地铁站共享单车配置量研究

2019-04-28王雪琴张莉勋

物流技术 2019年4期

王雪琴，谢淳，张莉勋，刘清

（武汉理工大学交通学院，湖北武汉 430063）

1 引言

共享单车随停随走、按需使用、不受出发地和目的地限制的特点，给予用户极大的自主性，能够满足多样化的短途出行需求，成为解决用户接驳难题的最佳方案。但共享单车过量投放、单车区域划分不当及使用者乱停乱放等行为，已经严重影响了行人正常通行、道路合理利用和城市整体形象。合理的共享单车配置既是市民便捷出行的需要，也是城市交通规划水平提高的必然。

国内外对共享单车的调度、配置以及需求预测有较多研究，范书源[1]、施文[2]、陈鸣[3]、Andrew A.Campbell[4]等主要采用启发式算法或机器学习算法，用定量分析的方法使得单车配置量达到最优，但没有考虑对行人产生的影响；李胤[5]、汪闻生[6]等提出了关于共享单车配置的建议，却无具体测算方法。已有研究大多从企业角度出发，着重于单车需求的预测和单车调度方面，无法解决行人通行不便的问题。本文从城市规划管理者的角度出发，结合地铁站共享单车配置量预测、停车空间承载力配置量估算等定量方法，在保证行人顺畅通行的情况下，尽量满足地铁站的骑车需求。

2 地铁站共享单车配置量模型构建

2.1 构建原则

（1）行人优先原则。本文主要站在行人的角度考虑问题，让共享单车礼让行人，并优先考虑为行人通道提供充足空间。

（2）便利出行原则。在行人优先原则的基础上，综合考虑行人通行需求和单车停放需求，使行人和共享单车使用者都能便利出行。

（3）合理性原则。综合考虑共享单车需求和地铁站周边空间承载力，合理配置共享单车数量。

2.2 模型思路

本文以单车需求量最大的高峰时段作为研究对象，引入时日不均衡系数和进出不均衡系数来建立需求预测模型，得到高峰时间段内的单车需求配置量；根据单车使用情况、停车区人流量的比例特征以及单车摆放形式，建立停车空间承载力配置量估算模型，计算出地铁站所能承载的共享单车数量。综合考虑两者数值，取其最小值作为该地铁站的最终配置量。计算思路如图1所示。

图1 计算思路图

2.2.1 地铁站共享单车配置量需求预测。本文依据地铁站高峰期间的人流量特征和骑车特征预测共享单车需求量。地铁站的早晚高峰时间与上下班时间对应，高峰期间的人流量与共享单车使用较多，形成时间上的不均衡现象。早高峰期间，居民区地铁站进站人数居多，共享单车到达量居多，此时供过于求；晚高峰期间，居民区地铁站出站人数居多，共享单车驶离量居多，此时供不应求。居民区地铁站实际的需求配置量应满足晚高峰情况，而商业区地铁站正好相反。本文将以居民区地铁站为例进行研究。

本文研究的共享单车需求量是驶离量与到达量的差值，为简化处理，本文假设单车到达量和驶离量分别在进站人数和出站人数中所占的比例是不变的，用人流量在时间上的不均衡现象来代替单车到达和驶离在时间上的不均衡现象。本文以小时为单位时间进行研究，引入了时日不均衡系数λ和进出不均衡系数γ，可得到每一个小时的单车需求量。其中，λ为某小时内出站人口数与时平均出站人口数之比，γ为某小时进站人口数与出站人口数之比。

第i小时单车预测驶离量Li：

第i小时单车预测到达量Di：

时日不均衡系数λ和进出不均衡系数γ：

则第i小时单车预测需求量计算公式如下：

式中：—单车平均每小时实际驶离量；Qoi—第i小时出站人数；Qai—第i小时到站人数。

地铁口每小时共享单车的驶离量与到达量不同，需求量也不相同，最终单车配置量应该取所研究范围内的累计值。计算公式如下：

2.2.2 停车点区域划分及停车空间承载力配置量估算

（1）停车点区域划分。停车点区域划分的主要思想是分析步行和使用共享单车的人数比例，按照比例分配计算停车点面积。停车点规划总面积S计算公式如下：

式中：W—站口总可用面积；A—步行人群平均每个人所需面积；X—步行人数；B—共享单车停放所需的平均单位面积；Y—选择骑车的人数。

（2）停车空间承载力配置量估算。设计停车点总面积确定后，停车空间承载力配置量主要与自行车的摆放方式有关[7]。市政规划的停车点为矩形区域，单车于通道垂直摆放或者斜列摆放。单车斜列摆放时，用倾斜程度修正系数k表示不同的倾斜程度。停车区域宽度不满足共享单车垂直摆放时，选择斜列方式；当停车位置长度足够时，选择90°摆放，使面积利用率达到最高。此外，共享单车多排停放时，可在停车点设置通道便于使用。共享单车承载力配置量计算公式如下：

式中：S—停车点总面积；r—通道数量；L—停车区域长度，即通道长度；c—通道宽度；k—共享单车摆放的倾斜程度修正系数，修正平均单位停车面积；a—平均单位停车面积垂直于通道方向的长度；b—平均单位停车面积平行于通道方向的宽度。

参数a和b由共享单车的实际尺寸规格确定，垂直摆放时a的值大于斜列摆放时a的值，差值由倾斜程度修正系数k确定。停车区域长度L由具体可用空地范围和设计停车点的规模确定，停车点规模较大时，可以将一个停车点分为几个停车区域。通道的宽度和数量根据停车区域的规模和步行人群所需面积决定。

2.2.3 配置量综合确定。对停车区域进行研究，得到共享单车的实际需求配置量与地铁站规划的停车面积的承载力配置量。本文的研究目标是在不影响行人通过的前提下，尽可能满足共享单车停车需求。需求量大于承载量时，则以承载量为最终共享单车配置量；需求量小于承载量时，以需求量作为最终共享单车配置量。表达式如下：

3 武汉徐东地铁站共享单车投放量实证分析

3.1 徐东地铁站现状概述

徐东地铁站北端地下与沃尔玛、过街通道接通，南端地下与王家墩地铁站通过地下商业街相连接，有14个地铁站出口和2个地下通道出口，出口分布主要分为3段：沃尔玛出口、徐东地铁站出口、地下商业街出口。其中徐东地铁站主要出口有5个（A、B、C1、C2、D）。其地形如图2所示。

图2 徐东地铁站各出口地图

徐东地铁站每日的乘车人流量在3万人左右，高峰期人流量达到3 000人/h。高峰期在7：30-9：00和17：00-19：00两个时间段，主要乘客群体为上班族。徐东地铁站地形复杂，本文只选取人流量最多的D出口进行研究。

3.2 徐东地铁站共享单车需求配置量预测

徐东地铁站符合本文所建立模型，共享单车的需求配置量受早晚高峰影响较大。对徐东地铁站人流量和共享单车的使用情况进行调查统计，D出口的共享单车数量不能满足市民的骑车需求。19点时，进出人流量高达1 531人，共享单车所剩无几，但有较多市民在寻找共享单车，说明此地共享单车配置量过少。本次调查的具体数据见表1。

表1 徐东地铁站数据表

对表1的数据进行分析，晚高峰情况符合模型假设，计算参数41，λ1=2.2，γ1=0.53；λ2=2.3，γ2=0.6。其中λ1、γ1代表17-18点的参数，λ2、γ2代表18-19点的参数。

徐东地铁站共享单车晚高峰时段的需求预测量为：

总需求量为：

预测结果显示：晚高峰到来之前，要保证地铁口有至少80辆共享单车。

3.3 徐东地铁站停车点区域划分及停车空间承载力配置量估算

3.3.1 徐东地铁站D出口地形介绍和数据展示。根据实地测量，本文画出了D出口详细的地形图，如图3所示。

图3 徐东地铁站D出口地形图

对图3进行分析，徐东地铁站D出口有四处停车带，中间有一条人行道。根据停车带和人行道的尺寸，计算得总可用面积为346.4m2，停车带的总面积为152.9m2，人行道的面积为193.4m2。停车带面积占地铁出口总可用面积的44.15%。

对D出口现场考察发现：晚高峰时期，通过人行道的人数很多，严重阻碍了行人的通过。本文以保证行人顺利通行为前提，尽量满足骑车需求为原则，将晚高峰的行人数量和骑车数量作为对象进行研究，此时单车数量过少，用实际数据进行估算将带来很大误差，本文选择利用需求预测模型中预测的单车使用量Qs（不减去到达量）进行计算。相关数值见表2。

表2 停车带行人通过数据表

其中：

3.3.2 徐东地铁站停车区域划分。表2显示的是两个小时的统计量，但实际过程中，行人是一波一波出现的，出站乘客与地铁的发车间隔（4.5-5min）相适应。19点以后，单车数量几乎没有，不予考虑，本文选取17-19点的数据进行分析，以5min为单位时间段进行处理，把数据除以24，具体计算过程如下：

步行人数：

骑车人数：

根据模型：

其中：A=0.3m2,B=0.9m2,W=346.4m2。

设计停车点总面积为：

基于晚高峰时期计算得设计停车点的面积为81.5m2，该数值小于当前可供停车的面积152.9m2，即可得出结论：现有的停车区域过多，空地未被良好利用，可将部分区域划分给步行人群使用。

3.3.3 徐东地铁站D出口承载力配置量计算。对共享单车进行测量，测得共享单车的平均长度为1.6m，密集停放时所占平均宽度约为0.35m。考虑到共享单车停放密集度的实际情况，在计算中取a=1.8，b=0.5。

设计停车点总面积为81.5m2，在D出口的当前停车区域的基础上重新规划停车点，如图3所示，停车处①和停车处②的交界处人行道变窄，考虑将停车处②改为人行道，计算得停车处②的面积为47.75m2,但此面积仍不足以满足行人通过需求，考虑将停车处④也改为人行道，两者总面积为86.8m2,与所规划的停车面积差距很小。最终确定的停车区域为①、③两处。

（1）停车处①宽为3.3m，不能满足共享单车垂直停放，选择采用双排斜列方式。