縣域綜合客運(yùn)樞紐選址模型研究
——以阿瓦提縣為例

□ 張佳明

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 交通與物流工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052)

根據(jù)“十三五”全面提升運(yùn)輸服務(wù)能力的發(fā)展思路，建立綜合客運(yùn)樞紐場(chǎng)站已經(jīng)成為促進(jìn)區(qū)域與城鄉(xiāng)協(xié)調(diào)發(fā)展，進(jìn)一步改善民生的重要舉措，而綜合客運(yùn)樞紐場(chǎng)站的選址問(wèn)題也就成了重中之重。

綜合樞紐場(chǎng)站的選址問(wèn)題在1987年由O’Kelly率先提出，他利用了路線的可通達(dá)性，以二次啟發(fā)式算法作為工具，從備選的站址中選擇了樞紐位置[1]。Campbell改善了O’Kelly的方法，解決了決策一致性的問(wèn)題[2]。陳大偉通過(guò)對(duì)土地開(kāi)發(fā)密集程度不同的老城區(qū)與新城區(qū)分別進(jìn)行了分析，用有約束和無(wú)約束兩種選址模型，以最小出行總時(shí)間為基礎(chǔ)對(duì)模型進(jìn)行了求解[3]。郝合瑞等提出了一種基于多目標(biāo)優(yōu)化的選址方法，他運(yùn)用0-1規(guī)劃模型，以建設(shè)投資、運(yùn)輸成本和乘客出行距離為約束條件，求得了選址問(wèn)題的最優(yōu)解[4]。鐘偉構(gòu)建了樞紐層級(jí)選址模型，以總成本最小為目標(biāo)，設(shè)計(jì)混合優(yōu)化算法，最終驗(yàn)證了模型的有效性[5]。

前人做過(guò)的相關(guān)研究，大都在數(shù)據(jù)獲取較為方便充足的情況下，但面對(duì)中小型城市的綜合客運(yùn)樞紐選址，傳統(tǒng)的選址方式就顯得過(guò)于復(fù)雜。從實(shí)際情況考慮，文章以重心法為基礎(chǔ)確定了一種選址方法。

1 選址原則及城市關(guān)系類型

1.1 選址原則

綜合客運(yùn)樞紐的選址要滿足城區(qū)布局規(guī)劃原則，包括適應(yīng)性原則、協(xié)調(diào)性原則、適度超前原則、節(jié)約性原則。

1.2 樞紐站與城市位置關(guān)系

綜合客運(yùn)樞紐是依托城市存在而發(fā)展的，它與城市之間的關(guān)系十分緊密，所以綜合客運(yùn)樞紐的不同選址位置對(duì)所依托的城市經(jīng)濟(jì)和交通的影響是不同的，將客運(yùn)樞紐與城市的位置關(guān)系分為三類：城市中心型、中心區(qū)邊緣性、城市外圍型[6]。其中城市中心型對(duì)城市的交通影響大，不是適合綜合客運(yùn)樞紐選址的合適位置；中心區(qū)邊緣型，一般情況下城市中心區(qū)的外圍是城市建設(shè)用地和部分的工業(yè)工地，位于中心區(qū)邊緣型的樞紐選址位置既承擔(dān)著城市節(jié)點(diǎn)的功能，同時(shí)還承擔(dān)著與其他城市間交通運(yùn)輸方式互相聯(lián)系的特殊城市功能；城市外圍型，一般是城市郊區(qū)，主要承擔(dān)著城市與其他城市聯(lián)系的功能，此處建設(shè)的樞紐站能夠帶動(dòng)城市遠(yuǎn)郊的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2 基于重力模型的選址分析

2.1 重心法選址

重心法是一種確定綜合客運(yùn)樞紐選址位置的定量方法，這種方法主要考慮的因素是現(xiàn)有設(shè)施之間的距離以及需要運(yùn)輸?shù)目土髁浚鼘⒄麄€(gè)客運(yùn)系統(tǒng)看作一個(gè)平面物體，將各客運(yùn)站的客流量看作物體的重量，最后求出物體的重心，將重心位置看作是綜合客運(yùn)樞紐的最佳選址位置[7]。

重心法的數(shù)學(xué)模型如下：

假設(shè)規(guī)劃范圍內(nèi)有n個(gè)交通發(fā)生點(diǎn)與吸引點(diǎn)，每點(diǎn)的交通發(fā)生量和吸引量為Wj(j=1，2，…，n)，坐標(biāo)為(xj，yj)(j=1，2，…，n)。所求綜合客運(yùn)樞紐的位置坐標(biāo)為(x,y)，系統(tǒng)運(yùn)輸費(fèi)率為Cj。計(jì)算公式如下：

(1)

根據(jù)公式(1)得出重心點(diǎn)位置坐標(biāo)，但此坐標(biāo)位置并不精確，不能直接使用，還要結(jié)合樞紐站與城市關(guān)系類型的條件，用來(lái)確定選址位置范圍，為進(jìn)一步選擇樞紐位置做準(zhǔn)備。

2.2 選址位置優(yōu)化

參考樞紐站選址原則，可以根據(jù)實(shí)地情況在備選位置范圍內(nèi)選出多個(gè)綜合客運(yùn)樞紐站的備選站址，然后用迭代法計(jì)算備選位置的交通出行費(fèi)用。假設(shè)每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的客運(yùn)站到備選位置的交通出行費(fèi)用是Hj，總的交通出行費(fèi)用是H，那么只要保證總的交通出行費(fèi)用最少就可以認(rèn)為此時(shí)的選址是最佳選址位置[8]。交通出行費(fèi)用公式如下：

(2)

其中

Hj=γj×wj×dj

(3)

式中：γj為備選樞紐位置到各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的阻抗；wj為遠(yuǎn)期各客運(yùn)站客流量情況；dj為備選樞紐位置到各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的距離。

阻抗γj運(yùn)用公式：

(4)

得出，式中：αj為備選樞紐位置到個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的平均出行費(fèi)用；vj為備選樞紐位置到各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的平均速率，可以參考道路等級(jí)得出。

2.3 與微分法對(duì)比

微分法是在重心法的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)不斷迭代，找出最小總運(yùn)輸費(fèi)用點(diǎn)的方法。微分法雖然可以求得精確最優(yōu)解，但此方法需要多次迭代，計(jì)算量大，且結(jié)果由于現(xiàn)實(shí)生活中地理等多方面因素的影響，往往不得不直接放棄。

文章方法考慮到了實(shí)際選址因素的影響，先縮小選址范圍，根據(jù)選址原則和實(shí)地情況選出備選站址，再對(duì)比幾個(gè)備選站址的交通運(yùn)輸費(fèi)用，選出最佳樞紐站位置。迭代次數(shù)少，選出的站址與實(shí)際緊密相關(guān)，更加適合中小城市進(jìn)行綜合客運(yùn)樞紐選址。

3 實(shí)例應(yīng)用

阿瓦提縣位于新疆自治區(qū)南疆鐵路發(fā)展主軸上，由中心城區(qū)和多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)組成，是修建阿瓦提到阿克蘇-阿拉爾的鐵路連接線，但現(xiàn)階段阿瓦提縣只擁有1個(gè)三級(jí)站和4個(gè)四級(jí)站，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)只有簡(jiǎn)易站點(diǎn)甚至沒(méi)站點(diǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的出行需求，故阿瓦提縣需要一個(gè)一級(jí)客運(yùn)站連接各鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及協(xié)調(diào)來(lái)自阿克蘇方向的客流，以滿足人們的出行需求。部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表1所示。

表1 重心法模型相關(guān)數(shù)據(jù)

根據(jù)公式(1)求得重心點(diǎn)坐標(biāo)為(80.35743782，40.74218811)。阿瓦提縣綜合客運(yùn)樞紐建立的目的是為了聯(lián)系各鄉(xiāng)鎮(zhèn)客運(yùn)站、協(xié)調(diào)來(lái)自阿克蘇方向以鐵路為主要來(lái)源的客流，且在遠(yuǎn)期規(guī)劃中阿瓦提中心城區(qū)邊緣用地是作為城市建設(shè)用地和部分工業(yè)用地使用的，符合中心區(qū)邊緣型關(guān)系的特點(diǎn)，因此新的客運(yùn)樞紐與城市之間的位置關(guān)系屬于中心區(qū)邊緣型，由此可以確定客運(yùn)樞紐的選址范圍。

根據(jù)選址原則在選址范圍內(nèi)選出符合條件的備選站址A點(diǎn)和B點(diǎn)，將備選站址數(shù)據(jù)代入公式(2)～(4)進(jìn)行計(jì)算，對(duì)比選出出行費(fèi)用最小的點(diǎn)，部分相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表2。

表2 交通出行費(fèi)用相關(guān)數(shù)據(jù)

求得A點(diǎn)的交通出行費(fèi)用H等于14.3萬(wàn)元，B點(diǎn)的交通出行費(fèi)用H等于9.2萬(wàn)元，可以明顯看出B點(diǎn)位置比起A點(diǎn)位置的交通出行費(fèi)用更低，可達(dá)性更好，因此最佳綜合樞紐站位置選B點(diǎn)，坐標(biāo)是(80.364346578010,40.674627547610)，位于s208省道以東，多浪鄉(xiāng)克其克拜什艾日克村四組村委會(huì)以南的空地處。

4 結(jié)論

文章以重心法為基礎(chǔ)，分析城市特點(diǎn)所得到的樞紐場(chǎng)站位置與城市的關(guān)系，再根據(jù)最小費(fèi)用所得到樞紐場(chǎng)站位置的運(yùn)算方法，一方面考慮到了城市自身特點(diǎn)和發(fā)展需求，另一方面也考慮到了經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)，適用于中小型城市進(jìn)行綜合客運(yùn)樞紐選址。