北京南站公共交通可達(dá)性計(jì)算與評價(jià)

周雨陽， 李芮智， 潘利肖， 陳艷艷

(1.北京工業(yè)大學(xué)北京市交通工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100124；2.北京工業(yè)大學(xué)交通運(yùn)輸部城市公共交通智能化行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100124)

近年來隨著高速鐵路的快速建設(shè)， 人們跨市出行頻率呈逐年上升趨勢， 以高鐵客運(yùn)站為主的綜合交通樞紐成為城市對內(nèi)、對外交通功能集結(jié)的重要交通節(jié)點(diǎn)， 擔(dān)負(fù)著旅客出行、集散、中轉(zhuǎn)、換乘的任務(wù). 短時(shí)間內(nèi)大量聚集的鐵路到達(dá)客流通過市內(nèi)公共交通的換乘到達(dá)目的地， 因此， 樞紐站乘客換乘城市公共交通出行至市區(qū)的便捷程度至關(guān)重要.

可達(dá)性是指出行者選擇某種交通方式從出發(fā)地到目的地的便利程度[1-2]， 同時(shí)也是決策者衡量交通系統(tǒng)服務(wù)能力及出行者選擇出行交通方式的一個(gè)重要指標(biāo). 可達(dá)性具有時(shí)間和空間的特性：在時(shí)間層面上， 可達(dá)性將時(shí)間成本作為出行阻抗因素；空間層面上， 可達(dá)性反映了空間實(shí)體之間克服距離障礙進(jìn)行交流的難易程度. 對于客運(yùn)樞紐站， 良好的可達(dá)性保證了站點(diǎn)及時(shí)地疏散客流， 滿足大部分乘客的出行需求. 處于可達(dá)性較高的樞紐站往往能吸引到更多出行客流， 同時(shí)能夠提升城市交通的發(fā)展水平.

在對客運(yùn)樞紐的可達(dá)性研究中， 主要是針對公共交通樞紐、機(jī)場和火車站的可達(dá)性出行研究. 宗剛等[3]對北京市36個(gè)公共交通樞紐不同時(shí)段的可達(dá)性進(jìn)行評價(jià)， 并結(jié)合擁堵因素分析了可達(dá)性時(shí)空差異；Koster等[4]以個(gè)體到達(dá)機(jī)場的出行時(shí)間可靠性為指標(biāo)對可達(dá)性進(jìn)分析；汪淳等[5]從市域和區(qū)域2個(gè)方面分析基于軌道交通的機(jī)場可達(dá)性；李曉偉等[6]研究了可達(dá)性對航空、普通火車、高鐵、大巴4種不同交通方式選擇行為的影響.

在對公共交通可達(dá)性研究中， Lu等[7]建立了基于乘客需求的隨機(jī)效用模型， 通過出行時(shí)間和票價(jià)計(jì)算公交站點(diǎn)間的可達(dá)性；Lacono等[8]考慮乘客出行習(xí)慣， 建立了基于乘客感知公共交通可達(dá)性模型；李蘊(yùn)雄等[9]運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)分析方法， 對比有無北京地鐵13號線的條件下居民出行可達(dá)性范圍的變化；陸化普等[10]利用可達(dá)性的潛能模型和效用模型研究大連市中心城區(qū)早高峰公共交通可達(dá)性；David等[11]使用等時(shí)線法對公共交通的可達(dá)性進(jìn)行繪制；胡繼華等[12]將公交出行分為候車、乘車、停站和換乘4個(gè)階段進(jìn)行公共交通可達(dá)性分析；周雨陽等[13]基于IC 卡提取個(gè)體公共交通出行鏈數(shù)據(jù)， 以行程時(shí)間、站點(diǎn)覆蓋度等指標(biāo)對公交可靠性進(jìn)行評價(jià).

傳統(tǒng)的公共交通可達(dá)性計(jì)算方法中， 站間運(yùn)行時(shí)間處理多為線路站間行程距離除以設(shè)定的車輛行駛速度， 無法量化不同時(shí)段下實(shí)時(shí)道路擁堵情況所帶來可達(dá)性的影響. 隨著城市公共交通的快速發(fā)展， 公共交通數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性決定了公共交通分析與決策的有效性. 相對于傳統(tǒng)的可達(dá)性出行時(shí)間計(jì)算方法， 基于網(wǎng)絡(luò)地圖應(yīng)用程序接口(application programming interface，API)計(jì)算的出行時(shí)間具有以下優(yōu)點(diǎn)：公交路網(wǎng)數(shù)據(jù)更加精細(xì)， 網(wǎng)絡(luò)線路的更迭更迅速， 在計(jì)算出行時(shí)間中， 考慮了路徑的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和特殊路況的影響， 能夠較好體現(xiàn)大規(guī)模下公交站點(diǎn)的換乘距離與換乘時(shí)間. 對于地面公交車輛運(yùn)行時(shí)間， 則是考慮實(shí)時(shí)擁堵路況進(jìn)行計(jì)算， 能很好地反映不同時(shí)段的公交網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性.

百度地圖中的路線規(guī)劃服務(wù)接口則是基于監(jiān)測的實(shí)時(shí)路況進(jìn)行計(jì)算規(guī)劃路線方案， 返回的最佳路徑以及最短時(shí)間在不同的時(shí)段是考慮擁擠度后計(jì)算的，這相對于速度賦值的方法更精確， 彌補(bǔ)了以往可達(dá)性研究在時(shí)態(tài)變化上的不足. 以往對百度地圖獲取出行時(shí)間數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性驗(yàn)證的研究中， 將API獲取出行時(shí)間數(shù)據(jù)與IC卡刷卡出行時(shí)間數(shù)據(jù)相比較， 出行時(shí)間的擬合度具有很高的相關(guān)性， 且擬合度較好[14-15].

高速鐵路樞紐承載著大規(guī)?？土魇枭⑴c聚集的功能， 在高鐵列車到達(dá)站點(diǎn)后， 旅客可在樞紐內(nèi)換乘公共交通到達(dá)目的地. 為評價(jià)高鐵樞紐站換乘公共交通效率以及出行可達(dá)性，選取北京南站為研究對象， 以到達(dá)公交站點(diǎn)的出行時(shí)間作為時(shí)間成本， 構(gòu)建多模式公共交通可達(dá)性模型， 結(jié)合百度地圖API數(shù)據(jù)和調(diào)查數(shù)據(jù)， 對高鐵樞紐站換乘公共交通到達(dá)市區(qū)的可達(dá)性進(jìn)行研究. 通過模型計(jì)算到達(dá)站點(diǎn)的出行時(shí)間， 并將各站點(diǎn)總出行時(shí)間劃分不同行程時(shí)間段， 利用ArcGIS軟件生成出行等時(shí)線， 結(jié)合地形結(jié)構(gòu)和土地利用進(jìn)行分析， 分析和評價(jià)2個(gè)研究時(shí)段內(nèi)北京南站到達(dá)市域各站點(diǎn)的可達(dá)性. 以北京南站可達(dá)站點(diǎn)數(shù)量作為統(tǒng)計(jì)指標(biāo)， 統(tǒng)計(jì)多模式公交路網(wǎng)的整體出行時(shí)間和換乘次數(shù)分布. 最后根據(jù)評價(jià)結(jié)果提出改善建議. 評價(jià)結(jié)果對提升公共交通樞紐系統(tǒng)運(yùn)行效率具有運(yùn)營優(yōu)化指導(dǎo)意義. 同時(shí)， 本文對于可達(dá)性結(jié)果， 分析了公交路網(wǎng)的布設(shè)密度與城市位置的關(guān)系， 對于城市公共交通網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化也具有指導(dǎo)意義.

1 公共交通數(shù)據(jù)獲取

本節(jié)通過調(diào)查獲取相關(guān)數(shù)據(jù)以對北京南站公共交通可達(dá)性進(jìn)行計(jì)算和分析， 數(shù)據(jù)分為四部分：高鐵列車到達(dá)時(shí)刻分布；北京南站公交系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；北京南站公交系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)；站內(nèi)換乘公交系統(tǒng)步行數(shù)據(jù).

1.1 高鐵列車到達(dá)時(shí)刻分布

高鐵樞紐站的公交出行客流大部分源自高鐵列車到站旅客， 客流需求高峰時(shí)段與高鐵列車到達(dá)時(shí)間的分布密切相關(guān).
圖1為某日北京南站高鐵列車到達(dá)數(shù)量分布圖， 北京南站高鐵列車到達(dá)時(shí)刻均在6:00—24:00， 列車到達(dá)數(shù)量較多且分布不均勻，14:00—17:00到達(dá)客流迎來小高峰；20:00—23:00到達(dá)客流達(dá)到最大高峰. 研究表明， 高峰時(shí)段公共交通服務(wù)比平峰時(shí)段的公共交通服務(wù)更有價(jià)值[16-17]， 為更充分地了解北京南站的公共交通出行可達(dá)性， 本文重點(diǎn)考慮樞紐站到達(dá)客流高峰時(shí)段的公交可達(dá)性， 以判斷是否滿足多數(shù)乘客的出行需求. 本文研究的是由北京南站出發(fā)到達(dá)市區(qū)內(nèi)站點(diǎn)的可達(dá)性， 出發(fā)客流與高鐵列車運(yùn)送到站乘客數(shù)量有關(guān)， 以每列列車設(shè)600個(gè)座位， 按80%上座率進(jìn)行計(jì)算， 一列高鐵列車到達(dá)480名旅客. 選取高鐵列車到站列車數(shù)作為客流高峰判斷依據(jù). 同時(shí)北京南站出發(fā)的常規(guī)地面公交以及軌道交通多數(shù)于23:00前停止運(yùn)營， 為避免線路停運(yùn)對晚間時(shí)段可達(dá)性影響， 將日間客流小高峰時(shí)段14:00—17:00和晚間客流大高峰時(shí)段20:00—23:00作為研究時(shí)段.

1.2 北京南站公交系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1.2.1 地面公交基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

起點(diǎn)站為北京南站的公共交通線路運(yùn)營服務(wù)直接影響整個(gè)地面公交出行的可達(dá)性， 因此對北京南站地面公交基礎(chǔ)數(shù)據(jù)， 包括公交線路、首末站以及首末班車運(yùn)營時(shí)間進(jìn)行調(diào)查. 如圖2所示， 北京南站地面公交站點(diǎn)主要為南廣場公交樞紐、北廣場公交樞紐和北京南站公交站， 研究時(shí)段內(nèi)共15條地面公交線路處于運(yùn)營狀態(tài)， 其中， 13條常規(guī)公交線路， 2條機(jī)場大巴線路. 地面公交的運(yùn)營服務(wù)時(shí)段如表1所示， 常規(guī)地面公交服務(wù)最早從4：50開始運(yùn)營， 最晚于23：00之前停止運(yùn)營.

1.2.2 地鐵基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

對北京南站站內(nèi)地鐵出行調(diào)查主要包括：直達(dá)線路的設(shè)施運(yùn)營情況以及首末班車時(shí)間. 北京市地鐵線路共17條， 在北京南站設(shè)有地鐵4號線和地鐵14號線東段2條線路， 北京南站4號線、14號線東段首班車時(shí)間分別為05:15和05:30；末班車時(shí)間分別為23:28和22:40；4號線、14號線早晚高峰發(fā)車間隔為2 min， 其余時(shí)間為3 min.

1.3 北京南站公交系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)

1.3.1 到達(dá)站點(diǎn)運(yùn)行時(shí)間

利用百度地圖API接口獲得乘客以北京南站為起點(diǎn)， 直達(dá)和換乘條件下地鐵線路、公交線路各站點(diǎn)為終點(diǎn)， 考慮出發(fā)時(shí)間，選定在14:00—17:00、20:00—23:00時(shí)間段某一時(shí)刻出發(fā)， 得到各個(gè)地鐵站點(diǎn)和公交站點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間. 其中， 百度地圖Web服務(wù)API提供了http/https接口， 通過此接口發(fā)起檢索請求， 獲取返回json格式的公交路線規(guī)劃數(shù)據(jù). 出于乘客對出行路線選擇因素的多樣性， 如部分乘客偏好少換乘， 部分乘客偏向最短出行時(shí)間， 針對不同的市內(nèi)換乘策略采用最佳出行路線作為出行路徑， 返回的字段中整合所需的出行數(shù)據(jù)， 得到起點(diǎn)站、終點(diǎn)站、路線的出行段(出行段包括站間換乘)、各出行段的交通方式類型及出行時(shí)間等字段信息.

表1 北京南站地面公交運(yùn)營服務(wù)時(shí)段

對于地面公交出行， 由于受到路面交通擁堵狀況的影響， 乘客在不同時(shí)段乘坐地面公交出發(fā)時(shí)所需在車時(shí)間不同. 在14:00—17:00和20:00—23:00時(shí)間段內(nèi)出發(fā)到達(dá)同一站點(diǎn)運(yùn)行時(shí)間不同，14:00—17:00的運(yùn)行時(shí)間大于20:00—23:00的運(yùn)行時(shí)間， 途徑站點(diǎn)越多在車時(shí)間的差距越明顯. 地鐵不受地面交通擁堵影響， 運(yùn)行時(shí)間較為穩(wěn)定， 在車時(shí)間不受出發(fā)時(shí)段的影響.

1.3.2 地鐵內(nèi)部換乘及接駁地面公交可行性

在進(jìn)行地鐵線路間換乘時(shí)， 乘客有可能會(huì)遇到長期等待換乘首班車或錯(cuò)過末班車而無線路可換乘的情況. 此時(shí)需考慮地鐵換乘站周圍的可接駁公交， 讓乘客提前做好出行計(jì)劃， 確定是否繼續(xù)選擇公共交通出行或更換其他交通方式來完成此次出行. 考慮北京南站出發(fā)的地鐵線路及換乘下的地鐵線路進(jìn)行研究， 如圖3所示.

對于地鐵4號線， 共有角門西、菜市口、宣武門、西單、平安里、西直門、國家圖書館、海淀黃莊、西苑9個(gè)換乘站， 分別可換乘地鐵10號線、7號線、2號線、1號線、6號線、13號線、9號線、16號線. 對于地鐵14號線東段， 共有大望路、蒲黃榆、金臺路、九龍山、十里河、望京6個(gè)換乘站， 分別可換乘地鐵1號線、5號線、6號線、7號線、10號線和15號線.

對于地鐵4號線， 首班車時(shí)刻下存在乘客需在換乘站等待較長時(shí)間才能換乘地鐵的情況. 乘客乘坐4號線在05:20到達(dá)菜市口站， 需等待23 min才能坐到7號線(焦化廠—北京西站)05:43的首班車；乘客乘坐4號線在05:19到達(dá)國家圖書館站， 需等待40 min才能坐到9號線(國家圖書館—郭公莊)05:59的首班車；乘客乘坐4號線在05:13到達(dá)海淀黃莊站后， 需等待65 min才能坐到10號線外環(huán)06:18的首班車；乘客乘坐4號線在05:04到達(dá)西苑站， 需等待56 min才能坐到16號線06:00的首班車. 末班車時(shí)刻下， 如表2所示， 在與9條線路的換乘中， 均出現(xiàn)換乘不可實(shí)現(xiàn)的情況. 錯(cuò)過2號線(全程)、6號線(海淀五路居方向)、10號線(外環(huán))末班車， 與7號線、13號線和16號的換乘不可實(shí)現(xiàn). 2號線、9號線和16號線的公交接駁僅有一條線路， 而10號線的換乘站角門西站則沒有可接駁公交.

表2 末班車下4號線換乘及接駁公交

對于地鐵14號線東段， 首班車時(shí)刻下也存在較長時(shí)間等待換乘地鐵情況， 如14號線在05:24到達(dá)金臺路站， 需等待33 min才能坐到6號線05:57的首班車. 末班車時(shí)刻下， 如表3所示， 地鐵14號線在與6條地鐵線路的末車換乘中， 與1號線和10號線的換乘時(shí)間充裕；與5號線和6號線換乘時(shí)間緊張， 乘客極有可能會(huì)錯(cuò)過末班車；與7號線和15號線的換乘不可實(shí)現(xiàn)， 會(huì)錯(cuò)過末班車. 在公交接駁方面， 14號線和15號線在望京換乘站無地面公交可供接駁.

表3 末班車下14號線換乘及接駁公交

1.4 站內(nèi)換乘公交系統(tǒng)步行數(shù)據(jù)

北京南站的列車到達(dá)后的出站口為“到達(dá)口”， 北京南站地下一層?xùn)|西兩側(cè)共有8個(gè)到達(dá)口， 奇數(shù)到達(dá)口1、3、5和7在南站地下一層?xùn)|側(cè)， 由北向南依次分列；偶數(shù)到達(dá)口2、4、6和8在南站地下一層西側(cè)， 由北向南依次分列. 乘客出到達(dá)口之后將分散， 根據(jù)自己的目的地選擇換乘地鐵、公交等出行方式(見圖2).

通過調(diào)查多組不同到達(dá)口到不同地鐵/公交線路候車點(diǎn)的步行換乘時(shí)間， 并將線路按所在站點(diǎn)分類. 考慮到達(dá)高鐵樞紐站的乘客對于換乘路徑不熟悉， 樞紐站引導(dǎo)標(biāo)識眾多容易造成乘客停滯和繞路等現(xiàn)象， 對調(diào)查換乘時(shí)間與乘客人數(shù)進(jìn)行分析， 并將多數(shù)乘客的換乘時(shí)間區(qū)間作為模型計(jì)算的步行換乘時(shí)間. 北廣場公交樞紐和南廣場公交樞紐的換乘時(shí)間分析如圖4所示.

對于北廣場公交樞紐， 取5～8 min內(nèi)平均值384 s作為換乘步行時(shí)間. 對于南廣場公交樞紐， 取6～9 min內(nèi)的平均值445 s作為換乘步行時(shí)間. 地鐵站臺的換乘時(shí)間則絕大多集中于4～7 min， 取該區(qū)間內(nèi)平均值358 s作為換乘步行時(shí)間. 各公交候車站點(diǎn)的換乘時(shí)間如表4所示.

2 多模式公共交通可達(dá)性計(jì)算模型

多模式公共交通系統(tǒng)是由地面公交、地鐵和地鐵換乘公交所組成的公共交通系統(tǒng). 公共交通可達(dá)性即乘客通過公交系統(tǒng)完成一次出行的便利程度， 出行過程花費(fèi)的時(shí)間越長， 可達(dá)性越低；出行時(shí)間越短， 則可達(dá)性越高. 模型建立將以出行時(shí)間為指標(biāo)， 并選擇最短出行時(shí)間進(jìn)行可達(dá)性分析. 按照交通出行方式分為單一公交出行模式、單一軌道交通出行模式以及混合交通出行模式. 不同的出行模式都有不同的出行階段以及不同換乘關(guān)系. 按照換乘條件將多模式公共交通的出行模式劃分為公交之間的換乘、地鐵之間的換乘以及地鐵換乘公交3種， 如表5所示.

表4 北京南站站內(nèi)步行換乘至各公交候車點(diǎn)時(shí)間

表5 按換乘條件劃分的公共交通出行模式

本模型考慮出行時(shí)間和換乘條件將多模式公交可達(dá)性計(jì)算分為兩部分：直達(dá)條件下可達(dá)性計(jì)算和換乘條件下可達(dá)性計(jì)算.

以北京南站為例， 乘客從出發(fā)點(diǎn)選擇公共交通出行到達(dá)其目的地需要經(jīng)過3個(gè)階段：1) 從高鐵站到達(dá)口至公交候車點(diǎn)的換乘步行時(shí)間； 2) 公交站臺候車時(shí)間； 3) 乘客乘坐公交到達(dá)目的站點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間. 北京南站公共交通出行可達(dá)性可表示為

Aj=θh+θw+θj

(1)

式中：Aj為北京南站公共交通出行到點(diǎn)j的可達(dá)性；θh為從高鐵站到達(dá)口至公交候車點(diǎn)的換乘步行時(shí)間；θw為公交站臺候車時(shí)間；θj為乘客乘坐公交到達(dá)目的站點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間.

換乘步行時(shí)間θh取值見表4， 以高峰時(shí)段14:00—17:00和21:00—23:00作為研究對象， 本文設(shè)定候車時(shí)間取值5 min. 運(yùn)行時(shí)間θj則按照無換乘、1次換乘和2次換乘的條件分別進(jìn)行計(jì)算.

2.1 無換乘條件下可達(dá)性模型

無換乘可達(dá)性即乘客在出行過程中沒有發(fā)生換乘， 出行階段只有1個(gè)， 起訖點(diǎn)均為公交站或均為地鐵站， 則θj為

(2)

式中：n為該出行階段途徑站點(diǎn)個(gè)數(shù)；k為該出行階段經(jīng)過的第k個(gè)站點(diǎn)；tk為線路的第k個(gè)站間的運(yùn)行時(shí)間.

2.2 有換乘條件下可達(dá)性模型

有換乘條件下可達(dá)性即乘客在出行過程中需進(jìn)行線路換乘才能到達(dá)目的地的可達(dá)性. 根據(jù)北京市實(shí)際路網(wǎng)情況以及考慮到乘客所能接受的最大換乘次數(shù)， 僅考慮最大換乘次數(shù)為2以下的可達(dá)性計(jì)算.

2.2.1 一次換乘下可達(dá)性模型

(3)

式中：tx為出行階段1第x個(gè)站點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間；ty為出行階段2第y個(gè)站點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間；n為出行階段1的途徑站點(diǎn)個(gè)數(shù)；m為出行階段2的途徑站點(diǎn)個(gè)數(shù)；th為換乘時(shí)間；tw為候車時(shí)間.

2.2.2 兩次換乘下可達(dá)性模型

(4)

模型以時(shí)間成本為指標(biāo)， 以完成一次指定起訖點(diǎn)的出行時(shí)間作為乘客的出行時(shí)間， 并選擇最短出行時(shí)間作為時(shí)間成本進(jìn)行可達(dá)性分析. 本模型考慮出行時(shí)間和換乘條件將公交可達(dá)性計(jì)算分為兩部分：直達(dá)條件下可達(dá)性計(jì)算和換乘條件下可達(dá)性計(jì)算， 本模型換乘條件設(shè)為2次及以內(nèi). 最后，通過模型的計(jì)算得到北京南站公共交通站點(diǎn)間的出行時(shí)間.

3 多模式公共交通可達(dá)性評價(jià)

對于不同出行模式下由北京南站出發(fā)通過公共交通到達(dá)各站點(diǎn)的出行數(shù)據(jù)， 根據(jù)直達(dá)和換乘條件對站點(diǎn)出行數(shù)據(jù)進(jìn)行分類， 并根據(jù)可達(dá)性模型， 利用MS Excel軟件對出行時(shí)間、換乘次數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算， 經(jīng)計(jì)算后的多模式公共交通的出行數(shù)據(jù)示例如表6所示.

表6 北京南站出發(fā)的公共交通出行數(shù)據(jù)示例

由于百度API數(shù)據(jù)中出行時(shí)間處理過程的“黑盒性”， 需要對其數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度進(jìn)行驗(yàn)證， 以保證后續(xù)分析的正確性. 通過Oracle提取和分析了一周內(nèi)的公共交通IC卡和AFC構(gòu)成的出行鏈數(shù)據(jù)， 將起點(diǎn)設(shè)為北京南站的公共交通站點(diǎn)， 在研究時(shí)段內(nèi)提取其至各站點(diǎn)的出行時(shí)間， 在出行時(shí)間異常的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)篩選后， 并按照站點(diǎn)進(jìn)行聚類， 計(jì)算其平均出行時(shí)間. 將相匹配的刷卡數(shù)據(jù)與API數(shù)據(jù)出行時(shí)間進(jìn)行相關(guān)性分析， 結(jié)果如圖5、6所示. 可以看出， 二者的R2均在0.89水平上， 擬合程度較高， 具有較高的可信度.

對于驗(yàn)算后的不同站點(diǎn)計(jì)算的出行時(shí)間， 利用ArcGIS軟件的空間分析模塊處理并可視化一天不同出發(fā)時(shí)段下出行時(shí)間在30、60、90、120 min內(nèi)的公共交通可達(dá)范圍， 結(jié)合土地利用、路網(wǎng)形狀對公共交通可達(dá)性進(jìn)行分析， 并使用出行時(shí)間、換乘特性2個(gè)指標(biāo)對北京南站公共交通可達(dá)性進(jìn)行效率評價(jià).

根據(jù)北京南站列車到達(dá)時(shí)刻分布， 選取研究時(shí)段為高鐵客流到達(dá)的2個(gè)高峰時(shí)段， 即14:00—17:00和20:00—23:00. 研究區(qū)域?yàn)楸本┦辛h(huán)內(nèi)所有公交和地鐵站點(diǎn)覆蓋的區(qū)域， 如圖7所示.

3.1 14:00—17:00時(shí)段公交出行可達(dá)范圍

處于14:00—17:00出發(fā)時(shí)段內(nèi)由北京南站出發(fā)的公共交通可達(dá)性范圍如圖8所示. 公共交通可達(dá)性以北京南站為中心向外逐漸衰減， 不同出行時(shí)間的可達(dá)范圍在發(fā)散式城市主干道和地鐵線路的影響下， 呈現(xiàn)波動(dòng)式突起和凹陷.

30 min可達(dá)范圍包括了北京二環(huán)路以內(nèi)大部分地區(qū). 4號線和14號線東段在南部、北部、東部形成突起， 西部地區(qū)受地鐵14號中段未開通的原因沒有形成突起趨勢. 東北側(cè)存在小幅度凹陷是由于天壇公園、龍?zhí)逗珗@、陶然亭公園等城市公共空間布局對可達(dá)性帶來的影響.

60 min可達(dá)范圍包括了北京市四環(huán)路段內(nèi)大部分區(qū)域， 主要原因是該區(qū)域內(nèi)地鐵站點(diǎn)密集， 乘客通過地鐵之間的換乘可減少大量的出行時(shí)間. 南部有較大的突起， 是受地鐵4號線的延伸， 一些站點(diǎn)可通過地鐵和公交直達(dá)， 或者是地鐵換乘公交到達(dá)， 減少了乘客的出行時(shí)間. 北部突起部分為地鐵4號線和地鐵16號線2條地鐵交匯區(qū)域， 同時(shí)， 突起地區(qū)的公交站點(diǎn)密度較大， 相對南部地區(qū)形成突出部分.

90 min可達(dá)范圍包括了五環(huán)的絕大部分地區(qū)， 基本涵蓋了大部分地鐵站點(diǎn)， 南部地區(qū)突起的部分為地鐵4號線和房山線的延伸；西部地區(qū)的突起為地鐵1號線的延伸；北部的突起部分為昌平線和16號線的延伸， 同時(shí)該地區(qū)的公交站點(diǎn)密度很大. 90 min可達(dá)范圍有沿著地鐵一號線和八通線向東西2個(gè)方向延伸的趨勢， 東側(cè)八通線的土橋方向表現(xiàn)得更為明顯. 東北部由于受到香山和頤和園等的影響， 可達(dá)范圍向內(nèi)凹陷， 公交可達(dá)性較差.

120 min可達(dá)范圍南部相對北部地區(qū)到達(dá)更遠(yuǎn)的地區(qū)， 大部分地區(qū)接近于六環(huán)或超出六環(huán)外. 東部突起是受1號線的延伸；西南部突起則是因?yàn)榉可骄€、4號線和亦莊線的延伸；而西北部部分位于上莊地區(qū)， 受到上莊水庫、濕地公園等用地類型的影響， 以及交通站點(diǎn)較少， 到達(dá)需要多次換乘， 可達(dá)范圍向內(nèi)凹陷， 可達(dá)性較差.

對于北京南站到達(dá)其他客運(yùn)樞紐站的可達(dá)性，由于地鐵4號線的作用， 乘客可直接通過地鐵4號線換乘7號線到達(dá)北京西站， 換乘2號線到達(dá)北京站， 地鐵14號線換乘公交到達(dá)北京東站， 因此北京站、北京東站、北京西站均在北京南站出行60 min可達(dá)范圍內(nèi). 地鐵機(jī)場線的設(shè)置也使得乘客通過地鐵的換乘即可在90 min內(nèi)到達(dá)首都國際機(jī)場.

整體來看， 以北京南站為中心， 東北部分可達(dá)時(shí)間相對較長；東部由于八通線和6號線的延伸可達(dá)性較好；西部設(shè)有水庫、森林公園、香山公園、植物園等公共用地， 地鐵線路和公交線路需要繞行布設(shè)， 可達(dá)性相較于東部較差. 北部的昌平線和15號線均穿過六環(huán)外， 相較于東西兩側(cè)具有更高的可達(dá)性. 南部地區(qū)受9號線、房山線、大興線和亦莊線線路延伸的影響， 90 min內(nèi)便能到達(dá)大部分地區(qū). 五環(huán)以外， 東部地區(qū)依賴于密集的地鐵站點(diǎn)和公交接駁線路相對于西部地區(qū)具有較高的可達(dá)性. 14:00—17:00時(shí)段從北京南站出發(fā)乘坐公共交通在2 h內(nèi)可到達(dá)北京市六環(huán)以內(nèi)大部分地區(qū).

3.2 20:00—23:00時(shí)段公交出行可達(dá)范圍

20:00—23:00出發(fā)時(shí)段下由北京南站出發(fā)的公共交通出行可達(dá)范圍如圖9所示. 可以看出， 相較于14:00—17:00時(shí)段可達(dá)性， 20:00—23:00時(shí)段的各出行時(shí)間段內(nèi)表現(xiàn)出更高的可達(dá)性.

30 min可達(dá)范圍覆蓋了二環(huán)的大部分區(qū)域， 包含了地鐵2號線大部分范圍， 由于地鐵4號線可方便的換乘到7號線、2號線、1號線等較近線路， 乘客使用地鐵可節(jié)省大量的出行時(shí)間. 受4號線向南部延伸的影響， 可達(dá)范圍在南部有較大的突出， 范圍接近于五環(huán)區(qū)域.

60 min可達(dá)范圍覆蓋了五環(huán)大部分區(qū)域， 地鐵1號線的作用更加明顯， 其東部有沿地鐵1號線和八通線方向延伸的趨勢， 西部也由于地鐵1號線蘋果園方向線路有小幅度的突起. 北部突起部分是由于該地區(qū)為回龍觀、清華東路西口、西二旗， 居住人口較大， 公交站點(diǎn)分布密集， 出行方便. 南部地區(qū)由于4號線和亦莊線的延伸， 在新宮地區(qū)形成突起， 中間凹陷地區(qū)雖設(shè)有341路、526路和926路3條公交線路， 但走向相同， 乘客只能利用公交完成出行， 因此需要花費(fèi)更多的時(shí)間， 相較于兩側(cè)， 可達(dá)性較差. 東南部的突起是地鐵7號線的延伸所致.

90 min可達(dá)范圍南部地區(qū)大部分接近6環(huán)線， 主要是因?yàn)槟喜坑?號線、亦莊線和房山線3條向南延伸的地鐵線路， 覆蓋面積大， 表現(xiàn)出良好的可達(dá)性. 東部由于6號線、八通線的延伸使可達(dá)范圍線直接穿過6環(huán)線， 同時(shí)該地區(qū)經(jīng)過312路、316路、317路、322路、626路和591路等多條公交線路， 交通方便， 相較于西部具有更高的可達(dá)性， 東北部受到機(jī)場、高爾夫球場、薰衣草莊園、公園等地物以及河流影響， 可達(dá)范圍向內(nèi)凹陷， 可達(dá)性較差. 西北地區(qū)普遍受到上莊水庫、香山、公園、河流等的影響， 可達(dá)范圍邊界較為平滑.

120 min可達(dá)范圍大部分接近或超過6環(huán)線. 包圍了6環(huán)內(nèi)大部分地區(qū). 該出發(fā)時(shí)段下在2 h內(nèi)可到達(dá)北京大部分地區(qū).

在北京南站與其他樞紐站的可達(dá)性上， 北京西站和北京站在北京南站出行30 min范圍內(nèi);北京東站則在60 min出行范圍內(nèi)， 首都國際機(jī)場是在90 min出行范圍內(nèi)， 與14:00—17:00范圍基本一致.

整體來看， 南部地區(qū)由于地鐵4號線和9號線延伸使得該覆蓋區(qū)域可達(dá)性較高. 由于7號線、八通線、6號線的延伸使得東部地區(qū)可達(dá)性高于西部. 120 min可達(dá)范圍可覆蓋到整個(gè)六環(huán)，相較于14:00—17:00時(shí)段可達(dá)性更高. 因?yàn)?0:00—23:00時(shí)段地面車流量較少， 地面公交的可達(dá)性變高.

3.3 不同時(shí)段下多模式公交出行可達(dá)性對比

對比14:00—17:00和20:00—23:00兩個(gè)出發(fā)時(shí)段的多模式公共交通可達(dá)范圍， 兩時(shí)段下公共交通出行均表現(xiàn)出了良好的可達(dá)性. 14:00—17:00時(shí)段可達(dá)范圍與地鐵網(wǎng)絡(luò)的延伸具有很強(qiáng)的一致性， 而20:00—23:00時(shí)段可達(dá)范圍結(jié)構(gòu)中地鐵主導(dǎo)作用沒有很明顯. 結(jié)合不同出發(fā)時(shí)段下的道路交通情況進(jìn)行分析， 14:00—17:00時(shí)段通過地鐵出行不受地面交通狀況的限制， 乘客地鐵列車到達(dá)時(shí)間較短， 地鐵對出行可達(dá)性起到主導(dǎo)作用， 而地面公交僅作為地鐵的補(bǔ)充. 在20:00—23:00時(shí)段內(nèi)， 由于晚間地面交通車流較少， 減少了地面公交的擁堵時(shí)間， 增加了地面公交的可達(dá)性， 此時(shí)地面公交能有效發(fā)揮覆蓋范圍廣的優(yōu)勢， 可達(dá)性相對于14:00—17:00時(shí)段在相同出行時(shí)間范圍內(nèi)能覆蓋更大的區(qū)域.

3.4 可達(dá)性指標(biāo)評價(jià)

3.4.1 出行時(shí)間指標(biāo)

在可達(dá)性建模中選取出行時(shí)間作為可達(dá)性的計(jì)算結(jié)果， 出行時(shí)間依賴于出行過程中各個(gè)出行階段所耗時(shí)間的之和， 包括北京南站到公共交通站點(diǎn)的站內(nèi)步行時(shí)間、候車時(shí)間、在車時(shí)間以及換乘時(shí)間. 對由百度API數(shù)據(jù)獲取后經(jīng)處理的北京南站出發(fā)的公共交通出行數(shù)據(jù)， 按照北京南站到達(dá)各站點(diǎn)的出行時(shí)間以及換乘次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)， 得到北京南站公共交通出行時(shí)間累計(jì)曲線，如圖10所示， 換乘次數(shù)的比例分布如圖11所示. 出行時(shí)間分布中， 在40～60 min的出行時(shí)間人數(shù)比例最高， 占36%；出行時(shí)間大部分在20～80 min， 其出行比例占到了83%；出行的平均時(shí)間為56 min. 由此可以發(fā)現(xiàn)，在1 h內(nèi)北京南站出行能到達(dá)大部分地區(qū)， 顯示出北京南站良好的公共交通出行可達(dá)性.

3.4.2 換乘線路指標(biāo)

由于北京市擁有高密度的公交和地鐵網(wǎng)絡(luò)， 乘客在選擇公共交通出行時(shí)基于最短出行時(shí)間的考慮， 不可避免地需要進(jìn)行換乘. 因此在出行可達(dá)性指標(biāo)中還需要考慮到出行的換乘特性， 包括換乘次數(shù)和換乘系數(shù). 換乘包括地鐵之間的換乘、公交之間的換乘以及地鐵接駁地面公交. 公共交通出行過程中平均換乘為1.15次， 其中換乘次數(shù)最多的為1次， 比例為47%；0～1次換乘的出行比例為76%.

乘客平均換乘系數(shù)是衡量乘客出行直達(dá)性的指標(biāo)之一， 反映乘客換乘的方便程度， 換乘系數(shù)越高表明乘客出行的直達(dá)程度越高， 平均換乘系數(shù)可表示為

(5)

計(jì)算的結(jié)果表明， 北京南站公共交通的平均換乘系數(shù)為1.25. 根據(jù)《城市道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》對平均換乘系數(shù)的要求， 大城市平均換乘系數(shù)不應(yīng)大于1.50， 北京南站公共交通出行的平均換乘系數(shù)低于標(biāo)準(zhǔn)值， 公共交通出行的直達(dá)性較好.

通過不同高峰客流時(shí)段由北京南站出發(fā)的公共交通可達(dá)性分析， 可以發(fā)現(xiàn)：北京南站以北地區(qū)由于地鐵4號線的8個(gè)換乘站， 與7號線、2號線、1號線、6號線以及10號線均換乘方便， 使得北部相對南部表現(xiàn)出更高的可達(dá)性.

4 結(jié)論

1) 公共交通可達(dá)性范圍受到地鐵線路網(wǎng)絡(luò)的影響， 地鐵線路走向?qū)τ诒本┠险径嗄Ｊ焦步煌蛇_(dá)性的提高具有重要作用. 例如地鐵4號線在南北部的延伸對地鐵沿線及周邊均帶來了很高的可達(dá)性， 地鐵1號線在東部的延伸使東部具有較高的可達(dá)性.

2) 北京南站公共交通可達(dá)性受到地形、公園設(shè)施等土地利用的影響， 例如北京市西北部分布著森嶺公園、山脈以及河流等， 地鐵及公交線路的設(shè)置需要繞行設(shè)置， 導(dǎo)致在不同出行時(shí)段內(nèi)的最大可達(dá)范圍明顯與邊界外的土地利用相關(guān)， 呈凹陷或平滑延伸的趨勢.

3) 不同出發(fā)時(shí)段的可達(dá)性受地面交通狀況的影響. 在14:00—17:00時(shí)間段內(nèi)， 由于地面交通流量較高， 地鐵線路可達(dá)性為整體可達(dá)性的主導(dǎo)因素， 可達(dá)范圍與地鐵網(wǎng)絡(luò)的延伸具有很強(qiáng)的一致性. 而20:00—23:00時(shí)間段內(nèi)， 地面交通流量較小， 減少了地面公交的擁堵時(shí)間， 增加了地面公交的可達(dá)性， 此時(shí)地面公交能有效發(fā)揮覆蓋范圍廣的優(yōu)勢， 可達(dá)性相對于14:00—17:00時(shí)段在相同出行時(shí)間范圍內(nèi)能覆蓋更大的區(qū)域.

4) 北京南站與其他客運(yùn)樞紐的公共交通可達(dá)性良好. 北京站、北京西站、北京東站在客流高峰期內(nèi)通過公共交通的出行時(shí)間均在60 min內(nèi)， 首都國際機(jī)場在90 min出行可達(dá)范圍內(nèi).

5) 由北京南站出發(fā)的地鐵加地面公交的網(wǎng)絡(luò)和站點(diǎn)分布對不同地域的可達(dá)性影響較大. 在經(jīng)濟(jì)商貿(mào)區(qū)和居民居住區(qū)等區(qū)域具有密集的地鐵站點(diǎn)和公交站點(diǎn)， 線網(wǎng)重復(fù)率高；而偏遠(yuǎn)位置站點(diǎn)到達(dá)需要線路繞行或換乘才能到達(dá)， 增加了出行時(shí)間. 可對可達(dá)性薄弱區(qū)域增加局部微循環(huán)公交線路， 從而減少出行阻抗， 擴(kuò)大公交服務(wù)范圍.

6) 通過出行時(shí)間和換乘特征指標(biāo)對北京南站公共交通出行可達(dá)性的進(jìn)行定量的分析， 出行時(shí)間分布中， 有36%的比例在40～60 min；出行時(shí)間大部分在20～80 min， 其出行比例占到了83%；出行平均時(shí)間為56 min. 平均換乘為1.15次， 其中換乘次數(shù)為1次的所占人數(shù)最多， 出行比例為47%；0～1次換乘的出行比例為76%.

7) 針對客運(yùn)樞紐站點(diǎn)， 建立多模式公共交通可達(dá)性模型，對提升公共交通樞紐系統(tǒng)運(yùn)行效率具有運(yùn)營優(yōu)化指導(dǎo)意義. 本文對于可達(dá)性結(jié)果， 分析了公交路網(wǎng)的布設(shè)密度與城市位置的關(guān)系， 對于城市公共交通網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化也具有指導(dǎo)意義.

8) 出于對比日間和晚間的高峰時(shí)段可達(dá)性的原因， 以連續(xù)3 h作為一個(gè)研究時(shí)段劃分. 在后續(xù)的研究中， 將進(jìn)一步細(xì)分研究時(shí)段對可達(dá)性進(jìn)行評價(jià)， 以研究樞紐站點(diǎn)的實(shí)時(shí)可達(dá)性. 在數(shù)據(jù)源上， 可對樞紐站點(diǎn)開設(shè)的定制公交及夜班公交進(jìn)行進(jìn)一步可達(dá)性分析與評價(jià).