城市軌道交通走廊道路公交線路調整集確定方法*

吳嬌蓉李 銘王 晨

（1.同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室，201804，上海；

2.廣西壯族自治區交通規劃勘察設計研究院，530022，南寧∥第一作者，教授）

城市軌道交通走廊道路公交線路調整集確定方法*

吳嬌蓉1李 銘2王 晨1

（1.同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室，201804，上海；

2.廣西壯族自治區交通規劃勘察設計研究院，530022，南寧∥第一作者，教授）

城市軌道交通走廊道路公交線路的優化和調整是城市公交線網規劃的重點內容之一。結合既有研究成果和實地調查數據，確定了城市軌道交通走廊帶寬；采用主成分分析法確定了城市軌道交通走廊內道路公交線路客流變化的影響因素。提取出位置關系、線路屬性、運能條件、線路區位為4個主成分因子。研究發現，線路屬性因子及運能條件因子對線路客流變化率有顯著影響。依據主成分因子標準化值對城市軌道交通走廊內道路公交線路進行聚類分析劃分線路子集，并結合線路客流變化率確定了待調整的道路公交線路集。

城市軌道交通走廊；主成分因子；線路調整集；線路屬性；運能條件；位置關系

First-author'saddressKey Laboratory of Road and Transportation Engineering of Education Ministry，Tongji University，Shanghai，201804，China

國內大城市道路公交的發展歷史可以追溯到19世紀末期。在上百年的發展歷史中，大多數城市都形成了單一模式的道路公交網絡。城市軌道交通在客運量、運輸距離、服務范圍和平均行程車速4個方面比道路公交具有明顯優勢。因此，城市軌道交通無法在原有道路公交線網基礎上直接做加法達到系統融合。圍繞城市軌道交通客運走廊，開展道路公交線網調整與優化是國內所有建設軌道交通的城市都面臨的問題。

1 研究綜述

國外學者有關軌道交通接運道路公交線路的理論研究始于20世紀70年代。文獻［1］（1977年）開展了對軌道交通與道路公交系統一體化的公交分配方法以及最優化參數的研究［1］；文獻［2］（1998年）對軌道交通接運道路公交線網規劃方法進行了綜述，并提出了線路布設的尋優算法［2］；文獻［3］（2006年）以運營及乘客出行成本總數最小化為目標函數，基于改進的遺傳算法及蟻群算法，提出了解決軌道交通接運道路公交系統的設計問題的模型，并用實例驗證了其效用性［3］。近年來，在城市軌道交通站點道路公交線路駁運的研究方面，國內學者也取得了一些研究成果：文獻［4］以路線效率最大化為目標，重點考慮接運站點客運周轉量［4］；文獻［5］以軌道交通與道路公交重合長度為基礎，定性總結了調整道路公交線網的原則，考慮線長約束、非直線系數約束、線路站距約束3

個條件對道路公交線路進行調整［5］；文獻［6］、文獻［7］基于多年城市軌道交通站點客流換乘特征調查數據，對城市軌道交通站道路公交換乘客流比例、客流空間分布、道路公交客流吸引范圍進行了深入分析，提出了城市軌道交通站點道路公交線路規劃方法和道路公交換乘設施用地估算方法［6-7］；文獻［8］以運營者消耗和使用者消耗之和最小為道路公交線網優化目標函數，使用遺傳算法搜索最優路線［8］。可見，已有的研究成果關注的是城市軌道交通站點新辟駁運道路公交線路的規劃和運營管理方法；圍繞城市軌道交通調整道路公交線網的原則以定性為主，缺少定量方法的研究；針對城市軌道交通走廊道路公交線路客流變化因素的影響分析文獻較少。

目前，國內各城市在進行軌道交通走廊道路公交線路調整的具體實踐中，采用的是經驗法，主要考慮軌道交通走向與道路公交線路走向的位置關系。以上海市浦東新區為例，道路公交線路的調整原則為：①調整與軌道交通共站超過3站的道路公交線路；②撤消與單條軌道交通線復線4 km以上，且復線段占道路公交線路總里程40%以上的線路。西安市將與軌道交通線重合8 km以上的道路公交線路作為待調整線路集。目前各大城市的軌道交通走廊道路公交線路調整原則明顯有3方面的不足：①僅以復線關系作為主要判別依據，未考慮線路基本屬性、線路區位等重要因素，欠缺說服力；②對于復線里程指標，各城市基本采用經驗值，且差異較大，缺乏合理性評判標準；③線路調整集中未考慮和軌道交通線平行的兩側道路上的道路公交線路，缺乏合理性［9］。

2 待調整道路公交線路集確定思路

以城市軌道交通走廊為研究對象，確定待調整道路公交線路集必須要回答3個問題：①城市軌道交通線路兩側多少距離范圍內的道路公交線路可以作為待調整對象，即城市軌道交通走廊帶的寬度如何確定；②城市軌道交通走廊帶中的道路公交線路客流變化的影響因素有哪些，影響程度怎樣；③通過什么指標或采用什么方法，將城市軌道交通走廊帶中的道路公交線路分為停開線路集、需調整線路集及不調整線路集。

在上述3個問題中，城市軌道交通走廊帶寬的確定方法可以結合既有研究成果和實地調查得出，以便確定初步待調整的對象。道路公交線路客流變化的影響因素很多，相關性較強，本文擬采用主成分分析（PCA）法，提取影響道路公交線路客流變化率的主成分因子，為確定待調整道路公交線路集和調整策略奠定基礎。主成分分析法是一種利用降維思想簡化研究的統計分析方法，是將原來相關性較強的一組變量通過正交變換重新組合，構成幾個相互獨立的綜合變量，形成主成分因子組；根據實際需要可以從主成分因子組中提取若干個主成分因子（綜合變量）進行分析，但要求被提取出的主成分因子應盡可能多地反映原來變量的信息。采用相關性分析法，研究主成分因子對客流變化率的影響程度，從主成分因子組中找出對客流變化率顯著相關的主成分因子，為劃分道路公交線路集提供科學依據。相關性分析法是研究變量間密切程度的一種常用統計方法，是指對兩個或多個具備相關性的變量元素進行分析，用相關系數以及不相關的假設成立概率p衡量兩個變量因素的相關密切程度；通常若p＜0.05，則認為變量之間顯著相關。采用多層聚類分析法，以主成分因子得分為基礎對道路公交線路進行分類，并針對分類類別結合客流變化率給出相應的調整優化策略。

城市軌道交通走廊待調整道路公交線路集確定步驟如下：

（1）確定城市軌道交通走廊帶寬L，提取途經城市軌道交通走廊內的道路公交線路集。

（2）確定道路公交線路的客流變化影響因素。分析道路公交線路的客流影響因素，選取幾個主要的影響因素進行主成分分析，獲得互為正交的主成分因子組。每個主成分因子是由幾個影響因素組成的綜合變量，可表示為Fac，i=aiX1+biX2+…miXj。

（3）確定各主成分因子對客流變化的影響程度。引入客流變化率指標，分析主成分因子與道路公交線路客流變化率的相關程度，找出對客流變化率有顯著影響的主成分因子。

（4）劃分線路子集。計算對客流變化率具有顯著影響的主成分因子的標準化值，對其進行聚類分析。將城市軌道交通走廊內道路公交線路劃分為幾個線路子集，總結出每個線路子集的線路特征。

（5）分析每個線路子集的客流變化程度，確定各線路子集對應調整策略，得出停開線路集、需調整線路集、不調整線路集。

3 城市軌道交通走廊帶寬確定方法

HCM 2000（美國交通研究委員會（TRB）編寫的《道路通行能力手冊》）中將交通走廊（Corridor）定義為：一系列平行的、服務于兩個固定區域之間的道路和交通方式，且它們之間具有相互競爭關系。本文將城市軌道交通走廊定義為以城市軌道交通線路為核心，兩側一定距離輻射范圍所形成的帶狀區域。既有研究表明，城市軌道交通走廊空間增值效應顯著，走廊內土地價值及商業開發價值明顯高于非走廊區域；乘客在城市軌道交通走廊內對城市軌道交通方式的選擇偏好較大。

梳理既有研究成果發現，城市軌道交通沿線住宅價格有明顯的空間分布規律和輻射效應。如：深圳市，距離軌道交通站點700 m半徑區域內的土地價格平均增值19.5%，100 m半徑區域內的土地價格平均增幅37.8%；北京市，軌道交通對住宅價格的影響距離為0.3～1.0 km；香港，軌道交通對周邊商業地價提升影響顯著，一次影響半徑350m，二次影響半徑550 m；歐美學者指出軌道交通站點對周邊土地價值影響圈層半徑為0.8 km；日本學者建議影響圈層半徑取值2 km。

通過梳理乘客在城市軌道交通走廊內對城市軌道交通方式的選擇偏好的研究發現，在通過步行、自行車、小汽車換乘城市軌道交通的乘客中，步行方式的乘客從道路公交轉移到城市軌道交通的比例最大。在換乘城市軌道交通的各種交通方式中，步行往往是最主要的接運方式。比如：上海市區內軌道交通站點調查數據表明，在軌道交通的接駁方式中，步行所占比例約為53%。根據城市軌道交通站點步行接駁客流聚集效應的距離衰減函數曲線，結合上海10個郊區軌道交通站點的實地調查數據，經計算得到：郊區軌道交通站點80%位值的步行接駁距離為801 m。筆者2011年采用網上問卷的形式調查城市軌道交通乘客對步行的最大忍受時間，獲得有效問卷162份，根據累積頻率曲線，85%位值為14.97 min，即步行距離城市軌道交通車站約1 km。以上分析表明城市軌道交通對周邊地價影響范圍與步行接駁城市軌道交通的衰減函數曲線計算結果基本一致。參考深圳、北京等城市的軌道交通站點周邊土地價值、商業開發價值影響范圍及筆者的調查結果，確定城市軌道交通兩側1 km半徑范圍區域為城市軌道交通走廊。

4 道路公交線路客流影響因素主成分分析

城市軌道交通走廊內道路公交線路客流的影響因素很多，本文將其歸納為道路公交線路基本屬性、道路公交與城市軌道交通的相對位置屬性和線路區位屬性3類。

4.1 道路公交線路基本屬性

道路公交線路基本屬性包括線路長度、線路非直線系數、發車頻率、配車數量、行程時間、設站數量、票價等。

4.2 道路公交與城市軌道交通的相對位置屬性

道路公交與城市軌道交通的相對位置屬性常采用道路公交線路與城市軌道交通平行/重合長度、平行/重合站點數等指標來描述。二者的相對位置可分為平行類、垂直類和混合類（見圖1）。

圖1 城市軌道交通線與道路公交線的空間位置關系示意圖

為了準確描述道路公交線路與城市軌道交通的相對位置關系，本文提出3個變量：城市軌道交通走廊內道路公交線路長度L1；城市軌道交通走廊內道路公交線路在城市軌道交通線的投影長度L2；城市軌道交通走廊內道路公交線路與城市軌道交通線的夾角α。圖1a）中的道路公交線路R1和R2在城市軌道交通走廊內與城市軌道交通的相對位置屬于平行類，兩條線在城市軌道交通線上的投影長度相等，在走廊內長度及與城市軌道交通線的夾角α不同；圖1b）中的道路公交線路R3和R4與城市軌道交通線的相對位置屬于垂直類，兩條線與城市軌道交通線的夾角相同（為90°），投影長度相等，但在走廊內的線路長度不同；圖1c）的道路公交線路R5和

R6有部分線路段與城市軌道交通線垂直，有部分線路段與城市軌道交通線平行，與城市軌道交通線的相位位置屬于混合類，兩條線在城市軌道交通線上的投影長度及在走廊內線路長度相等，但與城市軌道交通線的夾角不等。

4.3 線路區位屬性

根據道路公交線路起終點所在區域的社會經濟水平、人口水平、沿線用地開發成熟程度等，采用分類變量對城市軌道交通走廊內道路公交線路進行標準化（見表1）。以上海軌道交通6號線為例，結合浦東新區各街道、鎮常住人口分布情況，以及6號線走廊內道路公交線路布局情況，將線路區位屬性變量標準化為3類分類變量。

表1 道路公交線路區位分類變量

采用SPSS軟件對上述3類客流影響因素中的11個變量進行主成分分析。依據縮減后變量對原始11個變量的變異性解釋度不小于85%為原則，經過多次試算和篩選，確定參與主成分分析的因素，包括：線路長度、范圍內長度、范圍內投影長度、與城市軌道交通線路夾角、站點數、配車數、發車間隔和區位類別8個因素。主成分分析的主要結果包括：旋轉后因子載荷矩陣，可用于因子歸類命名；因子得分系數，用以得出主成分因子表達式；估計回歸因子分數的協方差矩陣，用以證明主成分因子之間相互獨立。

以上海軌道交通6號線走廊為例，根據試分析時生成的碎石圖，提出4個因子時，因子之間特征值差值較大，明顯優于提出3個因子或5個因子，因此設定提取4個主成分因子。由于主成分分析的初步因子荷載矩陣對8個參與分析的因素的差異性不明顯，采取方差最大旋轉對因子進行正交變換標準化，使每個因子上的具有最高載荷的變量數最小（見表2）。將表2中每個因子相關系數絕對值較大的因素歸在一起形成新的一類主成分，結合這些變量的原始含義，將新形成的4個主成分因子分別命名為位置關系因子、線路屬性因子、運能條件因子和線路區位因子。依據因子得分系數，可以寫出每一個主成分因子表達式，每一個因子是由荷載變量數較高的幾個變量組成的綜合變量（見表3）。表3的數據表明，這4個主成分因子可以解釋原始8個變量的85.76%的變異，且4個主成分因子之間相互獨立。

表2 旋轉后因子荷載矩陣

5 基于主成分分析法的待調整道路公交線路分類方法

采用相關性分析法研究4個主成分因子對道路公交線路客流增長率的影響程度。以途經上海軌道交通6號線走廊的70條道路公交線路為例，根據相關部門提供的軌道交通6號線通車前（2005年道路公交線路日客流量）和通車后（2010年道路公交線路日客流量）的客流數據計算得到各線路客流增長率，其中有27條線路日客流量出現負增長，43條線路日客流量有增長。客流變化率與主成分因子的相關性分析見表4。線路屬性因子、線路區位因子對客流增長率雙側不顯著的假設檢驗概率為0.003＜

0.05，具有顯著性水平分別為99.7%的相關性和99.6%的相關性。運能條件因子對客流增長率雙側不顯著的假設檢驗概率為0.000，具有顯著性水平為100%的相關性。位置關系因子并非客流增長率的主要影響因素，實際上大部分道路公交線路在城市軌道交通走廊內的長度只占道路公交線路總長的一小段。以途經上海軌道6號線走廊的70條線路為例，2/3的道路公交線路在軌道交通6號線走廊內的線路長度占線路總長度比例＜30%。因此，我國有軌道交通的城市以軌道交通和道路公交線路位置關系屬性中的復線長度作為調整道路公交線路集的判別指標，會導致方案欠合理的概率較大。

表3 主成分分析結果

表4 客流變化率與主成分因子的相關性分析

對表3中的主成分因子表達式計算值標準化后進行聚類分析，以便對道路公交線路劃分子集。以上海軌道交通6號線走廊為例，計算出70×4=280個標準化值。采用k均值分類法對其進行聚類。對比發現聚成3類時標準化值的統計指標特征明顯，結果見表5。為了確定3個線路子集的調整策略，引入客流增長率指標進一步分析，結果見表6。

從表6中可看出，子集Ⅰ的線路的客流大幅下降，子集Ⅱ的線路的客流中等程度下降，子集Ⅲ的線路的客流略有上升或略有下降。進一步分析待調整線路子集：第Ⅰ類子集中的線路和第Ⅱ類子集中的線路的特性，Ⅰ類子集中的線路客流較低，配車數少，發車頻率低；Ⅱ類子集中的線路有穩定的客流需求，配車數適中，發車頻率正常。分析各線路與城市軌道交通線相對位置的3個變量的變化規律可知：Ⅰ類子集中的線路與城市軌道交通線連續重合長度＞5.7 km，且線路全線在城市軌道交通走廊內；Ⅱ類子集中的線路僅有部分與城市軌道交通線重合，85%的線路與城市軌道交通復線長度L2＞3.8 km，與城市軌道交通線夾角α＜35°。Ⅱ類子線路中有些線路在城市軌道交通線兩側延伸較長，線路總長度超過25 km；有些線路在城市軌道交通線兩側延伸較短，線路總長度約18 km。上海市區合理線路長度為15～20 km。

表5 線路子集特征分析

表6 線路子集客流增長率特征

因此將線路子集Ⅰ確定為停開線路集，線路子集Ⅱ確定為需調整線路集，線路子集Ⅲ確定為不調整線路集。其中線路子集Ⅱ中在城市軌道交通線兩側延伸較長的線路，建議縮線或拆線，為城市軌道交通站提供接駁服務；在城市軌道交通線兩側延伸不長的線路，建議通過調整站點讓線路聯結走廊內的大型客流集散點，服務城市軌道交通走廊內的短途客流。

將該方法得出的調整線路子集與上海浦東道路公交運營管理部門真正實施的線網調整方案進行對比：Ⅰ類子集的線路中，773路已停開；339路是夜宵線，在軌道交通6號線停開時段的22：30—5：30提供服務；783路為配合軌道交通6號線開通已調整走向。Ⅱ類子集的線路中，83、638、995、989、936、968、86路這7條道路公交線配合軌道交通6號線的開通已對線路部分走向進行調整。由于軌道交通6號線金橋站至世紀大道站區段高峰時段客流擁擠，因而調整了130、584、610、787路4條道路公交線路的運能；338是夜宵線在軌道交通6號線停開時段23：15—4：15提供服務；782、843、980、780、630、978路6條道路公交線通過減少班次或縮短運行時間對運能進行了縮減；其余5條線路由于歷史原因、居民出行便捷性要求及聯系區域社會服務活動點等方面原因而未做出調整。

6 結語

本文通過對道路公交線路客流影響因素主成分分析，提取了位置關系因子、線路屬性因子、運能條件因子、線路區位因子，利用k均值分類法，得出城市軌道交通走廊道路公交線路分類子集，最后以客流變化率作為道路公交線路子集調整策略的判別標準。通過本文的研究結果發現，待調整線路的傳統經驗判別法忽略了道路公交線路客流來源及區位等重要因素，因此缺乏合理性。確定待調整道路公交線路集，除了考慮復線長度，還應考慮線路的配車數和發車間隔、平均站距等屬性。本文提出的方法有助于優化目前國內各城市的主要考慮道路公交線路與城市軌道交通相對位置關系的經驗判別調整方法。后續研究建議：（1）本文的城市軌道交通走廊中的道路公交線路客流變化率來自道路公交部門的統計數據，為了使本文提出的方法有更好的推廣性，后續研究中建議開展城市軌道交通走廊道路公交客流變化率預測模型研究，以便在城市軌道交通通車前能夠預測各條道路公交線路的客流變化，有助于各線路子集確定相應的調整策略。（2）本文研究基于上海的道路公交線網和城市軌道交通客運走廊，建議在后續研究中進行不同城市適應性驗證。

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Determination of Bus Route Set Adjustment in Rail Transit Corridor

Wu Jiaorong，Li Ming，Wang Chen

One of the key elementsin public transportation network planningis to optimize and adjust the bus routes in rail transit corridor.By means of literature review and filed survey，the width of rail transit corridoris firstly determined；then，by using the principal component analysis method，4 principal component factorsare extracted，including the relative position，route attribute，transport capacity and route location from the impact factors of passenger flow variation of bus routes in rail transit corridor.Through the study，factors of route attribute，transport capacity and route location are found to have significant influence on the variation of passenger flow.Finally，according to the standardized value of principal component factors，the bus routes in rail transit corridor are classified into subsets of bus routesby clusteranalysis method，the bus route set that needs to be adjusted with passenger flow variation rate is determined.

urban rail transit corridor；principal component factor；bus route setfor adjustment；route attribute；transport capacity；relative position

U 491.4+31

2012-10-23）

*國家自然科學基金項目（51278363）；中央高校基本科研業務費專項資金。