王 冠，肖 昶*，代 琦

（1.湖北省空間規(guī)劃研究院，湖北 武漢 430064；2.武漢市交通發(fā)展戰(zhàn)略研究院，湖北 武漢 430017）

近年來，國內(nèi)城市發(fā)展模式由增量擴(kuò)張向存量提升轉(zhuǎn)變，空間結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，長距離機(jī)動化出行的原生動力正在減弱[1]。在此背景下，要素配置和布局直接影響城市空間結(jié)構(gòu)和居民生活品質(zhì)[2]。一方面，通勤和生活出行具有明顯的距離邊界，超過一定空間范圍后出行量會銳減[3]；另一方面，短距離通勤具備良好的以公交、慢行為代表的綠色出行條件[4]，可通過改善公交運(yùn)行環(huán)境降低小汽車出行量，進(jìn)一步緩解交通擁堵、提高空間利用效率[5]。當(dāng)前，國內(nèi)各大城市空間布局普遍具有高密度、緊湊性特征，亟需強(qiáng)化交通出行與城市功能復(fù)合，重點(diǎn)發(fā)展綠色交通，促進(jìn)出行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。然而，城市軌道交通發(fā)展與城鎮(zhèn)化的匹配性不高、與城市空間發(fā)展的協(xié)同性不足[6]，交通系統(tǒng)內(nèi)部不同空間范圍、不同方式要素之間的融合優(yōu)化不充分等問題普遍存在[7]。中共中央、國務(wù)院針對全國綜合交通發(fā)展做出重要戰(zhàn)略部署，《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》要求強(qiáng)化銜接聯(lián)通，提升設(shè)施網(wǎng)絡(luò)化和運(yùn)輸服務(wù)一體化水平[8]；《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》要求推進(jìn)城市公共交通設(shè)施建設(shè)，強(qiáng)化城市軌道交通與其他交通方式的銜接[9]。

上述成果明確了交通空間可達(dá)與網(wǎng)絡(luò)功能銜接的重要意義，而契合城市轉(zhuǎn)型發(fā)展的綠色交通體系如何耦合空間布局，基礎(chǔ)設(shè)施供給能力如何動態(tài)匹配需求水平，各類出行系統(tǒng)間的融合銜接如何評估等具體問題需要詳細(xì)研究。本文收集了武漢市軌道交通、地面公交和部分公共自行車的動態(tài)出行以及靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)等時空數(shù)據(jù)，建立了綠色出行模型，以支撐相關(guān)規(guī)劃編制和問題研究。

1 背景概述

目前國內(nèi)城市以軌道交通為代表的公交系統(tǒng)和以共享單車為代表的慢行系統(tǒng)迅猛發(fā)展，但公眾對出行體驗(yàn)反應(yīng)各異，供需關(guān)系和銜接效率是關(guān)鍵一環(huán)[10]。

1）線網(wǎng)規(guī)模有序拓展，網(wǎng)絡(luò)功能需要研究。武漢市交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)，軌道網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程戰(zhàn)略性提速，出行需求急劇增長。截至2021年，武漢市運(yùn)營軌道總里程為435 km，位居全國第五[11]，2024年將形成600 km的“強(qiáng)心強(qiáng)軸、環(huán)網(wǎng)放射”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，構(gòu)成“四網(wǎng)融合”的1小時通勤圈。地面公交運(yùn)營線路610條，運(yùn)營總里程約為9 000 km，正按照“銜接軌道、主城減復(fù)、副城補(bǔ)充、新城擴(kuò)網(wǎng)”的規(guī)劃定位逐步調(diào)整功能。然而，在大力發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、提高供給能力和水平的同時，尚未充分論證城市空間發(fā)展與公交線網(wǎng)規(guī)劃實(shí)施的耦合關(guān)系、運(yùn)營公交線網(wǎng)與城市綜合交通體系的空間融合等，線網(wǎng)規(guī)劃實(shí)施和優(yōu)化調(diào)整之間缺乏必要的量化支撐和科學(xué)引導(dǎo)。

2）網(wǎng)絡(luò)功能基本具備，規(guī)劃效果需要評估。目前，武漢市軌道交通日均客流量約為390萬人次，與地面公交基本持平，主城范圍內(nèi)公共自行車日均出行量超過100萬人次。針對千萬級別出行群體的多元化出行需求，更多表現(xiàn)在增強(qiáng)各自網(wǎng)絡(luò)范圍覆蓋、實(shí)施獨(dú)立票務(wù)政策等方面。然而，地面公交與軌道交通的協(xié)同規(guī)劃、慢行交通與公共交通的銜接機(jī)制、線網(wǎng)之間的功能銜接效率等尚未由供需匹配度、公眾滿意度、規(guī)劃實(shí)施進(jìn)度等指標(biāo)評估，規(guī)劃與實(shí)施之間的效果比對以及規(guī)劃全生命周期管理體制尚未形成。

3）初步助推城市更新，應(yīng)用場景需要拓展。近年來，武漢市在以人為本、公交優(yōu)先、公共空間品質(zhì)提升等方面開展了一系列積極探索。以軌道交通6號線建設(shè)為契機(jī)，對沿線的百年商業(yè)老街中山大道開展綜合改造，通過環(huán)境重塑促進(jìn)城市更新。然而，社會公眾尚未充分感知規(guī)劃先行、數(shù)字化治理體系、TOD實(shí)踐產(chǎn)生的巨大變革和便民服務(wù)。

基于上述分析，本文的具體研究內(nèi)容為：①挖掘公交和慢行交通的OD分布、斷面流量、興趣點(diǎn)等規(guī)劃實(shí)施信息，發(fā)揮評估效用；②暢通軌道網(wǎng)、公交網(wǎng)、慢行網(wǎng)之間的資源交互渠道，促進(jìn)功能銜接；③建立健全城市綠色交通規(guī)劃、實(shí)施、管理全鏈條機(jī)制，推動數(shù)字治理。

2 模型建立

新一代信息化應(yīng)用模型的建設(shè)不是海量數(shù)據(jù)和硬件平臺的程序化堆砌，而是以需求應(yīng)用為導(dǎo)向的解決方案，其時效性、可更新性、算法精度是關(guān)注重點(diǎn)。

2.1 數(shù)據(jù)處理模型

建立專用數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)時采集軌道列車、地面公交車、公共自行車的運(yùn)行軌跡，準(zhǔn)實(shí)時收集城市一卡通、移動支付、臨時卡（票）等票務(wù)信息，定期匯集道路網(wǎng)、軌道網(wǎng)、公交網(wǎng)、慢行網(wǎng)等靜態(tài)數(shù)據(jù)。由于各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源不同、采集頻率各異，因此建立模型處理數(shù)據(jù)的冗余歧義、結(jié)構(gòu)異常、制式差異等問題，清洗約5%的無效信息，確保出行主體信息價值最大化。

1）對車輛軌跡數(shù)據(jù)的處理。約束車輛運(yùn)行狀態(tài)信息有效：對運(yùn)行記錄排序篩查，過濾鄰近記錄的漂移經(jīng)緯度，過濾極大極小異常車速，識別地面公交車和公共自行車的路口等待和站臺駐留記錄等，日均存儲約2 000萬條出行軌跡記錄。

2）對乘客票務(wù)數(shù)據(jù)的處理。確保出行主體多方式全口徑信息完整：通過與不同票務(wù)管理部門協(xié)商，采集由城市一卡通系統(tǒng)記錄的全市近70%的公共交通票務(wù)數(shù)據(jù)、由網(wǎng)絡(luò)平臺記錄的智能終端電子票務(wù)數(shù)據(jù)、由運(yùn)營部門記錄的臨時卡（票）等其他方式單程票務(wù)數(shù)據(jù)，日均存儲各類出行需求記錄約1 000萬條。

3）對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋽?shù)據(jù)的處理。提高出行載體與出行行為的匹配精度：①雙向標(biāo)注路網(wǎng)和公交線網(wǎng)，隔離道路形成雙向路段，提高車輛運(yùn)行與路網(wǎng)的匹配精度；②構(gòu)建路段索引，提高GPS點(diǎn)位與路段的檢索效率；③劃分地理空間范圍，減少道路匹配時參與搜索的路徑集合，優(yōu)化模型運(yùn)行時間。

4）對非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的處理。通過人工輔助調(diào)查，查驗(yàn)公交車內(nèi)部和軌道換乘通道監(jiān)控視頻、出行調(diào)查訪談等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，獲取真實(shí)樣本信息，用于模型校核與參數(shù)標(biāo)定。

2.2 出行分析模型

1）公交車輛運(yùn)行模型。公交車輛運(yùn)行是供給能力分析的基礎(chǔ)，以地面公交車實(shí)時運(yùn)行軌跡，軌道列車到離站時刻表為基礎(chǔ)，建立車輛運(yùn)行模型。應(yīng)用模型可獲取不同時段的站間運(yùn)行時間和平均車速，用于站點(diǎn)候車時間發(fā)布和準(zhǔn)點(diǎn)率等信息統(tǒng)計；也可獲取站點(diǎn)時空可達(dá)測度，包括公交和軌道的獨(dú)立模式以及二者之間的換乘模式，用于衡量大型基礎(chǔ)設(shè)施或重點(diǎn)區(qū)域的公交服務(wù)能力；還可動態(tài)形成車輛實(shí)際運(yùn)行線網(wǎng)拓?fù)洌懦蚩陀^因素造成的真實(shí)運(yùn)行軌跡與規(guī)劃線網(wǎng)不符的情況。

2）地面公交出行模型。武漢市地面公交采取“一票制”，增加了出行OD獲取難度。基于票務(wù)數(shù)據(jù)、車輛運(yùn)行軌跡、人工調(diào)查等，建立基于時空匹配的上車站點(diǎn)識別模型和基于通勤匹配的下車站點(diǎn)模擬模型。技術(shù)路線是累積出行記錄，訓(xùn)練形成個體常發(fā)出行表。如圖1所示，針對閉合通勤出行鏈，一定時空閾值內(nèi)的下次出行起點(diǎn)可視為本次出行終點(diǎn)，將通勤規(guī)則記錄到常發(fā)出行表中；針對閉合非通勤出行鏈，根據(jù)常發(fā)出行表，判斷是否存在通勤出行，若存在則可根據(jù)常發(fā)出行表推斷本次的起止位置；針對非閉合非通勤出行鏈，若不存在通勤行為，則可根據(jù)一定時空閾值內(nèi)站點(diǎn)發(fā)生吸引總量基本平衡的原理，計算該線路后續(xù)站點(diǎn)上客強(qiáng)度并模擬下車站點(diǎn)。對于剛性通勤出行群體，模型精度可達(dá)80%。應(yīng)用模型可獲取公交客流走廊分布情況以及不同時空粒度的區(qū)間、線路、站點(diǎn)客流特征等。

圖1 地面公交出行鏈模擬示意圖

3）軌道交通出行模型。軌道交通方面，雖可通過閘機(jī)票務(wù)數(shù)據(jù)獲取站點(diǎn)OD，但復(fù)雜的內(nèi)部換乘方案，增加了斷面客流統(tǒng)計和運(yùn)力匹配分析難度。技術(shù)路線是基于軌道票務(wù)數(shù)據(jù)和車輛到離站時刻表，關(guān)注出行時長、舒適度感受、換乘復(fù)雜度等方面，以廣義出行成本為統(tǒng)一標(biāo)尺度量換乘方案的選擇概率，建立關(guān)注整體特征的全天路徑選擇模型和關(guān)注斷面高峰期特征的分時路徑選擇模型。對于全天路徑選擇模型，其廣義出行成本由列車運(yùn)行時間、列車站點(diǎn)駐留時間、乘客換乘行走時間和換乘候車時間構(gòu)成（式（1）～（3））；對于分時路徑選擇模型，進(jìn)一步考慮車廂擁擠度對換乘路徑選擇的影響，如式（4）所示，α、β、γ、δ、ε分別代表上述因素對廣義出行成本的貢獻(xiàn)度。結(jié)合人工調(diào)查標(biāo)定模型參數(shù)，模型精度可達(dá)90%。應(yīng)用模型可獲取軌道客流基本特征，包括不同時間粒度的斷面和區(qū)間客流分布以及線路、站點(diǎn)的轉(zhuǎn)換乘客流集散特征等。

4）公共自行車出行模型。與地面公交和軌道交通相比，公共自行車軌跡點(diǎn)位稀疏，騎行規(guī)律不強(qiáng)，易產(chǎn)生定位信息重復(fù)、乒乓效應(yīng)等問題，增加了公交接駁點(diǎn)位和POI精準(zhǔn)獲取的難度。技術(shù)路線是通過對車輛活動時空序列的邏輯處理，形成有效騎行軌跡，并訓(xùn)練數(shù)據(jù)獲取出行時空閾值，再依此切分出行（圖2）。結(jié)合抽樣調(diào)查驗(yàn)證，模型精度可達(dá)80%。應(yīng)用模型可獲取基于工作日通勤出行的城市慢行職住組團(tuán)；還可獲取基于節(jié)假日通勤出行的POI分布以及與其他交通方式的接駁能力等。

圖2 公共自行車軌跡行程切分模型示意圖

5）換乘出行模型。對于公交系統(tǒng)內(nèi)部的換乘行為，通過調(diào)查數(shù)據(jù)樣本的統(tǒng)計訓(xùn)練，獲取換乘模型的時空評判標(biāo)準(zhǔn)，主要包括兩種情況：①在時空標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)發(fā)生多種出行且均屬同一票務(wù)方式，可直接判斷屬于換乘行為；②在時空標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)發(fā)生多種出行但屬不同票務(wù)方式，需結(jié)合其他數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)個體全出行鏈行為判斷（如下班途中發(fā)生POI駐留）。對于公交交通與慢行交通之間的換乘情況，主要圍繞公交站點(diǎn)范圍內(nèi)公共自行車的集散特征模擬換乘行為，尤其以公交站點(diǎn)為起止節(jié)點(diǎn)的通勤騎行研究可支撐出行“最后一公里”專題規(guī)劃。

3 綜合應(yīng)用

本文應(yīng)用上述模型規(guī)劃公共交通、慢行交通，支撐線網(wǎng)結(jié)構(gòu)錨固和城市重點(diǎn)功能區(qū)高質(zhì)量發(fā)展；反映真實(shí)供給關(guān)系，引導(dǎo)基礎(chǔ)以及配套設(shè)施的規(guī)模確定和功能布局；提供實(shí)時動態(tài)信息，服務(wù)運(yùn)營方案優(yōu)化和公眾信息發(fā)布。

3.1 提升功能，優(yōu)化公交線網(wǎng)布局

以時空可達(dá)性和功能提升為目標(biāo)，推進(jìn)多輪“主輔結(jié)合、功能融合”的線網(wǎng)優(yōu)化調(diào)整，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)范圍持續(xù)優(yōu)化、品效協(xié)同的效果。

1）以時空可達(dá)性為目標(biāo)的軌道交通規(guī)劃。利用公交車輛運(yùn)行模型，獲取公共交通站點(diǎn)的時空可達(dá)性指標(biāo)，進(jìn)而形成單元出行成本。通過促進(jìn)干線鐵路、城際鐵路、市域（郊）鐵路、城市軌道交通“四網(wǎng)融合”，強(qiáng)化節(jié)點(diǎn)銜接和網(wǎng)絡(luò)融合，規(guī)劃構(gòu)建武漢都市圈1小時通勤圈，在交通樞紐實(shí)現(xiàn)多線換乘和多種軌道交通直通運(yùn)轉(zhuǎn)等方式。對于前者，規(guī)劃兩條以上軌道快線和1～2條軌道普線銜接國家級客運(yùn)樞紐，規(guī)劃至少一條軌道線路、3～5條地面公交線路銜接區(qū)域級、城市級客運(yùn)樞紐，實(shí)現(xiàn)市級中心和副城中心至鄰近綜合客運(yùn)樞紐30 min可達(dá)、主要綜合客運(yùn)樞紐之間互通時間不超過45 min、換乘次數(shù)不超過1次的軌道銜接目標(biāo)（圖3）；對于后者，推動互聯(lián)互通、資源共享，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)系統(tǒng)制式，在副城中心、新城中心重點(diǎn)規(guī)劃一體化換乘，形成區(qū)域換乘中心，支持市域鐵路與穿城軌道快線的直通運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)都市圈重點(diǎn)城市至武漢副城中心通勤出行小于1 h的網(wǎng)絡(luò)融合目標(biāo)。

圖3 基于時空可達(dá)性的武漢都市圈軌道交通規(guī)劃

2）以供需平衡為基礎(chǔ)的地面公交規(guī)劃。利用地面公交和軌道交通出行模型，識別解放大道、武珞路、漢陽大道等地面公交大客流走廊以及楚河漢街、王家灣、江漢路等大客流集散站點(diǎn)，量化分析常發(fā)性出行擁堵點(diǎn)段或特定事件引起的人群聚集形成與消散規(guī)律，突出供需矛盾點(diǎn)段。圍繞軌道交通線網(wǎng)布局，通過改線、并線等優(yōu)化手段，配合換乘優(yōu)惠政策，規(guī)劃構(gòu)建“快、干、支、微”4級地面公交功能網(wǎng)絡(luò)。首先，依據(jù)與軌道并線的地面公交站點(diǎn)數(shù)量，適當(dāng)調(diào)配公交線路，加強(qiáng)對次支路網(wǎng)的服務(wù)覆蓋，2015—2021年武漢市地面公交線網(wǎng)道路覆蓋里程由1 750 km增長至4 040 km，而重復(fù)系數(shù)由4.65降至2.83；其次，在地面公交可達(dá)性較弱的武昌沿江、四新、南湖等區(qū)域（圖4）和日均集散量超過10萬人次的光谷廣場站、楚河漢街站、王家灣站等大型軌道客站周邊規(guī)劃功能型線路。

圖4 武漢市地面公交線網(wǎng)時間可達(dá)性情況

3.2 注重銜接，促進(jìn)出行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型

以提升網(wǎng)絡(luò)換乘銜接效率為目標(biāo)，規(guī)劃軌道交通、地面公交、慢行交通“三網(wǎng)合一”，推進(jìn)公共交通占比40%、慢行交通占比40%、機(jī)動化交通占比20%的綠色出行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。

1）支撐多模式一體化的出行銜接評估。換乘出行模型精細(xì)描繪了軌道交通對剛性出行的顯著吸引力。在軌道交通2號線南延線與11號線相繼開通后，光谷大道（珞瑜路—三環(huán)線）沿線地面公交站與軌道交通光谷廣場站的換乘出行量驟降45%；同時，軌道沿線的地面公交光谷大道金融港站、光谷大道當(dāng)代國際花園站、光谷一路流芳園南路站等客流同步下降（圖5），建議及時優(yōu)化地面公交配置和線路走向。然而，光谷大道西面的民族大道、關(guān)山大道沿線的換乘需求依然旺盛，該區(qū)域出行仍依靠“軌道+公交”的模式，建議加強(qiáng)微循環(huán)型地面交通供給能力，服務(wù)末端3～5 km出行。

圖5 軌道交通2號線南延線與11號線開通前后地面公交換乘情況對比

利用公共自行車出行模型獲取騎行軌跡，雕刻城市慢行空間和POI分布，在主城區(qū)形成若干“騎行部落”，支撐城市組團(tuán)式規(guī)劃布局。對于軌道交通站點(diǎn)周邊的騎行聚集區(qū)，建議作為常規(guī)公交微循環(huán)型線路的重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域。對于識別出的商業(yè)、公服類POI，其中48%可由現(xiàn)狀軌道交通站點(diǎn)800 m范圍覆蓋，建議建立健全自行車管理制度，優(yōu)化次支路網(wǎng)慢行環(huán)境，構(gòu)建“軌道+慢行”的優(yōu)良出行條件。

2）支撐交通功能與城市空間的耦合評估。利用軌道出行模型評估線網(wǎng)功能規(guī)劃效力。軌道交通7號線開通后，其武昌段成為南湖片區(qū)與中心城區(qū)的重要客流走廊，換乘站螃蟹岬和武昌火車站的日均客運(yùn)量（進(jìn)出量+換乘量）增幅分別達(dá)到52.7%和43.2%，螃蟹岬站已在高峰期出現(xiàn)換乘通道擁擠的情況，建議加大安全事故防范力度。對比以螃蟹岬站為起止節(jié)點(diǎn)和換乘節(jié)點(diǎn)的出行空間發(fā)現(xiàn)（圖6），使用其換乘功能的出行范圍更集中，聯(lián)系南湖大型居住組團(tuán)與漢口主城區(qū)的樞紐功能凸顯，建議輔助規(guī)劃貫通兩地的干線型地面公交，以緩解軌道客運(yùn)壓力并增強(qiáng)空間聯(lián)系。

圖6 以螃蟹岬站為起止節(jié)點(diǎn)和換乘節(jié)點(diǎn)的軌道出行范圍

3.3 服務(wù)公眾，引導(dǎo)安全高效出行

研究展示交通流的潮汐分布、向心聚集和波動擴(kuò)散等特征，關(guān)注實(shí)時運(yùn)行狀態(tài)，引導(dǎo)公眾安全高效出行。根據(jù)軌道交通出行模型，線網(wǎng)供需關(guān)系呈現(xiàn)一定程度的時空分布不均衡（表1），在斷面客流空間分布上，高峰期1號線三陽路—宗關(guān)區(qū)間、2號線中山公園—街道口區(qū)間、4號線東亭—復(fù)興路區(qū)間等擁擠明顯；在區(qū)間客流方向分布上，潮汐特性主要發(fā)生在線網(wǎng)末端的向心運(yùn)行以及功能單一組團(tuán)的剛性出行，建議面向公眾加強(qiáng)實(shí)時交通運(yùn)行狀態(tài)宣傳，提供錯峰出行和多方案備選服務(wù)。在地面公交方面，分析線路高峰時段載客量與運(yùn)力之間的負(fù)荷發(fā)現(xiàn)，局部呈現(xiàn)一定程度的供需錯位，建議形成動態(tài)監(jiān)管機(jī)制，對高峰期服務(wù)強(qiáng)度過高的線路提高發(fā)車頻率，而對平峰期服務(wù)強(qiáng)度過低的線路延長發(fā)車間隔。

表1 武漢市軌道交通高峰期客流方向不均衡情況統(tǒng)計

4 結(jié)語

本文匯集了武漢市軌道交通、地面公交、部分慢行交通的出行和設(shè)施相關(guān)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了綠色交通資源池，提供了時空可達(dá)性、網(wǎng)絡(luò)重復(fù)性、節(jié)點(diǎn)銜接性、出行可靠性等應(yīng)用，支撐網(wǎng)絡(luò)功能優(yōu)化與空間布局協(xié)同，實(shí)現(xiàn)了以“網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、出行變化、服務(wù)強(qiáng)化”為驅(qū)動的供需關(guān)系良性發(fā)展。下一步將按照國土空間規(guī)劃城市體檢評估相關(guān)要求[12]，實(shí)現(xiàn)線網(wǎng)規(guī)劃有規(guī)可循、線網(wǎng)調(diào)整有據(jù)可依、線網(wǎng)評估有數(shù)可用。