楊穎，趙己周

(1. 同濟(jì)大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，上海 201804；2. 天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300051)

汽車保有量劇增，給城市帶來了交通擁堵、事故頻發(fā)及環(huán)境污染等問題。這不僅影響了城市居民的正常出行，而且也制約了城市及經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。由于傳統(tǒng)的公共交通規(guī)劃周期長、管理水平較落后，導(dǎo)致公交發(fā)展滯后于出行需求。目前，中國城市的公共交通普遍存在線網(wǎng)與站點(diǎn)布設(shè)不合理、網(wǎng)絡(luò)密度分布與需求量分布不匹配等問題，影響居民出行方式的選擇。部分城市甚至出現(xiàn)了公共交通衰落的尷尬局面。

傳統(tǒng)的公交評價(jià)指標(biāo)體系基于站點(diǎn)、線路及網(wǎng)絡(luò)的靜態(tài)特征，篩選常規(guī)公交系統(tǒng)評價(jià)指標(biāo)，指定權(quán)重系數(shù)，構(gòu)建綜合評價(jià)模型[1?2]。該方法適用于常規(guī)公共交通規(guī)劃和城市公共交通系統(tǒng)綜合考核等宏觀性應(yīng)用。

可達(dá)性在交通中通常被定義為：通過特定的出行方式，從一個地方到達(dá)另一個地方參加特定活動的難易程度[3]。倫敦交通局[4]設(shè)計(jì)了一種公交可達(dá)性水平評價(jià)方法(Public Transport Access Level，簡稱為PTAL)，考慮了站點(diǎn)輻射范圍和發(fā)車頻率，將倫敦不同區(qū)域的公交站點(diǎn)可達(dá)性進(jìn)行分級。Saghapour[5]等人增加人口因素，研究了墨爾本的公交站點(diǎn)可達(dá)性。Yigitcanlar[6]等人提出了基于地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System，簡稱為GIS)的土地利用和公交可達(dá)性指標(biāo)。其他的研究基于該方法，構(gòu)建多種場景，研究網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性[7?8]。

分析不同出行方式的可達(dá)性差異，有利于評估城市的交通結(jié)構(gòu)和不同交通方式的競爭力。行程時(shí)間與人們對距離的感知非常吻合，可作為可達(dá)性和競爭力評價(jià)的直觀度量[9?11]。因此，作者基于傳統(tǒng)公交評價(jià)指標(biāo)體系和公交可達(dá)性方法，擬提出了網(wǎng)絡(luò)開放數(shù)據(jù)的常規(guī)公交綜合評價(jià)方法，并以上海市松江區(qū)的實(shí)際道路和公交網(wǎng)絡(luò)為例，評價(jià)該區(qū)的公共交通運(yùn)行現(xiàn)狀。以期為公交交通規(guī)劃和公交系統(tǒng)進(jìn)行綜合評價(jià)提供借鑒。

1 數(shù)據(jù)獲取

傳統(tǒng)的公交評價(jià)研究，通?；贕IS 的網(wǎng)絡(luò)分析，構(gòu)建路網(wǎng)和公交線網(wǎng)。利用拓?fù)潢P(guān)系，計(jì)算出行距離和行程時(shí)間等指標(biāo)。該方法計(jì)算復(fù)雜，且不能反映實(shí)際道路交通狀態(tài)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，難以推廣。而互聯(lián)網(wǎng)開放數(shù)據(jù)易于獲取和處理，在行程時(shí)間計(jì)算中，考慮路況信息。在實(shí)際應(yīng)用中，具有可靠性。

高德開放平臺是基于位置服務(wù)的地圖開發(fā)工具。其中，Web 服務(wù)中路徑規(guī)劃的應(yīng)用程序接口(Application Program Interface，簡稱為API)是一套以HTTP 形式，提供步行和公交等多模式的交通路徑、行駛距離及出行時(shí)間計(jì)算接口。用于實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃功能的開發(fā)，適用于無需展現(xiàn)地圖場景下的線路、行程距離及時(shí)間查詢。

本研究構(gòu)建了針對常規(guī)公共交通系統(tǒng)運(yùn)行的綜合評價(jià)方法，并基于上海市松江區(qū)的實(shí)際道路和公交網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行案例分析。使用Web 服務(wù)，獲取所需的公交線路、站點(diǎn)及指定起終點(diǎn)的多模式交通的出行距離和時(shí)間等數(shù)據(jù)。

2 常規(guī)公交系統(tǒng)綜合評價(jià)方法

2.1 傳統(tǒng)公交評價(jià)指標(biāo)體系

國內(nèi)外公交優(yōu)化及評價(jià)指標(biāo)體系，主要從公交服務(wù)水平、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)效益水平及可持續(xù)發(fā)展水平等4 個方面，構(gòu)建了城市公共交通系統(tǒng)評價(jià)指標(biāo)體系[1]。本研究構(gòu)建了常規(guī)公交系統(tǒng)的運(yùn)行評價(jià)，并以公交網(wǎng)絡(luò)技術(shù)性能指標(biāo)評價(jià)公交的靜態(tài)特征，見表1。

表1 傳統(tǒng)公交評價(jià)體系Table 1 The traditional evaluation system for public transit

傳統(tǒng)公交評價(jià)體系公交站點(diǎn)覆蓋率(f1)、公交線網(wǎng)密度(p)、公交線路重復(fù)系數(shù)(α)及公交線路非直線系數(shù)(f2)為：

式中：f1為區(qū)域公交站點(diǎn)500 m 的覆蓋率；G為區(qū)域的公交站點(diǎn)的500 m 半徑覆蓋面積，km2；S為區(qū)域總面積，km2。

式中：p為公交線網(wǎng)密度，km/km2；L為公交線路經(jīng)過的道路中心線長度，km；S為區(qū)域總面積，km2。

式中：α為區(qū)域公交線路重復(fù)系數(shù)；l為單條公交線路長度，km；L為公交線路經(jīng)過的道路中心線長度，km。

式中：f2為公交線路非直線系數(shù)；l為該公交線路的長度，km；d為線路起、終點(diǎn)站間空間直線距離，km。

2.2 基于PTAL 和POI 的站點(diǎn)可達(dá)性評價(jià)

PTAL 指標(biāo)根據(jù)所選地點(diǎn)與公交車站的距離及該車站途徑線路的發(fā)車頻率，對所選地點(diǎn)進(jìn)行評分，評分越高，則表示交通基礎(chǔ)設(shè)施的連通性和服務(wù)質(zhì)量越好。PTAL 的計(jì)算與指定地點(diǎn)到交通站點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)距離和站點(diǎn)線路的發(fā)車頻率有關(guān)。因此，PTAL 值高的區(qū)域具有的特征為：①與最近的車站步行距離短；②最近車站的等待時(shí)間短；③這2 種特征的組合。

本研究依據(jù)PTAL 指標(biāo)，結(jié)合高德開放平臺住宅類型的興趣點(diǎn)(Points of Interests，簡稱為POI)，分析常規(guī)公交站點(diǎn)的分布與住宅的相關(guān)性，評價(jià)公交系統(tǒng)的供給現(xiàn)狀。

本研究采用基于柵格的PTAL 計(jì)算方法，將研究區(qū)域劃分為邊長100 m 的方格，每個方格中心點(diǎn)計(jì)算得出的結(jié)果，作為該柵格區(qū)域的PTAL 值。單個點(diǎn)的PTAL 計(jì)算方法：

1) 篩選可接受步行時(shí)間內(nèi)的公交站點(diǎn)。倫敦交通局的調(diào)查研究，假定乘客可接受的步行到站距離為640 m，行人平均步行速度為4.8 km/h，即可接受的最長步行時(shí)間為8 min。參考此標(biāo)準(zhǔn)，通過高德開放平臺，直接獲取所有公共交通站點(diǎn)與單個方格中心點(diǎn)的步行距離和步行時(shí)間。

2) 計(jì)算每個站點(diǎn)每條線路的時(shí)刻表等待時(shí)間。時(shí)刻表等待時(shí)間，基于工作日早高峰的公共交通線路服務(wù)頻率計(jì)算。由于早高峰期間公交線路服務(wù)頻率均較高，因此，假定乘客到達(dá)時(shí)間是隨機(jī)的。時(shí)刻表等待時(shí)間定義為每個公交站點(diǎn)的每條線路相鄰2 次到達(dá)的時(shí)間間隔的一半。如果同一條線路經(jīng)過范圍內(nèi)多個站點(diǎn)，那么僅考慮最近的站點(diǎn)。

式中：t1為時(shí)刻表等待時(shí)間，min；f為線路的發(fā)車頻率，次/h。

3) 計(jì)算每個站點(diǎn)每條線路的平均等待時(shí)間。平均等待時(shí)間，通過可靠性因子修正時(shí)刻表等待時(shí)間。反映因公交到站的不規(guī)律性，造成的實(shí)際等待時(shí)間偏高的現(xiàn)象。可靠性因子因運(yùn)輸方式而不同。參考倫敦的研究，常規(guī)公交的可靠性因子為2 min。

式中：t2為平均等待時(shí)間，min。

4) 計(jì)算每個站點(diǎn)每條線路的總可達(dá)時(shí)間和等效門檻頻率。

式中：t3為總可達(dá)時(shí)間，min；twalking為從出行起點(diǎn)到公交站步行時(shí)間，min。

式中：F為等效門檻頻率。

5) 計(jì)算單個網(wǎng)格點(diǎn)的可達(dá)性指數(shù)。通常情況下，一次出行會選擇附近車站的特定線路出發(fā)。為了反映一個區(qū)域內(nèi)全部公交出行的可達(dá)性，將可達(dá)性指數(shù)的計(jì)算方法簡化，最高等效門檻頻率賦予高權(quán)重，其他等效門檻頻率賦予低權(quán)重，然后求和。本次研究中，將最大等效門檻頻率值的權(quán)重值設(shè)為1，其他等效門檻頻率設(shè)為0.5。

式中：A為可達(dá)性指數(shù)。

對區(qū)域內(nèi)所有網(wǎng)格中心點(diǎn)的可達(dá)性指數(shù)值進(jìn)行分級，可以得到每個網(wǎng)格區(qū)域的PTAL。

POI 信息直接從高德開放平臺獲取，參考平臺對POI 分類，篩選住宅類型POI。分別對PTAL 結(jié)果和住宅POI 進(jìn)行可視化。并統(tǒng)計(jì)不同PTAL 等級下住宅的分布，評價(jià)公交站點(diǎn)的分布合理性。

2.3 基于多模式出行時(shí)間的競爭力評價(jià)

為了評價(jià)公共交通網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況，比較多種交通模式出行下公交的競爭力。本研究采用出行時(shí)間作為衡量指標(biāo)，便于直觀地反映不同交通模式下的差異。由于基于GIS 的研究方法，通常將起點(diǎn)到終點(diǎn)的一次公交出行劃分為3 個階段：①從起點(diǎn)到公交車站；②乘坐公交車及換乘；③從公交車站到終點(diǎn)。其中，每個階段都需要自定義參數(shù)，如：等待時(shí)間、換乘時(shí)間和公交行駛時(shí)間等，計(jì)算較為復(fù)雜。因此，研究中使用高德地圖開放平臺的路徑規(guī)劃接口，直接計(jì)算。通過輸入起點(diǎn)和終點(diǎn)的經(jīng)緯度信息，獲取指定起訖點(diǎn)的公交出行時(shí)間、換乘次數(shù)、駕車時(shí)間及騎行時(shí)間等數(shù)據(jù)。

與基于GIS 的出行時(shí)間計(jì)算相比，高德開放平臺利用既有的地圖資源和成熟的算法，充分考慮了交通狀態(tài)等信息。通過歷史數(shù)據(jù)及算法，對多模式出行時(shí)間進(jìn)行較為精確預(yù)測，計(jì)算簡單方便。

3 案例研究

以上海市松江區(qū)作為案例。松江區(qū)是上海市西南部的一個郊區(qū)城市，共有一百余條公交線路。其中，11 條為跨區(qū)域公交線路?？傮w線路分布呈現(xiàn)松江中心區(qū)和東北片區(qū)密集及其他地區(qū)稀疏的特征，如圖1 所示。由于松江區(qū)內(nèi)軌道交通，以連通松江中心區(qū)與上海中心城區(qū)為主要功能，區(qū)內(nèi)出行中選擇地鐵的比例較低，因此僅選取松江區(qū)的常規(guī)公交進(jìn)行研究。

圖1 松江區(qū)公共交通現(xiàn)狀Fig. 1 Present status of Songjiang public transit

3.1 松江區(qū)常規(guī)公交傳統(tǒng)評價(jià)

通過傳統(tǒng)評價(jià)體系指標(biāo)對松江區(qū)常規(guī)公交的靜態(tài)特征進(jìn)行分析。在對各項(xiàng)指標(biāo)的評價(jià)中，不僅參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定的指標(biāo)閾值，而且對上海全市范圍、上海市區(qū)(上海市外環(huán)線以內(nèi)的區(qū)域)及嘉定區(qū)(上海市西北部郊區(qū))的公交系統(tǒng)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。橫向?qū)Ρ?，發(fā)現(xiàn)松江區(qū)公交系統(tǒng)存在的問題。各項(xiàng)指標(biāo)值見表2。

根據(jù)《城市道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50220—95)》要求，站點(diǎn)500 m 覆蓋率不得小于90%；市中心區(qū)的公共交通線路網(wǎng)密度應(yīng)達(dá)到 3 ～4 km/km2，在城市邊緣地區(qū)應(yīng)達(dá)到2～2.5 km/km2；公交線路的非直線系數(shù)不應(yīng)大于1.4。根據(jù)《交通工程手冊》[12]規(guī)定，公交線路重復(fù)系數(shù)以1.25～2.50為宜。

從表2 中可以看出，松江區(qū)的公交系統(tǒng)，具有的特點(diǎn)為：

1) 公交線網(wǎng)密度適中，重復(fù)系數(shù)略高。松江區(qū)公交線網(wǎng)密度適中，達(dá)到規(guī)范要求，相較于郊區(qū)嘉定區(qū)密度較高，與上海全市范圍基本持平。然而線路重復(fù)系數(shù)略高，如圖2 所示，公交線路重復(fù)覆蓋較高的路段主要集中于松江中心區(qū)及連通中心區(qū)與外圍片區(qū)的主要干道。

表2 上海市不同區(qū)域常規(guī)公交傳統(tǒng)評價(jià)指標(biāo)Table 2 Traditional evaluation values for public transit across at Shanghai

圖2 松江區(qū)公交線路分布Fig. 2 Spatial distribution of Songjiang public transit routes

2) 松江區(qū)整體站點(diǎn)覆蓋率偏低。與同為西部郊區(qū)的嘉定區(qū)相比，松江區(qū)的站點(diǎn)500 m 覆蓋率較低。如圖3 所示，松江區(qū)外圍地區(qū)缺乏站點(diǎn)覆蓋，公共交通發(fā)展落后。

3) 非直線系數(shù)偏高，線路繞行嚴(yán)重。松江區(qū)公交線路非直線系數(shù)的均值高于規(guī)范要求，且滿足要求的公交線路，占比僅為6.5%，遠(yuǎn)低于上海全市范圍和嘉定區(qū)。因此，松江區(qū)的公交線網(wǎng)存在嚴(yán)重的繞行問題。

圖3 松江區(qū)站點(diǎn)500 m 覆蓋區(qū)域Fig. 3 500 m coverage area of Songjiang public transit stops

3.2 松江區(qū)常規(guī)公交站點(diǎn)可達(dá)性評價(jià)

利用GIS 平臺，對松江區(qū)常規(guī)公交的站點(diǎn)可達(dá)性結(jié)果進(jìn)行可視化。按照自然斷點(diǎn)分級法，進(jìn)行分級，如圖4 所示。自然斷點(diǎn)分級法通過聚類，使類內(nèi)差異最小，類間差異最大，因此，能有效表達(dá)可達(dá)性之間的差異。

結(jié)合松江區(qū)住宅類型的POI 信息，對其空間分布進(jìn)行可視化，如圖5 所示。并統(tǒng)計(jì)不同可達(dá)性下，住宅的分布情況，見表3。

圖4 松江區(qū)PTAL 分布Fig.4 PTAL of Songjiang

圖5 松江區(qū)住宅POI 分布Fig. 5 Spatial distribution of Songjiang residential POI

表3 松江區(qū)站點(diǎn)可達(dá)性評價(jià)指標(biāo)Table 3 Access index values of Songjiang public transit stops

從表3 可以看出，松江區(qū)公交系統(tǒng)具有的特征為：①公交的服務(wù)質(zhì)量不均衡，從圖4 可以看出，松江區(qū)中心城區(qū)的PTAL 值整體較高，其他地區(qū)公交線路沿線的PTAL 值中等級。表明：中心城區(qū)的公交系統(tǒng)呈現(xiàn)網(wǎng)狀分布，站點(diǎn)密度、線路密度及服務(wù)水平較高；其他地區(qū)的公交系統(tǒng)，呈現(xiàn)帶狀分布，僅在主要干道上設(shè)置公交線路。②松江區(qū)總體公交連通性較差，松江區(qū)近一半的地區(qū)處于公交站點(diǎn)的服務(wù)輻射之外，可達(dá)性等級為0。將近80%的地區(qū)可達(dá)性等級不高于2 級，而可達(dá)性等級不低于5級的地區(qū)，僅占全區(qū)的4.4%?？蛇_(dá)性等級為0 的地區(qū)，僅分布4.4%的住宅，過半的住宅位于可達(dá)性等級為2～4 的地區(qū)。表明：松江區(qū)的公交系統(tǒng)基本考慮了潛在需求，但仍存在供需不均衡和站點(diǎn)設(shè)置不合理的現(xiàn)象。從圖5 可以看出，該區(qū)北部片區(qū)，存在部分住宅區(qū)位于可達(dá)性等級極低的地區(qū)，而南部東西向干道的兩側(cè)，雖然分布了大量的空地和農(nóng)田，但是有部分地區(qū)具有較高的可達(dá)性等級。

3.3 松江區(qū)常規(guī)公交競爭力評價(jià)

松江區(qū)人民政府位于松江中心城區(qū)，周圍分布著大量的住宅和商區(qū)，是松江區(qū)的核心位置。為便于研究將該區(qū)劃分為200 m×200 m 的柵格，以該區(qū)人民政府為出發(fā)點(diǎn)，其他柵格中心點(diǎn)為終點(diǎn)。分析中心城區(qū)在不同交通模式下的可達(dá)范圍及競爭力。在GIS 平臺下，對相同起訖點(diǎn)不同出行模式(公交、駕車和騎行)下的出行時(shí)間進(jìn)行可視化，如圖6～8 所示，統(tǒng)計(jì)不同出行時(shí)間閾值下的可達(dá)面積，評價(jià)松江區(qū)常規(guī)公交的競爭力，見表4。

圖6 松江區(qū)常規(guī)公交可達(dá)范圍Fig. 6 Accessible areas by public transit in Songjiang

圖7 松江區(qū)駕車可達(dá)范圍Fig. 7 Accessible areas by driving in Songjiang

圖8 松江區(qū)騎行可達(dá)范圍Fig. 8 Accessible areas by riding in Songjiang

表4 不同出行模式下的可達(dá)范圍Table 4 Accessibility of different travel modes

由表4 可知，多種出行方式中，松江區(qū)常規(guī)公交的競爭力弱。主要原因：相同起訖點(diǎn)下，公交出行時(shí)間過長；相同時(shí)間閾值，常規(guī)公交可達(dá)范圍較小。主要表現(xiàn)：①中、短距離出行中，常規(guī)公交競爭力弱于騎行。在短距離出行中，常規(guī)公交30 min可達(dá)范圍，僅占全區(qū)面積的1.14%，遠(yuǎn)小于騎行15 min 可達(dá)范圍。公交候車時(shí)間長，到達(dá)站點(diǎn)的步行時(shí)間也較長。在中等距離出行中，常規(guī)公交60 min可達(dá)范圍與駕車15 min 和騎行30 min 可達(dá)范圍持平。②在長距離出行中，公交競爭力遠(yuǎn)不如駕車。在長距離出行中，駕車1 h 可達(dá)范圍已經(jīng)完全覆蓋全區(qū)，而常規(guī)公交需要2.0～2.5 h。

4 結(jié)論

通過常規(guī)公交傳統(tǒng)評價(jià)指標(biāo)體系、站點(diǎn)可達(dá)性評價(jià)及競爭力評價(jià)3 種方法，對松江區(qū)常規(guī)公交系統(tǒng)進(jìn)行綜合評價(jià)。得到的結(jié)論為：

1) 松江區(qū)常規(guī)公交的線網(wǎng)密度達(dá)到規(guī)范要求，并且線位和站點(diǎn)設(shè)置考慮了潛在的出行需求，與住宅分布具有一定的契合性。但存在不足：①站點(diǎn)設(shè)置不合理和覆蓋范圍較低，導(dǎo)致公交系統(tǒng)供需不均衡。②非直線系數(shù)偏高，線路繞行嚴(yán)重。③公交出行時(shí)間較長，競爭力不足。

2) 通過對3 種方法的評價(jià)結(jié)果進(jìn)行對比分析。表明：傳統(tǒng)的常規(guī)公交評價(jià)指標(biāo)體系，反映的是公共交通系統(tǒng)的靜態(tài)特征。與站點(diǎn)500 m 覆蓋率相比，站點(diǎn)可達(dá)性評價(jià)，將區(qū)域內(nèi)的站點(diǎn)覆蓋程度進(jìn)一步細(xì)化，而非單純用覆蓋與否來評價(jià)。競爭力評價(jià)則是通過行程時(shí)間評價(jià)全出行鏈的公交運(yùn)行特征。3 種評價(jià)方法相輔相成，可得到綜合性的評價(jià)結(jié)果。

本次研究仍有改進(jìn)之處，如特定公交站點(diǎn)和線路存在的問題，需要更細(xì)致的方法進(jìn)行評價(jià)分析。

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