)行分析，以高德開放平臺路徑規(guī)劃數(shù)據(jù)、街道網(wǎng)絡(luò)矢量數(shù)據(jù)作為出行成本，利用ArcGIS 的網(wǎng)絡(luò)分析模塊構(gòu)建基于時(shí)空花費(fèi)的城市軌道交通站點(diǎn)可達(dá)性計(jì)算方法，以此對站點(diǎn)的站間可達(dá)性和站域可達(dá)性進(jìn)行分析評價(jià)，并以南京城市軌道交通為例進(jìn)行實(shí)證研究，以期為城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃建設(shè)及站點(diǎn)可達(dá)性的進(jìn)一步研究提供理論依據(jù)。

1 研究范圍與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究范圍。本文研究范圍是江蘇省南京市行政轄區(qū)，南京地處中國東部沿海地區(qū)，下設(shè)11 個區(qū)縣，是長江三角洲城市群重要組成城市之一。

1.2 數(shù)據(jù)來源。本文研究所需數(shù)據(jù)包含的2 個方面，分別為OSM 地理數(shù)據(jù)、POI 數(shù)據(jù)。

OSM（Open Street Map）數(shù)據(jù)，通過Open Street Map 地圖平臺獲取的地理矢量數(shù)據(jù)，并通過ArcGIS 10.7 加載Load OSM File 模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)解析處理，包括：南京市道路交通矢量數(shù)據(jù)、南京市城市軌道交通矢量數(shù)據(jù)及行政區(qū)劃邊界等。

POI（Point of Interest）數(shù)據(jù)，即地理信息“興趣點(diǎn)”數(shù)據(jù)，通過高德地圖開放平臺API 接口獲取，并利用Python 進(jìn)行數(shù)據(jù)解析與提取，包括南京市城市軌道交通站點(diǎn)數(shù)據(jù)和站點(diǎn)出入口數(shù)據(jù)等。

2 研究方法

本文根據(jù)出行者在城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)和站點(diǎn)周邊街道網(wǎng)絡(luò)出行方式的不同，將城市軌道交通站點(diǎn)可達(dá)性分為站間可達(dá)性和站域可達(dá)性。

2.1 站間可達(dá)性。站間可達(dá)性：依托城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)，出行者以某一軌道交通站點(diǎn)為起點(diǎn)在一定時(shí)空花費(fèi)成本限制下可到達(dá)的區(qū)域，其中時(shí)空花費(fèi)包括軌道交通出行的時(shí)空成本和步行換乘的時(shí)空成本。

考慮到城市軌道交通站點(diǎn)間的出行路徑的多樣性、軌道交通運(yùn)行速度的穩(wěn)定性，選取站點(diǎn)間軌道交通出行的最少通行時(shí)間作為站間出行的時(shí)空成本。同時(shí)考慮軌道交通出行的客流交換主要發(fā)生在站點(diǎn)，結(jié)合站點(diǎn)沿軌道線路均勻分布的特性，故選取站點(diǎn)在一定通行時(shí)間內(nèi)可到達(dá)的城市軌道交通站點(diǎn)數(shù)量作為站點(diǎn)可達(dá)性的前期評價(jià)指標(biāo)。

根據(jù)相關(guān)學(xué)者對站點(diǎn)出行時(shí)間的空間分異特征分析，按照出行者日常通勤時(shí)間的接受程度以20min、40min 及60min 為間隔進(jìn)行分級，對不同通行等級的可達(dá)站點(diǎn)數(shù)量進(jìn)行權(quán)重賦值，結(jié)果如表1 所示：

表1 不同通行時(shí)間的數(shù)量權(quán)重占比表

可達(dá)性評價(jià)指標(biāo)計(jì)算：

式（1）中：A為第i 個站點(diǎn)的站間可達(dá)性值；C、C、C、C分別為20min 以下、20～40min、40～60min 內(nèi)、60min 以上可達(dá)站點(diǎn)的數(shù)量；C為第i 個站點(diǎn)可達(dá)站點(diǎn)的總數(shù)；P、P、P、P分別為20min 以下、20～40min、40～60min、60min 以上可達(dá)站點(diǎn)的權(quán)重占比。

具體實(shí)現(xiàn)通過ArcGIS 平臺的網(wǎng)絡(luò)分析模塊構(gòu)建站間出行OD 矩陣，利用高德開放平臺路徑規(guī)劃2.0API 接口，獲取每一對OD 沿軌道交通出行的路徑數(shù)據(jù)，通過Python 分析提取出行距離、時(shí)間等成本，導(dǎo)入式（1）進(jìn)行站間可達(dá)性評價(jià)指標(biāo)計(jì)算。

2.2 站域可達(dá)性。站域可達(dá)性：依托站點(diǎn)周邊街道網(wǎng)絡(luò)，出行者以某一軌道交通站點(diǎn)出入口為起點(diǎn)在一定時(shí)空花費(fèi)成本限制下所能到達(dá)的區(qū)域，其中時(shí)空花費(fèi)包括步行出行的時(shí)空成本和交叉口等待時(shí)間成本。

目前，針對城市軌道交通站點(diǎn)站域影響范圍并沒有明確的界定，北美的研究多采用400～800m 范圍，歐洲多采用700m 的研究范圍。國內(nèi)學(xué)者研究也各不相同，魏攀一在其研究中將400m 作為地鐵步行的可接受距離，吳韜通過用GPS 跟蹤觀察的方法將影響區(qū)范圍的閾值設(shè)為600m，陳鵬在其研究中將站域的分析范圍定在750m。

本次站域可達(dá)性計(jì)算采用網(wǎng)絡(luò)分析法，該方法通過對地理數(shù)據(jù)、POI 數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，以軌道交通站點(diǎn)出入口為服務(wù)中心，計(jì)算采用步行出行在一定通行實(shí)際內(nèi)的最大可達(dá)區(qū)域。網(wǎng)絡(luò)分析法基于實(shí)際街道網(wǎng)絡(luò)建模，更能準(zhǔn)確反映出行者的出行路徑，更貼近實(shí)際。

具體實(shí)現(xiàn)通過ArcGIS 平臺的網(wǎng)絡(luò)分析模塊建立城市道路的活動網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，設(shè)定時(shí)間花費(fèi)成本屬性，結(jié)合普通人正常的步行速度1～1.5m/s，選取1.25m/s 作為步行速度，且在每個交叉路口設(shè)定20s 的平均等待時(shí)間，計(jì)算以站點(diǎn)出入口為服務(wù)中心的5min、10min 及15mim 的步行可達(dá)區(qū)域，統(tǒng)計(jì)站點(diǎn)在不同時(shí)間等級下的可達(dá)區(qū)域面積作為站域可達(dá)性評價(jià)指標(biāo)。

3 南京市軌道交通站點(diǎn)可達(dá)性分析

南京于2005 年9 月正式開通運(yùn)營第一條地鐵線路。截至2022 年1 月，南京市共開通11 條地鐵線路，分別為1 號線、2 號線、3 號線、4 號線、10 號線、S1 號線、S3 號線、S6 號線（含句容范圍內(nèi)線路）、S7 號線、S8 號線及S9 號線，共設(shè)置車站175 座（換乘站不重復(fù)計(jì)算），運(yùn)營里程達(dá)427 公里；有軌電車2 條，分別為南京河西有軌電車、南京麒麟有軌電車，共設(shè)置車站26 座。為保證評價(jià)結(jié)果的科學(xué)性，本文將南京市行政轄區(qū)范圍內(nèi)已開通的地鐵線路及有軌電車線路統(tǒng)籌納入本次研究范圍，共計(jì)201 個站點(diǎn)。

3.1 站間可達(dá)性。依托地理空間矢量數(shù)據(jù)、ArcGIS 平臺的網(wǎng)絡(luò)分析模塊，獲得站點(diǎn)OD 出行共40 200 對。利用Python 調(diào)用高德開放平臺路徑規(guī)劃API，對所有OD 出行的時(shí)空花費(fèi)進(jìn)行分析，得出南京軌道交通站點(diǎn)OD 出行平均通行時(shí)間為59.16min，OD 出行平均間距為34.462km，站間可達(dá)性指標(biāo)平均值為0.485。

將站點(diǎn)站間可達(dá)性導(dǎo)入ArcGIS 進(jìn)行空間分析，可呈現(xiàn)出南京城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)線路本身的連接關(guān)系。其結(jié)果顯示，從空間分布來看，站間可達(dá)性呈由內(nèi)到外的放射狀分布（如圖1 所示），其中主城區(qū)、河西核心區(qū)的站點(diǎn)站間可達(dá)性分布最高，仙林核心區(qū)和江北核心區(qū)次之，主要集中在南京站—元通站—南京南站—馬群站4 個站點(diǎn)圍合成的區(qū)域，該區(qū)域軌道交通站點(diǎn)空間分布密集，站點(diǎn)平均間距較小，與換乘站點(diǎn)間距近，因而站間可達(dá)性高。而隨著與中心城區(qū)距離的增加、相鄰線路空間聯(lián)系度的減弱，其站間可達(dá)性呈放射狀衰減。

圖1 站間可達(dá)性核密度圖（左）和站間可達(dá)性分析圖（右）

整體來看，南京城市軌道交通站點(diǎn)站間可達(dá)性與南京市城市空間結(jié)構(gòu)相吻合，即其站間可達(dá)性的空間分布能夠保證南京主城、副城等核心區(qū)站點(diǎn)之間的空間聯(lián)系度，也能減少外圍中長距離出行高站間可達(dá)性帶來的站臺等待時(shí)間。

表2 為南京城市軌道交通站點(diǎn)站間可達(dá)性的排名情況，由表2 可得出站間可達(dá)性較高的10 個站點(diǎn)，主要分布于由1 號線、2 號線、3 號線及4 號線構(gòu)成的“井”字型框架的中心城區(qū)，其中3 個為換乘站點(diǎn)，余下7 個為換乘站的相鄰站點(diǎn)，這些站點(diǎn)換乘方便，同時(shí)主要分布在商業(yè)集中、人口密集的主城區(qū)，站點(diǎn)間距較近，因而站間可達(dá)性高。站間可達(dá)性較低的10 個站點(diǎn)均位于城市軌道交通線路的末端，與中心城區(qū)的距離越遠(yuǎn)、站點(diǎn)間距越大、換乘距離越遠(yuǎn)，站間可達(dá)性相對越低。

表2 站間可達(dá)性排序表

3.2 站域可達(dá)性。通過構(gòu)建城市道路的活動網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，利用ArcGIS 的網(wǎng)絡(luò)分析法對南京市201 處城市軌道交通站點(diǎn)進(jìn)行站域可達(dá)性計(jì)算，得出各站點(diǎn)的5min、10min 及15min 站域可達(dá)性平均值分別為241 534m、966 980m及2 265 819m。

將站點(diǎn)站域可達(dá)性導(dǎo)入ArcGIS 進(jìn)行空間分析，呈現(xiàn)出站點(diǎn)在站域影響范圍內(nèi)與街道網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系度。其結(jié)果顯示南京市城市軌道交通站點(diǎn)站域可達(dá)性呈星團(tuán)狀分散分布，其中主城區(qū)站點(diǎn)具有最高的站域可達(dá)性，外圍東山副城、仙林副城、江北副城的核心區(qū)域和東山、永陽、祿口及句容等區(qū)域的站點(diǎn)具有較高站域可達(dá)性。這些區(qū)域商業(yè)分布密集、街道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較好、道路設(shè)施完善，是發(fā)展相對成熟的核心區(qū)域（如圖2 所示）。

圖2 站域可達(dá)性圖（左）和15min 站域可達(dá)性分析圖（右）

表3 為南京城市軌道交通站點(diǎn)5min、10min 及15min 的站域可達(dá)性排名情況。對比不同軌道交通站點(diǎn)的可達(dá)性得出，高站域可達(dá)性站點(diǎn)不僅位于城市核心功能區(qū)，同時(shí)站域街道網(wǎng)絡(luò)建成度較高，站點(diǎn)出入口數(shù)量較多、空間分布較為分散，能夠服務(wù)周邊更廣的區(qū)域。站域可達(dá)性最高的是新街口站，作為南京市中心城區(qū)的商業(yè)中心，共設(shè)24 個出入口，是南京市客流最大的城市軌道交通站點(diǎn)。而低站域可達(dá)性的站點(diǎn)一般位于外圍的非核心區(qū)，用地開發(fā)強(qiáng)度偏弱，站點(diǎn)與街道的聯(lián)系度較低，同時(shí)出入口數(shù)量少，因而站域可達(dá)性偏低。

表3 站域可達(dá)性排序表

4 結(jié)論與討論

本文首先根據(jù)出行者出行方式的不同，將城市軌道交通站點(diǎn)可達(dá)性分為站間可達(dá)性和站域可達(dá)性，然后提出了利用高德開放平臺的路徑規(guī)劃數(shù)據(jù)和ArcGIS 的網(wǎng)絡(luò)分析模塊構(gòu)建基于時(shí)空花費(fèi)的站點(diǎn)可達(dá)性評價(jià)方法和評價(jià)指標(biāo)，并以南京市為例進(jìn)行了實(shí)證研究。

針對站間可達(dá)性的研究，本文通過基于高德開放平臺的路徑規(guī)劃API 進(jìn)行時(shí)間成本分析，同時(shí)設(shè)置起終點(diǎn)都為站點(diǎn)的地鐵出行模式，更能準(zhǔn)確匹配OD 出行矩陣。該方法基于大數(shù)據(jù)地圖平臺的空間算法，包含出行時(shí)軌道交通的乘坐時(shí)間成本和中間換乘的步行時(shí)間成本，通過與實(shí)際出行時(shí)間進(jìn)行對比，相比與其他分析方法，該方法出行成本花費(fèi)計(jì)算準(zhǔn)確度更高，站間可達(dá)性分析更為準(zhǔn)確。

針對站域可達(dá)性的研究，本文通過GIS 平臺采用基于拓?fù)渎?lián)系的網(wǎng)絡(luò)分析法，建立南京市道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，以時(shí)間花費(fèi)為出行成本，對城市軌道交通站點(diǎn)5min、10min 及15min 站域可達(dá)性進(jìn)行分析和可視化表達(dá)，該方法更貼近實(shí)際出行路徑，能夠直觀表達(dá)空間分布特性。

通過對南京城市軌道交通站點(diǎn)進(jìn)行站間可達(dá)性和站域可達(dá)性分析，結(jié)果表明：其站間可達(dá)性呈現(xiàn)以主城區(qū)和河西核心區(qū)為雙核心的放射狀分布，其中以1 號線、2 號線、3 號線及4 號線在主城區(qū)構(gòu)成的“井”字型區(qū)域站點(diǎn)站間可達(dá)性最高；站域可達(dá)性呈星團(tuán)狀分散分布，其中主城區(qū)站點(diǎn)的站域可達(dá)性最高，外圍副城核心區(qū)次之?？傮w來說南京城市軌道交通站點(diǎn)的站間可達(dá)性和站域可達(dá)性的空間分布與南京市空間布局和城鎮(zhèn)發(fā)展相適應(yīng)，但也仍然存在區(qū)域發(fā)展不平衡的問題。

需要說明的是，由于OSM 地理數(shù)據(jù)存在更新周期，因此隨著站域周邊街道網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，其站域可達(dá)性也會進(jìn)一步變化。另外，本文在分析站域可達(dá)性的過程中提到了站點(diǎn)出入口的數(shù)量和分布區(qū)域?qū)φ居蚩蛇_(dá)性有影響，但對其影響因素的分析相對單一，若能從多角度進(jìn)行具體分析，研究結(jié)果將更有意義。