基于多方式选择的区域停车换乘设施选址研究

王　睿　缪祥杰

(同济大学道路与交通工程教育部重点实验室　上海　201804)

基于多方式选择的区域停车换乘设施选址研究

王睿缪祥杰

(同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804)

摘要当区域内停车换乘设施布设过于密集时，易造成相邻设施点互相竞争、资源浪费，甚至引发出行效率下降，而既往的研究通常重视换乘需求最大化，忽略了这一现象对选址的影响。文中通过建立嘉定城区的模拟路网，对多种出行方式定义效用函数，运用MATLAB程序进行静态交通分配仿真，得到在不同位置设置换乘设施情况下，出行者选择停车换乘的比例和平均单位距离出行时间。结果表明，停车换乘设施的服务半径为2～5 km；当区域内换乘设施由2个增加为3个时，平均单位距离出行时间反而增加约8%。

关键词交通规划停车换乘选址交通仿真区域多方式

传统的停车换乘(park and ride，P&R)设施选址研究，通常基于最大化覆盖换乘需求[1]，最大化拦截网络交通流[2]，使用基于经验的应用图形辅助设计、基于知识工程的专家决策[3]，或者在用户均衡条件下以经济效益最大化、出行成本最小化为目标确定换乘停车场点位[4]。但在地铁线路既定的情况下，因为换乘设施服务范围的局限，当一定区域内换乘设施布设过于密集时，易造成相邻设施点互相竞争、资源浪费，甚至引发出行效率下降。有学者根据调查提出邻近P&R设施的可达性、停车费用等多方面因素会影响出行者对不同设施的选择意愿，在一定距离内的2个或2个以上的P&R设施存在一定的竞争关系[5]；有学者试图量化P&R措施对减少路网上车公里数的能力[6]。本文以嘉定新城停车换乘设施选址为例，通过建立模型，对比多种停车换乘设施布局方案之下停车换乘对出行者的吸引程度及平均单位距离出行时间，对区域内相邻停车换乘设施相互影响及选址规律进行进一步研究。

1P&R出行方式选择模型

嘉定新城的日常出行包括全程自驾、地面公交、停车换乘和步行换乘地铁4种出行方式。效用函数一般通过不同的度量函数实现，需要将不同量纲的出行成本通过参数换算成统一量纲。结合范文博等人[7]对各种出行方式效用函数的研究及各指标数据获取的难易度、可信度，对4种出行方式的效用函数分别定义。

(1) 全程自驾。出行者驾驶小汽车由出发节点经过地面道路和高速公路到达城市中心区，出行成本c1包括自驾行程时间、燃油消耗，以及停车收费。

(1)

(2) 地面公交。出行者乘坐公交由出发节点经过地面道路和高速公路到达城市中心区，期间需要1次或2次换乘，出行成本c2包括公交行程时间、在车站的候车时间以及公交票价。

(2)

(3) 停车换乘。出行者驾驶小汽车由出发节点经过地面道路到达地铁站，换乘地铁进入城市中心区，出行成本c3包括总行程时间、候车时间、燃油消耗、停车收费，以及地铁票价：

(3)

(4) 步行换乘地铁。出行者步行由出发节点经过地面道路到达地铁站，换乘地铁进入城市中心区，出行成本c4包括地铁行程时间、步行时间、候车时间以及地铁票价.

(4)

表1　效用函数参数取值

2算例分析

2.1　研究对象及选址方案

选取上海市嘉定城区作为研究对象，范围包含了嘉定镇街道、嘉定工业区、菊园街道和新成路街道的大部分区域以及马陆镇和安亭镇的小部分区域，目的地均假定为曹杨路中山北路交叉口，见图1。

图1　路网和OD点位

其中，根据嘉定主城区总体规划(2004~2020年)，黑色线条将嘉定城区分为8个区域，路网由地面道路、高速公路、公交线路、地铁线路组成，其中，地面道路连接所有出行节点，地铁线路特指十一号线。结合十一号线，该研究区域内P&R设施备选点位共5个，分别位于嘉定北站、嘉定西站、白银路站、嘉定新城站和马陆站，见图2。

图2　嘉定城区11号线地铁站

由于无法获得研究区域内详实的经济、人口数据，本次仿真中未对各区域的交通需求进行完整预测。根据2010年中国千人拥车数50辆，在嘉定城区总体规划人口规模基础上，取各区域人口总量的1/25进行同比例缩放。

设计4种停车换乘设施布设方案，分别是：方案一，仅在嘉定西站设置P&R设施；方案二，仅在嘉定新城站设置P&R设施；方案三，分别在嘉定西站和嘉定新城站各设置P&R设施；方案四，分别在嘉定西站、嘉定新城站和白银路站各设置P&R设施。假设P&R设施和地铁无容量限制，车辆在抵达设施点后可成功停放，且自由换乘。利用MATLAB程序进行仿真运算，根据得到的结果进行评价。

2.2　单个方案(方案一)评价

在嘉定西站设置P&R设施时，拥车出行者选择各出行方式的比例见表2。停车换乘使用比例较高的3个区域分别是南门(68)、老城(51)和菊园东(26)，比例较低的4个区域则是菊园西(10)、南西(81)、南东(106)和马陆(96)。

表2　方案一仿真结果

根据西雅图城市外围巴士停车换乘设施调查数据报告[8]，当包含85%的停车换乘设施使用者，吸引区为抛物线形状，从换乘设施起下游可达3.2～4.5 km，上游吸引范围则远至16.1 km，远端弦长19.3 km；当仅包含50%的换乘设施使用者，吸引区为半径4.0 km的圆，见图3。根据表3可知，南门、老城和菊园东这3个区域中心点与嘉定西站的直线距离分别为2.4，2.1和3.9 km，这3个小区位于50%吸引圈内，停车换乘使用比例相对较高；菊园西与嘉定西站的距离只有0.3 km，适合步行换乘地铁；而马陆、南西和南东又与嘉定西站相距过远，分别为7.2，5.9，4.2 km，且位于停车换乘设施点下游，因此这3个小区的停车换乘比例将近为0。仿真结果在一定程度上印证了学者们关于P&R设施吸引范围的研究。

图3　P&R吸引范围示意图

表3　方案一P&R设施点与需求点间的直线距离　km

2.3　4种方案对比评价

在得到各个方案的仿真结果后，对数据进行整理，得到4种方案多种交通方式出行比例以及对应的平均单位距离出行时间，见表4和图4。

表4　4种方案多种交通方式出行比例　%

图4　各个方案的平均单位距离出行时间

(1) 公共交通出行比例。根据表4，对比方案一和二，后者停车换乘出行者比例明显提高，增幅7.9%，说明在区域内，当P&R设施设置在距离目的地更近、使车辆不发生背离目的地行驶的地铁车站时，吸引力更大。对比方案二和三，后者停车换乘出行者比例进一步明显上升，增幅7.6%，对比方案三和四，停车换乘出行者比例基本持平，该现象说明在区域内集中设置多处P&R设施对于增加停车换乘吸引程度的效果有限，在实际情况中，如果考虑土地价值、建设成本等因素，新增P&R设施可能是一种高投入低产出的行为。

(2) 单位距离出行时间。根据每位出行者一次出行时的出行距离和时间，计算出不同方案对应的平均单位距离出行时间(min/km)。随着换乘设施点的增加，平均单位距离出行时间呈现出减少趋势，表明交通出行效率提高；然而，当区域内换乘设施超过一定合理数量，如方案四共设置了3处换乘停车场，其平均单位距离出行时间反而高于方案三，按式(5)计算，增加约8%。

(5)

造成这种情况的原因可能是由于白银路站新开的P&R设施使得嘉定新城站、嘉定西站周边小汽车流进一步增多，造成P&R设施周边的道路出现更严重的拥堵状况，反而增加了停车换乘出行方式的行程时间和出行成本。

3结语

P&R设施具有一定服务半径；由于相邻设施点存在竞争，在一定区域内设置过多的换乘设施，不仅不能明显增加停车换乘客流比例，反而会造成出行效率下降。本文未考虑P&R设施和地铁容量限制以及出行者的随机效用，可能造成仿真结果在一定程度上失真，需要在今后的研究中进一步完善。

参考文献

[1]FARHANA B, MURRAY A T.Siting park-and-ride facilities using a multi-objective spatial optimization model[J].Computers & Operations Research,2008,35(2):445-456.

[2]KHAKBAZ A, NOOKABADI A S, SHETAB-bushehri S N.A model for locating park-and-ride facilities on urban networks based on maximizing flow capture:A case study of isfahan, iran[J].Networks & Spatial Economics,2013,13(1):43-66.

[3]刘有军, 晏克非.基于gis的停车换乘设施优化选址方法的研究[J].交通科技,2003,(4):85-87.

[4]周乐,肖贵平,施正威.停车换乘设施布局优化研究[J].武汉理工大学学报:交通科学与工程版,2012(5):941-945.

[5]AROSR-VERA F, MARIANOV V, MITCHELL J E.P-hub approach for the optimal park-and-ride facility location problem[J].European Journal of Operational Research,2013,226(2):277-285.

[6]DUNCAN M, COO D.Is the provision of park-and-ride facilities at light rail stations an effective approach to reducing vehicle kilometers traveled in a us context[J].Transportation Research Part aPolicy and Practice,2014,66：65-74.

[7]范文博.基于地铁的停车换乘可靠性分析[J].交通运输系统工程与信息,2013(2):57-62，198.

[8]李明, 高建平, 陈雪佳.基于时间指标的p&R换乘需求预测研究[J].西部交通科技,2009(7):5-8,14.总第273期

Study on the Regional Location Choice of Park and

Ride Facility Based on Multiple Modes Choice

WangRui,MiaoXiangjie

(Key laboratory of Road and Traffic Engineering of the Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 201804, China)

Abstract：A discussion is provided on P&R location optimizations on a regional level, for which influences among adjacent facilities are important to be considered, however mostly neglected. By establishing a road network which simulates Jiading new city, defining different travel modes' utility functions and using MATLAB to simulate the static traffic assignment, the travelers' proportion choosing park-and-ride mode and the corresponding average travel time per distance in cases of locating park-and-rides in different places are obtained. It turns out that a P&R facility's service area is within a radius of 2-5km; there is an average travel time per distance increase of 8 percent when increasing the P&R sites' number from 2 to 3.

Key words:traffic planning; P&R location choice; traffic simulation; regional area; multiple modes

收稿日期：2015-07-29

DOI 10.3963/j.issn.1671-7570.2015.06.047