福州城市轨道交通与常规公交协调优化研究
2019-04-11陶志兴吴孟庭
林 颖,陶志兴,吴孟庭
(1.福建船政交通职业学院 管理工程系,福州 350007;2.福州市规划设计研究院,福州 350003;3.厦门市规划委员会,福建 厦门 361012)
随着“沿江向海,东扩南进西拓”发展战略的实施,福州城市的规模及主城区的面积不断扩大,预计到2020年将达到目前的1.46倍,职住分离现象也逐渐加大,导致交通需求大幅上升,道路交通的拥堵压力与日俱增。发展不以道路为依托的地铁网络,实行以轨道交通为骨干的公共交通系统已成为趋势。到2021年,将形成5条地铁运营线路,分别是1、2、4、5、6号线。但目前只有地铁1号线通车运营,尚未形成整体的轨道交通网络,单一线路的辐射范围及其对客流的吸引相当有限,即使在未来几年,少数的几条线路仍不能独立承担福州市城区公共交通网的骨干运输作用,需要常规的公交线网进行配合。
本文利用RP(对已发生行为的行为调查)和SP(对还未发生行为的意向调查)相结合的调查方法,分别在地铁1、2号线走廊内的特定地点进行该区域居民出行方式的调查,选取了基于居民出行方式选择的巢式Logit模型(Nested-Logit Model,NL),应用SPSS22.0软件中的多项Logistic回归模块,确定NL模型上下层的交通出行方式客流分担率。同时针对轨道交通线路固定、可及性较低的弱点,对轨道交通与常规公交竞争与合作的必然性进行分析,考虑如何实现“地面常规公交+轨道交通”的换乘问题,对二者进行协调优化,使地铁和常规公交两种网络线能有机结合,提高公共交通的服务质量和运行效率。
1 城市居民出行方式及特征
福州市居民出行方式主要分为以下几种:步行、自行车、电动自行车、公共交通、小汽车。
步行交通作为一种短距离的出行方式,灵活性、通达性高,但个人身体状况、出行距离、天气条件、环境状况等是决定是否采用步行交通的主要因素。
自行车出行方式在福州主要分为两类:一是公共(便民)自行车,二是共享单车。2017年8月,交通运输部等10部门联合发布《关于鼓励和规范互联网租赁自行车发展的指导意见》,明确了共享单车属于城市绿色交通系统组成部分的发展定位,并提出“公共自行车和共享单车的融合发展”。自行车交通出行成本低,方便快捷,在短途出行中有较大优势,是方便福州居民短距离出行以及与地面公交、地铁1号线换乘接驳的重要交通服务方式。
电动自行车以其灵活便捷、出行成本低等特点成为福州市民出行的重要交通工具,能有效解决城市范围扩大及城镇化进程中社会资源合理配置的难题。
福州目前的公共交通系统主要包括常规公交和轨道交通地铁1号线。常规公交的建设与运营费用相对较低,人均道路资源消耗较小,虽然目前福州市投入运营的绿色能源公交车的数量逐步上升,但存在普通公交大量尾气排放的问题,且候车时间长、延误率高、准点率低、舒适性差等服务水平有待提高。
出租车、网约车、私家车都属于小汽车出行,优势是高可达性、舒适便利,能够满足高层次的出行需求,但也存在加重环境污染和道路拥堵的缺点。从服务对象和出行目的来看,出租车和网约车主要服务于较高收入者的购物、娱乐、公务、就医等弹性出行需求。
2 轨道交通走廊内常规公交客流特征分析
在轨道交通走廊内,不同出行OD(Origin Destination)类型的常规公交客流特征主要可以分为以下三类[1]。
(1)居民出行的起讫点均在轨道交通一次吸引范围内,如图1所示。
图1 出行OD类型一的常规公交客流特征
图1中轨道交通能够直接覆盖居民出行的全过程,可以通过步行交通来实现“门到门”。轨道交通开通运营后,部分常规公交客流将会轨道交通转移,且随着出行距离的增加,转移比例更加明显。
(2)居民出行的起讫点只有一端在轨道交通一次吸引范围内,如图2所示。
图2 出行OD类型二的常规公交客流特征
图2中除了需要步行交通之外,还需要常规公交与轨道交通的换乘接驳才能完成出行。在该交通走廊内,与轨道交通换乘接驳的常规公交客流比例将会增加。独立使用公交出行的客流比例将会减少,且随着出行距离的增加减少的幅度加大。
(3)居民出行的起讫点均不在轨道交通一次吸引范围内,如图3所示。
图3 出行OD类型三的常规公交客流特征
图3中处于二次吸引范围的居民出行需要进行至少2次换乘,所以需要通过常规公交与轨道交通的配合协调才能完成出行。在此情况下,出行花费的时间和费用就成了较大的阻碍因素,常规公交客流向轨道交通转移的可能性较小。
3 基于巢式Logit模型的交通方式客流分担率研究
3.1 出行影响因素分析
居民在出行方式的选择上主要从安全性、便捷性、经济性、舒适性、时效性、人性化等方面进行考虑。出行的影响因素大致可以分为三大部分,一是个人属性,包括性别、年龄等;二是社会经济属性,包括职业、学历、年收入、私家车拥有数量等;三是出行属性,包括出行目的、出行距离、出行时耗、出行费用、出行体验等。此外,气候环境、天气状况、出行是否为高峰时段等也会对出行者的选择产生影响。
3.2 数据调查及变量确定
根据对居民出行方式影响因素的分析,结合课题具体问题的研究,采用RP和SP相结合的调查方法,设计基于出行者个人、社会经济、出行等属性的调查问卷。调查站点为福州地铁1号线走廊内的火车南站、白湖亭站、达道站、东街口站、火车北站,覆盖了福州市的鼓楼区、仓山区、台江区、晋安区,得到有效问卷598份。考虑到居民出行方式的相关和相似关系,采用分层划分的思路,非集计模型中的巢式Logit(Nested-Logit Model,NL)模型在方式划分阶段,将步行、自行车、电动自行车、小汽车、常规公交、轨道交通等基本出行方式进行双层划分,结构如图4所示,将各层的出行方式确定为模型的因变量。
图4 出行方式分层划分
模型中每一层次的结构均是Logit模型,该模型考虑到了方案选择枝之间的相关性,比多项Logit模型(Multinomial Logit Model,MNL)更接近实际[2-3]。
结合居民出行的影响因素将性别、年龄、职业、年收入、出行目的、出行距离、出行时耗、出行费用、出行体验等作为模型的特征变量。
3.3 NL模型描述
NL模型将可选的出行方案按树状结构进行分层,假设上层的选择集合为:A={A1,A2,…,Am},有m个虚拟选择枝;下层的选择集合为:B={B1,B2,…,Bn},有n个虚拟选择枝。P(Ai)为上层选择虚拟选择枝Ai的概率;P(Bj|Ai)为上层选择Ai的条件下,下层选择Bj概率[4]。对于第k个出行者选择出行方案(Ai,Bj)的概率为同时选择上层选择枝Ai与下层选择枝Bj的概率,表达式为
Pk(Ai,Bj)=Pk(Ai)(Pk(Bj|Ai)
(1)
(2)
(3)
式中:V(Ai)为上层选择虚拟选择枝Ai的效用值确定项;V(Bj|Ai)为上层选择虚拟选择枝Ai的条件下,下层选择Bj时的效用值确定项;λ1为同时考虑上下层效用的概率项方差相对应的参数;λ2为只考虑下层效用的概率项方差相对应的参数;V*(Ai)为模型的核心,为合成效用项,表达式为[5]
(4)
在构建的树状NL模型中,每一个分叉节点都可以看作是一个独立的MNL模型,上层是非机动车和机动车的MNL模型,下层分别是非机动车方式下的三个选择枝和机动车方式下的三个选择枝的MNL模型,每个MNL模型称为子巢,因变量的设置及赋值如表1所示。
将居民出行方式选择的9项影响因素作为每个MNL模型的特征变量(自变量),具体设置如表2所示。
表1 NL模型分层设置
表2 出行属性变量赋值
3.4 NL模型的SPSS实现
将整理好的调查数据导入SPSS22.0软件数据编辑器中,运用多项Logistic回归模块分别对NL模型上下层的每一个子巢MNL模型进行多元回归分析。通过对各项特征变量在模型中的似然比卡方检验,剔除显著性水平大于0.05的性别和出行目的,剩余项对系数的影响都显著[6]。子巢MNL模型的预测分担率如表3所示。
将表3中的数据按照公式(1)进行整体模型计算,得出各交通出行方式的最终分担率预测值,如表4所示。
根据模型预测的结果可以看出,福州市区的公共交通出行分担率低于30%,公共交通占机动化出行分担率不足60%。随着福州市机动车保有量的不断上涨,对城市道路的承载能力和停车服务提供能力形成一定的压力。轨道交通与常规公交的合作与竞争是其协同发展的源动力。从城市的发展、居民出行者的需求、公共交通系统的供给等三个方面出发,在地铁1号线投入运营以及在2019年5月地铁2号线通车试运营的背景下对常规公交线路进行优化调整,以达到减少两种公共交通方式的无序竞争,加强有序合作的目的。
表3 子巢MNL模型预测分担率
表4 最终分担率预测值
4 轨道交通与常规公交的协调优化
4.1 轨道交通与常规公交客流转移分析
在对地铁1号线走廊内各交通方式客流分担率研究的基础上,进一步对在建并预期1年内通车试运营的地铁2号线出行数据进行调查并预测新建轨道交通项目的客流来源及客流转移转移的情况,为轨道交通与常规公交的协调优化提供参考。
预计地铁2号线开通后,其交通走廊内原有部分路面交通客流将会向轨道交通转移,导致居民出行结构发生一定的变化。研究选取地铁2号线走廊内的五个地点进行调查,获取有效样本数据526份。数据包括两部分:一是开通前的主要出行方式;二是假设开通后将会选择的出行方式。统计数据如图5所示,可以看出:地铁2号线开通后原有的各出行分担率均有所下降。
新建轨道交通项目的客流来源主要有两类,一是原有交通方式的转移客流;二是凭其优势吸收的诱增客流。其中第一类所占的比重较大,客流转移比例如图6所示,由图6可以看出,由常规公交向轨道交通转移的客流占比较高,达44.8%,说明地铁的开通对常规公交产生了较大影响。
图5 地铁2号线开通前后出行方式统计
图6 地铁2号线客流来源统计
4.2 轨道交通与常规公交竞争与合作的必然性分析
轨道交通线路与常规公交线路的发展与运营过程中伴随着合作与竞争。按照公共交通运输方式功能的不同,目前福州的公共交通系统可以分为公交主干线、公交次干线和公交支线三级,如图7所示。
公交主干线主要承担福州市中心城区内的主要客运走廊、中心城区与各外围组团之间的联系、各外围组团之间的联系,线路连接主要公交换乘枢纽、各大型客源产生点和吸引点,属于中长距离公交出行,是联系多个客流集散的公交网络主动脉,一般由轨道交通承担客流运输功能。公交次干线主要承担福州市中心城区内的次要客运走廊、各外围组团内部的主要客运走廊运输,属于中短距离公交出行,串联大中型客流集散点或居住区,为主干线集散客流,一般由轨道交通和常规公交共同承担客流运输功能。公交支线承担中心城区内部和各外围组团内部的居住区与周边大型换乘枢纽以及主干线站点的客流接驳和集散,属于短距离的公交出行,同时起到降低公交服务“盲区”,提高线网覆盖率的作用,一般由常规公交来承担客流运输功能[7]。
图7 公交线路分级
作为集约化的城市公共交通方式,轨道交通线网与常规公交线网将共同为福州城市的主要交通走廊提供服务,二者在客流的竞争上不可避免。但在居民实际的出行过程中,轨道交通线路与常规公交的换乘接驳行为普遍存在,因此二者在合作上也存在必然性。
4.3 轨道交通与常规公交的协调发展目标
轨道交通与常规公交作为公共交通系统的重要组成部分,在协调发展的过程中要求功能不同的线网之间能形成分工明确、层级清晰的公共交通网络[8]。在接驳换乘方面,从“减少道路交通的干扰、充分利用周边现有资源”的原则出发,将公交站点与地铁口的距离控制在50米以内,对邻近地铁口的公交站点进行调整,新增接驳线路,对轨道交通走廊内布设重复站点较多的常规公交线路进行调整,这样既能满足居民出行的多样性需求,又能通过常规公共交通间一体化的整体效应,实现资源的合理利用。在发展轨道交通的福州市,公共交通运输组织应以大中运量公共交通设施为基础,基于大中运量公共交通线网形成不同功能层次的地面、地下公共交通线网。
4.4 轨道交通与常规公交的协调优化方法
在轨道交通线走廊内常规公交线路与之衔接协调采取的优化方法主要基于以下4种关系进行分析[9-10]。借鉴了福州市道路运输管理处对地铁1号线交通走廊内常规公交线路的调整方案,现根据具体情况将优化措施列举如下。
(1)常规公交线路与轨道交通线呈平行关系:分为短平行和长平行。在短平行的情况下,有两种调整方法,如图8所示。一是取消重叠的路段,在拐点车站将常规公交终点站与轨道交通站点相衔接;二是不调整原有线路的走向,在合适的站点将常规公交终点站与轨道交通站点相衔接。在长平行的情况下,弱化竞争,将该平行路段的线路撤销。
图8 短平行线路调整措施
(2)常规公交线路与轨道交通线相交:分为十字相交和丁字相交。十字相交的情况下,将常规公交的换乘站尽可能地靠近轨道交通站出入口,以实现接驳换乘的功能,如图9所示。
图9 十字相交线路调整措施
丁字型相交的情况下,通过对线路的细微调整,使常规公交的终点站与轨道交通车站相衔接,或尽可能靠近轨道交通站的出入口,以加强接驳换乘功能,如图10所示。
(3)常规公交线路与轨道交通线呈“Z”字型关系:分为短“Z”字型和长“Z”字型。在短“Z”字型的情况下,将处于平行路段上的某个常规公交站点与相邻的轨道交通站相衔接,使常规公交换乘站尽可能接近轨道交通站的出入口,如图11所示。在长“Z”字型的情况下,将处于平行路段上两端的两个常规公交站点分别与其相邻的两个轨道交通站相衔接,使常规公交换乘站尽可能接近轨道交通站的出入口,加强其驳运功能,如图12所示。
图10 丁字相交线路调整措施
图11 短“Z”字型线路调整措施
图12 长“Z”字型线路调整措施
(4)常规公交线路与轨道交通线呈环状交叉关系:有两种调整方法,如图13所示。一是不调整线路,仅加强两端常规公交站点与轨道交通站的换乘衔接,在局部地区为轨道线路提供了驳运功能,同时也在两个站点之间形成高峰时段的补充。二是截断并调整线路,变更形成两条独立的公交线路,扩大驳运吸引范围,加强常规公交站和轨道交通站的换乘衔接。
图13 环状交叉线路调整措施
5 结束语
在大城市轨道交通建设加速推进的背景下,以福州地铁1、2号线及其客流走廊内的常规公交线路为研究对象,采用RP/SP调查法收集样本数据,建立基于巢式Logit的双层交通出行方式分担率模型,结合预测结果提出轨道交通与常规公交协调发展的目标。依据常规公交线路与轨道交通线的不同关系,以现有轨道交通为基础,对常规公交线路、接驳线路、站点的设置提出了优化调整的方法,为进一步研究新建地铁对居民出行方式以及地面公交线网功能和布局的影响,促进两网协调发展提供了理论基础。本研究的不足之处在于,研究对象仅为地铁1、2号线,对于在建的其余线路的影响尚未考虑,且两网协调优化涉及的内容较广,后续将从运营调度及衔接协调模型建立等方面进一步深化研究,提出更为合理的协调优化方案。