基于大數據的雷達圖分析法在城市軌道交通客流評價中的應用

崔 揚 李井波 馬 山

(天津城市規劃設計研究院，300201，天津//第一作者，高級工程師)

國內外關于城市軌道交通車站選址的相關研究，多應用經濟地理學原理，以站點覆蓋最大的經濟效益產出區域為目標，或以線網乘客總體出行時間最短為目標，建立數學模型來進行車站選址。文獻[1]探索了影響城市軌道交通站點選址的因素，并以此為基礎，綜合應用德爾菲法、層次分析法、熵權法、模糊物元分析理論和最優度理論建立評價指標體系。文獻[2]提出，選址需要考慮人流集散、與商業銜接、與停車設施銜接、與對外交通方式銜接等方面需求。但這些方法比較復雜和抽象，過于理想化，車站選址方案往往難于落實，而且與影響城市居民使用軌道交通系統的最直接因素相關性較小。

在線網規劃實際工作中，多基于現狀出行及土地利用規劃情況進行居民出行預測，通過最重要的客流節點錨固線網，沿主要客流通道布設線路，綜合考慮客流吸引點和可實施性選取車站位置。

雷達圖分析法也可稱為戴布拉圖、螂蛛網圖、蜘蛛圖分析法，是一種基于評價對象構建的多變量對比分析方法。該方法能夠直觀、形象地反映評價對象的綜合特性，因此被廣泛用于經濟、技術、社會等較多領域。文獻[6]運用雷達圖分析法對電能質量進行了綜合評估; 文獻[7]將雷達圖分析法應用于高校學位授權點監控，構建了監控機制指標模型; 文獻[8]將雷達圖分析法引入到民營快遞企業競爭力評價的研究之中。該方法在城市建設方面也有一定的應用研究，文獻[10]和文獻[11]分別在公路工程項目風險評價中和城市森林建設水平評價中有所嘗試，但在城市軌道交通車站選址工作中尚未有相關研究。

本文嘗試將雷達圖分析法應用在城市軌道交通規劃及評價中。以天津地鐵1號線為例，對車站周邊土地利用特性、交通銜接條件及商業成熟度等影響車站客流的主要因素進行綜合評價，構建基于雷達圖分析法的評價函數，給出定量分析結果，并與實際客流表現進行比對，進而驗證該方法的可行性。

1 評價方法

1.1 評價指標體系建立

影響城市軌道交通車站客流的因素較多，主要有沿線用地開發情況和交通銜接水平。本文根據數據可獲得性，挑選以下5個評價指標對車站選址情況進行評價，形成雷達圖的5個指標軸。

(1) POI(興趣點)密度：車站周邊的交通吸引點數量和吸引強度是決定車站客流的最根本因素，通過車站周邊600 m范圍內興趣點的數量，計算POI密度的大小，以此反映車站選址周邊地區用地情況對主要客流吸引點數量的影響。

(2) 評論數：采集相關網站對周邊600 m客流吸引點評論數，該數據可以在某種程度上反映周邊客流吸引點的吸引力。

(3) 土地開發度：車站周邊土地開發強度越高，各種用地性質種類(居住、商業、辦公和休閑服務等)越多，線路全日客流的強度就越有保障。本文通過統計車站周邊600 m范圍內的建筑面積，計算周邊用地混合度得到每個車站的折算系數，然后將兩者相乘得到車站周邊土地開發度指標。

(4) 交通銜接條件：站點周邊地區的交通可達性以及車站接駁體系的成熟程度，是制約客流的主要因素。本文主要選取車站周邊道路網密度、人行道面積率、出入口周邊機動車及自行車停放場地面積、公交車站經停線路數等指標，經過同等權重的無量綱化處理得到交通銜接水平評價值。

(5) 區域逗留人數：進出車站周邊區域并逗留的人流量，與車站客流量直接相關，也是以上各個因素的直觀反映。該指標可以通過手機運營商的信令數據獲得。本文擬通過某運營商工作日一天(00:00—24:00)內手機數據推測站點周邊區域人員數量。

1.2 雷達圖綜合評價函數的建立

本文定義5個評價指標的權重相同，通過這5個評價指標繪制相同權重的五邊形雷達圖，并采用雷達圖的面積、周長2個特征量反映不同車站的綜合水平及各個評價指標的均衡性。

1.2.1 特征量的計算

每個雷達圖都是由5個指標組成的三角形，且每個三角形中的一個角度為已知量，可以通過各指標的長度及指標間的角度得到每個三角形的面積，進而得到每個雷達圖的面積，見公式(1)；同理周長也可以利用三角函數取得，見公式(2)。

(1)

(2)

式中：

S——雷達圖面積(面積評價特征量)，其數值越大說明車站總體優勢越強，越小則較弱；

L——雷達圖周長；

n——指標個數(本文為5)；

Ri,Ri——分別表示指標軸i和j的長度。

1.2.2 評價函數的確定

通過上述面積和周長特征量建立評價函數W:

W=SQ

(3)

(4)

式中：

Q——周長評價特征量，表示參評車站雷達圖面積與等同于該雷達圖周長的圓面積的比值，反映各評價指標的均衡性，其數值越大均衡性越好，反之則較差。

最后利用評價函數計算綜合評價指標Y:

(5)

2 天津地鐵1號線基礎數據的獲取與處理

2.1 天津地鐵1號線概況

天津地鐵1號線是天津最早的地鐵線路，1984年正式開通運營。北起劉園站，南至財經大學站，全長26.2 km，共設置車站21座。列車編組為 6節B型車，早晚高峰的發車間隔為5 min，平峰的發車間隔為8 min。目前1號線的日均客流量約30萬人次。

2.2 基礎數據的獲取

POI密度，通過大眾點評網查找每座車站周邊600 m半徑內具有一定熱度的興趣點的數量；評論數為POI點評論數匯總；土地開發度，通過600 m半徑內各地塊現狀用地性質資料進行計算；交通銜接條件，通過統計車站600 m半徑內路網密度和人行道密度、出入口100 m半徑內公交車站經停線路數和車輛停放場地面積進行計算；區域逗留人數，通過某手機運營商工作日1 d(00:00—24:00)內手機數據反映1 d內進出車站周邊600 m半徑范圍內，逗留30 min以上的手機數量，以此推測站點周邊區域人員數量。

將原始數據無量綱化，即將最高值定位為1，按比例進行處理，計算結果見表1。

表1 天津地鐵1號線各車站評價指標表

根據5個評價指標繪制的各站雷達圖如圖1所示。圖1能夠直觀反映出各站的綜合情況。

3 天津地鐵1號線客流分析與評價

3.1 雷達圖評價值

通過式(5)綜合評價函數計算天津地鐵1號線各站的綜合評價值，將綜合評價指標值最大的營口道站的數據定為1，對其他車站的綜合評價值進行同比例處理，得到評價相對值，如圖2所示。

從綜合指標數據來看，營口道站和小白樓站的指標數值最高，果酒廠站和財經大學站的指標數值最低。采用百分制進行比較，如果營口道站為100分，60分以上的車站僅有3個，分別是營口道站、小白樓站、鞍山道站，其余車站分數均不到60分。

3.2 天津地鐵1號線各車站實際客流表現

本文取天津地鐵1號線某典型工作日各車站的出站客流量數值進行驗證，原始數據如圖3所示。

從車站的實際客流表現來看，營口道站和小白樓站客流量最高，陳塘莊站和西站站客流量最低。

為將客流數據與雷達圖指標進行對比，同樣對天津地鐵1號線各車站的出站客流數據進行無量綱化處理。將各站客流量中的最高值作為1，進行等比例無量綱化處理，結果作為各站的出站客流計算值，見表2。

表2 天津地鐵1號線各站出站客流計算值

同樣，采用百分制進行比較，如果營口道站客流表現100分，排名第二的小白樓站的分數也僅為53.6分，客流表現差距很大，大部分車站客流量都不盡人意。

將天津地鐵1號線各站的評價相對值和客流計算值連線等比例繪制成曲線，如圖4所示。由圖4可見，兩者的相關性較大，趨勢基本一致，由此可以認為，評價指標基本可以反映車站的客流表現。但是從趨勢圖上可以看到一種現象：在城市中心區，評價相對值與實際客流擬合程度非常好(除了鞍山道站以外)，而在城市外圍地區(北側自勤儉道站開始，南側自復興門站開始)客流表現逐漸優于評價相對值，而且越到外圍差距越大。

用地開發強度a) 劉園站用地開發強度b) 西橫提站用地開發強度c) 果酒廠站

用地開發強度d) 本溪路站用地開發強度e) 勤儉道站用地開發強度f) 洪湖里站

用地開發強度g) 西站站用地開發強度h) 西北角站用地開發強度i) 西南角站

用地開發強度j) 二緯路站用地開發強度k) 海光寺站用地開發強度l) 鞍山道站

用地開發強度m) 營口道站用地開發強度n) 小白樓站用地開發強度o) 下瓦房站

用地開發強度p) 南樓站用地開發強度q) 土城站用地開發強度r) 陳塘莊站

用地開發強度s) 夏興門站用地開發強度t) 華山里站用地開發強度u) 財經大學站

圖1 天津地鐵1號線各站點雷達圖

圖2 天津地鐵1號線各車站綜合評價值及評價相對值

圖3 天津地鐵1號線某典型工作日各車站出站客流量

圖4 天津地鐵1號線各站評價相對值與客流趨勢對比圖

(1) 外圍地區車站差異分析：從天津的城市開發情況來看，居住人口仍然集中在城市中心區，外圍車站所處的快速環路以外區域的土地利用強度不高、人口較為分散，因此按照600 m半徑計算的各類指標均較少。而且城市外圍地區車站的接駁條件較好，實際服務范圍應大于600 m，車站越靠近外環線，服務范圍就越大，因此測算的評價指標低于客流表現。

(2) 鞍山道站分析:該站雷達圖各項指標除評論數外均較高，所以該站的相對評價值達到0.71。但該站出站客流量明顯低于其前后的兩座車站，造成這種現象的因素可能是：①鞍山道站與東側客流最大的營口道站間距僅為850 m，而本文采用的車站服務半徑為600 m，兩車站服務范圍重合較大，這導致車站的各指標相互影響。②鞍山道站距天津總醫院較近，周邊的興趣吸引點主要為醫院配套的相關服務業，進出該站周邊區域的多為就醫患者及陪同人員，本身使用地鐵出行的比例就較低；而且鞍山道站為側式站臺，進出站較為不便，導致就醫人員多采取其他交通方式。

從以上的車站實例分析及分指標的匯總圖(見圖5)來看， POI密度與車站客流相關性最好；評論數一定程度上反映了車站周邊用地的吸引力，特別是周圍商業設施較多的車站，與車站客流相關性較好；用地開發情況整體與客流趨勢一致，特別是在城市中心區；交通銜接指標綜合考慮了多方面設施，可以簡單反映車站交通銜接條件，但交通銜接更需要運營管理及服務方面的綜合配套政策，雖然天津地鐵1號線個別車站的交通銜接先天條件較好，卻并未進行相關的交通銜接規劃設計建設及運營管理優化工作，實際客流還有很大的增長空間；逗留人數最直觀地反映了車站周邊的人口及崗位密度，從圖5中可以看到，并不是人員密度最高的車站客流量最大，這是由居民的生活方式、出行習慣和軌道交通服務水平等多方面因素造成的。另外，通過本文的分析，可以看到：根據車站所處區域的不同，天津地鐵1號線各車站的實際服務范圍差距較大，城市中心區的營口道站、鞍山道站及小白樓等站直接服務半徑小于600 m，而外圍地區則遠大于600 m。

圖5 天津地鐵1號線各站評價指標分值及客流表現分值折線圖

4 結語

雷達圖分析法在城市軌道交通車站選址及評價過程中有較大的發揮空間，就方法本身而言，通過分析可得出以下結論。

(1) 本文通過興趣點、土地開發情況、逗留人數、車站交通銜接條件等數據的挖掘，利用雷達圖分析法找到評價各車站的相對分值，該評價值與車站的出站客流量相關性較高，可以近似反應各站客流量的變化趨勢。因此，該方法可以在城市軌道交通客流評價中進行應用。

(2) 本文所選取的幾個指標比較合理，但根據傳統的規劃手法，所選取的車站600 m服務半徑顯得缺少針對性。就本文的實例來說，天津地鐵1號線在城市中心區的車站服務半徑小于600 m，而在城市外圍地區，車站服務半徑則大于600 m。下一步，將結合實際調查，對車站的直接服務范圍做具體分析，試圖找到一定的規律。

(3) 對于天津地鐵1號線，通過采用雷達圖法進行比較分析，可以看到營口道站的客流表現遠遠強于其它車站，各站的客流分布很不均衡。天津地鐵1號線客流水平仍有較大的提升空間，應充分提升沿線土地利用水平，做好交通銜接保障，提高地鐵服務水平。

本文只是就雷達圖分析法在城市軌道交通規劃及評價工作中的應用進行了粗淺的論證，起到拋磚引玉的作用。該方法仍有待完善，特別是需要繼續做好細化指標的選取、劃定合理覆蓋范圍及深化指標權重等工作。

后續研究工作中，將嘗試在天津市軌道交通線路運營的后評估中采用該方法，繪制整條線路的雷達圖，并比較各條線路的雷達圖，進而將該方法應用于城市軌道交通規劃的選線工作中。