倫敦公共交通可達性分析方法及應用

張天然，朱春節

(上海市城市規劃設計研究院，上海200040)

0 前言

可達性(accessibility)是人們對城市交通系統資源的占有以及對活動空間和交往機會的利用，其內涵涉及土地利用、交通系統、時間和個體因子等4個要素[1-2]。可達性在多個領域廣泛使用，國內外學者對其內涵、特征及測算方法做過深入的探討。

可達性常用的測算方法有空間阻隔模型、累積機會模型、空間相互作用模型、效用模型和時空約束模型[1-3]。空間相互作用模型和效用模型綜合考慮了土地利用和交通需求、空間阻隔等因素，可廣泛應用于土地利用與交通協調發展研究中。累積機會模型由于時間閾值難以確定，應用范圍相對受限，多運用于項目選址、經濟中心節點評價等；空間阻隔模型和時空約束模型由于不能反映土地利用和交通需求等其他信息，且所需數據量大并難于獲取，應用范圍不大[1,4-5]。已有一些商業軟件對成熟算法進行開發，提供可達性分析的專業工具。如交通規劃軟件TransCAD提供了基于累積機會模型的可達指標(access measure)和網絡指標(network measure)等。

可達性建立了交通系統與用地之間的系統性聯系，是城市發展研究中交通與用地協調發展的核心[3]。因而，可達性廣泛應用于城市規劃和交通分析領域。在諸多可達性應用中，倫敦公共交通可達性影響最大，被廣泛研究和借鑒[6]。本文主要介紹倫敦公共交通可達性的指標構成、計算方法和應用方式，以及可達性在上海規劃中的應用情況。

1 倫敦公共交通可達性

在倫敦交通規劃(Transport for London,TfL)中，分析交通基礎設施和服務作用的重要方法就是連通性(connectivity)，也稱為可達性(accessibility)。使用可達性分析的主要目標是：識別因交通改善而得益的區域；更好地了解新公共交通線路、車站和道路規劃的影響；識別醫院、影劇院等公共服務建筑的最佳選址以便居民使用；了解倫敦的哪些地方更適合居住和辦公開發；對不同區域的停車配建指標高低提出建議。

可達性分析的主要形式有三種：1)公共交通可達性水平(Public Transport Access Level,PTAL)，基于區域內公共交通的服務距離和頻率的公共交通可達性指標；2)等時線地圖，展示特定區域到其他區域的時間或一定時間內可到達的區域；3)服務范圍分析(catchment analysis)，描述特定區域在一定時間內可到達的工作地點，或不同形式的服務情況。

2 公共交通可達性水平

PTAL的取值范圍為0～6，越大表示可達性(連通性)越好。因為歷史原因，1類的PTAL值分為1a和1b，6類的PTAL值 分為6a和6b，因此一共有9個PTAL值：0，1a，1b，2，3，4，5，6a和6b。PTAL值用固定的顏色在地圖上進行表示(見圖1)。

PTAL值高的地方一般具有以下特點：步行到最近的公共汽車站距離很近；最近的公共汽車站等待時間很短；最近的公共汽車站有很多公共汽車服務；附近有主要的軌道交通車站；以上特點的組合。因此，可看出PTAL是對公共交通網絡密度的度量，不考慮每個地方可以到達的目的地，也不反映公共汽車和軌道交通的擁擠情況。

2.1 PTAL的應用

PTAL最早是在倫敦的漢默史密斯-富勒姆區(Hammersmith&Fulham)試點，后來被深入和廣泛地應用到倫敦的各種規劃，包括戰略規劃和區域規劃。例如，規劃年限到2031年的倫敦戰略規劃(London Plan)中，以PTAL來確定不同區域的居住開發密度，PTAL值越大居住開發密度越高(見圖2)。

圖1 全倫敦PTAL地圖Fig.1 PTAL map of London

圖2 倫敦規劃中PTAL和停車配建的關系Fig.2 Relationship between PTAL and parking allocation in London planning

在倫敦規劃中PTAL也被用于居住區的停車位配建指標。為鼓勵使用公共交通，停車位配置的基本原則是在公共交通服務好的地方應減少供應，而在公共交通服務薄弱的地方可提供更多的停車位。倫敦住房供給規劃指引報告中提供了將房間數、停車位和PTAL聯系起來的對應關系矩陣(見圖2)。

作為確定區域用地開發密度的政策組成部分，倫敦規劃也監控了PTAL值大于等于5的區域中商業用地的比例。規劃確定了一個關鍵運營指標來維持高PTAL值區域的商業用地比例。

圖3 區域規劃框架中現狀年和規劃年的PTAL地圖Fig.3 PTAL maps of present and future years in regional planning framework

圖4 Battersea地區Northern線延伸后現狀年和規劃年PTAL對比Fig.4 Comparison between current year and planning year's PTAL after the extension of the Northern Line in Battersea Area

例如在Upper Lee Valley Opportunity地區規劃框架中，兩個地圖分別表示現狀年和規劃年的PTAL值，反映了新開公共汽車線路、增加軌道交通發車頻次等公共交通服務的改進對區域的影響(見圖3)。又如巴特西(Battersea)地區Northern線延伸后現狀年和規劃年PTAL的對比(見圖4)。

PTAL一般是基于地圖的，可以將全倫敦的值展示在地圖上，并提供網頁版，用于PTAL結果展示和查詢。

PTAL也有其缺點。例如PTAL值區分為9類，但是每一類沒有繼續細分以體現不同之處；PTAL分析基于所有公共交通可達性，而沒有基于不同的公共交通模式。當應用于未來年時，由于缺乏常規公共汽車的服務水平數據，一般基于假設來測算PTAL值。PTAL使用工作日早高峰的服務水平代替所有時段的服務水平，但對購物中心，可能平峰時段甚至周末的服務水平更為重要。另外，軌道交通運輸能力、可靠性等因素也沒有納入PTAL計算。

2.2 PTAL的計算方法

2.2.1 輸入數據

計算PTAL的輸入數據包括：

1）區域內的住宅、辦公、商店等要素規模。

2）所有公共交通車站，稱為服務點(Service Access Points,SAPs)。大倫敦共有1.3萬個服務點，但不是所有公共交通車站都會作為單獨的服務點，就近的車站會合并成一個組。

3）所有可以步行的網絡，用以計算出行起點到公共交通車站的步行時間，步行網絡使用調查發布的整個倫敦的整體交通網絡(Integrated Transport Network,ITN)，并去除了不適合步行的道路，添加了鐵路橋、步行道等其他可步行的設施。步行速度假設為4.8 km·h-1。

4）所有公共交通運行線路(包括軌道交通線路)，以及在服務點的停站情況和服務頻率。有關公共汽車停靠站和線路數據采用倫敦交通規劃中的公共汽車網絡數據。軌道交通(含有軌電車)的服務頻率采用倫敦公共交通戰略模型RailPlan數據。

5）根據PTAL的計算要求，所有輸入數據區分現狀和未來的兩種情況。

2.2.2 計算步驟

1）計算到服務點(SAPs)的步行時間(Walking Time,WT)。

假定人們到公共汽車站的最長步行距離為640 m(8 min)，到軌道交通車站的最長步行距離為960 m(12 min)，超過此范圍的公共交通服務不影響PTAL的值。路徑選擇采用Mapinfo軟件的RouteFinder應用程序。

2）計算每條線路在每個服務點(SAP)的計劃等待時間(Scheduled Waiting Time,SWT)。

①假設乘客到達公共交通車站服從隨機分布。

②SWT的單位為min，假定為服務間隔的一半，即SWT=0.5(60/頻率)。例如，1小時有6班車，服務間隔10 min，則SWT=5 min。計算SWT采用工作日8:15—9:15的公共交通服務頻率。

③同一條線路有多個車站可以服務，只考慮最近的車站。雙向運行的線路，選服務頻率大的作為計算輸入。軌道交通只考慮在倫敦市內至少有兩個車站的線路，不考慮只有一個站的線路(主要是指城際線路)。

3）計算每條線路在每個SAP的平均等待時間(Average Waiting Time,AWT)。

AWT是在SWT的基礎上，增加一些可靠性因素的時間。不同公共交通模式的可靠性因素有所差異，以反映公共汽車和軌道交通等方面的差異。公共汽車增加的可靠性因素的時間為2 min，軌道交通(有軌電車)增加0.75 min。

4）計算每條線路在每個SAP的總接駁時間(Total Access Time,TAT)。TAT=WT+AWT。

5）計算每條線路在每個SAP的等效頻率(Equivalent Doorstep Frequency,EDF)。EDF=0.5(60/TAT)，使用總接駁時間作為服務時間間隔來計算等效頻率。

6）計算接駁指數(Access Index,AI)。

①AI通過所有線路的所有SAPs的EDF來計算，但會給出一個權重系數，最大等效頻率的權重為1，其他為0.5，即AI=最大EDF+0.5∑(其他EDFs)。

②先對每個公共交通模式的AI進行計算。

③再計算總的AI。AI total=∑(AI_Bus+AI_Rail+AI_Tube+AI_Tram)，Bus為公共汽車，Rail為地上鐵路，Tube為地下鐵路，Tram為有軌電車。

7）轉換為PTAL值。

PTAL值與AI值轉換關系及與顏色的對應關系如圖5所示。

2.3 PTAL地圖的創建方法

2.3.1 手工選擇單一點

這種方法主要針對一個特定點的聚焦研究，為了更加精確地計算特定點的步行距離，對于路網、公共汽車站等數據精確性要求更高。PTAL對步行距離敏感，對大范圍內的不同特定點會出現不同的結果。這種方法主要展示PTAL值的區間，最低或最高值沒有具體意義，不適用于規劃研究。

2.3.2 柵格點轉換為區域

這種方法比較適合網頁發布和大范圍創建PTAL地圖。目前，網頁發布的倫敦PTAL地圖柵格大小為100 m*100 m，約15萬個點。對于研究區域不大的對象，可以使用50 m*50 m大小的柵格。但是，由于最大步行距離的影響，有時候PTAL值存在跳躍。

圖5 PTAL值與AI值轉換關系以及與顏色的對應關系Fig.5 Conversion relationship between PTAL and AI values and corresponding graph with color

2.3.3 只展示不同PTAL值區域的邊界

這種方法只展示不同PTAL值區域的邊界，適用于創建大范圍的PTAL地圖，且邊界沒有跳躍，較為平滑。這種方法避免了柵格創建PTAL地圖的跳躍問題，雖然平滑算法沒有完全考慮PTAL的計算過程，但仍然比較客觀，因為最大步行距離造成的跳躍只是估計值。

圖6 早高峰Bank station到其他區域的出行時間Fig.6 Travel time from Bank station to other areas at morning peak hours

2.3.4 計算每個分區的平均PTAL值

平均PTAL值是分區內所有地點AI值的平均值。這種方法常用于人口普查區的PTAL值計算。和不同PTAL值區域邊界圖相比，如果分區內不同地點到公共交通車站的距離差異較大，兩者則會相差較大(分區內被均值化了)。

3 出行時間地圖((等時線地圖)

3.1 等時線地圖的應用

等時線地圖主要展示特定區域到其他區域的時間或一定時間內可以到達的區域，典型應用如圖6所示。等時線地圖還可以輔助交通設施規劃決策(見圖7)，以及對比不同交通方式服務范圍的差異(見圖8)。

3.2 等時線地圖創建方法

圖7 有無Crossrail工程的地區等時線及出行時間對比Fig.7 Regional isochron and travel time comparison with/without Crossrail project

圖8 不同方式到達Hounslow需要的時間Fig.8 Time to get to Hounslow in different ways

圖9 TIM和CAPITAL的輸出對比Fig.9 Output comparison between TIM and CAPITAL

創建等時線地圖有兩種方法：時間制圖(Time Mapping,TIM)和倫敦公共交通接駁計算制圖(Calculator of Public Transport Access in London,CAPITAL)。其中，公共交通采用倫敦交通模型中的Railplan模型測算出行時間，小汽車采用倫敦交通模型中的Highway Assignment Models(HAMs)模型測算出行時間。

TIM基于交通小區，考慮了交通小區形心之間的出行時間。而CAPITAL采用柵格形式計算，允許自定義出行起訖點，對公共交通接駁的時間考慮得更加細致，考慮了從出發點(或目的地)到公共交通服務站點的時間。從表現精度上，CAPITAL更為細致(見圖9)。但是，CAPITAL的計算時間相對較長，不適應網頁版應用平臺的計算。

3.3 機會和服務獲得計算

還有一種可達性表示方法，是機會和服務可獲得性(Access to Opportunities and Services,ATOS)。ATOS用來計算通過步行或公共交通能夠得到潛在服務的容易程度。ATOS采用CAPITAL的時間來分析，是基于目的地的計算。用于計算ATOS的機會和服務包括：就業、教育、健康、食品商店、開放空間等方面(見表1)。其計算步驟包括：定義情景、分析每類服務機會最近的10個設施，計算出行時間，獲取最近的目的地，計算平均時間和方差等時間統計指標以及ATOS得分。ATOS分為A～E五級：A級表示出行時間比平均時間小，超過標準差，代表最好的連通度；B級表示出行時間比平均時間小，但不超過標準差；C級表示出行時間大于平均時間，但不超過標準差；D級表示出行時間超過平均時間的1～2個標準差；E級表示出行時間超過平均時間2個以上標準差。圖10是倫敦的中學ATOS得分表現形式。

表1 ATOS方法目的地包含的要素Tab.1 Elements included in ATOS method destination

圖10 倫敦的中學ATOS得分Fig.10 ATOS score of middle school in London

4 服務范圍分析(Catchment Analysis)

服務范圍表示可以從某個區域方便到達的區域。如果某個區域提供了類似商店、學校和醫院的服務，則大多數顧客、學生和病人來自服務范圍。如果某個區域是住宅，則服務范圍是大多數居民要去工作的地方。具體的分析形式包括：1)只展示服務范圍，如某中心60 min公共汽車和所有公共交通方式可達范圍對比，45 min城鎮中心可達范圍分析。2)展示服務范圍的社會經濟信息，如某中心2011年45 min可達就業崗位分布和人口分布。3)展示服務范圍特定服務類型的數目，如倫敦未來年公共交通網絡大學分布，Crossrail二期對大學分布的影響分析等。4)展示服務范圍的出行時間，如到最近城鎮中心的時間分析。5)以上情況的組合和情景設置、對比分析等。

5 可達性在上海市的應用情況

近年，依托上海市交通規劃模型，上海市在各種規劃中嘗試可達性分析。例如不同接駁方式的軌道交通可達范圍分析，軌道交通21號線是否采用快線制式對浦東樞紐可達性的影響(見圖11)，教育、醫療等基礎設施服務范圍分析(見圖12)等。除此之外，上海市嘗試將可達性引入交通策略分區等宏觀層面研究。以可達性為主要依據，將上海市域劃分為4個宏觀交通策略分區，并提出各分區的交通與土地使用發展模式建議。

圖11 軌道交通21號線采用快線制式對浦東樞紐可達性的影響Fig.11 Impacts on accessibility of Pudong Junction with express line system on Track 21

6 結語

倫敦公共交通可達性的應用較為廣泛，有些指標甚至提升到對規劃的指引作用。例如直接應用于停車配建政策分區，居住和辦公的開發密度分區等。同時也將交通設施項目和改善效果，公共服務設施等相關因素聯系起來，突破了單純交通供給分析的界限。

從分析方法上看，PTAL的計算步驟簡單明了，雖然存在一些缺點，但比較容易操作和應用。等時線及相應時間范圍內的各種機會和服務要素分析是可達性的主要度量指標，可以充分體現地區交通發展的差異性。對相關的政策分析，如引導TOD發展，土地使用及開發強度，提高公共交通出行分擔率等方面具有較好的促進作用。可達性分析是交通和土地利用互動反饋的一座聯系橋梁。