基于城市公共交通的區(qū)域可達(dá)性研究

趙詩奧，左忠義

(大連交通大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，遼寧 大連 116028)*

基于城市公共交通的區(qū)域可達(dá)性研究

趙詩奧，左忠義

(大連交通大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，遼寧 大連 116028)*

為了準(zhǔn)確描述區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)可達(dá)性及空間分布情況，解決城市公共交通網(wǎng)絡(luò)不合理分布問題，以城市公共交通系統(tǒng)為研究對(duì)象，以可達(dá)時(shí)間、可達(dá)距離和公共交通服務(wù)狀態(tài)作為可達(dá)性指標(biāo)的研究數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，對(duì)區(qū)域內(nèi)易達(dá)性、可動(dòng)性和通達(dá)性指標(biāo)進(jìn)行研究分析.在現(xiàn)有的空間阻隔模型基礎(chǔ)上建立了公交二次可達(dá)性模型，并通過空間分析法對(duì)可達(dá)性分布進(jìn)行研究.經(jīng)實(shí)例驗(yàn)證，表明該方法不僅能夠準(zhǔn)確計(jì)算區(qū)域各個(gè)節(jié)點(diǎn)的可達(dá)性，還能反映區(qū)域內(nèi)可達(dá)性分布特征，為城市公共交通優(yōu)化發(fā)展提供了有力的科學(xué)依據(jù).

區(qū)域可達(dá)性；可達(dá)性模型；空間分析法

0 引言

可達(dá)性是城市交通網(wǎng)絡(luò)布局合理性、交通運(yùn)輸效率的評(píng)價(jià)指標(biāo).對(duì)于可達(dá)性的研究可以從出行方便性的角度來了解城市公共交通現(xiàn)狀，為城市公交路網(wǎng)發(fā)展提供理論依據(jù).可達(dá)性可以通過點(diǎn)集之間相互關(guān)聯(lián)形成面的方式對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行研究[1- 2].研究可達(dá)性的點(diǎn)集是成對(duì)出現(xiàn)使得可達(dá)性呈現(xiàn)有向向量的形式[3].

國內(nèi)外目前對(duì)區(qū)域可達(dá)性測算和城市可達(dá)性理論分析具有一定研究成果.宗剛等[4]對(duì)公共交通樞紐的可達(dá)性進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)，蔣陽升等[5]量化了公交線網(wǎng)空間最佳可達(dá)性，David M[6]對(duì)高速鐵路交通網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)價(jià)，Md. ShaAIM[7]建立了公共交通可達(dá)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系來研究公共交通服務(wù)范圍.劉韶曼[8]提出空間句法的拓?fù)涠攘糠ㄟM(jìn)行鄭州市軌道交通線網(wǎng)可達(dá)性研究.馬悅[9]分析了武漢市旅游景區(qū)空間結(jié)構(gòu)，對(duì)3A級(jí)以上景點(diǎn)進(jìn)行可達(dá)性分析并給出合理化建議.師杰等[10]對(duì)鞏義市旅游交通通達(dá)性引導(dǎo)旅游景區(qū)發(fā)展進(jìn)行了探討.目前國內(nèi)對(duì)于城市內(nèi)旅游景點(diǎn)影響區(qū)域交通網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性的研究方法比較少.鑒于此，本文通過時(shí)間、距離和客流量等因素來建立可達(dá)性模型，以大連旅游景點(diǎn)星海公園公交網(wǎng)及周邊影響范圍為例，進(jìn)行可達(dá)性研究，對(duì)星海公園附近公交線路的全程公交站點(diǎn)及大連市主要行政區(qū)部分區(qū)域進(jìn)行可達(dá)性測算，通過空間分析，研究星海公園公共交通可達(dá)性分布特點(diǎn)和存在的問題，為大連市旅游交通提供規(guī)劃方法和調(diào)整建議，同時(shí)為研究市域旅游公共交通提供新的思路和方法.

1 可達(dá)性研究方法

1.1 可達(dá)性指標(biāo)

通過易達(dá)性指標(biāo)、可動(dòng)性指標(biāo)和通達(dá)性指標(biāo)來研究公共交通可達(dá)性.

(1)易達(dá)性指標(biāo)

易達(dá)性指標(biāo)反映了城市范圍內(nèi)不同地區(qū)居民出行到某節(jié)點(diǎn)整個(gè)行程所需要的平均出行時(shí)間.

定義Aj為j點(diǎn)的易達(dá)性指標(biāo)，j區(qū)的易達(dá)性可表示為：

(2)可動(dòng)性指標(biāo)

可動(dòng)性反映某區(qū)域范圍內(nèi)居民到城市某節(jié)點(diǎn)所花費(fèi)的平均出行時(shí)間，平均出行時(shí)間的上下浮動(dòng)能夠敏感的反映出該區(qū)相對(duì)于某節(jié)點(diǎn)的可達(dá)性的變化.

定義:Ai為i區(qū)的可動(dòng)性指標(biāo)

(3)通達(dá)性指標(biāo)

通達(dá)性反映區(qū)域內(nèi)居民利用路網(wǎng)出行的效率，通達(dá)性越好說明區(qū)域范圍內(nèi)路網(wǎng)布局較為合理，道路網(wǎng)運(yùn)行效率較高.

公交車輛在路段上的行程時(shí)間近似服從正態(tài)分布[11]，以不同時(shí)間段上公交車在各路段上的行程時(shí)間的概率分布作為通達(dá)性指標(biāo)的定量指標(biāo).

Ti為路線i的行程時(shí)間，L線路i上所有路段總和，Rj為路段j上的行程時(shí)間，μj為期望值，Rj在時(shí)間上近似服從正態(tài)分布.

1.2 網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性模型

利用空間阻隔模型中出行者需要克服時(shí)空阻隔的難易程度來定義網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性模型.對(duì)單位距離上需要克服的時(shí)空阻抗求和的方式作為評(píng)價(jià)可達(dá)性的指標(biāo)[12]，數(shù)值越小說明需要克服的阻抗越小，效率越高則可達(dá)性越好.表達(dá)式如下：

1.3 公交二次可達(dá)性模型

在城市不同的地點(diǎn)到達(dá)城市另一地點(diǎn)的路線需要下車換乘這一過程，這就使得城市公交可達(dá)性變得復(fù)雜.

假設(shè)城市各節(jié)點(diǎn)到某一地點(diǎn)的出行機(jī)會(huì)是相互獨(dú)立的，計(jì)算兩節(jié)點(diǎn)需要換乘的二次可達(dá)性.通過隨機(jī)抽樣的方法，通過抽取城市的隨機(jī)的若干個(gè)地點(diǎn)，形成點(diǎn)集U1={u1n,u2n,u3n,u4n,…,u(n-1)n}，計(jì)算點(diǎn)集中可以通過換乘到達(dá)目的地的點(diǎn)占整個(gè)樣本的概率，從而研究城市某一地點(diǎn)的二次可達(dá)性.

式中，A為到達(dá)某一地點(diǎn)的可達(dá)性指標(biāo);n為樣本總量;m為二次可達(dá)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量.

式(7)簡單的說明了公交二次可達(dá)性的指標(biāo)，由于可達(dá)性不只與可達(dá)的機(jī)會(huì)有關(guān)，還與其可動(dòng)性、公交站點(diǎn)的易達(dá)性和交通網(wǎng)絡(luò)的通達(dá)性有關(guān).所以針對(duì)這些原因，對(duì)式(7)中的A進(jìn)行了修正.如下：

式中，A′為二次可達(dá)性;i代表隨機(jī)抽樣的節(jié)點(diǎn)數(shù);j代表節(jié)點(diǎn)i周圍的公交站點(diǎn);Sij為節(jié)點(diǎn)i的可動(dòng)性指標(biāo);Tij為節(jié)點(diǎn)i的易達(dá)性指標(biāo);Ui為節(jié)點(diǎn)i的通達(dá)性指標(biāo)，α、β、χ、δ為各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重.

ni為節(jié)點(diǎn)i到附近公交站點(diǎn)的站點(diǎn)總數(shù)，q為可進(jìn)行二次到達(dá)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；

Cj為節(jié)點(diǎn)j附近公交站點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j的行走路程，L為可進(jìn)行二次到達(dá)的節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的i路程.

附近公交站點(diǎn)的確定：出行者通常會(huì)根據(jù)自己出行的需要選擇附近的公交站點(diǎn)進(jìn)行出行，以步行的心里特征為標(biāo)準(zhǔn)，選定半徑600 m范圍內(nèi)的公交站點(diǎn)為公交二次可達(dá)性指標(biāo)的研究對(duì)象(步行速度1 m/s，步行時(shí)間10 min).

1.4 模型整體可達(dá)性

以上各個(gè)指標(biāo)因?yàn)榱烤V因素，他們相互獨(dú)立，不能形成一個(gè)統(tǒng)一指標(biāo)來綜合衡量節(jié)點(diǎn)可達(dá)性.通過無量綱計(jì)算來消除量綱的影響，故采用0～1間無量綱化處理方法[13].

A為旅游景點(diǎn)的整體可達(dá)性數(shù).對(duì)式(14)進(jìn)行綜合可達(dá)性計(jì)算，二次可達(dá)指數(shù)與一次可達(dá)性指數(shù)介于0和1之間，數(shù)值越大可達(dá)性越好，則節(jié)點(diǎn)綜合可達(dá)性指數(shù)越大，可達(dá)性就越好.

1.5 各可達(dá)性指標(biāo)權(quán)重確定

通過問卷調(diào)查的方法對(duì)不同出行人群進(jìn)行可達(dá)性指標(biāo)權(quán)重的定量化計(jì)算，得出不同出行人群對(duì)各個(gè)指標(biāo)因素的偏重程度(表1).

表1 權(quán)重量化表

2 實(shí)例分析

2.1 研究區(qū)域

以大連市星海公園公交系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)到達(dá)星海公園的11條公交線路進(jìn)行可達(dá)性研究.

星海公園有15、16、22、23、25、28、406、523、528、531、901路公交可到達(dá)，分布如圖1.

圖1 星海公園周邊公交分布圖

2.2 數(shù)據(jù)來源

以大連市星海公園為研究核心，對(duì)附近經(jīng)過的11條公交線路進(jìn)行實(shí)地調(diào)查.通過數(shù)據(jù)分析得出的算術(shù)可達(dá)性如圖2.

圖2 公交車運(yùn)行時(shí)間及算術(shù)可達(dá)性對(duì)比圖

其中16路、23路、406路、901路公交運(yùn)行的實(shí)際時(shí)間與規(guī)定時(shí)間相近，算數(shù)可達(dá)性值就較高，其可達(dá)性也相對(duì)較好.

2.3 可達(dá)性測算

2.3.1 一次可達(dá)性測算

(1)從11輛公交車線路的兩個(gè)端點(diǎn)作為該模型計(jì)算的出發(fā)點(diǎn)，公交車為出行計(jì)劃的唯一交通工具，對(duì)各線路公交車運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì);

(2)根據(jù)一天客流量計(jì)算高峰小時(shí)客流量，通過高峰小時(shí)客流量得出權(quán)重系數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理;

(3)根據(jù)可達(dá)性數(shù)據(jù)進(jìn)行無綱量化處理，并通過客流量比重進(jìn)行權(quán)重處理，得到時(shí)間可達(dá)性如表2;

表2 各公交線路時(shí)間可達(dá)性

處理后時(shí)間可達(dá)性總計(jì)為0.792.

(4)計(jì)算距離可達(dá)性，星海公園到周圍的公交站點(diǎn)的距離會(huì)嚴(yán)重影響不同旅客對(duì)不同線路公交的需求，根據(jù)這一原因，針對(duì)公交站點(diǎn)設(shè)置問題進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,分析結(jié)果如圖3所示.

圖3 行走距離可達(dá)性統(tǒng)計(jì)圖

得到步行距離最大值427 m，最小值45 m，由式(13)進(jìn)行無綱量化處理，得到行走距離可達(dá)性指標(biāo)0.801.

以時(shí)間可達(dá)性0.792與行走距離可達(dá)性0.801的平均值0.797作為一次可達(dá)性指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算.

2.3.2 二次可達(dá)性測算

以大連市星海公園周邊公交線路所覆蓋區(qū)域?yàn)槌闃涌傮w，根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)各條公交線路沿線站點(diǎn)及周邊區(qū)域進(jìn)行可達(dá)性測算(如圖4).根據(jù)式(7)～(11)進(jìn)行二次可達(dá)性測算.

圖4 距離—可達(dá)性散點(diǎn)圖

根據(jù)大連市出行人口對(duì)公交的利用，對(duì)各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)進(jìn)行確定(表3).

表3 各指標(biāo)權(quán)重統(tǒng)計(jì)表

各權(quán)重系數(shù)為：α=0.4,β=0.3,χ=0.3.確定的二次可達(dá)性：A′=0.847.

2.3.3 整體可達(dá)性測算

根據(jù)式(14)計(jì)算整體可達(dá)性A=0.797/2+0.847/2=0.822.本模型的計(jì)算方法獲得的數(shù)值越大則可達(dá)性就越好，上述結(jié)果表明大連星海公園的一次可達(dá)性為0.797，而二次可達(dá)性為0.847，把一次可達(dá)性與二次可達(dá)看作同等重要，從而得出綜合可達(dá)性為0.822.

3 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

為了分析可達(dá)性的空間分布特征及其差異性，按照上述可達(dá)性計(jì)算結(jié)果，利用ArcGIS10.2軟件對(duì)大連市沙河口區(qū)、西崗區(qū)、甘井子區(qū)和中山區(qū)等主要城區(qū)的部分區(qū)域進(jìn)行可達(dá)性空間插值分析[14- 15]，分析結(jié)果如圖5.

圖5 公交可達(dá)性分布圖

由圖5可以看出各個(gè)區(qū)域相對(duì)于大連星海公園的可達(dá)性總體上近似呈現(xiàn)圈層式分布，可達(dá)性由中心向外逐漸降低，遵循距離衰減規(guī)律，不同等級(jí)的分布呈現(xiàn)連續(xù)變化.可達(dá)性最差部分位于黑色區(qū)域，可達(dá)性值甚至達(dá)到0.4以下，部分黑色區(qū)域表現(xiàn)并不規(guī)則，說明此區(qū)域公交車運(yùn)行不順暢，路網(wǎng)存在一定問題.白色部分為可達(dá)性最好區(qū)域.又由于大連屬于臨海城市，星海公園又坐落于黃海沿岸，使得可達(dá)性空間分布近似呈現(xiàn)半圓式圈層分布.各個(gè)城區(qū)的相對(duì)可達(dá)性分布較規(guī)律，個(gè)別地區(qū)出現(xiàn)不規(guī)則現(xiàn)象，說明此區(qū)域公交可達(dá)性存在問題，可以對(duì)其進(jìn)行線路改道、公交線路合并或者取消其部分停靠站來增加該區(qū)域的運(yùn)行效率來提高該區(qū)域的可達(dá)性水平.

從圖5可以看出，沙河口區(qū)總體可達(dá)性較好，值域在0.9～0.7，其他城區(qū)可達(dá)性值較低，值域在0.7以下.通過對(duì)各城區(qū)可達(dá)性指標(biāo)的估計(jì)得出表4.

表4 可達(dá)性等級(jí)表

4 結(jié)論

本文選擇可達(dá)時(shí)間和可達(dá)距離作為可達(dá)性指標(biāo)，直觀系統(tǒng)地研究可達(dá)性在城市公共交通中的作用和意義，并通過區(qū)域可達(dá)性模型和公交二次可達(dá)性模型來評(píng)價(jià)城市區(qū)域公共交通可達(dá)性整體水平，此方法不僅便于理解，還能通過空間分析的方式對(duì)不同地區(qū)可達(dá)性分布進(jìn)行空間分布的系統(tǒng)研究，為城市區(qū)域公共交通可達(dá)性提供了新的研究方法和思路.

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Study of Regional Accessibility on Public Transportation

ZHAO Shiao,ZUO Zhongyi

(School of Traffic &Transportation Engineering，Dalian Jiaotong University，Dalian 116028，China)

In order to describe the accessibility and distribution within the region accurately to solve the unreasonable distribution of urban public transport network,urban public transport system is studied.Accessibility index accessible time,accessible distance and public transport service status are used as data base,and the accessibility mobility and accessibility indicators of the region are analyzed.The secondary accessibility model of public transportation is established based on the existing spatial barrier model,and the accessibility distribution is studied by spatial analysis.Case study shows that the method can accurately calculate the reachability of each node in the region,and reflect the distribution of accessibility within the region characteristics,which provides a scientific basis for the optimization of urban public transport.

regional accessibility;accessibility model;spatial analysis

1673- 9590(2017)05- 0006- 05

A

2016- 10- 28

趙詩奧(1990-)，男，碩士研究生； 左忠義(1972-),男，教授,博士，主要從事交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理的研究

E-mail:zhaoshiao1@sina.com.