轨道交通站点步行可达性与便利性评估方法研究

2019-03-08

天津建设科技 2019年6期

在国家大力引导公共交通出行的背景下，近年来各大城市积极发展轨道交通等绿色出行模式，地铁出行已经成为城市居民日常出行的首选。

轨道交通站点的选址直接影响人们乘坐地铁出行的可能性，对于已经建设完成的轨道交通站点有必要进行使用效率和便利性的评估，一方面优化周边土地发展模式，另一方面为未来轨道交通站点的选址提供科学参考与依据。

1 轨道交通站点步行可达性评估

1.1 含义

可达性的含义较为复杂，美国学者汉森第一次正式阐述了可达性这一概念，将可达性定义为交通网络中各节点相互作用机会的大小[1]。城市规划、城市交通、人文地理和城市经济等学科正在广泛应用这个含义并将其进行了多方面的拓展。大多数学者认为，可达性是特定的交通网络中从起始点到目标点的困难程度，其大小由单位旅行成本衡量：单位旅行成本越大，反映该目标点可达性越低；反之，则可达性越高。

按照旅行成本的种类不同，可达性包括时间可达性、距离可达性和费用可达性，其中城市规划的主要研究对象是时间可达性和距离可达性。时间可达性指居民采用步行交通方式到达站点所花费的时间，用时越短，可达性越高，反之越低；距离的可达性，指居民采用步行交通方式从出发地去往轨道交通站点所发生的实际路径，得到此路径与起讫点直线距离的比值，比值越小，距离可达性越高，反之可达性越低。

1.2 影响因素

影响轨道交通站点可达性的因素比较复杂。可达性的本质是一种物体在空间中移动的轨迹，主要有三个组成要素，分别是以进行某种活动为目的的需求力、两地间活动耗费距离或时间所代表的空间阻隔和目标点对象的服务能力，通过这三个要素筛选相关影响因素。本文以这三个要素为基础，结合天津市实际情况，分析研究天津市中心城区轨道交通站点可达性的影响因素[2]。

1.2.1 轨道交通站点的服务人口密度

1）因素分析

轨道交通站点的服务人口密度表达了站点影响区内人口对于站点的需求力。人口密度与轨道交通站点可达性成正比，站点影响区内人口密度越大，站点的服务能力就越强，可达性就越高；反之，则可达性越低。

2）数据收集

（1）人口分布数据。为了便于研究，认为轨道交通站点影响区内的服务人口分布是均质的，可用单位建设用地的人口数据计算影响区的人口总数，进而用数据分布代替人口分布。

（2）人口密度数据。获取每个站点影响区的人口数据较困难，但可利用航拍地图转译并提取现状建筑元素，从而得到站点影响区内商业、居住、工业等各类型建筑的建筑面积。由于建筑面积往往与人口数量呈正相关性，可根据人均住宅建筑面积和人均就业建筑面积的相关指标，得到影响区内居住人口和就业人口的数量。采用居住人口与就业人口之和与影响区面积的比值作为该站点的服务人口密度。

1.2.2 城市交通网络

1）因素分析

城市交通状况是影响轨道交通站点可达性的最重要因素，二者呈正比。步行条件好，交通流顺畅，交通状况佳，站点可达性好；反之，交叉口过多，信号灯延迟严重，通行条件差，站点可达性就差。

2）数据收集

（1）道路网络建模。采用GIS建模手段，提取空间信息，以天津市中心城区内快速路、主干路、次干路、支路等数据为基础建立网络数据集。首先建立拓扑关系，依照相关规则修改完善，再将线段从交点处打断（立交道路不打断），最后将距离和时间设置为阻抗，以此为参数进行最短路径分析。

（2）影响区空间质心提取。可达性计算通常是以节点方式来进行的，需要确定影响区空间质心，而影响区空间质心往往是人口质心，这就要求在可达性计算前进行影响区人口质心的提取。人口质心未必是影响区的几何中心，其描述的是分布中心，通常采用加权平均方式来获得[3]。

式中：Wi为单元内第i个影响区内的人口数；XiYi为i影响区的坐标，XG、YG为影响区的空间质心坐标。

本文根据人口密度数据提取出天津市中心城区85个轨道交通站点影响区的空间质心。

3）交通阻抗计算

计算交通阻抗是测算站点可达性的第一步，也是可达性评价的关键。交通阻抗常用距离、时间、费用来衡量。但在实际情况下，不同影响区内的路网密度是不一样的，道路等级也不同，采用直线距离评价站点可达性会与真实情况有所差别，本文衡量可达性的指数为起讫点之间的网络距离。

起讫点之间的通行线路较多，基于出行需求，往往选择交通阻抗最小的。所以交通阻抗可以用起讫点之间的最短网络距离表示。对于基本的道路网络，采用汽车、非机动车、步行等出行，起讫点间的交通阻抗由三部分组成，即d1、d2、d3。

d=d1+d2+d3

式中：d1为出发点Q到最近点QB间的距离；d3为终点D到最近点DB间的距离；d2为QB与DB之间路径选择的最短距离。最短路径的具体计算可在GIS平台中实现，通过计算可以得到起讫点间的交通阻抗。

1.2.3 城市土地利用情况

1）因素分析

轨道交通站点影响区内的土地利用类型及分布会影响轨道交通站点的可达性，不同性质的用地会形成不同的土地使用阻隔，影响市民对轨道交通的使用。站点影响区内的用地类型总体上可分为两类：一类是对步行起促进作用的用地，如道路、广场等，可以有效提高轨道交通的可达性；另一类是起限制作用的用地，如工业区、仓储区、正在施工的区域等，只能绕行通过，会降低站点的步行可达性。

2）数据收集

依据用地功能与性质，采用层次分析法进行比对，对重要的用地功能阻力系数进行分析。

（1）道路用地。可联系不同的用地性质，供车辆行驶和行人使用，因此不计入用地阻力。

（2）居住用地。出于内部安全考虑，住宅区多为封闭式管理，使得步行交通得不到连续。结合天津市实际情况，大多数老旧小区允许外来者步行穿越，能够减少出行时间；而部分新建小区禁止外来者步行穿越，故只能绕行。考虑服务人口对影响区内的居住区建设情况不甚了解，一般不会选择在居住区内穿行，因此将居住用地的阻力系数定为0.8。

（3）工业用地、物流仓储用地、公用设施用地。这三种用地类型对外来者会存在安全隐患，大多采用封闭式管理，因此一般无法穿行，阻力系数为1。

（4）公共管理与公共服务设施用地。该类用地属于城市公共设施，可以供人使用，但为了便于管理一般采用封闭形式，均不可随意穿行；通过对天津市此类用地进行实地踏勘也证明了这个观点。因此将这类用地定义为不可通过用地，阻力系数为1。

（5）绿地与广场用地。此类用地相对公共性较强，但因功能所需会设置曲折路径、小品雕塑，使通过性降低。因此绿地与广场用地的阻力系数为0.2。

（6）商业服务业设施用地。该类用地吸引大量人群，会布置吸引人群驻足的服务设施，因此通过性属中上，阻力系数定为0.4。

（7）正在施工用地、特殊用地等大多采用封闭式管理，服务人口不可步行通过，因此将这些类型的用地定义为不可通过用地，阻力系数为1。

3）土地利用阻抗计算

W=S/Q×G

式中：W为某类用地的用地阻力；S为某类用地面积；Q为影响区总面积；G为某类用地的阻力系数。

1.2.4 轨道交通站点影响区

1）因素分析

以轨道交通站点为核心，将集中了大部分服务人口且用地功能受轨道交通站点影响较大的区域，定义为轨道交通站点影响区。

2）数据收集

收集到的天津市中心城区部分轨道交通站点影响区见表1。

1.3 评价

表1 轨道交通站点影响区面积 hm2

续表1

1.3.1 评价模型

在步行可达性研究中，基于空间相互作用的可达性计算方法应用最为广泛，本文主要采用基于空间阻隔视角的可达性评价[4]。空间阻隔可具化为服务人口采用步行方式从出发地到轨道交通站点所需要克服的一切障碍。把两个节点之间的空间阻隔作为评价可达性的数值指标，阻隔越小，可达性越好。空间阻隔模型简单、计算方便，结果明了，在交通网络研究中被广泛应用。

式中：Ai为i节点的可达性；Lij是从j节点到i节点的交通阻抗，通常为节点i与j间的距离、时间、费用等。

空间阻隔模型仅考虑交通阻抗一种因素，不能准确反映轨道交通站点的特征，因此不能全面反映站点的可达性高低。为了修正这种误差，将其他可达性影响因素作为权重，运用加权空间阻隔模型计算可达性Ai。加权空间阻隔模型用站点到道路网络中各个吸引点的加权平均阻抗来反映站点的可达性，与站点的服务人口密度、影响区土地利用情况以及站点服务能力紧密相关。

式中：Ai为轨道交通站点i的可达性；P表示站点影响区质心的人口密度；S为站点服务能力；W为影响区的综合步行指数；C为交通阻抗，α为影响区内某类用地的用地阻力。

轨道交通站点可达性受不同因素影响的程度不同，因此分别赋予交通阻抗、人口密度、服务能力和用地阻力50%、10%、20%、10%的权重，计算轨道交通站点的可达性并进行评价效果分析。受到模型中量纲的影响，需要对可达性值进行标准化处理，数值经过处理后将处于同一数量级，能够进行对比评价。采用离差标准化的方法对数据进行标准化处理，实现对原始数据的线性变换，使结果值映射到0～1之间。转换函数

式中：max(Ai)为可达性的最大值；min(Aj)为可达性的最小值。

1.3.2 评价结果

天津市中心城区部分轨道交通站点可达性指数见表2。

1.4 特征

表2 轨道交通站点可达性评估结果

采用ArcGIS Natural Break方法将所有地铁站点可达性值分成高、较高、中、较低、低5个级别。见图1。

由图1可知，天津市中心城区轨道交通站点可达性分布并不均衡，可达性较高的站点均位于以中环线围合而成的市中心区域，站点可达性向外围区域逐渐降低，大体呈不规则的环状圈层分布格局。轨道交通线路中，平均可达性最高的为2号线，最低为6号线，平均可达性由高至低为2号线＞3号线＞1号线＞6号线。在可达性较高的区域中，还呈现出指向换乘站的特点。除北站为中可达性、长虹公园为较高可达性外，其他换乘站均为高可达性，说明换乘站的可达性普遍较高。

对可达性指数进行排序，可得出可达性最高与最低的10个站点。见表3。

图1 轨道交通站点可达性分级分布

由表3可以看出，可达性最高的10个站点中，有5个是换乘站，均集中在市中心人口密集区域，也是地铁站点集中的区域。

表3 可达性指数排序

2 轨道交通站点步行便利性评估

2.1 含义

便利性指步行者感知的所要到达目的地易达程度，涉及目的地周边的相关设施、心理因素等。对轨道交通站点而言，就是到达站点的步行难度，步行心理接受程度等[5]。

2.2 影响因素

轨道交通站点便利性综合评价指标体系以调研分析为基础，形成4组综合评价指标，包括道路交通状况、接驳设施、用地功能、站点设施。

2.2.1 道路交通

道路交通是影响站点便利性的基础性因素，包括道路等级、出入口位置、道路类别、车行方向、车行速度、道路封闭情况等站点周边的道路交通状况。分析目的是确定站点的交通定位及发展目标。

2.2.2 接驳设施

轨道交通站点已经成为城市交通的重要接驳核心，越来越多的交通方式与之衔接，以提高居民出行的便利性。轨道交通站点一般有五种常见的接驳方式：轨道交通、公交车、私人小汽车、自行车和步行。通过对不同接驳方式的接驳距离、场地设施情况进行分析，从而对轨道交通站点的便利性进行评价。

2.2.3 用地功能

主要内容是不同类型轨道交通站点与影响区内用地功能的匹配程度。站点影响区核心圈层内与轨道交通站点类型相符合的用地功能占比越高，则该站点的便利性较高；反之越低。

主要方法是通过POI数据筛选餐饮、购物、教育、金融、旅游、生活服务、医疗、娱乐休闲、住宿服务、商务办公、行政办公共11类业态，利用ArcGIS软件叠加分析方法，计算站点影响区不同圈层的设施分布密度。站点影响区核心圈层设施密度大于辐射圈层与外围圈层设施密度之和，该站点便利性较高，反之较低。

2.2.4 站点设施

包括出站闸机数量、出站口与闸机距离、标识指引设施等，主要关注使用者对站点内部设施的使用情况和状态。旨在评估既往研究中较少涉及的站内设施要素对轨道交通站点便利性的影响。

2.3 评价

为更加准确反应便利性评估结果，把评价指标体系分为两个层级，一级指标主要反映乘客对不同类型站点的关注因素，二级指标主要反映使用者出入轨道交通站点的主客观因素。首先需从业态与主导功能方面对轨道交通站点进行分类，然后基于两层评价指标体系进行分配测算。通过二级指标体系测算结果对一级系统的反馈影响，计算出轨道交通站点的便利性指数，即反映各个轨道交通站点的便利性情况。

2.3.1 基于业态研究的一级评价体系

轨道交通站点的业态对一级评价体系的指标有很大影响。通过对天津市轨道交通站点的调查研究，对不同类型的轨道交通站点进行权重分配，结果见表4。

2.3.2 因素细化的二级评价子系统

表4 各因子权重

将以上四项因素细化，形成二级评价子系统，将子系统的评价标准分为5个等级，分值越高，代表便利性越高[6]。见表5。

2.3.3 评价结果

天津市中心城区部分轨道交通站点便利性指数见表6。

表5 站点便利性评价指标

续表5

2.4 便利性特征

表6 轨道交通站点便利性评价结果

采用ArcGISNaturalBreak的方法将所有轨道交通站点便利性值分成高、较高、中、较低、低5个级别。见图2。

由图2可以看出，中心城区轨道交通站点便利性分布并不均衡，便利性较高的轨道交通站点大多位于以中环线围合而成的市中心区域且南部优于北部，整体上向市中心外围区域逐渐降低，但外围区域也有部分站点便利性较高。

地铁线路中，平均便利性最高的为1号线，最低为2号线，平均便利性由高至低为1号线＞9号线＞6号线＞3号线＞2号线。地铁1号、9号线连接了包括滨江道、小白楼、西南角、东北角、大沽南路在内的天津市公共核心与中心，还连接了天津站、天津西站等交通枢纽。这两条线路经过城市核心地区，沿线聚集了大量高强度开发的商业、办公、居住用地。1号线建设时间最早，运营时间最长，站点大多位于市区开发较成熟地块，周边道路交通较完善，土地混合度较高且人口密度较高，有利于提高站点便利性；9号线开通时间晚，但规划较完善，接驳设施较好且用地大多集中站点规划布局，便利性相对较高；2号线主要用于快速疏解城市核心与外围地区之间的大规模交通客流，为了交通运输效率，站点周边用地混合度较低，道路宽度及间距较大，站点接驳多以机动车为主，所以便利性相对较低[7]。