王偉東，趙 杰，王 冕，常慶瑞

（1.青島開銳數(shù)據(jù)科技有限公司，山東青島 266000；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西楊凌 712100）

1 研究背景

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，各個(gè)城市規(guī)模都在不斷擴(kuò)大[1]，這對城市公共交通的承受能力提出了更高要求[2]，而地鐵以其大運(yùn)量、低能耗等優(yōu)點(diǎn)能夠彌補(bǔ)城市快速擴(kuò)張帶來的公交系統(tǒng)運(yùn)能不足缺點(diǎn)[3]。截至2021年12 月31 日，我國共有50 個(gè)城市開通了城市軌道交通線路283 條，運(yùn)營里程達(dá)9 192.62 km，北京、上海、廣州、成都等都已經(jīng)建成了超過500 km 的龐大城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)，地鐵的加入使得公共交通網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜程度更高[4]。研究地鐵開通后對城市公共交通網(wǎng)絡(luò)通達(dá)性的影響[5]，能夠?yàn)榈罔F建設(shè)提供有力的理論支持，有利于政府部門科學(xué)規(guī)劃地鐵線路，改善城市公共交通可達(dá)性，為居民出行提供便利[6]。

在交通規(guī)劃領(lǐng)域中，城市公共交通網(wǎng)絡(luò)一直作為熱點(diǎn)課題被研究[7]，近年來，可達(dá)性逐漸被用來評價(jià)公共交通網(wǎng)絡(luò)的功能[8]?？蛇_(dá)性的理論最開始由Hansen 提出[9]，用來描述一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)的難易程度。當(dāng)可達(dá)性被用于公共交通的研究時(shí)，能夠考慮到出行時(shí)間、出行距離及人口等指標(biāo)，使得研究更具有科學(xué)性和參考性[10]。如國外學(xué)者Karner 等[11]以公交站點(diǎn)服務(wù)范圍為依據(jù)，對常規(guī)公交站點(diǎn)的布局情況以及區(qū)域可達(dá)性作出評價(jià)；Karadimas 等[12]利用GIS 路徑分析，提出了一種針對在城市網(wǎng)絡(luò)交通動(dòng)態(tài)變化過程中進(jìn)行垃圾收集的最佳路線；Brussel 等[13]研究了在不考慮居民出行需求差異的情況下哥倫比亞公交基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施的服務(wù)對象與空間可達(dá)性。近年來國內(nèi)學(xué)者也開展了相關(guān)研究，如蔣陽升等[14]基于空間可達(dá)分析研究了公交線網(wǎng)的優(yōu)化方法，提高了公共交通的服務(wù)水平；吳紅波等[15]通過GIS 網(wǎng)絡(luò)分析功能，研究了漢中市公交車路網(wǎng)可達(dá)性，為漢中市的公共交通設(shè)施建設(shè)、路網(wǎng)規(guī)劃等提供參考依據(jù)；裴玉龍等[16]以居民點(diǎn)為研究對象，分析了哈爾濱市地鐵開通后對城市公共交通網(wǎng)絡(luò)通達(dá)程度的影響。由此可見，地鐵的研究在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、城市擴(kuò)張的進(jìn)程中愈發(fā)重要，但目前國內(nèi)外的研究大多從公共交通本身出發(fā)，研究了公共交通站點(diǎn)和線路的可達(dá)性及影響，小部分學(xué)者從居民角度出發(fā)，研究了居民通過公共交通方式到達(dá)其他地點(diǎn)的便利程度，少有學(xué)者將兩者結(jié)合起來，從公共交通和居民出行兩方面研究地鐵加入公共交通后的影響。因此，本文以青島市中心城區(qū)為研究對象，從公共交通和居民出行2 個(gè)角度出發(fā)，通過分析服務(wù)范圍、平均可達(dá)時(shí)間及加權(quán)可達(dá)時(shí)間等指標(biāo)，研究地鐵開通后對青島市公共交通及居民出行的影響，旨在為城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和地鐵后期規(guī)劃建設(shè)提供理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

本文以青島市中心城區(qū)作為研究對象，研究范圍包含市南區(qū)、市北區(qū)、李滄區(qū)以及嶗山區(qū)部分區(qū)域（中韓街道、金家?guī)X街道），研究區(qū)域面積達(dá)256 km2，約占青島市總面積的2.28%。根據(jù)第七次人口普查結(jié)果，中心城區(qū)范圍內(nèi)約有人口268 萬人，占全市總?cè)丝跀?shù)量的26.81%，2021 年GDP 總量約為3 880 億元，占全市經(jīng)濟(jì)總量的27.49%[17]。

自2015 年12 月青島地鐵3 號線北段開通運(yùn)營至今，青島市已開通地鐵運(yùn)營線路6 條，總里程達(dá)到284 km。2021 年9 月，中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì)批復(fù)《青島市城市軌道交通第三期建設(shè)規(guī)劃（2021-2026 年）》，未來將形成503 km 的地鐵網(wǎng)絡(luò)[18]。據(jù)百度、高德及公交公司提供的信息統(tǒng)計(jì)，截至2021 年底，青島市中心城區(qū)范圍運(yùn)行地鐵線路5 條，包含1號線（部分）、2 號線、3 號線、8 號線（部分）和11 號線（部分），運(yùn)營里程共計(jì)86.77 km，地鐵站點(diǎn)共設(shè)66 座，其中換乘站6 座。中心城區(qū)共涉及公交線路494 條，公交站點(diǎn)數(shù)量1 216 個(gè)（包含同名站點(diǎn)）。青島市公共交通系統(tǒng)形成以地鐵、公交常規(guī)線、旅游觀光線、區(qū)間線等組成的多層次網(wǎng)絡(luò)體系，如圖1 所示。

圖1 青島市中心城區(qū)公共交通網(wǎng)絡(luò)圖（單位：km）

3 研究方法

3.1 復(fù)雜模型構(gòu)建

在城市公交體系中，由于公交線路和站點(diǎn)是通過一定原則相互連接的，因此可以將整個(gè)公交體系抽象理解為一個(gè)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。目前，城市交通網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建方法主要有3 種，分別為Space-C 網(wǎng)絡(luò)、Space-P 網(wǎng)絡(luò)和Space-L 網(wǎng)絡(luò)。Space-C 網(wǎng)絡(luò)即公交線路網(wǎng)絡(luò)，將換乘公交線路抽象為節(jié)點(diǎn)，有相同停靠的站點(diǎn)則進(jìn)行連接；Space-P 網(wǎng)絡(luò)即公交換乘網(wǎng)絡(luò)，將換乘站點(diǎn)抽象為節(jié)點(diǎn)，連接共同?？康木€路；Space-L 網(wǎng)絡(luò)即公交?？空军c(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，將公交線路?？空军c(diǎn)作為節(jié)點(diǎn)，連接同一交通線路上相鄰的兩個(gè)站點(diǎn)，該方法構(gòu)建的模型便于理解每條公交線路的具體運(yùn)行軌跡[19]，因此，本文利用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的Space-L 方法構(gòu)建青島市中心城區(qū)公共交通網(wǎng)絡(luò)。

3.2 評價(jià)指標(biāo)選取

3.2.1 服務(wù)范圍

服務(wù)范圍是指在一定范圍內(nèi)居民能夠享受到公共交通的服務(wù)，主要包括站點(diǎn)服務(wù)范圍和居民出行范圍。站點(diǎn)服務(wù)范圍通常是以公共交通的站點(diǎn)為核心，以居民愿意步行至站點(diǎn)的最大距離為半徑計(jì)算服務(wù)范圍，已有研究表明，居民愿意步行至公交和地鐵站點(diǎn)的最大距離分別為400 m 和750 m[20-22]，因此本文設(shè)定的公交和地鐵站點(diǎn)的服務(wù)半徑分別為400 m 和750 m。居民出行范圍是以居民點(diǎn)為核心，乘坐公共交通工具10 min 能夠到達(dá)的最遠(yuǎn)距離作為居民出行范圍。

3.2.2 平均可達(dá)時(shí)間

可達(dá)性時(shí)間包含站點(diǎn)可達(dá)性時(shí)間和居民點(diǎn)可達(dá)性時(shí)間。站點(diǎn)可達(dá)性時(shí)間是指任一公交站點(diǎn)到達(dá)其他所有公交站點(diǎn)的最短時(shí)間的平均值，也被稱為站點(diǎn)的平均可達(dá)時(shí)間，用于衡量該公交站點(diǎn)的可達(dá)性；居民點(diǎn)可達(dá)性同樣是指居民點(diǎn)到達(dá)其他所有居民點(diǎn)的最短時(shí)間的平均值。具體計(jì)算公式如下：

式（1）中，Ai為站點(diǎn)（居民點(diǎn)）i的可達(dá)性；n為站點(diǎn)（居民點(diǎn)）總數(shù)；tij為站點(diǎn)（居民點(diǎn)）i、j之間所花費(fèi)的時(shí)間。結(jié)合青島市的實(shí)際交通情況，設(shè)定公交和地鐵的行駛速度分別為20 km/h 和40 km/h，依次計(jì)算站點(diǎn)（居民點(diǎn)）之間所需要的時(shí)間。

3.2.3 加權(quán)可達(dá)時(shí)間

語體從實(shí)質(zhì)上來說是交際目的和語法結(jié)構(gòu)以及語言手段的結(jié)合體，接下來本文將著重從句型層面來討論敘事語體和描寫語體的差異。

公共交通路網(wǎng)的建設(shè)離不開經(jīng)濟(jì)社會(huì)的影響，本研究加入加權(quán)可達(dá)時(shí)間，將區(qū)域間的實(shí)際聯(lián)系考慮其中，公式如下：

式（2）中，Ai為街道i的加權(quán)可達(dá)時(shí)間；Tij為街道i到其他街道的最短可達(dá)時(shí)間；Mj為出行權(quán)重，通常采用GDP、人口等指標(biāo)表示，本研究采用街道人口數(shù)據(jù)。

3.3 公平性指標(biāo)選取

變異系數(shù)通常用來描述一組數(shù)據(jù)的離散程度。本文通過計(jì)算變異系數(shù)研究地鐵開通前后各街道可達(dá)性公平程度，其公式如下：

式（3）中，CV為街道i變異系數(shù)；σr為可達(dá)性Ai的標(biāo)準(zhǔn)差；Pi為街道i的人口規(guī)模權(quán)重。CV值的增加代表城市區(qū)域間可達(dá)性差異逐漸增大，空間極化較強(qiáng)；CV值的降低代表城市間可達(dá)性差異逐漸減小，空間擴(kuò)散較強(qiáng)。

4 研究結(jié)果

4.1 對服務(wù)范圍的影響

4.1.1 站點(diǎn)服務(wù)范圍

地鐵線路和站點(diǎn)的加入對于已具備完善公交體系的區(qū)域而言所帶來的影響是有限的，特別是對于一些城市的主城區(qū)來說，公交系統(tǒng)非常完善，盡管地鐵具有更大的服務(wù)半徑，但并不一定能夠擴(kuò)大公共交通站點(diǎn)的服務(wù)范圍。表 1 為青島市中心城區(qū)公共交通站點(diǎn)服務(wù)范圍變化情況，由表可知，截至2021 年底，青島市中心城區(qū)的公共交通站點(diǎn)服務(wù)范圍為190.195 km2，將地鐵加入到公共交通體系中，服務(wù)范圍增至196.278 km2，僅提高了3.2%。分區(qū)域來看，服務(wù)范圍變化最大的是嶗山區(qū)，面積從42.415 km2增至44.928 km2，增幅5.92%；變化最小的是市北區(qū)，僅增加0.422 km2，提高0.74%。由此可見，地鐵的加入主要對城區(qū)外圍區(qū)域影響較大，如李滄區(qū)和嶗山區(qū)，對于中心城區(qū)公共交通較為發(fā)達(dá)的區(qū)域影響較小，如市南區(qū)和市北區(qū)。

表1 青島市中心城區(qū)公共交通站點(diǎn)服務(wù)范圍變化

4.1.2 居民點(diǎn)出行范圍

圖2 地鐵開通前后某居民點(diǎn)出行范圍變化（單位：km）

4.2 對可達(dá)性時(shí)間的影響

4.2.1 站點(diǎn)平均可達(dá)時(shí)間

青島市中心城區(qū)公共交通平均可達(dá)時(shí)間變化如表2 所示，由表可知，地鐵網(wǎng)絡(luò)加入后提高了青島市及各區(qū)公共交通網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性。整個(gè)中心城區(qū)站點(diǎn)平均可達(dá)時(shí)間由30.21 min 降低至25.31 min，平均降低4.9 min，可達(dá)性變化率為16.22%。分區(qū)域來看，變化最大的是市南區(qū)，由31.64 min 減少為23.98 min，平均減少7.66 min，其次為李滄區(qū)，減少5.68 min，可達(dá)性變化率分別為24.22%和16.63%，均高于青島市中心城區(qū)平均水平；變化較小的是嶗山區(qū)和市北區(qū)，分別減少4.53 min 和3.04 min，變化率為14.44%和11.74%。

表2 青島市中心城區(qū)公共交通平均可達(dá)時(shí)間變化

地鐵開通前后對公交站點(diǎn)可達(dá)性的影響如圖3 所示，由圖可知，地鐵線路開通之前，青島市中心城區(qū)的公交可達(dá)性主要以地理中心市北區(qū)為核心的“圈層”結(jié)構(gòu)，平均可達(dá)時(shí)間由中心向四周遞減，平均可達(dá)時(shí)間在30 min 之內(nèi)的站點(diǎn)有666 個(gè)；地鐵開通后，平均可達(dá)時(shí)間在30 min 之內(nèi)的站點(diǎn)數(shù)量增至1 114 個(gè)，提高了67.27%，“核心圈層”明顯擴(kuò)大。此外，地鐵沿線站點(diǎn)可達(dá)性明顯增強(qiáng)，打破了這種圈層結(jié)構(gòu)，形成了“圈層 +廊道”的格局。

從變化率來看，所有站點(diǎn)可達(dá)時(shí)間的平均變化率為15.15%，變化程度由內(nèi)向外遞增，其中位于李滄區(qū)的滄海路公交站變化率最大，達(dá)到36.15%；而變化最大的區(qū)域?yàn)槭心蠀^(qū)，平均降低23.26%，這主要得益于地鐵2 號、3 號線自東向西穿過整個(gè)市南區(qū)，1 號線也途經(jīng)團(tuán)島、青島火車站和中山路商圈等區(qū)域，沿線公交站點(diǎn)的平均可達(dá)時(shí)間降幅明顯；其次，降幅較大的是李滄區(qū)和嶗山區(qū)，變化率分別為15.91%和13.65%，通過圖3 可以發(fā)現(xiàn)，李滄區(qū)1 號、3 號線沿線以及嶗山區(qū)11 號線沿線站點(diǎn)變化率均在20%以上，形成明顯的“廊道”；市北區(qū)變化率最小，僅有10.94%。

圖3 地鐵開通前后對公交站點(diǎn)可達(dá)性的影響

4.2.2 居民出行時(shí)間

通過網(wǎng)絡(luò)分析計(jì)算得到1 547 個(gè)居民點(diǎn)到其他居民點(diǎn)的平均可達(dá)時(shí)間，再利用Arcgis 10.5 軟件的反距離權(quán)重插值（IDW）工具進(jìn)行空間插值得到整個(gè)中心城區(qū)范圍的居民出行時(shí)間圖。地鐵開通前后對居民點(diǎn)平均可達(dá)時(shí)間的影響如圖4 所示，由圖可知，地鐵未加入公共交通之前，居民平均出行時(shí)間與公交站點(diǎn)可達(dá)時(shí)間的變化趨勢基本一致，都是形成以地理中心為核心的“圈層”結(jié)構(gòu)，由核心區(qū)域向四周出行時(shí)間遞增，僅中心區(qū)域的居民出行時(shí)間在30 min 之內(nèi)，團(tuán)島、樓山、世博園等區(qū)域出行時(shí)間超過45 min；地鐵加入后，整個(gè)中心城區(qū)居民出行的平均時(shí)間由34.86 min降低至30.39 min，平均減少4.47 min，“30 min 圈層”范圍擴(kuò)大至市南、嶗山以及李滄中北部，尤其是地鐵2 號、3 號線沿海的“石老人浴場站—青島站”沿線，平均減少10 min；對于團(tuán)島、樓山區(qū)域，由于1 號線的開通，平均出行時(shí)間由45 min 縮減至35 min 之內(nèi)?？傮w上，在地鐵開通后居民出行時(shí)間的空間結(jié)構(gòu)仍是“圈層”結(jié)構(gòu)。

圖4 地鐵開通前后對居民點(diǎn)平均可達(dá)時(shí)間的影響

通過變化率來看，變化幅度較小的區(qū)域主要集中在中心城區(qū)的核心區(qū)域、膠州灣東岸以及李滄東部的世博園區(qū)域。地鐵的加入對核心區(qū)域影響較小，而膠州灣東岸及世博園區(qū)域則由于沒有地鐵線路的加入致使居民出行時(shí)間變化不大。變化率超過30%的區(qū)域主要集中在市南區(qū)沿海附近，表明地鐵的加入對周邊居民的出行有明顯改善。

4.3 對街道公平程度的影響

計(jì)算青島市中心城區(qū)的46 個(gè)街道的加權(quán)可達(dá)時(shí)間，并根據(jù)時(shí)間依次分為高可達(dá)區(qū)、次高可達(dá)區(qū)、中度可達(dá)區(qū)、次低可達(dá)區(qū)和低可達(dá)區(qū)5 個(gè)區(qū)域。地鐵開通前后對各街道加權(quán)可達(dá)時(shí)間的影響如圖5 所示，由圖可知，地鐵開通前高可達(dá)區(qū)域主要集中在市北區(qū)，占總數(shù)86%，次高、中度、次低可達(dá)區(qū)依次由中心向四周分布，低可達(dá)區(qū)為市南區(qū)八大峽街道、李滄區(qū)的樓山街道、湘潭路街道和世園街道，時(shí)間均超過40 min；地鐵開通后，高可達(dá)區(qū)域由核心區(qū)域向南北延伸，街道數(shù)量也由15 個(gè)增至27 個(gè)，占比達(dá)到58%；中度可達(dá)以上街道占比超過93%；李滄區(qū)湘潭路街道、世園街道升級為次低可達(dá)區(qū)，樓山街道仍為低可達(dá)區(qū)。

圖5 地鐵開通前后對各街道加權(quán)可達(dá)時(shí)間的影響

地鐵開通前，各街道的平均加權(quán)出行時(shí)間為29.63 min，均值線以上的街道有26 個(gè)，超過50%；地鐵開通后，各街道平均加權(quán)出行時(shí)間降低為25.24 min，降幅達(dá)14.82%，變化率較大的街道主要集中在市南區(qū)，其中八大峽、云南路、中山路、八大關(guān)以及市北區(qū)寧夏路街道變化率超過25%，其他街道變化率在空間上呈現(xiàn)中間低、南北高的特點(diǎn)。

地鐵開通前后各街道變異系數(shù)變化如表3 所示，由表可知，地鐵開通后中心城區(qū)各街道可達(dá)時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)差由6.237 3 減少至5.149 3，表明數(shù)據(jù)離散程度降低，即各街道加權(quán)可達(dá)時(shí)間之間的差距減小；各街道變異系數(shù)由0.214 5 減少至0.205 9，表明青島市中心城區(qū)各個(gè)街道可達(dá)性差異降低，地鐵的開通促使交通網(wǎng)絡(luò)的空間擴(kuò)散增強(qiáng)。

表3 地鐵開通前后各街道變異系數(shù)變化

5 結(jié)語

本文以青島市中心城區(qū)為研究對象，通過分析服務(wù)范圍、平均可達(dá)時(shí)間及加權(quán)可達(dá)時(shí)間等指標(biāo)，研究青島地鐵開通后對城市公共交通及居民出行的影響，得出以下結(jié)論：地鐵的開通對公共交通站點(diǎn)服務(wù)范圍影響不大，但對居民出行范圍有明顯擴(kuò)大；地鐵能夠明顯提高城市公共交通網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性，并且打破傳統(tǒng)的“圈層”結(jié)構(gòu)，形成“圈層+廊道”的新模式；地鐵的開通更加方便居民出行，而且能夠減少不同街道可達(dá)性上的差異。

本研究是關(guān)于地鐵對城市公共交通可達(dá)性影響的初步嘗試，僅從地鐵網(wǎng)絡(luò)、城市公交網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行討論，未能考慮到堵車、換乘等現(xiàn)實(shí)因素的影響，也未結(jié)合居民的實(shí)際出行需求進(jìn)行分析，后續(xù)的研究會(huì)進(jìn)一步考慮城市擴(kuò)張、居民活動(dòng)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素。此外，雖然本研究從居民點(diǎn)和街道2 個(gè)層面分析了地鐵對居民出行的影響，但部分街道范圍過大，后續(xù)的研究會(huì)考慮加入社區(qū)層次進(jìn)行分析，以期獲得更加準(zhǔn)確的研究成果。