軌道交通站點步行可達性與便利性評估方法研究

在國家大力引導(dǎo)公共交通出行的背景下，近年來各大城市積極發(fā)展軌道交通等綠色出行模式，地鐵出行已經(jīng)成為城市居民日常出行的首選。

軌道交通站點的選址直接影響人們乘坐地鐵出行的可能性，對于已經(jīng)建設(shè)完成的軌道交通站點有必要進行使用效率和便利性的評估，一方面優(yōu)化周邊土地發(fā)展模式，另一方面為未來軌道交通站點的選址提供科學(xué)參考與依據(jù)。

1 軌道交通站點步行可達性評估

1.1 含義

可達性的含義較為復(fù)雜，美國學(xué)者漢森第一次正式闡述了可達性這一概念，將可達性定義為交通網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點相互作用機會的大小[1]。城市規(guī)劃、城市交通、人文地理和城市經(jīng)濟等學(xué)科正在廣泛應(yīng)用這個含義并將其進行了多方面的拓展。大多數(shù)學(xué)者認為，可達性是特定的交通網(wǎng)絡(luò)中從起始點到目標點的困難程度，其大小由單位旅行成本衡量：單位旅行成本越大，反映該目標點可達性越低；反之，則可達性越高。

按照旅行成本的種類不同，可達性包括時間可達性、距離可達性和費用可達性，其中城市規(guī)劃的主要研究對象是時間可達性和距離可達性。時間可達性指居民采用步行交通方式到達站點所花費的時間，用時越短，可達性越高，反之越低；距離的可達性，指居民采用步行交通方式從出發(fā)地去往軌道交通站點所發(fā)生的實際路徑，得到此路徑與起訖點直線距離的比值，比值越小，距離可達性越高，反之可達性越低。

1.2 影響因素

影響軌道交通站點可達性的因素比較復(fù)雜。可達性的本質(zhì)是一種物體在空間中移動的軌跡，主要有三個組成要素，分別是以進行某種活動為目的的需求力、兩地間活動耗費距離或時間所代表的空間阻隔和目標點對象的服務(wù)能力，通過這三個要素篩選相關(guān)影響因素。本文以這三個要素為基礎(chǔ)，結(jié)合天津市實際情況，分析研究天津市中心城區(qū)軌道交通站點可達性的影響因素[2]。

1.2.1 軌道交通站點的服務(wù)人口密度

1）因素分析

軌道交通站點的服務(wù)人口密度表達了站點影響區(qū)內(nèi)人口對于站點的需求力。人口密度與軌道交通站點可達性成正比，站點影響區(qū)內(nèi)人口密度越大，站點的服務(wù)能力就越強，可達性就越高；反之，則可達性越低。

2）數(shù)據(jù)收集

（1）人口分布數(shù)據(jù)。為了便于研究，認為軌道交通站點影響區(qū)內(nèi)的服務(wù)人口分布是均質(zhì)的，可用單位建設(shè)用地的人口數(shù)據(jù)計算影響區(qū)的人口總數(shù)，進而用數(shù)據(jù)分布代替人口分布。

（2）人口密度數(shù)據(jù)。獲取每個站點影響區(qū)的人口數(shù)據(jù)較困難，但可利用航拍地圖轉(zhuǎn)譯并提取現(xiàn)狀建筑元素，從而得到站點影響區(qū)內(nèi)商業(yè)、居住、工業(yè)等各類型建筑的建筑面積。由于建筑面積往往與人口數(shù)量呈正相關(guān)性，可根據(jù)人均住宅建筑面積和人均就業(yè)建筑面積的相關(guān)指標，得到影響區(qū)內(nèi)居住人口和就業(yè)人口的數(shù)量。采用居住人口與就業(yè)人口之和與影響區(qū)面積的比值作為該站點的服務(wù)人口密度。

1.2.2 城市交通網(wǎng)絡(luò)

1）因素分析

城市交通狀況是影響軌道交通站點可達性的最重要因素，二者呈正比。步行條件好，交通流順暢，交通狀況佳，站點可達性好；反之，交叉口過多，信號燈延遲嚴重，通行條件差，站點可達性就差。

2）數(shù)據(jù)收集

（1）道路網(wǎng)絡(luò)建模。采用GIS建模手段，提取空間信息，以天津市中心城區(qū)內(nèi)快速路、主干路、次干路、支路等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集。首先建立拓撲關(guān)系，依照相關(guān)規(guī)則修改完善，再將線段從交點處打斷（立交道路不打斷），最后將距離和時間設(shè)置為阻抗，以此為參數(shù)進行最短路徑分析。

（2）影響區(qū)空間質(zhì)心提取?？蛇_性計算通常是以節(jié)點方式來進行的，需要確定影響區(qū)空間質(zhì)心，而影響區(qū)空間質(zhì)心往往是人口質(zhì)心，這就要求在可達性計算前進行影響區(qū)人口質(zhì)心的提取。人口質(zhì)心未必是影響區(qū)的幾何中心，其描述的是分布中心，通常采用加權(quán)平均方式來獲得[3]。

式中：Wi為單元內(nèi)第i個影響區(qū)內(nèi)的人口數(shù)；XiYi為i影響區(qū)的坐標，XG、YG為影響區(qū)的空間質(zhì)心坐標。

本文根據(jù)人口密度數(shù)據(jù)提取出天津市中心城區(qū)85個軌道交通站點影響區(qū)的空間質(zhì)心。

3）交通阻抗計算

計算交通阻抗是測算站點可達性的第一步，也是可達性評價的關(guān)鍵。交通阻抗常用距離、時間、費用來衡量。但在實際情況下，不同影響區(qū)內(nèi)的路網(wǎng)密度是不一樣的，道路等級也不同，采用直線距離評價站點可達性會與真實情況有所差別，本文衡量可達性的指數(shù)為起訖點之間的網(wǎng)絡(luò)距離。

起訖點之間的通行線路較多，基于出行需求，往往選擇交通阻抗最小的。所以交通阻抗可以用起訖點之間的最短網(wǎng)絡(luò)距離表示。對于基本的道路網(wǎng)絡(luò)，采用汽車、非機動車、步行等出行，起訖點間的交通阻抗由三部分組成，即d1、d2、d3。

d=d1+d2+d3

式中：d1為出發(fā)點Q到最近點QB間的距離；d3為終點D到最近點DB間的距離；d2為QB與DB之間路徑選擇的最短距離。最短路徑的具體計算可在GIS平臺中實現(xiàn)，通過計算可以得到起訖點間的交通阻抗。

1.2.3 城市土地利用情況

1）因素分析

軌道交通站點影響區(qū)內(nèi)的土地利用類型及分布會影響軌道交通站點的可達性，不同性質(zhì)的用地會形成不同的土地使用阻隔，影響市民對軌道交通的使用。站點影響區(qū)內(nèi)的用地類型總體上可分為兩類：一類是對步行起促進作用的用地，如道路、廣場等，可以有效提高軌道交通的可達性；另一類是起限制作用的用地，如工業(yè)區(qū)、倉儲區(qū)、正在施工的區(qū)域等，只能繞行通過，會降低站點的步行可達性。

2）數(shù)據(jù)收集

依據(jù)用地功能與性質(zhì)，采用層次分析法進行比對，對重要的用地功能阻力系數(shù)進行分析。

（1）道路用地?？陕?lián)系不同的用地性質(zhì)，供車輛行駛和行人使用，因此不計入用地阻力。

（2）居住用地。出于內(nèi)部安全考慮，住宅區(qū)多為封閉式管理，使得步行交通得不到連續(xù)。結(jié)合天津市實際情況，大多數(shù)老舊小區(qū)允許外來者步行穿越，能夠減少出行時間；而部分新建小區(qū)禁止外來者步行穿越，故只能繞行。考慮服務(wù)人口對影響區(qū)內(nèi)的居住區(qū)建設(shè)情況不甚了解，一般不會選擇在居住區(qū)內(nèi)穿行，因此將居住用地的阻力系數(shù)定為0.8。

（3）工業(yè)用地、物流倉儲用地、公用設(shè)施用地。這三種用地類型對外來者會存在安全隱患，大多采用封閉式管理，因此一般無法穿行，阻力系數(shù)為1。

（4）公共管理與公共服務(wù)設(shè)施用地。該類用地屬于城市公共設(shè)施，可以供人使用，但為了便于管理一般采用封閉形式，均不可隨意穿行；通過對天津市此類用地進行實地踏勘也證明了這個觀點。因此將這類用地定義為不可通過用地，阻力系數(shù)為1。

（5）綠地與廣場用地。此類用地相對公共性較強，但因功能所需會設(shè)置曲折路徑、小品雕塑，使通過性降低。因此綠地與廣場用地的阻力系數(shù)為0.2。

（6）商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施用地。該類用地吸引大量人群，會布置吸引人群駐足的服務(wù)設(shè)施，因此通過性屬中上，阻力系數(shù)定為0.4。

（7）正在施工用地、特殊用地等大多采用封閉式管理，服務(wù)人口不可步行通過，因此將這些類型的用地定義為不可通過用地，阻力系數(shù)為1。

3）土地利用阻抗計算

W=S/Q×G

式中：W為某類用地的用地阻力；S為某類用地面積；Q為影響區(qū)總面積；G為某類用地的阻力系數(shù)。

1.2.4 軌道交通站點影響區(qū)

1）因素分析

以軌道交通站點為核心，將集中了大部分服務(wù)人口且用地功能受軌道交通站點影響較大的區(qū)域，定義為軌道交通站點影響區(qū)。

2）數(shù)據(jù)收集

收集到的天津市中心城區(qū)部分軌道交通站點影響區(qū)見表1。

1.3 評價

表1 軌道交通站點影響區(qū)面積 hm2

續(xù)表1

1.3.1 評價模型

在步行可達性研究中，基于空間相互作用的可達性計算方法應(yīng)用最為廣泛，本文主要采用基于空間阻隔視角的可達性評價[4]。空間阻隔可具化為服務(wù)人口采用步行方式從出發(fā)地到軌道交通站點所需要克服的一切障礙。把兩個節(jié)點之間的空間阻隔作為評價可達性的數(shù)值指標，阻隔越小，可達性越好。空間阻隔模型簡單、計算方便，結(jié)果明了，在交通網(wǎng)絡(luò)研究中被廣泛應(yīng)用。

式中：Ai為i節(jié)點的可達性；Lij是從j節(jié)點到i節(jié)點的交通阻抗，通常為節(jié)點i與j間的距離、時間、費用等。

空間阻隔模型僅考慮交通阻抗一種因素，不能準確反映軌道交通站點的特征，因此不能全面反映站點的可達性高低。為了修正這種誤差，將其他可達性影響因素作為權(quán)重，運用加權(quán)空間阻隔模型計算可達性Ai。加權(quán)空間阻隔模型用站點到道路網(wǎng)絡(luò)中各個吸引點的加權(quán)平均阻抗來反映站點的可達性，與站點的服務(wù)人口密度、影響區(qū)土地利用情況以及站點服務(wù)能力緊密相關(guān)。

式中：Ai為軌道交通站點i的可達性；P表示站點影響區(qū)質(zhì)心的人口密度；S為站點服務(wù)能力；W為影響區(qū)的綜合步行指數(shù)；C為交通阻抗，α為影響區(qū)內(nèi)某類用地的用地阻力。

軌道交通站點可達性受不同因素影響的程度不同，因此分別賦予交通阻抗、人口密度、服務(wù)能力和用地阻力50%、10%、20%、10%的權(quán)重，計算軌道交通站點的可達性并進行評價效果分析。受到模型中量綱的影響，需要對可達性值進行標準化處理，數(shù)值經(jīng)過處理后將處于同一數(shù)量級，能夠進行對比評價。采用離差標準化的方法對數(shù)據(jù)進行標準化處理，實現(xiàn)對原始數(shù)據(jù)的線性變換，使結(jié)果值映射到0～1之間。轉(zhuǎn)換函數(shù)

式中：max(Ai)為可達性的最大值；min(Aj)為可達性的最小值。

1.3.2 評價結(jié)果

天津市中心城區(qū)部分軌道交通站點可達性指數(shù)見表2。

1.4 特征

表2 軌道交通站點可達性評估結(jié)果

采用ArcGIS Natural Break方法將所有地鐵站點可達性值分成高、較高、中、較低、低5個級別。見圖1。

由圖1可知，天津市中心城區(qū)軌道交通站點可達性分布并不均衡，可達性較高的站點均位于以中環(huán)線圍合而成的市中心區(qū)域，站點可達性向外圍區(qū)域逐漸降低，大體呈不規(guī)則的環(huán)狀圈層分布格局。軌道交通線路中，平均可達性最高的為2號線，最低為6號線，平均可達性由高至低為2號線＞3號線＞1號線＞6號線。在可達性較高的區(qū)域中，還呈現(xiàn)出指向換乘站的特點。除北站為中可達性、長虹公園為較高可達性外，其他換乘站均為高可達性，說明換乘站的可達性普遍較高。

對可達性指數(shù)進行排序，可得出可達性最高與最低的10個站點。見表3。

圖1 軌道交通站點可達性分級分布

由表3可以看出，可達性最高的10個站點中，有5個是換乘站，均集中在市中心人口密集區(qū)域，也是地鐵站點集中的區(qū)域。

表3 可達性指數(shù)排序

2 軌道交通站點步行便利性評估

2.1 含義

便利性指步行者感知的所要到達目的地易達程度，涉及目的地周邊的相關(guān)設(shè)施、心理因素等。對軌道交通站點而言，就是到達站點的步行難度，步行心理接受程度等[5]。

2.2 影響因素

軌道交通站點便利性綜合評價指標體系以調(diào)研分析為基礎(chǔ)，形成4組綜合評價指標，包括道路交通狀況、接駁設(shè)施、用地功能、站點設(shè)施。

2.2.1 道路交通

道路交通是影響站點便利性的基礎(chǔ)性因素，包括道路等級、出入口位置、道路類別、車行方向、車行速度、道路封閉情況等站點周邊的道路交通狀況。分析目的是確定站點的交通定位及發(fā)展目標。

2.2.2 接駁設(shè)施

軌道交通站點已經(jīng)成為城市交通的重要接駁核心，越來越多的交通方式與之銜接，以提高居民出行的便利性。軌道交通站點一般有五種常見的接駁方式：軌道交通、公交車、私人小汽車、自行車和步行。通過對不同接駁方式的接駁距離、場地設(shè)施情況進行分析，從而對軌道交通站點的便利性進行評價。

2.2.3 用地功能

主要內(nèi)容是不同類型軌道交通站點與影響區(qū)內(nèi)用地功能的匹配程度。站點影響區(qū)核心圈層內(nèi)與軌道交通站點類型相符合的用地功能占比越高，則該站點的便利性較高；反之越低。

主要方法是通過POI數(shù)據(jù)篩選餐飲、購物、教育、金融、旅游、生活服務(wù)、醫(yī)療、娛樂休閑、住宿服務(wù)、商務(wù)辦公、行政辦公共11類業(yè)態(tài)，利用ArcGIS軟件疊加分析方法，計算站點影響區(qū)不同圈層的設(shè)施分布密度。站點影響區(qū)核心圈層設(shè)施密度大于輻射圈層與外圍圈層設(shè)施密度之和，該站點便利性較高，反之較低。

2.2.4 站點設(shè)施

包括出站閘機數(shù)量、出站口與閘機距離、標識指引設(shè)施等，主要關(guān)注使用者對站點內(nèi)部設(shè)施的使用情況和狀態(tài)。旨在評估既往研究中較少涉及的站內(nèi)設(shè)施要素對軌道交通站點便利性的影響。

2.3 評價

為更加準確反應(yīng)便利性評估結(jié)果，把評價指標體系分為兩個層級，一級指標主要反映乘客對不同類型站點的關(guān)注因素，二級指標主要反映使用者出入軌道交通站點的主客觀因素。首先需從業(yè)態(tài)與主導(dǎo)功能方面對軌道交通站點進行分類，然后基于兩層評價指標體系進行分配測算。通過二級指標體系測算結(jié)果對一級系統(tǒng)的反饋影響，計算出軌道交通站點的便利性指數(shù)，即反映各個軌道交通站點的便利性情況。

2.3.1 基于業(yè)態(tài)研究的一級評價體系

軌道交通站點的業(yè)態(tài)對一級評價體系的指標有很大影響。通過對天津市軌道交通站點的調(diào)查研究，對不同類型的軌道交通站點進行權(quán)重分配，結(jié)果見表4。

2.3.2 因素細化的二級評價子系統(tǒng)

表4 各因子權(quán)重

將以上四項因素細化，形成二級評價子系統(tǒng)，將子系統(tǒng)的評價標準分為5個等級，分值越高，代表便利性越高[6]。見表5。

2.3.3 評價結(jié)果

天津市中心城區(qū)部分軌道交通站點便利性指數(shù)見表6。

表5 站點便利性評價指標

續(xù)表5

2.4 便利性特征

表6 軌道交通站點便利性評價結(jié)果

采用ArcGISNaturalBreak的方法將所有軌道交通站點便利性值分成高、較高、中、較低、低5個級別。見圖2。

由圖2可以看出，中心城區(qū)軌道交通站點便利性分布并不均衡，便利性較高的軌道交通站點大多位于以中環(huán)線圍合而成的市中心區(qū)域且南部優(yōu)于北部，整體上向市中心外圍區(qū)域逐漸降低，但外圍區(qū)域也有部分站點便利性較高。

地鐵線路中，平均便利性最高的為1號線，最低為2號線，平均便利性由高至低為1號線＞9號線＞6號線＞3號線＞2號線。地鐵1號、9號線連接了包括濱江道、小白樓、西南角、東北角、大沽南路在內(nèi)的天津市公共核心與中心，還連接了天津站、天津西站等交通樞紐。這兩條線路經(jīng)過城市核心地區(qū)，沿線聚集了大量高強度開發(fā)的商業(yè)、辦公、居住用地。1號線建設(shè)時間最早，運營時間最長，站點大多位于市區(qū)開發(fā)較成熟地塊，周邊道路交通較完善，土地混合度較高且人口密度較高，有利于提高站點便利性；9號線開通時間晚，但規(guī)劃較完善，接駁設(shè)施較好且用地大多集中站點規(guī)劃布局，便利性相對較高；2號線主要用于快速疏解城市核心與外圍地區(qū)之間的大規(guī)模交通客流，為了交通運輸效率，站點周邊用地混合度較低，道路寬度及間距較大，站點接駁多以機動車為主，所以便利性相對較低[7]。

圖2 軌道交通站點便利性分級分布

從軌道交通站點類型來看，商服型站點平均便利性最高，產(chǎn)業(yè)型站點平均便利性最低，平均便利性由高至低為商服型＞混合型＞交通型＞居住型＞公共型＞產(chǎn)業(yè)型，說明軌道交通站點較易吸引商業(yè)服務(wù)等業(yè)態(tài)。產(chǎn)業(yè)用地大多分布在站點外圍區(qū)域，道路網(wǎng)密度較低，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)型站點平均便利性較低。

對便利性指數(shù)進行排序，分別得出天津中心城區(qū)便利性最高與最低的10個站點。見表7。

3 結(jié)論

表7 便利性指數(shù)排序

借助評價模型及掌握的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對天津市中心城區(qū)地鐵站可達性與便利性進行了評估，結(jié)果表明，可達性與便利性程度呈現(xiàn)出基本上的一致性且與城市活力中心有很大程度上的重疊。配套設(shè)施集中、高效便捷、居民點集中、交通便利的地鐵站點，可達性與便利性往往較高。

軌道交通站點可達性評估可以通過基于空間相互作用的可達性計算方法，構(gòu)建基礎(chǔ)模型，運用加權(quán)空間阻隔模型計算，對軌道交通站點的可達性作出科學(xué)評價；軌道交通站點便利性評估可通過對道路交通情況、接駁設(shè)施等影響因素的分析研究，構(gòu)建二級評價體系，對軌道交通站點的便利性作出評價，為城市規(guī)劃與交通發(fā)展提供支撐。