站点视角下南京市公共交通综合通达性

2022-11-21戴志豪钱勇生曾俊伟魏谞婷杨民安

交通科技与经济 2022年6期

戴志豪，钱勇生，2，曾俊伟，魏谞婷，杨民安

(1.兰州交通大学交通运输学院，兰州 730070； 2.兰州交通大学建筑与城市规划学院，兰州 730070)

城市交通网络构成了城市的基本骨架结构，可有效支撑和引导功能布局与用地开发，是城市形成和发展的关键性因素。公共交通网络是交通网络的重要组成部分，同时也是保障居民通勤出行的重要基础。近年来，随着城市人口激增、汽车保有量增加、城市内部压力扩大和土地资源紧缺等问题的凸显。现有城市交通体系已从最简单的路面交通阶段发展到“点式”立交、高架道路阶段，再到轨道交通阶段，经历了从二维平面向三维空间拓展的历程[1]。城市公共交通也受此影响，随着地铁轨道交通、路面公交系统和市域轨道交通的发展和规划，逐渐在综合交通网络和一体化交通网络的方向上走向成熟。

通达性是定量评估交通路网的重要手段，可用于分析城市交通网络的空间延展及其联系的紧密程度，揭示城市土地利用、公共交通系统建设等问题[2-3]，主要的测度方法有时间度量法[4-5]、距离度量法[6]、潜力模型[7]和空间句法[8-9]等，其中基于城市内部空间关系进行定量表达的空间句法模型相比于其他方法更加直观，因此，也得到了更广泛的应用。朱寅健[10]研究了城市交通网络通达性和区域旅游一体化格局的相互影响关系；Charalambous等[11]基于空间句法模型从交通场所和人流场所的通达性情况评估了利马索尔的城市发展情况；Othman等[12]通过空间可视化的空间句法参数评估街道的交通量情况。已有研究多以线状路网进行研究，较少关注交通站点的通达性水平。近年来，关于城市公共交通站点的通达性研究不断增加：刘洋等[13]引入途经站点数与换乘次数的相对权重，修正了空间句法模型以适应轨道交通站点的通达性度量；吴韬等[14]从城市轨道交通网络本身的连接性和站点与周边街道网络结构的连接性，综合考虑度量了天津市轨道交通站点的通达性；Noichan等[15]基于空间句法理论分析现有轨道交通站点和车站建筑物的连通性和可达性特征,分析了曼谷市地铁交通的可达性。相关学者在研究城市交通站点通达性时往往只考虑了单一交通系统内部因素或周边地域的影响，忽略了不同系统间换乘带来的通达性影响以及换乘距离对乘客换乘意愿的衰减作用，结果往往缺乏可靠性。

基于此，文中立足现有的南京市公共交通网络结构，考虑了不同交通系统间换乘行为带来的通达性传递作用。结合高斯函数表达通达性传递的距离衰减作用，基于空间句法理论构建路面交通系统和轨道交通系统相互影响的站点通达性模型，从站点视角研究城市及区域的公共交通网络通达性情况。以公共交通系统发展较为成熟的南京市为例，基于站点通达性模型计算其公共交通站点的通达性，并分析其空间差异性。同时，依据南京市地铁规划建设的在建线路情况，探寻南京市在未来短时间内轨道交通网络通达性格局的转变，以期对城市公共交通网络的规划设计及地区站点的更新改造提供依据。

1 研究方法

1.1 空间句法模型

空间句法模型是对城市内部空间元素的几何表示，对城市内部的轨道交通网络、地面交通网络和建筑内部空间的通达性分析均有应用[16]，其分析流程可简述成：首先，依据一定的规则对研究对象进行空间分割，将整体空间分割为若干个小尺度空间；其次，对分割后的小尺度空间，根据空间关系建立小尺度空间连接图；最后，计算各小尺度空间的形态分析变量。

对于空间网络的通达性度量，主要观察句法指标的数值大小和分布，常见的指标有连接值、控制值、深度值和集成度等。其中集成度指标表达了不同空间的便捷程度，指标值越高表明空间便捷性越好，吸引到达交通的潜力越强，通常被学者们用以直接表达道路的通达性情况。文中选择用集成度值作为通达性度量指标，其算式为

(1)

(2)

式中:RAi为集成度；MDi为平均深度值；dij为深度值，表示空间上任意两节点间的最短距离(指空间转换次数，而非实际的欧氏距离)；n为城市公共交通系统内的总轴线数或总节点数。

1.2 站点通达性模型

1.2.1 地上通达性

公共交通站点的地上通达性受路面公交系统的影响。若站点为路面公交站点，其地上通达性的值为站点所在道路的通达性值；若站点为可换乘的轨道交通站点，其地上通达性与换乘阈值范围内的路面公交站点相关，并通过高斯衰减函数表达乘客选择换乘的意愿以及通达性传递的距离衰减作用。

(3)

(4)

1.2.2 地下通达性

公共交通站点的地下通达性受地下轨道交通系统影响。同样，若站点为轨道交通站点，其地下通达性的值可表示为站点所在轴线的空间句法参数值；若站点为可换乘的路面公交站点，其地下通达性与距离最近的地下轨道交通站点相关。

(5)

1.2.3 综合通达性

城市公共交通站点的通达性受路面公交和轨道交通系统的共同影响，因此，其综合通达性由地上通达性和地下通达性两部分整合而成。在进行整合之前，为便于数据分析和确保整合结果的准确性，需对地上和地下通达性结果进行标准化处理，文中选择线性函数中的最大最小值方法进行标准化处理，将可达性指标映射到[0,1]区间，算式为

Xi=(X-Min)/(Max-Min)

(6)

式中:Xi为指标X经标准化处理转换后的数值；Max，Min分别为样本数据中的最大值和最小值。

同时，考虑轨道交通系统和路面公交系统对城市公共交通的影响存在差异性，在计算综合通达性指标时不可进行直接加和。文中采用专家打分法确定两者权重，将公共交通站点的综合通达性结果表示为

(7)

2 实证研究

2.1 数据获取和预处理

文中选取2021年底南京市公共交通道路网络和站点作为数据源，通过对公共交通站点通达性的测度来表达城市公共交通的发展情况。公共交通道路网络包括路面交通网络和轨道交通网络，其矢量数据来源于OpenStreetMap网站，其中轨道交通路网为截至现有运营的10条轨道交通线路以及在建的9条轨道交通线路。公共交通站点同样分为公交站点和轨道交通站点，其POI数据获取自高德地图，公交站点数据根据南京公交查询网站https://nanjing.8684.cn/所提供的站点列表进行修正，并在交通路网矢量数据基础上进行定位和矢量化。

研究获取的城市路面交通路网原始数据无法直接用于分析，需要对数据进行预处理。在城市路面道路网络中有大量道路无公交线路经过，为保证计算结果的准确性，根据现有的公交运营线路，剔除无公交线路通过的无用道路，并对整体路网按照一定规则进行空间分割，基于站点之间的连接关系将道路划分成若干个小尺度轴线。在指标计算方面，采用Axwoman6.3软件获取道路的相关句法参数。

2.2 轨道交通站点地下通达性分析

相关学者在针对轨道网络建模时往往将一条地铁线路作为整体，将地铁线路作为最小连接单元研究站点的通达性[18]，忽略地铁线路网络上站点分布的差异性。文中借鉴轴线地图思想，根据站点间和轨道线路间的联通关系生成轴线地图，以此将轨道交通站点和轴线一一对应。在计算轨道交通站点在轨道交通系统中的通达性结果后，基于克里金插值法分析区域的通达性空间分布情况(见图1)。可以看出，南京市轨道交通站点的通达性从整体上呈现出“内高外低”的分布特征，站点通达性由中心城区向边缘区域逐渐减小，形成了中心城区由玄武区、建邺区和秦淮区构成的高通达性区域，以及边缘地域的六合区、浦口区、溧水区和高淳区4个低通达性区域，其中位于南京市北端的六合区虽站点数较多，但多数站点到达拥有高密度站点的中心城区需要经过多次空间转换，通达性值最差。

图1 南京市轨道交通站点地下通达性插值

为识别城市轨道交通高值站点和低值站点的分布情况，选取通达性位序在前20%和后20%的站点进行统计分析，如表1所示。可以看出，高通达性站点集中分布于南京市中心区域，雨花台区的高通达性站点数最多，有9个高通达性站点；秦淮区的总体通达性最好，区域内的7个站点全部都是高通达性站点。高通达性站点率秦淮区最好，达到100%,其次是雨花台区，高通达性站点率为64.3%，建邺区和江宁区的站点通达性情况明显不如以上区域。低通达性站点零散分布于城市外围区域，其中六合区的站点通达性最差，区域内的12个站点全部为低通达性站点，其次为溧水区和高淳区，分别有60%和50%的站点表现出低通达性，江宁区的站点通达性情况要好于其他周边区域，29个站点中仅有2个站点为低通达性站点。

表1 轨道交通站点通达性区域分布

2.3 路面公交站点地上通达性分析

基于空间句法模型计算出南京市路面公共交通站点的通达性结果，由于公交站点数量过多，无法直观了解整体空间站点的高通达性和低通达性区域分布情况，故使用克里金插值法对路面公共交通站点的通达性进行插值分析，结果如图2所示。可以看出，南京市公交站点通达性的空间分布情况相似于轨道交通站点的结果，整体上同样呈现出“内高外低”的分布特征，但其高值区域范围更广，站点通达性水平由中心城区向南北方向的周边区域逐渐降低，中部区域的站点通达性情况已趋于良好，但南北两端区域的公交站点通达性略低于中部区域，尤其是位于南端的高淳区。

图2 南京市公交站点通达性插值

为识别城市路面公共交通高值站点和低值站点的分布情况，同样选取通达性位序在前10%和后10%的站点进行统计分析，如表2所示。容易看出，638个高通达性的公交站点基本都分布在南京市中心城区，公交站点通达性最好的区域是玄武区，有146个公交站点呈现出高通达性，占区域内总公交站点的74.5%，其次是秦淮区，有近一半的站点为高通达性站点。江宁区的公交站点通达性情况次于其他区域。低通达性站点只分布于靠近南京市南北边缘的六合区、溧水区和高淳区。其中高淳区由于区位因素，远离城市中心，位于城市最南端，路网密度低，且与中心区域的连接程度不够，公交站点通达性最差，六合区和溧水区的公交站点通达性相对来说优于高淳区。而浦口区和栖霞区则处于高通达性区域和低通达性区域间的过渡区域，站点通达性情况一般，既没有高通达性站点也没有低通达性站点。

表2 路面公共交通站点通达性区域分布

2.4 站点综合通达性分析

2.4.1 专家打分法确定权重

采用专家打分法确定计算综合通达性算式(7)中的权重和，建立由5个评价指标构成的城市交通系统通达性评价体系，邀请5位业内专家进行满分为5分的指标打分，得到各项评价指标权重(见表3)。同时邀请专家对路面公交系统和轨道交通系统两类城市公共交通系统的发展现状进行评价打分，总分为5分，得到专家打分表(见表4)。

表3 城市交通系统通达性评价体系专家打分

表4 两类城市公共交通系统通达性专家打分

根据打分结果可得：μ1=0.518，μ2=0.482。

2.4.2 轨道交通站点综合通达性

考虑到周边换乘公交站点对轨道交通站点的影响并计算其站点综合通达性，高通达性站点和低通达性站点的区域分布情况如表5所示。其中轨道交通综合通达性最好的区域为鼓楼区和玄武区，分别有43.8%和41.2%的站点表现为高通达性，其次是雨花台区，有35.7%的轨道交通站点为高通达性站点。相比于未考虑周边换乘公交站点影响的结果，玄武区的通达性情况有所提升，原因在于玄武区的公交站点分布密集且通达性较好，其换乘产生的通达性传递作用要高于其他区域。对于低通达性站点，位于南北两端且远离中心城区的六合区、高淳区、溧水区和栖霞区的站点通达性情况较差，其中高淳区内的2个站点均表现为低通达性。

表5 轨道交通站点综合通达性区域分布

2.4.3 路面公共交通站点综合通达性

考虑到周边换乘轨道交通站点对路面公交站点的影响计算其综合通达性，高通达性站点和低通达性站点的区域分布情况如表6所示。公交交通站点通达性最好的区域仍然为玄武区，区域内有67.3%的公交站点呈现出高通达性，其次是秦淮区和鼓楼区，分别有31.7%和31.2%的公交站点为高通达性站点，其中秦淮区的高值站点由97个降为59个，原因是相对于中心区域仅有轨道交通1号线和3号线的部分线路经过，且仅有7个轨道交通站点在区域内，对公交站点的通达性影响有限，然后是建邺区和雨花台区，建邺区的高值站点由46个增为77个，主要原因是轨道交通2号线、10号线和S3线的经过，这些轨道交通线路的站点对周边公交站点通达性产生了影响。低通达性站点的区域分布情况基本没有变化，说明轨道交通站点对公交站点通达性的影响基本体现在高通达性区域，对位于南北两端边缘的低通达性区域几乎无影响。

表6 路面公共交通站点综合通达性区域分布

3 在建轨道交通线路的通达性影响

据统计，截至2021年底，南京市现有运营轨道交通线路为10条，包含159座站点，在建轨道交通线路为9条，涉及新建站点92座，而公交站台现有6 377座，规划开工建设的公交场站仅有12座。相比而言，新建公交站点对整体公交站点的通达性格局影响微弱，而在建轨道交通站点对整体轨道交通站点的通达性格局有较大影响。为探究南京市轨道交通网络在近几年的发展格局，选取在建的9条地铁线路加入到现有交通网络中，并计算其站点通达性。通过图3可以看出，在建地铁线路基本集中在主城区的6个辖区，在未来的短时间内轨道交通网络建设仍以主城区为主，但地铁5号线和S6号线的建设已初步表现出连接主城区外周边区域的趋势。对计算的站点通达性结果进行数据统计对比结果如表7所示，可以看出在建线路的加入会改善整体轨道交通的通达性和联系紧密程度，相比于现有的通达性情况，轨道站点的通达性均值提升31.8%，中位数提升37.3%，表明在建线路的修建对南京市站点通达性的整体提高有较大帮助。站点通达性方差从0.007升到0.011，表明了南京市轨道交通站点通达性的不均衡性，中心城区与周边区域的通达性差距在逐步拉大。最高站点通达性由0.468增加到0.615，提升了31.4%，对最低站点通达性提升了20.1%，说明在建线路对中心城区的站点通达性影响要高于边缘地区。

图3 在建地铁线路

表7 在建线路对轨道交通整体站点通达性影响

同时，为探究在建线路修建完成后南京市轨道交通网络站点通达性的中心性改变，文中采用标准差椭圆法[19]分析加入在建线路前后的轨道交通站点在空间上的方向和分布情况，以站点通达性值为权重进行标准差椭圆分析，结果如图4所示。可以看出，整体上南京市轨道交通站点的通达性空间格局仍然为“东南——西北”朝向，但在建线路的修建使地铁站点通达性空间格局的中心点向东北方向偏移了2 052 m，并轻微影响了站点通达性空间格局的朝向，向南北轴线偏移了3.17°。