基于出行需求的軌道車站公交接駁范圍研究

畢亞茹，于曉樺，?，譚佳慧，劉欣萍

(1.山東建筑大學交通工程學院，山東 濟南 250101；2.青島市市政工程設計研究院有限責任公司，山東 青島 266100)

0 引言

公交與軌道交通的有效銜接對城市公共交通可持續發展起到關鍵作用。 研究軌道交通車站的公交接駁范圍可有效提高地面公交和軌道交通的銜接度。 基于出行者需求、地面公交特性以及交通設施的服務水平，綜合考慮出行時間和交通費用等因素可得到公交合理吸引區域[1]。 精確分析不同出行需求下公交接駁軌道的范圍是接駁設施合理布設的前提，也是制定相關發展規劃的參考依據，對優化公交線路具有重要意義[2]。

目前，學者們開展了大量軌道車站公交接駁范圍的研究。 葉益芳[3]基于可達性一致原理，得到公交接駁范圍為3.5 km；王淑偉等[4]認為接駁距離的概率分布符合正態分布，并用北京市方格路網特性修正，得到公交合理吸引范圍為3.8 km；劉祥峰[5]以出行者花費時間最小為目標函數建立模型，得出公交接駁的最大范圍為5.1 km；陳興斌等[6]分析了集成電路卡(Integrated Circuit Card，IC)數據，提出公交接駁距離的計算模型，得到北京市全日平均接駁距離為9.8 km；戴維佳[7]提出了基于廣義出行費用的站點吸引范圍模型，計算了軌道車站對于不同接駁方式的影響范圍；譚佩珊等[8]利用興趣點、公交線路等數據刻畫站點周圍公共交通導向信息指標，確定了深圳市不同類型地鐵站點的吸引范圍。Chakraborty 等[9]基于人口分布和崗位分配情況確定了站點的吸引范圍；Debrezion 等[10]建立了出行者選擇接駁方式的巢式評定(Nest Logit，NL)模型，明確了不同出行方式的接駁距離范圍；Eom 等[11]通過分析智能公交卡數據特征，計算軌道車站的吸引范圍，以首爾的墨東站為例，計算出乘客的平均出行距離為1.7 km； Ann 等[12－13]首先考慮了公共交通導向模式(Transit－Oriented Development， TOD)下車站吸引范圍受接駁方式和車站位置特征的影響，基于復合冪指數距離衰減函數和受試者工作特征(Receiver Operating Characteristic，ROC)曲線，確定了不同接駁方式車站影響范圍的閾值。

既有研究主要基于出行方式特征(出行時間、出行費用等)的比較分析車站接駁范圍，較少考慮車站具體情況(如車站類型)與出行需求(如客流分布)的差異，因而得到的接駁范圍大多為單一且固定的值。 由于軌道車站空間分布與用地功能的不同，出行者的接駁需求也不同，實際中應具有不同的接駁范圍。 文章基于對車站接駁需求的分析和數據挖掘，根據軌道車站周圍的土地利用性質將車站分成不同的類型，利用站點類型體現出行目的，結合可達性一致原理和潛在客流分布，提出具有差異性的軌道車站公交接駁范圍確定方法。

1 出行需求對接駁范圍的影響

1.1 數據準備

以濟南市為例，利用兩類數據分析出行者的出行行為和出行需求特征。 第一類是“軌道＋公交”接駁出行行為特征數據，獲取出行者個人屬性、出行行為及出行意愿等信息；第二類是居民出行起訖點(Origin and Dectination，OD)數據，用于分析接駁出行需求的分布特征。 為獲取接駁出行行為特征數據，采用現場調查問卷形式，問卷內容分為個人屬性調查、出行行為調查與出行意愿調查。 選擇濟南市地鐵2 號線車站周邊為調查點，發放時間為2022 年4 月14 日，共回收有效問卷409 份。 居民出行OD數據采用最近一次(2019 年)濟南市居民出行OD調查數據，包括出行者出發點和到達點位置信息，共計87 340 條數據，出行數據見表1。

表1 OD 出行數據表

1.2 公交接駁特征分析

通過調查乘客選擇軌道交通出行的出行行為，統計出行者接駁軌道交通方式比例分布可知，選擇步行到達軌道交通車站的人最多為53%，其次是公交的為33%。 影響出行者選擇接駁方式的因素主要有接駁方式特點、個人屬性及車站屬性因素等。

公交作為城市主要的公共交通方式之一，承擔著軌道交通非沿線大部分居民的出行。 相對于步行和非機動車而言，公交線路靈活度低，但是其受天氣影響較小，接駁距離相對較大；與私家車和出租車相比，公交出行的舒適性低、速度慢、線路靈活度低，但其成本較低，對停車設施要求不高[14]。

個人屬性因素包括性別、年齡、家庭收入等。 佟新等[15]從社會性別的角度出發，通過問卷調查發現女性更注重出行成本，其選擇慢行交通和公交的概率高于男性。 問卷調查結果顯示，選擇公交接駁的人群中女性占53%，比男性多6%，在所有選擇公交出行的人群眾中＜18 歲的占比最高，約33%，因其受駕車年齡限制，公交接駁軌道出行具有經濟、舒適等特點，成為該年齡段出行的首選出行方式；而＞60 歲的居民選擇公交接駁的比例最小，其通常會選擇單一公交出行，主要原因是＞60 歲的居民乘坐公交免費，其次是公交站點覆蓋面積廣、換乘方便，不需要考慮進出軌道車站、購買車票及尋找站臺的過程；家庭收入對接駁方式的選擇具有較大的影響，收入水平較低者一般選擇出行成本較低的接駁方式，結果表明，＜4 000 元收入的人群選擇公交接駁的比例最高為31%，其次為4 000 ～8 000 元收入的人群選擇公交接駁的比例為27%。

軌道交通站點的屬性也會對公交接駁選擇產生一定的影響。 按軌道車站的位置將車站劃分為中心區、城郊區和外圍區3 個層次[16]，問卷調查結果顯示，中心區公交的線網密度較高，但是由于軌道站距相對較短，站點覆蓋率高，加之中心區的交通相對擁堵，選擇慢行交通方式接駁軌道的人數比較多，公交接駁的比例不高，其值約為8%；城郊區由于地鐵站距較長，所以出行者對公交的訴求強烈，公交接駁比例高達20%；外圍區由于本身公交系統不夠完善，接駁比例最低為5%。

1.3 出行需求對公交接駁范圍的影響

在中長距離出行中，人們對時間的感知度大于對距離的感知度，因此采用可接受的接駁時間來推斷可接受的接駁距離是可行的。 根據問卷調查結果，可知接駁出行需求主要來源于上班、上學的人群(42.3%)，其次是購物娛樂的人群(34.9%)。 公交接駁時間與出行目的的關系如圖1 所示。 由于出行目的不同，出行者可接受的公交接駁時間也不同。軌道交通車站周邊的土地利用對交通發生和吸引的強度具有決定性的影響[17－19]。 以城市不同區域為端點的出行目的，基本上取決于土地利用的功能，如居住區的出行主要是以家為端點的上班、上學、回程，而商業區的吸引出行主要是公務、購物等，即居民的出行目的可用車站周圍用地(車站類型)性質來體現。

圖1 出行目的與接駁時間的關系圖

濟南市2019 年的居民出行OD 調查數據反映了城市軌道交通開通之前的居民出行特征。 受軌道交通開通的影響，人們的出行方式發生了一定程度的轉移[20]。 2019 年濟南市土地開發已比較成熟，所以城市出行結構和居民的出行需求在長期內具有相對穩定性。 利用地理信息系統ArcGIS 軟件將OD出行數據可視化(如圖2 所示)，可以看出濟南地鐵2 號線開通之前，大部分的起訖點都位于地鐵車站影響范圍內，說明地鐵2 號線可以滿足出行者流量流向的需求。 地鐵運營后，一部分客流從其他非軌道方式出行轉變為“公交＋軌道”出行；另外公交接駁設施的不斷優化以及出行服務水平的不斷提高，促進了軌道交通周圍土地的開發利用，又會新增一部分采用公交接駁軌道方式出行的客流，將兩部分客流稱為公交接駁軌道出行的潛在客流，即隨著軌道交通建設與公交接駁設施的完善及出行服務水平的提高，由其他交通方式轉為“公交＋軌道”組合交通方式出行的客流。 潛在客流需求分析可以明確車站周圍的客流分布特征和客流密集區域，為公交接駁范圍的確定提供數據支撐[21－22]。

圖2 起訖點分布圖

1.4 潛在客流識別方法

出行者采用軌道交通出行的距離可以分成接駁段和乘坐軌道段兩部分。 采用軌道段乘坐區間反映軌道段乘坐距離，問卷調查數據顯示，有14.6%的被調查者認為在地鐵上乘坐＞9 站、42.8%的被調查者認為＞6 站、32.9%的被調查者認為＞3 站才愿意選擇公交接駁，乘坐地鐵＜3 站愿意選擇公交接駁的被調查者只有9.7%，因此出行者對公交接駁的選擇受軌道段出行距離的影響。 可接受的公交接駁時間與軌道段乘坐區間關系如圖3 所示，可以看出，隨著乘坐站數的增加，可接受的接駁時間不斷增加。 因此，出行者可接受的公交接駁距離也受乘坐車站區間數的影響，即出行者會考慮公交接駁距離與軌道段乘坐區間數的比值，超出一定限度將選擇其他交通方式。

圖3 可接受接駁時間與軌道段區間數關系圖

通過問卷調查還發現，在出行行為中，起、訖點至少有一端位于軌道車站步行吸引范圍內且愿意選擇公交接駁的出行者最有意向轉向“公交＋軌道”組合交通方式出行，因此將部分客流稱為公交接駁潛在客流。 基于出行者公交接駁意愿特征和出行OD數據，識別接駁潛在客流的步驟為

(1) 篩選起訖點至少有一端位于軌道車站步行范圍內的數據。 ＞85%的被調查者所能接受的最大步行接駁距離是1 500 m，因此篩選這一距離作為軌道交通車站的步行吸引范圍。

(2) 在篩選的數據中分別尋找起始點(O 點)和目的點(D 點)所對應最近的軌道車站，并把距離O 點最近的軌道車站作為居民出行的始發站點，距離D 點最近的站點作為目的站點，當始發站點和目的站點為同一個時，將視為出行者此次出行無乘坐軌道交通的可能，剔除該類數據。

(3) 篩選愿意選擇公交接駁軌道的客流。 問卷數據顯示，只有在軌道交通上乘坐距離較長的出行者，才愿意采用公交接駁軌道，85%的被調查者認為在軌道上乘坐＞3 站，且公交接駁距離＜5 km，因此篩選出始發站點與目的站點相隔＞3 站，且O 和D點都在軌道交通車站＜5 km 的數據。

(4) 將最終篩選的數據可視化，得到潛在客流興趣點分布圖。

2 公交接駁范圍的確定方法

2.1 基于可達性理論的接駁范圍

傳統意義上的可達性是指出行者從一個區域到另一個區域的便利程度。 可達性一致原理是指從城市軌道交通車站吸引范圍邊緣點出發，無論采用“接駁方式＋軌道交通”的組合出行方式還是采用其他單一出行方式，到達城市中心站的可達性應該是一樣的[23－24]。 然而，出行目的地并非都在車站地區，很多出行到達車站后需要接駁才能完成。 結合“公交＋軌道”組合的出行特點，考慮到軌道交通是適合中長距離出行的公共交通方式，與其最具競爭性的交通方式是地面公交，所以將可達性一致原理重新定義，即無論采取“公交＋軌道”組合出行還是單一公交出行，從軌道車站吸引范圍的邊緣點到達目的地(軌道車站吸引范圍內)的廣義交通出行便利程度是一樣的。 城市軌道交通車站影響范圍的計算改進示意圖如圖4 所示。

圖4 城市軌道交通車站影響范圍的計算改進示意圖

廣義的交通出行便利程度S 包括時間成本、票價成本和舒適度成本，由式(1)～(4)表示為

式中T 為時間成本，min；F 為票價成本，元；C 為舒適度成本，元；VOT 為出行者的時間價值，元/min；TZ為出行者實際在車時間，min；Tj為出行者的接駁時間，min；α 為懲罰系數，根據經驗取值1.5 ～3；Th為出行者候車時間，min；n 為出行階段數；Mij為出行者在第i 階段采用第j 種交通方式的便利程度；i 為軌道出行的3 個階段，包括軌道前出行階段(采用多方式接駁)、軌道出行階段以及軌道后出行階段(采用常規公交接駁)；T主為出行者主觀在車時間，min。

2.2 基于需求特征的接駁范圍

接駁范圍的差異性主要考慮交通需求特征。

(1) 不同出行目的對接駁要求不同，通過車站用地的差異性體現。 根據車站周圍的土地利用將車站進行分類，并通過問卷調查，得到不同類型車站的出行者對公交接駁時間的接受度，將＞85%的出行者可接受的接駁時間作為該車站的接駁時間，根據公交的速度推算接駁距離[25]。 公交線路的起點和終點并不是一條直線，所以要考慮非直線系數。 根據公交線路布局原則中公交線路實際總長度不超過首末站之間空間直線距離的1.4 倍，所以最小直線出行距離L 由式(5)表示為

式中t 為調查中出行者可接受的接駁公交時間，h；V為公交運行速度，km/h。

(2) 接駁出行客流分布不同，通過公交接駁潛在客流興趣點分布體現。 由于城市結構與出行通勤需求在長期內具有相對穩定性[26]，所以潛在客流興趣點可用于確定軌道車站接駁范圍，其分布密集區域作為軌道車站的重點接駁范圍。 為使接駁范圍具有圖形的規整性，將覆蓋＞85%的潛在客流興趣點的扇形區域作為公交接駁軌道的重點接駁范圍。

2.3 軌道車站公交接駁范圍確定方法

可達性一致模型是基于“多種方式接駁＋軌道＋公交”組合出行與單一常規公交出行的廣義交通出行便利程度的比較，由于軌道交通在速度上優于常規公交，中長距離出行條件下，組合交通出行方式優勢凸顯，可得到的公交接駁范圍可能較大，稱為理論接駁范圍。 在實際中，過大的接駁范圍導致接駁公交運行效率低、接駁客流量低、運營成本高等問題，另外軌道車站對客流的競爭、出行者可接受的出行時間以及接駁出行需求分布也會影響公交接駁范圍的確定。 因此，針對不同的軌道車站，在理論接駁范圍的基礎上，還需考慮車站特征以及出行者出行需求，確定更加明確和具體的接駁范圍。 文章取可達性一致原理計算的理論接駁范圍a1、基于出行目的計算的差異性接駁范圍a2以及基于潛在客流興趣點分布得到的重點接駁范圍a3，3 個區域范圍的交集，作為出行者在明確出行目的、出行距離情況下的車站合理接駁范圍a，合理接駁范圍示意圖如圖5所示。

圖5 合理接駁范圍示意圖

相鄰軌道交通車站之間有時會存在客流競爭區域，對車站的公交接駁范圍產生一定的影響(如圖6所示)。 其中，A、B 為兩個相鄰軌道車站，C1、C2 分別是將軌道車站A、B 視為單獨個體，按照無競爭區域計算的合理接駁范圍，D 為接駁競爭區域。 在車站接駁范圍競爭區域內，乘客遵循就近原則選擇軌道車站，車站的合理接駁范圍計算方法可在兩相鄰軌道車站A 和B 連線的垂直平分線，并以垂直平分線為界限，劃分車站的合理接駁范圍，如圖7所示。

圖6 軌道相鄰車站接駁競爭區示意圖

圖7 存在接駁競爭區的軌道相鄰車站合理接駁范圍示意圖

3 案例分析

3.1 公交接駁范圍計算

以濟南地鐵2 號線為例，利用ArcGIS 軟件統計分析軌道交通2 號線車站周邊區域內土地利用情況，根據相關分類研究[27]，獲得其車站分類表(見表2)。 由表2 可以看出，2 號線車站周圍不存在交通設施用地比例＞30%的車站，因此將車站類型分為居住類、辦公類、商業類和混合類4 種。

表2 車站分類表

根據潛在客流識別方法篩選OD 數據，借助ArcGIS 軟件將潛在客流進行可視化(如圖8 所示)。根據篩選出的OD 數據，滿足主客流方向遞增85%客流來源的車站作為始發站，部分車站的始發站點選取結果、所需費用以及在車時間見表3。

圖8 接駁潛在客流分布可視化分析圖

表3 起終點及參數信息表

以彭家莊站為例計算其合理的公交接駁范圍。基于可達性原理，結合實地調查設定相關參數(見表4 和5)，根據式(1)～(4)并考慮非直線系數，得到彭家莊站的理論接駁范圍為3.36 km。

表4 “軌道＋公交”組合交通方式相關參數表

表5 單一公交出行方式相關參數表

對問卷調查得到的數據進行擬合，繪制以上班、上學為出行目的的出行者對公交接駁時間的接受度(用累積頻率表示)分布曲線圖，如圖9 所示。 曲線隨著時間增加呈上升趨勢，接駁時間增加到20 min以后，曲線趨于平緩。 按85%分位值，得到以上班、上學為目的出行者可接受的接駁時間約為12 min，而公交平均運行速度為17 km/h 時，得到可接受的接駁距離為3.40 km，換算成直線距離為2.43 km。

圖9 上班、上學接駁時間的接受度分布圖

根據濟南市OD 居民出行調查數據，彭家莊站潛在客流分布主要位于車站周圍3.0 km 范圍內。由于對合理接駁范圍的界定需要考慮與相鄰車站是否存在接駁競爭區域，因此還要計算鮑山站的接駁范圍，即理論接駁范圍為3.04 km、差異性接駁范圍為3.85 km、重點接駁范圍為2.70 km。 根據合理接駁范圍確定原則，確定彭家莊站合理接駁范圍(如圖10 所示)。

圖10 彭家莊站合理接駁范圍示意圖(單位:km)

其他3 類站點的公交接駁范圍計算結果見表6；3 類車站的合理接駁范圍如圖11 所示。

圖11 合理接駁范圍示意圖(單位:km)

表6 3 類車站公交接駁范圍

3.2 計算結果分析

彭家莊站為辦公類車站，到達該站的人群大多以上班或上學(具有通勤特點)為目的。 文章計算的彭家莊站公交接駁范圍是一個半徑為2.43 km 的扇形區域，大部分位于軌道站點西邊，區域范圍內有很多公司和學校，開發強度較大。 此外，彭家莊站作為濟南地鐵2 號線的終點站，2.43 km 并不是較理想的公交接駁范圍，未起到拓展地鐵站輻射范圍的作用；鮑山站周圍主要是居民區，站點周邊沒有完善的停車設施，所以居民對公交接駁時間要求較低，其接駁半徑最大為2.7 km，但是鮑山站周圍的土地利用開發強度不高，現有的公交線路覆蓋率較低，所以鮑山站的公交接駁區域并不大；濟濼路站為商業類站點，其出行目的是以休閑、娛樂為主，出行者對公交接駁時間的要求不高，其接駁半徑為2.63 km，另外濟濼路位于長途汽車站交通要塞，人流、車流密集，站點需要快速疏散人群，因此對公交接駁的便捷性和快捷性要求很高，換乘設施布局盡量緊湊；祝甸站周邊的土地功能多樣，無明顯的用地優勢，居民的全程出行距離較短，對公交接駁時間要求相對較高，因此該站點的公交接駁服務半徑只有2.53 km。

根據案例分析可知，應當在彭家莊站和鮑山站的合理接駁區域內重點布設公交接駁線路和設施，提高公交接駁服務水平，最大限度地吸引乘客乘坐軌道交通。 彭家莊站東邊以及鮑山站南邊和東邊的地區很少有出行OD 興趣點，因此需規劃設計此部分區域，增加土地開發力度；濟濼路站的接駁設施在緊湊布局的前提下，可與商業設施聯合開發，既可以促進出行者商業消費，還可以提高公交接駁服務水平，進而增大軌道車站的影響范圍；在土地混合開發區域，軌道交通和其他單一出行方式的競爭比較大，并且沒有明顯優勢，因此要提高祝甸站以及周邊接駁設施的服務水平，增大車站的輻射范圍。

4 結論

通過上述研究可知:

(1) 軌道交通車站周邊的土地利用對交通發生和吸引強度具有決定性的影響，以城市不同區域為端點的出行目的取決于土地利用的功能，根據車站周圍土地利用統計數據，濟南2 號線的19 個軌道車站可劃分為居住類、辦公類、商業類、混合類等4 類。

(2) 公交接駁的選擇受軌道段出行距離的影響較大，研究表明出行者在軌道上乘坐＞3 站，且公交接駁距離＞5 km，“公交＋軌道”的組合交通方式才愿意采用。

(3) 基于可達性一致原理，得出彭家莊站的理論接駁范圍為3.36 km、差異性接駁范圍為2.43 km、重點接駁范圍為3.00 km，最終確定彭家莊站的公交合理接駁范圍是一個半徑為2.43 km 的扇形區域。在彭家莊站合理接駁區域內重點布設公交接駁線路和設施，可提高公交接駁服務水平，最大限度地吸引乘客乘坐軌道交通。