王沖郭建民王一鳴于曉樺

(1.山東建筑大學(xué) 交通工程學(xué)院,山東濟(jì)南250101；2.濟(jì)南軌道交通集團(tuán)有限公司,山東濟(jì)南250101)

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的加快,人們?nèi)粘３鲂械木嚯x逐漸增加,如何選擇快捷舒適的出行方式至關(guān)重要。軌道交通因其在城市公共交通長(zhǎng)距離運(yùn)輸不可比擬的優(yōu)勢(shì),獲得了出行者的青睞。但軌道交通巨大的建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本和其在提供完全“門(mén)到門(mén)”服務(wù)上的不足,一定程度上也限制了軌道交通優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。因此,軌道交通需要與其他交通方式銜接完成出行。軌道交通銜接其他交通方式出行,既可增大軌道交通的輻射范圍,實(shí)現(xiàn)軌道交通的“二次吸引”,又可促進(jìn)組合交通出行的發(fā)展,滿足國(guó)家未來(lái)復(fù)合交通體系建設(shè)的需要。據(jù)上海2015年發(fā)布的綜合交通調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,越來(lái)越多的市民采取軌道交通出行,其中約2/3的乘客需換乘其他交通方式來(lái)完成整個(gè)出行[1]。

軌道交通接駁出行成為城市中重要的出行方式,給傳統(tǒng)交通需求預(yù)測(cè)帶來(lái)較大的挑戰(zhàn),接駁客流的預(yù)測(cè)更成為出行需求預(yù)測(cè)中的難點(diǎn)。從軌道交通接駁方式來(lái)看,車(chē)站的客流分為步行客流和乘坐其他方式的換乘客流。其中,能夠步行到達(dá)車(chē)站或離開(kāi)車(chē)站的客流,說(shuō)明其出行的起始點(diǎn)或終止點(diǎn)都位于軌道交通車(chē)站較近的輻射范圍內(nèi),通常認(rèn)為是車(chē)站附近的土地利用結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的客流,因此稱(chēng)之為直接客流；而需要乘坐其他方式到達(dá)車(chē)站或離開(kāi)車(chē)站的客流,說(shuō)明其出行起始點(diǎn)或終止點(diǎn)不在軌道交通車(chē)站的附近,是由于軌道交通出行優(yōu)勢(shì)而被吸引到此換乘的,稱(chēng)之為接駁客流?？土餍枨箢A(yù)測(cè)的傳統(tǒng)方法以土地利用法和四階段預(yù)測(cè)法為主[2-4],前者多用于單條線路的客流預(yù)測(cè),對(duì)軌道交通線路的歷史客流數(shù)據(jù)具有較高的依賴(lài)性,而四階段法應(yīng)用廣泛,即使對(duì)缺乏歷史客流數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)也具有較強(qiáng)的適應(yīng)性,尤其可應(yīng)用于對(duì)新建軌道線路接駁客流的預(yù)測(cè)。

上述2種方法的客流預(yù)測(cè),是將用地開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)、出行特征(距離、時(shí)間、費(fèi)用)及舒適性等作為接駁客流的識(shí)別標(biāo)志。王麗等考慮軌道車(chē)站周邊的土地利用規(guī)模對(duì)軌道換乘客流預(yù)測(cè)進(jìn)行了分析[5]；朱旭和馬超群等基于出行時(shí)間、費(fèi)用等特征采用廣義費(fèi)用模型預(yù)測(cè)換乘客流量[6-7]。但實(shí)際上,接駁客流量不僅僅是出行特征的函數(shù),其與接駁方式、道路通達(dá)性等都有很大的相關(guān)性[2],如果站點(diǎn)可達(dá)性差,即使出行距離短、花費(fèi)少,出行者也很難輕松的到達(dá)換乘站點(diǎn),往往會(huì)造成客流的損失?，F(xiàn)有研究多是直接對(duì)出行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),而忽略了對(duì)到達(dá)軌道站點(diǎn)的難易和便捷程度的考慮。因此,文章在四階段法的基礎(chǔ)上,引入車(chē)站可達(dá)性概念,提出軌道車(chē)站接駁客流吸引強(qiáng)度指標(biāo),將其作為接駁難易程度的綜合度量,從而更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)軌道交通的接駁客流量。

1 軌道車(chē)站客流吸引強(qiáng)度指標(biāo)分析

1.1 軌道車(chē)站可達(dá)性

車(chē)站的直接客流吸引強(qiáng)度是根據(jù)客流步行距離推算的,而車(chē)站的間接客流即接駁客流吸引強(qiáng)度則是由各車(chē)站輻射小區(qū)到達(dá)車(chē)站的方便程度(可達(dá)性)決定的,因此在研究車(chē)站接駁客流強(qiáng)度前,對(duì)車(chē)站可達(dá)性進(jìn)行分析。

可達(dá)性概念源于古典區(qū)位論,可看作反映運(yùn)輸成本的指標(biāo),后來(lái)廣泛應(yīng)用于GIS、建筑工程設(shè)計(jì)及城市與交通規(guī)劃等領(lǐng)域。在交通領(lǐng)域,可達(dá)性概念最初是由Hanse在1959年提出的,即交通網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)相互作用的機(jī)會(huì)大小[8]。但由于研究范圍的不同,學(xué)者們對(duì)可達(dá)性概念有著自己的理解。湯姆遜指出可達(dá)性是反映一個(gè)城市結(jié)構(gòu)的重要因素,是指克服時(shí)空分離的能力及便捷程度,從物理意義上可理解為路途所耗費(fèi)的時(shí)間和費(fèi)用；從心理感知上可理解為路途中的舒適度[9]。Deichmalnn將可達(dá)性與空間距離聯(lián)系起來(lái),表示特定的社會(huì)機(jī)會(huì)要素和經(jīng)濟(jì)狀況及其居民所處的區(qū)位接觸和互動(dòng)的能力[10]。楊濤在城市交通可達(dá)性研究上提出了新可達(dá)性指標(biāo)內(nèi)涵:可動(dòng)、易達(dá)、通達(dá)[11]。目前,在可達(dá)性的定義上還沒(méi)形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。文章基于國(guó)內(nèi)外可達(dá)性研究成果,提出的軌道車(chē)站可達(dá)性定義為在研究區(qū)域內(nèi),車(chē)站輻射小區(qū)以特定的交通方式到達(dá)軌道車(chē)站的便捷程度。

從交通出行方式劃分,軌道車(chē)站可達(dá)性可分為道路可達(dá)性與軌道可達(dá)性。道路可達(dá)性是乘坐小汽車(chē)或地面公交到達(dá)軌道車(chē)站的便捷程度；軌道可達(dá)性是其他車(chē)站與軌道車(chē)站間以軌道交通通行的便捷程度?；谡军c(diǎn)輻射范圍的有效性,在到達(dá)軌道車(chē)站的方式中,不考慮組合方式到達(dá)的情況。依據(jù)以往其他交通方式的發(fā)展趨勢(shì)及未來(lái)交通參與者的出行需求,顯然車(chē)站可達(dá)性與交通系統(tǒng)的服務(wù)能力有關(guān),交通系統(tǒng)服務(wù)水平高的地區(qū),可達(dá)性也相應(yīng)較高；一個(gè)地區(qū)新交通方式的引入也可增加該地區(qū)可達(dá)性,但不降低其已有交通方式可達(dá)性的貢獻(xiàn)[12-14]。此外,車(chē)站附近土地開(kāi)發(fā)強(qiáng)度和車(chē)站活動(dòng)規(guī)模的增加,盡管會(huì)提升交通系統(tǒng)承載量,但交通阻抗的同步增長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致可達(dá)性降低。因此,需要強(qiáng)調(diào)的是,可達(dá)性會(huì)隨著用地開(kāi)發(fā)強(qiáng)度的增加而降低,車(chē)站活動(dòng)規(guī)模的增加不但不會(huì)提高車(chē)站可達(dá)性,反而會(huì)由于交通量的提高而導(dǎo)致車(chē)站可達(dá)性的降低。

(1)軌道可達(dá)性

車(chē)站的軌道可達(dá)性指在該車(chē)站乘坐軌道交通到達(dá)城市其他區(qū)域的便捷程度,這主要與車(chē)站的自身定位有關(guān)。軌道車(chē)站分為一般車(chē)站和換乘車(chē)站。顯然,換乘車(chē)站的軌道可達(dá)性要高于一般車(chē)站。另外,軌道車(chē)站還分為市中心車(chē)站和城市邊緣區(qū)車(chē)站,在市中心的車(chē)站乘坐軌道交通到達(dá)其他區(qū)域的便捷程度要高于邊緣區(qū)域的車(chē)站。因此,可以用車(chē)站軌道線路的數(shù)量及車(chē)站區(qū)位來(lái)表征軌道可達(dá)性,由式(1)表示為

(2)道路可達(dá)性

車(chē)站的道路可達(dá)性指研究區(qū)域內(nèi)輻射小區(qū)以道路交通方式到達(dá)軌道車(chē)站的便捷程度。文章中道路交通主要包括小汽車(chē)和公交車(chē)2種出行方式,可達(dá)性是客觀性的描述,因此采用廣義出行費(fèi)用作為車(chē)站道路可達(dá)性的特征值[15-17],其中小汽車(chē)和公交車(chē)的廣義出行費(fèi)用分別由式(2)、(3)表示為

以合成效用logsum函數(shù)表起訖點(diǎn)間道路可達(dá)性,則某輻射小區(qū)n到車(chē)站j的道路可達(dá)性由式(4)表示為

考慮到軌道車(chē)站j的輻射范圍覆蓋多個(gè)小區(qū),對(duì)不同小區(qū)的道路可達(dá)性求和得到車(chē)站j的道路可達(dá)性,由式(5)表示為

當(dāng)起訖點(diǎn)間存在多條路徑時(shí),2點(diǎn)間廣義出行費(fèi)用采用多路徑的logsum函數(shù)表示,路徑越多,可達(dá)性越高。因此。軌道車(chē)站作為多模式復(fù)合交通體系構(gòu)建的主體,對(duì)車(chē)站可達(dá)性進(jìn)行分析不僅可以更加準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)車(chē)站客流吸引強(qiáng)度,而且可作為評(píng)價(jià)車(chē)站功能的重要指標(biāo)。

1.2 軌道接駁客流吸引強(qiáng)度

與步行客流不同,車(chē)站的接駁客流是小區(qū)之間的客流交換[18]。乘坐其他方式到達(dá)車(chē)站和離開(kāi)車(chē)站的客流大多位于車(chē)站的輻射小區(qū)內(nèi),受接駁范圍內(nèi)單個(gè)或多個(gè)車(chē)站的吸引影響。在接駁范圍內(nèi)到哪個(gè)車(chē)站換乘,不像步行客流那樣主要受到車(chē)站距離影響,而是取決于輻射小區(qū)到達(dá)車(chē)站的便捷程度,即道路可達(dá)性和軌道可達(dá)性。輻射小區(qū)與軌道車(chē)站的道路可達(dá)性和吸引力取決于出發(fā)地點(diǎn)到達(dá)軌道車(chē)站的便捷及舒適程度,而軌道可達(dá)性和吸引力更多取決于軌道交通在線網(wǎng)的發(fā)展及分布密度。因此,在軌道車(chē)站對(duì)某一輻射地區(qū)的接駁客流吸引強(qiáng)度的研究中,引入上述2個(gè)特征變量,并結(jié)合軌道車(chē)站的聚集效應(yīng),建立接駁客流吸引強(qiáng)度模型,由式(6)表示為

式中:Enj為車(chē)站j對(duì)地區(qū)n的接駁客流強(qiáng)度,并假設(shè)地區(qū)n與車(chē)站j距離＜5 km；b1、b2分別為軌道可達(dá)性與道路可達(dá)性的參數(shù)。

2 軌道接駁客流預(yù)測(cè)模型的建立

軌道接駁客流預(yù)測(cè)模型是在軌道車(chē)站的可達(dá)性基礎(chǔ)上,從軌道車(chē)站的發(fā)展定位、周邊道路及輻射小區(qū)的通達(dá)服務(wù)特征出發(fā),綜合考慮車(chē)站及其輻射小區(qū)的直達(dá)交通方式和沿途的交通服務(wù)水平,然后依據(jù)上節(jié)計(jì)算的不同車(chē)站接駁客流吸引強(qiáng)度將不同小區(qū)的客流產(chǎn)生量分配到各個(gè)影響車(chē)站。

實(shí)際中,不僅一個(gè)車(chē)站服務(wù)于多個(gè)交通輻射小區(qū),還存在一個(gè)交通小區(qū)可能同時(shí)為多個(gè)車(chē)站的輻射小區(qū),即小區(qū)產(chǎn)生的交通量可能同時(shí)受到多個(gè)軌道車(chē)站的吸引,要注意的是,小區(qū)產(chǎn)生的換乘交通量對(duì)于車(chē)站的選擇是基于換乘站點(diǎn)的選擇,其數(shù)量不會(huì)隨車(chē)站數(shù)量的增加而線性增加,而是假設(shè)服從Logit概率分布。因此,車(chē)站接駁客流規(guī)?；谲?chē)站輻射小區(qū)計(jì)算,再將小區(qū)產(chǎn)生的接駁換乘客流以可達(dá)性服從Logit分布概率為前提分到各個(gè)影響車(chē)站。

考慮到一個(gè)輻射小區(qū)可能受一個(gè)以上車(chē)站的影響,多個(gè)車(chē)站的道路可達(dá)性與軌道可達(dá)性要表示為對(duì)應(yīng)車(chē)站的logsum形式,由式(7)、(8)表示為

則小區(qū)n的換乘客流總量,由式(9)表示為

再根據(jù)Logit模型,將小區(qū)的換乘總量分到對(duì)應(yīng)的多個(gè)軌道車(chē)站,由式(10)表示為

此外,若軌道交通的間接影響范圍涉及對(duì)外虛擬小區(qū),由于無(wú)法得知虛擬小區(qū)的交通網(wǎng)絡(luò),只能根據(jù)內(nèi)部相關(guān)小區(qū)的換乘量以一定的比例來(lái)估計(jì)虛擬小區(qū)到車(chē)站的換乘量。

3 軌道接駁客流預(yù)測(cè)模型應(yīng)用

3.1 算例分析

假設(shè)有A、B、C、D等4個(gè)車(chē)站,其中A為單線車(chē)站,其余均為兩線換乘車(chē)站。Ai、Bi、Ci、Di分別為與車(chē)站A、B、C、D相關(guān)的小區(qū),i＝1,2,3(如圖 1所示)。標(biāo)定換乘客流吸引強(qiáng)度模型需要事先得到的相關(guān)數(shù)據(jù)有:小區(qū)到車(chē)站換乘客流量,小區(qū)與車(chē)站間道路交通的平均時(shí)間與費(fèi)用,小區(qū)交通生成量,車(chē)站間軌道交通的平均通行時(shí)間與費(fèi)用。車(chē)站與其相關(guān)小區(qū)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與可達(dá)性見(jiàn)表1。

圖1 4個(gè)軌道車(chē)站的關(guān)系示意圖

表1 接駁客流標(biāo)定所需數(shù)據(jù)表

由于算例中不涉及一個(gè)小區(qū)對(duì)應(yīng)多個(gè)車(chē)站的情況,所計(jì)算的小區(qū)到車(chē)站的換乘客流量可由式(11)表示為

標(biāo)定參數(shù)αj＝0.0084、b1＝0.8976、b2＝0.1421,利用matlab非線性回歸命令生成的接駁客流吸引強(qiáng)度如圖2所示。

圖2 接駁客流吸引強(qiáng)度圖

當(dāng)軌道車(chē)站的道路可達(dá)性和軌道可達(dá)性指標(biāo)值均＜4時(shí),接駁客流吸引強(qiáng)度變化緩慢,對(duì)換乘客流的吸引力較小,相應(yīng)的換乘客流規(guī)模也較?。欢?dāng)兩者指標(biāo)值均＞4時(shí),軌道車(chē)站對(duì)換乘客流的吸引力增大,會(huì)有更多的出行者會(huì)選擇在該站點(diǎn)換乘完成出行。

3.2 案例實(shí)證

長(zhǎng)沙濱江新城片區(qū)是復(fù)合型新都會(huì)中心,既是大河西的核心區(qū),也是整個(gè)長(zhǎng)沙市的中心地段(如圖3所示),區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯,其規(guī)劃區(qū)面積為6.7 km2,總?cè)丝诩s5萬(wàn)。

濱江新城未來(lái)會(huì)形成“五橫三縱”的復(fù)合型城市道路網(wǎng)布局,如圖4所示。軌道交通作為道路網(wǎng)絡(luò)布局的重要設(shè)施,已運(yùn)行的軌道4號(hào)線、已規(guī)劃完的軌道5號(hào)線、正在規(guī)劃建設(shè)的6號(hào)線及長(zhǎng)株潭城際鐵路均在濱江新城區(qū)域設(shè)置了軌道站點(diǎn),符合文章對(duì)軌道交通站點(diǎn)換乘客流的分析要求。

圖3 濱江新城區(qū)位圖

圖4 濱江新城復(fù)合交通網(wǎng)絡(luò)圖

(1)對(duì)濱江新城進(jìn)行交通小區(qū)劃分

根據(jù)交通小區(qū)劃分原則,將濱江新城劃分為70個(gè)內(nèi)部小區(qū)和10個(gè)外部小區(qū),為了統(tǒng)計(jì)方便,歸為8個(gè)內(nèi)部大區(qū)與4個(gè)外部大區(qū),如圖5、6所示。其中,5個(gè)軌道車(chē)站均可以覆蓋其周邊的4個(gè)交通小區(qū)。

圖5 濱江新城大區(qū)劃分圖

圖6 車(chē)站覆蓋小區(qū)示意圖

(2)軌道車(chē)站客流預(yù)測(cè)分析

①直接客流與站點(diǎn)類(lèi)型、覆蓋范圍有關(guān),車(chē)站1、2屬于單線CBD車(chē)站,車(chē)站3為換乘站,車(chē)站4、5屬于單線非CBD車(chē)站。相關(guān)研究表明,步行到車(chē)站的客流量與步行距離有關(guān),且服從負(fù)指數(shù)分布,因此車(chē)站j的步行客流量可由式(12)表示為

表3 各站點(diǎn)高峰小時(shí)步行客流表

圖7 各小區(qū)的道路可達(dá)性示意圖

4 結(jié)論

通過(guò)上述研究可知:

(1)軌道車(chē)站的接駁客流吸引強(qiáng)度取決于軌道車(chē)站類(lèi)型和輻射小區(qū)的可達(dá)性。軌道換乘站和比較容易到達(dá)軌道車(chē)站的小區(qū),其接駁客流吸引強(qiáng)度大,具有較高的換乘需求。

(2)在軌道交通車(chē)站的接駁范圍內(nèi),乘客換乘站的選擇更多取決于小區(qū)與車(chē)站的道路可達(dá)性及車(chē)

②軌道車(chē)站的換乘客流強(qiáng)度取決于站點(diǎn)類(lèi)型(強(qiáng)集散中間站、換乘站及普通中間站)和輻射小區(qū)的道路可達(dá)性及軌道可達(dá)性。濱江新城各交通小區(qū)的道路可達(dá)性指標(biāo)分布如圖7所示,發(fā)現(xiàn)離軌道站點(diǎn)越近,其道路可達(dá)性越高。對(duì)濱江新區(qū)的軌道5號(hào)線分析站點(diǎn)的軌道可達(dá)性,城市地鐵和城際鐵路分別設(shè)定參數(shù)為0.8和0.5,得出站點(diǎn)5的軌道可達(dá)性為0.5；站點(diǎn)1、2、4的軌道可達(dá)性為0.8；站點(diǎn)3的軌道可達(dá)性為1.6,發(fā)現(xiàn)換乘站站點(diǎn)3的軌道可達(dá)性最高,符合實(shí)際。因此城市軌道布局位置和線路數(shù)量對(duì)站點(diǎn)的軌道可達(dá)性具有較大的影響,城市內(nèi)部地鐵線路與城際鐵路相比,有較高的軌道可達(dá)性；換乘站有較多的線路通過(guò),相應(yīng)的配套設(shè)施及道路網(wǎng)密度較高,也具有更高的可達(dá)性。

圖8 軌道站點(diǎn)換乘客流分布圖

根據(jù)接駁客流預(yù)測(cè)模型計(jì)算,得到軌道站點(diǎn)接駁客流分布圖8,發(fā)現(xiàn)站點(diǎn)類(lèi)型和離軌道站點(diǎn)的遠(yuǎn)近在很大程度上影響換乘客流的需求,換乘站和離軌道站點(diǎn)較近的位置,具有較高的換乘需求及吸引力。站的軌道可達(dá)性,其中道路可達(dá)性主要與出行費(fèi)用、出行時(shí)間便利程度有關(guān),其指標(biāo)值為0.5～1.6；軌道可達(dá)性主要與軌道車(chē)站的線路數(shù)量及軌道車(chē)站的自身定位有關(guān),其指標(biāo)值為2.68～10.00,可達(dá)性越高,車(chē)站接駁客流吸引強(qiáng)度和客流規(guī)模越大,模型預(yù)測(cè)效果越好。