田 杰，朱曉立，張 笑

(1.湖南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410132; 2.中南大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410000;3.湖南省交通科學(xué)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410015)

0 前言

隨著城市規(guī)模大型化、人員流動(dòng)高度化，城市土地資源極度短缺，城市交通擁堵問(wèn)題日益嚴(yán)重，大力發(fā)展城市軌道交通并有效利用成為了大型城市解決交通問(wèn)題的重要手段。但是，由于經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展帶動(dòng)人口流動(dòng)，使得一些交通樞紐的客流量激增，加上一些傳統(tǒng)的交通樞紐只考慮其作為站點(diǎn)的功能，并未充分考慮與其它交通方式換乘的功能，加上配套設(shè)施規(guī)劃跟不上交通需求的發(fā)展，交通樞紐周邊尤其是部分公交車(chē)和出租車(chē)輛只能占道停放，乘客搭乘既不方便，又加重道路堵塞。另外，原有客運(yùn)站大多數(shù)為自然形成的客運(yùn)樞紐，沒(méi)有經(jīng)過(guò)交通規(guī)劃系統(tǒng)論證，更談不上對(duì)外“截流”，緩解主城交通擁堵。所以，如何設(shè)置綜合交通樞紐各種交通方式合理的換乘規(guī)模，滿(mǎn)足交通樞紐的客流需求并迅速疏散客流，成為當(dāng)前交通樞紐綜合規(guī)劃與管理亟待解決的問(wèn)題。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述

1.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外交通樞紐建設(shè)起步較早，在城市綜合客運(yùn)樞紐相關(guān)的規(guī)劃建設(shè)、運(yùn)營(yíng)管理等方面的理論研究和實(shí)踐探索成果較多。Hsu Spring C.從換乘服務(wù)的角度出發(fā)提出一個(gè)模型來(lái)表示綜合交通樞紐中乘客換乘等待時(shí)間，通過(guò)仿真表明相對(duì)于交通樞紐站的換乘服務(wù)來(lái)說(shuō)，交通方式本身的服務(wù)水平對(duì)乘客換乘的等待時(shí)間影響更大［1］。DaamenWinnie 等人在城市綜合客運(yùn)樞紐的功能分區(qū)設(shè)計(jì)中，認(rèn)為乘客步行線路選擇行為對(duì)提高樞紐換乘效率具有非常重要的作用，并建立了綜合客運(yùn)樞紐內(nèi)乘客路徑選擇行為的效用模型［2］。

1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

霍亮分析了鐵路旅客廣義相對(duì)出行費(fèi)用的計(jì)算方法，將時(shí)間和舒適度折算成貨幣費(fèi)用。在此基礎(chǔ)上建立了鐵路旅客乘車(chē)選擇的多項(xiàng)Logit 模型，并給出了求解方法與算例［3］;何丹建立了基于RP/SP 鐵路客運(yùn)樞紐旅客交通方式Logit 選擇模型，并用漢口火車(chē)站的RP/SP 調(diào)查數(shù)據(jù)驗(yàn)證了模型［4］;袁長(zhǎng)偉同樣以RP/SP 數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，引入隨機(jī)效用理論，考慮時(shí)間、費(fèi)用、出行目的和收入4 種因素對(duì)交通方式選擇的影響，構(gòu)建了綜合客運(yùn)樞紐內(nèi)多方式兩兩交叉換乘分擔(dān)率模型，并應(yīng)用于深圳福田客運(yùn)樞紐［5］。

綜上研究，對(duì)綜合交通樞紐換乘的研究主要都是從宏觀、微觀兩個(gè)方面對(duì)換乘影響因素進(jìn)行分析，得出建立模型的主要參數(shù)，對(duì)換乘交通方式分擔(dān)率計(jì)算或客流量交通方式分配都以Logit 模型為主，并輔以必要的調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。這些對(duì)本論文要解決的問(wèn)題有著重要的參考價(jià)值。

2 綜合交通樞紐客流換乘分析

對(duì)于綜合交通樞紐客流的換乘，除了與所在城市規(guī)模大小、綜合交通樞紐本身地理位置等客觀環(huán)境有關(guān)外，主要因素有:綜合交通樞紐內(nèi)換乘空間布局、各種交通工具乘坐的便利性、出行者可以支付的費(fèi)用、出行時(shí)間等。對(duì)于每個(gè)換乘乘客而言，主要考慮的是自己支付出行費(fèi)用的意愿、出行時(shí)間、每種出行方式的便捷性、安全性、舒適性、及時(shí)性等因素。

為了便于量化研究，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)中提出的廣義出行費(fèi)用［6］，從經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度引出廣義相對(duì)出行費(fèi)用作為度量標(biāo)準(zhǔn)。所謂廣義相對(duì)出行費(fèi)用，指針對(duì)于出行者能直觀感受到的費(fèi)用而言，把出行者為完成一次出行所消耗的直接、間接支出費(fèi)用都與某一出行方式的同類(lèi)費(fèi)用進(jìn)行對(duì)比，如因選擇交通方式不同而產(chǎn)生疲勞度、舒適度的差別，得到每種交通出行方式的相對(duì)費(fèi)用和，即出行者選擇某種交通方式到達(dá)目的地過(guò)程中影響選擇決策的所有可能因素?fù)Q算成相對(duì)費(fèi)用，包括直接費(fèi)用，如乘車(chē)費(fèi)，燃油費(fèi)等;間接費(fèi)用，如花費(fèi)時(shí)間、便捷性、舒適性、安全性等。由于受現(xiàn)實(shí)交通約束條件所限，各種交通方式的分擔(dān)量會(huì)隨著出行費(fèi)用的變化而發(fā)生變化，于是在用出行費(fèi)用作為非集計(jì)模型的效能函數(shù)時(shí)，有人提出了利用動(dòng)態(tài)的廣義出行費(fèi)用進(jìn)行求解［6］。本文假定交通樞紐環(huán)境設(shè)施設(shè)置合理，每個(gè)出行者的選擇不會(huì)影響后續(xù)出行者的選擇，從而得到下面的廣義相對(duì)出行費(fèi)用公式(1)。

式中:Vi為第i 種交通方式的廣義相對(duì)費(fèi)用值;Vj為該交通出行方式的第j 種相對(duì)出行費(fèi)用或相對(duì)出行成本(如票價(jià)、時(shí)間、舒適度);θj為出行者對(duì)第j 種出行費(fèi)用的重視程度，取值范圍限定為［0，1］，為0 表示完全不重視或忽視該因素，為1 表示只考慮此因素，該項(xiàng)只與出行費(fèi)用的種類(lèi)有關(guān)，與交通方式無(wú)關(guān)。

式(1)中的Vj根據(jù)具體的考慮因素計(jì)算，在選取參照時(shí)，以效能最優(yōu)為參照原則，即費(fèi)用最小、時(shí)間最短、收入最高等，若定義票價(jià)、運(yùn)行時(shí)間、舒適度分別為第1、2、3 種相對(duì)出行費(fèi)用。

3 換乘客流量分配模型建立

由非集計(jì)模型的理論基礎(chǔ)［7］可知，根據(jù)效用最大化行為假說(shuō)［8］，出行者個(gè)人在選擇時(shí)會(huì)選擇對(duì)自己效用最大的選擇分肢?；谕瑯拥牡览?，對(duì)出行者來(lái)說(shuō)，為完成出行目標(biāo)，某種交通方式的廣義相對(duì)出行費(fèi)用小，它被選中的可能性就大，某種交通方式的廣義相對(duì)出行費(fèi)用大，它被選中的可能性就小。借鑒非集計(jì)模型理論，把廣義相對(duì)出行費(fèi)用作為效能函數(shù)表征量，建立幾何概率模型。

式中:P(A =i)為出行者選擇第i 種交通方式的概率;i 為表示出行者出行時(shí)的第i 種交通方式;j 為表示出行者第i 種交通方式的某項(xiàng)廣義費(fèi)用項(xiàng)數(shù);m為表示出行者考慮的所有廣義費(fèi)用項(xiàng)數(shù);n 為表示出行者可選擇的n 種交通方式;θi為表示出行者對(duì)第i 種交通方式中第j 種廣義費(fèi)用的重視程度;Vi為表示第i 種交通方式的廣義相對(duì)費(fèi)用值。

4 實(shí)例分析

根據(jù)中國(guó)鐵路總公司相關(guān)部門(mén)數(shù)據(jù):長(zhǎng)沙南站2013年總下車(chē)客流數(shù)為10 157 279 人，日平均數(shù)為27 879 人/d，最高日流量為 45 462 人/d(5月 1日)，最低日流量為9 578 人/d(5月 25日)，日流量中位數(shù)為27 292 人/d，眾數(shù)為28 651 人/d，具體分布如圖1所示。

圖1 長(zhǎng)沙南站2013年每日下車(chē)人數(shù)散點(diǎn)圖

長(zhǎng)沙軌道交通2 號(hào)線已于2014年4月29日開(kāi)通。首班時(shí)間為06∶33，末班時(shí)間為22∶32。按里程計(jì)價(jià)，起步價(jià)2 元可乘6 km，超過(guò)6 km 采用“遞遠(yuǎn)遞減”的計(jì)價(jià)原則，6～16 km 范圍內(nèi)每遞增5 km加 1 元，16～30 km 范圍內(nèi)每遞增 7 km 加 1 元，30 km 以上每遞增9 km 加1 元。軌道交通換乘只適合目的地周邊有地鐵站的地方，否則，將采用二次換乘的方式完成出行［9］。

結(jié)合長(zhǎng)沙南站的實(shí)際情況，本文對(duì)文獻(xiàn)［10］、文獻(xiàn)［11］中的舒適度指數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以便更加符合乘客對(duì)各種換乘交通方式舒適度的真實(shí)感受，取目的地距離分別為6、10 和20 km，把上述分析數(shù)據(jù)整理后得到表1數(shù)據(jù)。

表1 相對(duì)出行費(fèi)用計(jì)算因素分析數(shù)據(jù)表

現(xiàn)對(duì)3 種換乘方式進(jìn)行相對(duì)出行費(fèi)用表征處理，分別選取公交車(chē)的票價(jià)為參照計(jì)算票價(jià)相對(duì)出行費(fèi)用，選取地鐵、出租車(chē)的運(yùn)行時(shí)間為參照計(jì)算運(yùn)行時(shí)間相對(duì)出行費(fèi)用，選取出租車(chē)的舒適度為參照計(jì)算舒適度相對(duì)出行費(fèi)用，得到3 種換乘方式的廣義相對(duì)出行費(fèi)用計(jì)算結(jié)果如表2。

表2 相對(duì)出行費(fèi)用計(jì)算表

通過(guò)插值法把表1數(shù)據(jù)代入公式(2)中，匯總計(jì)算得到如表3所示的計(jì)算結(jié)果。

從計(jì)算的結(jié)果可以看出，乘客換乘時(shí)只考慮交通方式票價(jià)時(shí)，6 km 內(nèi)公交車(chē)和地鐵分擔(dān)率都為0.5，換乘距離越長(zhǎng)，公交車(chē)的分擔(dān)率越大，因?yàn)楣卉?chē)的票價(jià)最低;換乘時(shí)只考慮時(shí)間時(shí)，6 km 內(nèi)地鐵和出租車(chē)分擔(dān)率都為0.5，中短距離換乘時(shí)，地鐵和出租車(chē)的時(shí)效性較好，當(dāng)換乘目的地距離較遠(yuǎn)時(shí)，地鐵的分擔(dān)率會(huì)逐漸增大，因?yàn)榈罔F的運(yùn)行速度受到交通運(yùn)行環(huán)境影響很小，時(shí)效性最好;換乘時(shí)只考慮舒適性時(shí)，出租車(chē)的分擔(dān)率最高，基本為100%，因?yàn)樽鳛閾Q乘的交通方式而言，出租車(chē)的舒適性是最高的。為詳細(xì)分析票價(jià)、運(yùn)行時(shí)間和舒適性三者與分擔(dān)率之間的具體變化趨勢(shì)，以下以10 km 換乘距離為例用matlab 軟件進(jìn)行變化趨勢(shì)分析。

把表1數(shù)據(jù)代入公式(2)得到目的地距離為10 km 區(qū)域的出行選擇概率為:

若設(shè)定:

把式(6)分別代入到式(3)、式(4)和式(5)中，可得到 3 個(gè)關(guān)于 θ1、θ2和 θ3的不定方程，用 Matlab軟件進(jìn)行分析分別得到以下3 個(gè)圖形(圖2～圖4)。

結(jié)合圖2、圖3、圖4可以看出，乘客對(duì)運(yùn)行時(shí)間重視程度值θ2超過(guò)0.5 時(shí)，地鐵的分擔(dān)率就超過(guò)了0.6，當(dāng) θ2小于0.3 且 θ1小于 0.7 時(shí)，出租車(chē)的分擔(dān)率較高，即以出租車(chē)換乘為主，公交車(chē)的分擔(dān)率相對(duì)較低，主要集中在(0.3 ＜θ2＜0.6)區(qū)域內(nèi)，說(shuō)明在中距離換乘情況下，將主要以地鐵換乘和出租車(chē)換乘為主。

表3 票價(jià)、時(shí)間、舒適度重視程度值變化下3種換乘距離交通方式分擔(dān)率

圖2 P(A=1)與票價(jià)、運(yùn)行時(shí)間重視程度值變化趨勢(shì)圖

圖3 P(A=2)與票價(jià)、運(yùn)行時(shí)間重視程度值變化趨勢(shì)圖

圖4 P(A=3)與票價(jià)、運(yùn)行時(shí)間重視程度值變化趨勢(shì)圖

5 結(jié)論

綜上可以看出，由于長(zhǎng)沙開(kāi)通了地鐵，對(duì)原有公共交通服務(wù)體系還是有較大影響的，在地鐵可達(dá)的換乘目的地，如長(zhǎng)沙火車(chē)南站樞紐，由于地鐵開(kāi)通，短距離換乘地鐵具有優(yōu)勢(shì)，中距離換乘情況下，主要以地鐵換乘和出租車(chē)換乘為主;而長(zhǎng)距離換乘主要以地鐵和公交車(chē)為主。綜合3 種距離換乘分析結(jié)果表明地鐵分擔(dān)了大部分換乘客流量，公交車(chē)和出租車(chē)的分擔(dān)率將降低很多，另外從計(jì)算結(jié)果可以看出，公交車(chē)的分擔(dān)率不高的原因主要是由于時(shí)效性和舒適性已不能滿(mǎn)足現(xiàn)在城市居民出行需要。

除了保持票價(jià)這一唯一優(yōu)勢(shì)外，公交管理部門(mén)還應(yīng)迅速提高服務(wù)水平，如采取開(kāi)通“公交專(zhuān)用道”、更新空調(diào)車(chē)、增開(kāi)班車(chē)等措施以提高舒適性，從綜合運(yùn)輸服務(wù)體系的角度，在地鐵可達(dá)的目的地，應(yīng)盡量少設(shè)置公交站點(diǎn)或只設(shè)置換乘站點(diǎn)，在地鐵不可達(dá)的區(qū)域優(yōu)化公交線路，以便和地鐵交通相互補(bǔ)充?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著地鐵路網(wǎng)的不斷完善，公交車(chē)將只作為輔助交通方式存在。

［1］HSU Spring C..Determinants of Passenger Transfer Waiting Time at Multi-modal Connecting Stations［J］.Transportation Research Part E，2009，46(3):404 －413.

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