基于GIS的公共交通可达性与居民出行特征

曹小曙，黄晓燕，董 哲

(1．陕西师范大学交通地理与空间规划研究所，陕西西安710062;2．中山大学地理科学与规划学院，广东广州510275)

已有研究从不同角度对交通可达性给出了不同的定义和度量方法［1］．我国对于交通可达性的应用研究主要集中在可达性对区域宏观发展的作用、特定区域的交通网络可达性变化及其影响等方面［2-4］．而对城市交通可达性的研究相对较少．其中，由于受到公共交通线路自身特性的影响，关于公共交通可达性的测度方法及实证的研究更为薄弱．且关于公共交通可达性文献主要集中于借用交通网络的可达性测度方法来确定公共交通站点及线路规划［5-6］．国外对公共交通可达性的研究开展较早，成果相对丰富，如:GLEASON［7］最早使用区位模型来确定公共交通站点;WIRASINGHE等［8］利用时间成本研究了在多点对多点的交通需求下公交站点的最优间隔;也有学者探讨了基于时间的公共交通可达性方法［9-11］及预测公共交通需求可达性模型［12］．伦敦交通规划局主要考虑公共交通服务的接近程度和服务频率，提出评估某一区域公共交通可达性水平的方法，并将其应用于公共交通线网的布局．大多数研究仅探讨了公共交通可达性的评价方法，对居民出行影响因素的研究也只是考虑建成环境特征对出行的影响［13-16］，以公交可达性为主题分析其对居民出行行为的影响研究相对较少．

基于此，本文综合考虑公共交通出行中步行、换乘、等候、公交线路走向及服务频率等因素，结合网络路径分析及空间拓扑分析技术，建立包含时间可达性和覆盖范围可达性2个方面的公共交通可达性测度模型．以广州市东华市场、侨怡苑、南雅苑和丽江花园等4个社区为例，研究社区公共交通可达性与居民出行需求的对应匹配关系，以期为城市公共交通的建设、交通发展政策的制定提供依据，为使用GIS技术定量分析城市公共交通的供需平衡提供一种思路．

1 数据与方法

1．1 公交信息系统的建立

以获取的广州市基础地理信息数据库(2005年)为基础，运用 ArcGIS软件中的叠加分析模块，叠加数字化过的广州市交通地图(2011年)建立广州市路网空间数据库．并在此基础上进行广州市公共交通线路和站点矢量化，建立广州市公共交通数据库，数据库更新日期至2012年1月，包括公交线路723条、公交站点4 020个、地铁现状线路9条和地铁现状站点119个．

1．2 案例社区的选取及问卷数据处理

1．2．1 案例社区的选取 选取东华市场、侨怡苑、南雅苑和丽江花园等4个社区为案例社区．借鉴谢守红和宁越敏［17］对广州城市空间的圈层划分，案例社区分别位于广州市旧城中心区、新城区和外围城区等3个圈层．案例社区在公交线路网及站点密度、区位特点、建设年代、住宅形态及居民属性特征等方面具有典型性，能较好地反映出不同时期的城市组织布局思路，具有较好的研究价值．案例社区的空间分布见图1，基本情况见表1．

图1 案例社区空间分布图Figure 1 Spatial distribution of the sample communities

表1 案例社区基本情况介绍Table 1 Basic information of the sample communities

1．2．2 问卷数据 居民出行行为的数据主要来源于笔者于2011—2012年调查获取的广州市城市公共交通可达性对小汽车拥有及使用影响问卷数据．问卷设计主要包括居民自身属性、居民出行搭乘公共交通情况和居民态度及偏好三部分内容．问卷发放时综合考虑性别、年龄阶段等因素，采取一对一的方式进入社区进行现场问卷填写，各社区问卷发放份数按照社区人口规模来确定．4个案例社区共发放问卷428份，回收问卷410份，其中有效问卷382份，有效率为93．4%．案例社区问卷的基本情况见表2．

1．3 公共交通可达性测度方法

目前研究中大多是将研究区域抽象为点状区位，并将它们作为起点和终点来评价各节点的可达性，以此来代表区域可达性［18］．由于划分计算单元没有明确标准、划分尺度和大小的差异，导致研究精度的差异与可达性计算结果的不同．此外，以节点的可达性值来代替整个单元区域的值，空间精度不够，并不能很好地体现空间上的可达性特性．因此，本文参考《城市道路交通规划设计规范》中对公共交通车站服务面积的规定分别以300 m、500 m为界定范围，市区线路公共汽车站距为500～800 m的规定，选取中间值，将研究区域划分成众多400 m×400 m的网格作为基本研究单元，通过ArcGIS二次开发功能，分析案例社区通过常规公交与地铁联合换乘，到达所有网格中心的时间可达性和覆盖范围可达性．

表2 案例社区问卷抽样和回收情况表Table 2 Basic information of the questionnaires in sample communities

1．3．1 公共交通时间可达性 计算以案例社区为源点通过常规公交与地铁联合换乘到达其他所有目标网格的最短时间，案例社区到达该目标网格的时耗越少，其时间可达性越好．

在考虑常规公交与地铁联合换乘时，设定以下规则:最大换乘次数为3次;换乘公交站点和换乘地铁站点之间的距离，用步行时间表示其时耗;已有研究结果表明800 m一般是居民步行至地铁站点的最大距离［19-22］，因此，计算每个公交站点800 m范围内是否有地铁站点，若有，则认为居民有换乘地铁的可能，否则，居民会继续换乘公交完成出行．

1．3．2 公共交通覆盖范围可达性 本研究将公共交通覆盖范围可达性定义为基于不同出行目的，在居民能忍受的最大时耗内，通过常规公交与地铁联合换乘可到达的范围．

居民能忍受的最大时耗参考已有研究［23］，工作出行最大时耗为60 min，购物出行的最大时耗为40 min，游憩出行最大时耗为90 min．并在计算中考虑不同时段行车速度和等候时间等因素．根据实际调研，广州市早晚高峰公交行车速度30 km/h，等候时间平均8 min，一般时段40 km/h，等候时间平均5 min．居民的步行速度为8 min/h．地铁途中的行驶速度不受时段影响，其平均行驶速度为90 km/h，早晚高峰时，地铁等候时间均为8min，一般时段为3min．

2 公共交通可达性分析

2．1 公共交通时间可达性

从4个案例社区的公共交通时间可达性(图2)来看，位于新城区的侨怡苑社区和南雅苑社区公共交通可达性最好，其次是位于旧城中心区的东华市场社区，位于外围区域的番禺丽江花园社区公共交通可达性最差．

4个案例社区的时间可达性均呈现出由社区向四周沿公交地铁路网呈圈层递增扩散的分布特征．东华市场社区居民出行可达网格中，公共交通可达性好、乘坐公共交通能够在10～20 min内到达的网格分布于以越秀区东湖东山口为中心的“十”字型区域．侨怡苑社区分布于以天河区天河北路和天河东路交汇处为中心、以天河路东西向延伸和广州大道南北向延伸的区域．东华市场社区及侨怡苑社区乘坐公共交通时耗大于90 min才能到达的区域均主要分布在外围区域的花都区机场南地铁站以北、白云区西北、白云区天河区东北及萝岗区西南、黄埔区与增城市交界处以及番禺区东、南部区域．南雅苑社区居民出行可达网格中，公共交通可达性好，乘坐公共交通能够在10～20 min内到达的网格分布于以黄埔大道西和体育东路交汇处为中心，以黄埔大道东西向延伸和广州大道南北向延伸的“十”字型区域，公共交通可达性由此区域向外围逐渐降低．使丽江花园社区周边的公共交通密度较低，因此居民出行搭乘公共交通较为不便，地铁的快捷性和准时性对居民出行有较大影响．早晚高峰时段，丽江花园社区居民出行可达网格中，公共交通可达性好，等级值高的网格分布于以丽江花园社区为中心，以地铁二号线、东晓路以及中山一路南北延伸的“S”字型区域，公共交通可达性由此区域沿地铁及公交路网向外围逐渐降低．

图2 案例社区时间可达性分布图Figure 2 Spatial distribution of the sample communities'accessibility

4个案例社区在早晚高峰时段的公共交通可达性明显低于一般时段．一般时段，由于车速和居民换乘等候时间缩短，居民搭乘公交出行时，时间可达性等级较高峰时段明显外扩．

2．2 公共交通覆盖范围可达性

2．2．1 工作出行覆盖范围可达性 由表3可知，4个案例社区，在工作出行中位于新城区的侨怡苑和南雅苑社区公共交通覆盖范围可达性最高，以侨怡苑社区为源点，乘公共交通在3次换乘内能够可达的网格共有9 031个，占网格总量的34．1%;南雅苑社区能够可达的网格共有8 796个，占网格总量的33．3%．其次是位于旧城中心区的东华市场社区，从东华市场社区乘公共交通能够可达的网格共有6 351个，占网格总量的24．0%．位于外围城区的丽江花园社区公共交通覆盖范围可达性最差，能够可达的网格共有6 186个，仅占网格总量的23．4%．这一计算结果和时间可达性的分析相吻合．

表3 案例社区居民工作、购物及游憩出行公共交通可达覆盖范围表Table 3 Access range of work，shopping and recreation travel by public transportation of the sample communities

通过加和以4个案例社区为源点，到达各区的可达网格占各区总网格的比率来比较白云、番禺、海珠、花都、黄埔、荔湾、萝岗、天河、越秀这几个区域的公共交通覆盖范围可达性．通过分析发现在工作出行的最大忍受时间内(60 min)，乘坐公共交通到达海珠、荔湾、天河、越秀的便捷度最高，加和比率分别为 400%、382．40%、342．90%、369．60%．而萝岗区和花都区的公共交通可达性最差，加和比率分别仅为 49．80%、4．90%．

2．2．2 购物出行覆盖范围可达性 4个案例社区，与工作出行的公共交通可达性类似，在购物出行中位于新城区的侨怡苑和南雅苑社区公共交通覆盖范围可达性最高，以侨怡苑社区为源点，乘公共交通在3次换乘内能够可达的网格共有5 046个，占网格总量的19．1%;南雅苑社区能够可达的网格共有5 086个，占网格总量的19．2%．其次是位于旧城中心区的东华市场社区，从东华市场社区乘公共交通能够可达的网格共有3 635个，占网格总量的13．7%．位于外围城区的丽江花园社区公共交通覆盖范围可达性最差，能够可达的网格共有3 199个，仅占网格总量的12．1%．

比较白云、番禺、海珠、花都、黄埔、荔湾、萝岗、天河和越秀的购物出行公共交通覆盖范围可达性，其结果与工作出行可达性有一定的差异．在购物出行中，公共交通可达性高的区域集中分布于海珠、荔湾、天河和越秀等4个区，其余区的购物公共交通可达性均较差．

2．2．3 游憩出行覆盖范围可达性 游憩出行的最大忍受时间按照90 min计算，4个案例社区中，侨怡苑、南雅苑社区的公共交通可达性相对较高，侨怡苑社区能够可达的网格共有15 820个，占网格总量的59．8%，南雅苑社区可达的网格共有14 959个，占网格总量的56．6%．东华市场社区和丽江花园社区的游憩出行公共交通覆盖范围可达性相对较低，东华市场社区能够可达的网格共有11 766个，占网格总量的44．5%，丽江花园社区能够可达的网格共有11 833个，占网格总量的44．7%．

比较白云、番禺、海珠、黄埔、荔湾、萝岗、天河和越秀8个区的游憩出行公共交通覆盖范围可达性，其中海珠、荔湾、天河和越秀4个区可达性高．萝岗区和白云区的游憩出行公交可达性相对较低，可达网格占总网格的加合比率仅为227．60%和227．50%．

3 公共交通可达性与居民出行需求匹配分析

使用基于不同出行目的公共交通覆盖范围可达性，表征现有公共交通网络能够为案例社区所提供的公共交通服务范围;使用问卷调查获取居民出行目的地的空间分布，表征基于不同出行目的居民日常出行需求．将二者进行比较，分析供应与需求的匹配关系．

3．1 公共交通可达性与居民工作出行需求匹配分析

广州市公共交通基本能满足4个案例社区的居民公共交通工作出行．但仍存在部分区域在工作出行最大忍受时耗内公共交通不可达，不能满足居民出行需求．

由图3可知，东华市场、南雅苑和侨怡苑社区居民工作出行的公共交通需求范围基本位于可达范围内，说明公共交通能满足社区居民的公共交通工作出行需求．从公共交通出行需求来看，东华市场、南雅苑和侨怡苑社区居民刚性工作出行时，实际目的地空间均主要集中在越秀区、天河区和海珠区．侨怡苑社区部分居民工作目的地位于荔湾区．从公共交通供应来看，越秀区、天河区和海珠区的公共交通覆盖范围可达性较高，以东华市场、南雅苑和侨怡苑社区为源点，在工作出行的60 min忍受时耗内，均可到达海珠区的所有区域．但以这3个案例社区为源点，在工作出行能忍受的最大时耗内，无法到达越秀区西北部、天河区北部部分区域．以东华市场社区为源点，可到达越秀区、天河区的92．40%与90．10%的网格区域;以南雅苑社区为源点，可到达越秀区、天河区、白云区的92．40%与93．00%的网格区域;以侨怡苑社区为源点，可到达越秀区、天河区的92．40% 、93．70%和 93．40%的网格区域．

丽江花园社区位于广州市的外围城区，公共交通密度、可达性相对较差．从公共交通出行需求来看，丽江花园社区居民刚性工作出行时，实际目的地空间主要集中在海珠区、荔湾区、越秀区、天河区和番禺区．从公共交通供应来看，以丽江花园社区为源点，在工作出行的60 min忍受时耗内，仅可到达天河区和番禺区66．10%、33．20%的区域．公共交通供应，无法满足丽江花园社区到天河和番禺区工作的居民出行需求．增加了居民使用小汽车交通工具的潜在可能性．

3．2 公共交通可达性与居民购物出行需求匹配分析

一般而言，居民在日常购物时会选择在社区周边区域完成，对公共交通的依赖度较低．阶段性购物会选择有较多购物场所集聚、有较大购物吸引力的区域．

图3 工作出行公共交通需求与可达范围空间分布雷达图Figure 3 Spatial distribution of public transportation demand and accessibility in commuting behavior

根据问卷调查，4个案例社区的居民阶段性购物空间均主要分布于越秀区、天河区和海珠区．其中选择在越秀区完成购物行为的样本居民数量最大(43%)，其次是天河区(38%)．这主要和各区的商业服务设施相关．越秀区购物基础设施完善，北京路步行街、中华广场以及流行前线等大型购物网点，广百、东山百货、王府井百货等中小型商场都对居民阶段性购物产生较大吸引力．天河区的天河城商业区、体育西路-体育中心商业街、岗顶太平洋电脑城，海珠区江南西、丽影广场等大型购物网点也对居民购物出行产生一定的吸引力．

在购物出行中，存在公共交通供需不平衡的情况．从购物出行的公共交通需求与公共交通可达性的匹配情况(图4)来看，在出行最大时耗40 min内，海珠区、越秀区公共交通可达范围能够较好地满足居民实际需求．但天河区的公共交通可达性相对较差，特别是东华市场和丽江花园社区在40 min内仅可到达天河区67．70%和23．40%的区域．这主要是由于丽江花园社区位于外围城区，与主城区空间距离远，延长了居民出行时耗．

3．3 公共交通可达性与居民游憩出行需求匹配分析

游憩出行行为包括:出游、聚餐、唱歌等休闲娱乐活动的出行．游憩出行，居民有更多的自由度，根据共同参与游憩出行的对象的不同，目的地也有较大差异，空间分布随机性较大．根据问卷调查，4个案例社区的游憩出行目的地主要集中于越秀区、天河区、荔湾区和海珠区．从公共交通可达性来看，这4个区均能很好地满足4个案例社区居民游憩公共交通出行的需求．

图4 购物出行公共交通需求与可达范围空间分布雷达图Figure 4 Spatial distribution of public transportation demand and accessibility in shopping behavior

4 结论

本文基于广州市现状城市公交路网站点数据，借助GIS软件的数据存储、空间分析及二次开发功能，以广州市东华市场社区、侨怡苑社区、南雅苑社区、丽江花园社区为例，定量分析了公共交通可达性，并基于问卷调查数据探讨了社区居民出行需求与公共交通供给的匹配情况．主要得到以下结论:

(1)4个案例社区的公共交通时间可达性均呈现出由社区向四周沿公交地铁路网呈圈层递增扩散的分布特征．

(2)早晚高峰时段的公共交通可达性明显低于一般时段，一般时段公共交通时间可达性等级较高峰时段明显外扩．

(3)广州市公共交通基本能满足4个案例社区的居民公共交通工作及游憩出行，但仍存在部分在工作出行最大忍受时耗内公共交通不可达的区域;在购物出行中，存在公共交通供需不平衡的情况．

本文仅提供了一种使用GIS技术定量分析城市公共交通供需平衡的思路，还有待对方法进行改进在其他城市加以验证．

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