基于出行需求的轨道车站公交接驳范围研究

毕亚茹，于晓桦，∗，谭佳慧，刘欣萍

(1.山东建筑大学交通工程学院，山东 济南 250101；2.青岛市市政工程设计研究院有限责任公司，山东 青岛 266100)

0 引言

公交与轨道交通的有效衔接对城市公共交通可持续发展起到关键作用。 研究轨道交通车站的公交接驳范围可有效提高地面公交和轨道交通的衔接度。 基于出行者需求、地面公交特性以及交通设施的服务水平，综合考虑出行时间和交通费用等因素可得到公交合理吸引区域[1]。 精确分析不同出行需求下公交接驳轨道的范围是接驳设施合理布设的前提，也是制定相关发展规划的参考依据，对优化公交线路具有重要意义[2]。

目前，学者们开展了大量轨道车站公交接驳范围的研究。 叶益芳[3]基于可达性一致原理，得到公交接驳范围为3.5 km；王淑伟等[4]认为接驳距离的概率分布符合正态分布，并用北京市方格路网特性修正，得到公交合理吸引范围为3.8 km；刘祥峰[5]以出行者花费时间最小为目标函数建立模型，得出公交接驳的最大范围为5.1 km；陈兴斌等[6]分析了集成电路卡(Integrated Circuit Card，IC)数据，提出公交接驳距离的计算模型，得到北京市全日平均接驳距离为9.8 km；戴维佳[7]提出了基于广义出行费用的站点吸引范围模型，计算了轨道车站对于不同接驳方式的影响范围；谭佩珊等[8]利用兴趣点、公交线路等数据刻画站点周围公共交通导向信息指标，确定了深圳市不同类型地铁站点的吸引范围。Chakraborty 等[9]基于人口分布和岗位分配情况确定了站点的吸引范围；Debrezion 等[10]建立了出行者选择接驳方式的巢式评定(Nest Logit，NL)模型，明确了不同出行方式的接驳距离范围；Eom 等[11]通过分析智能公交卡数据特征，计算轨道车站的吸引范围，以首尔的墨东站为例，计算出乘客的平均出行距离为1.7 km； Ann 等[12－13]首先考虑了公共交通导向模式(Transit－Oriented Development， TOD)下车站吸引范围受接驳方式和车站位置特征的影响，基于复合幂指数距离衰减函数和受试者工作特征(Receiver Operating Characteristic，ROC)曲线，确定了不同接驳方式车站影响范围的阈值。

既有研究主要基于出行方式特征(出行时间、出行费用等)的比较分析车站接驳范围，较少考虑车站具体情况(如车站类型)与出行需求(如客流分布)的差异，因而得到的接驳范围大多为单一且固定的值。 由于轨道车站空间分布与用地功能的不同，出行者的接驳需求也不同，实际中应具有不同的接驳范围。 文章基于对车站接驳需求的分析和数据挖掘，根据轨道车站周围的土地利用性质将车站分成不同的类型，利用站点类型体现出行目的，结合可达性一致原理和潜在客流分布，提出具有差异性的轨道车站公交接驳范围确定方法。

1 出行需求对接驳范围的影响

1.1 数据准备

以济南市为例，利用两类数据分析出行者的出行行为和出行需求特征。 第一类是“轨道＋公交”接驳出行行为特征数据，获取出行者个人属性、出行行为及出行意愿等信息；第二类是居民出行起讫点(Origin and Dectination，OD)数据，用于分析接驳出行需求的分布特征。 为获取接驳出行行为特征数据，采用现场调查问卷形式，问卷内容分为个人属性调查、出行行为调查与出行意愿调查。 选择济南市地铁2 号线车站周边为调查点，发放时间为2022 年4 月14 日，共回收有效问卷409 份。 居民出行OD数据采用最近一次(2019 年)济南市居民出行OD调查数据，包括出行者出发点和到达点位置信息，共计87 340 条数据，出行数据见表1。

表1 OD 出行数据表

1.2 公交接驳特征分析

通过调查乘客选择轨道交通出行的出行行为，统计出行者接驳轨道交通方式比例分布可知，选择步行到达轨道交通车站的人最多为53%，其次是公交的为33%。 影响出行者选择接驳方式的因素主要有接驳方式特点、个人属性及车站属性因素等。

公交作为城市主要的公共交通方式之一，承担着轨道交通非沿线大部分居民的出行。 相对于步行和非机动车而言，公交线路灵活度低，但是其受天气影响较小，接驳距离相对较大；与私家车和出租车相比，公交出行的舒适性低、速度慢、线路灵活度低，但其成本较低，对停车设施要求不高[14]。

个人属性因素包括性别、年龄、家庭收入等。 佟新等[15]从社会性别的角度出发，通过问卷调查发现女性更注重出行成本，其选择慢行交通和公交的概率高于男性。 问卷调查结果显示，选择公交接驳的人群中女性占53%，比男性多6%，在所有选择公交出行的人群众中＜18 岁的占比最高，约33%，因其受驾车年龄限制，公交接驳轨道出行具有经济、舒适等特点，成为该年龄段出行的首选出行方式；而＞60 岁的居民选择公交接驳的比例最小，其通常会选择单一公交出行，主要原因是＞60 岁的居民乘坐公交免费，其次是公交站点覆盖面积广、换乘方便，不需要考虑进出轨道车站、购买车票及寻找站台的过程；家庭收入对接驳方式的选择具有较大的影响，收入水平较低者一般选择出行成本较低的接驳方式，结果表明，＜4 000 元收入的人群选择公交接驳的比例最高为31%，其次为4 000 ～8 000 元收入的人群选择公交接驳的比例为27%。

轨道交通站点的属性也会对公交接驳选择产生一定的影响。 按轨道车站的位置将车站划分为中心区、城郊区和外围区3 个层次[16]，问卷调查结果显示，中心区公交的线网密度较高，但是由于轨道站距相对较短，站点覆盖率高，加之中心区的交通相对拥堵，选择慢行交通方式接驳轨道的人数比较多，公交接驳的比例不高，其值约为8%；城郊区由于地铁站距较长，所以出行者对公交的诉求强烈，公交接驳比例高达20%；外围区由于本身公交系统不够完善，接驳比例最低为5%。

1.3 出行需求对公交接驳范围的影响

在中长距离出行中，人们对时间的感知度大于对距离的感知度，因此采用可接受的接驳时间来推断可接受的接驳距离是可行的。 根据问卷调查结果，可知接驳出行需求主要来源于上班、上学的人群(42.3%)，其次是购物娱乐的人群(34.9%)。 公交接驳时间与出行目的的关系如图1 所示。 由于出行目的不同，出行者可接受的公交接驳时间也不同。轨道交通车站周边的土地利用对交通发生和吸引的强度具有决定性的影响[17－19]。 以城市不同区域为端点的出行目的，基本上取决于土地利用的功能，如居住区的出行主要是以家为端点的上班、上学、回程，而商业区的吸引出行主要是公务、购物等，即居民的出行目的可用车站周围用地(车站类型)性质来体现。

图1 出行目的与接驳时间的关系图

济南市2019 年的居民出行OD 调查数据反映了城市轨道交通开通之前的居民出行特征。 受轨道交通开通的影响，人们的出行方式发生了一定程度的转移[20]。 2019 年济南市土地开发已比较成熟，所以城市出行结构和居民的出行需求在长期内具有相对稳定性。 利用地理信息系统ArcGIS 软件将OD出行数据可视化(如图2 所示)，可以看出济南地铁2 号线开通之前，大部分的起讫点都位于地铁车站影响范围内，说明地铁2 号线可以满足出行者流量流向的需求。 地铁运营后，一部分客流从其他非轨道方式出行转变为“公交＋轨道”出行；另外公交接驳设施的不断优化以及出行服务水平的不断提高，促进了轨道交通周围土地的开发利用，又会新增一部分采用公交接驳轨道方式出行的客流，将两部分客流称为公交接驳轨道出行的潜在客流，即随着轨道交通建设与公交接驳设施的完善及出行服务水平的提高，由其他交通方式转为“公交＋轨道”组合交通方式出行的客流。 潜在客流需求分析可以明确车站周围的客流分布特征和客流密集区域，为公交接驳范围的确定提供数据支撑[21－22]。

图2 起讫点分布图

1.4 潜在客流识别方法

出行者采用轨道交通出行的距离可以分成接驳段和乘坐轨道段两部分。 采用轨道段乘坐区间反映轨道段乘坐距离，问卷调查数据显示，有14.6%的被调查者认为在地铁上乘坐＞9 站、42.8%的被调查者认为＞6 站、32.9%的被调查者认为＞3 站才愿意选择公交接驳，乘坐地铁＜3 站愿意选择公交接驳的被调查者只有9.7%，因此出行者对公交接驳的选择受轨道段出行距离的影响。 可接受的公交接驳时间与轨道段乘坐区间关系如图3 所示，可以看出，随着乘坐站数的增加，可接受的接驳时间不断增加。 因此，出行者可接受的公交接驳距离也受乘坐车站区间数的影响，即出行者会考虑公交接驳距离与轨道段乘坐区间数的比值，超出一定限度将选择其他交通方式。

图3 可接受接驳时间与轨道段区间数关系图

通过问卷调查还发现，在出行行为中，起、讫点至少有一端位于轨道车站步行吸引范围内且愿意选择公交接驳的出行者最有意向转向“公交＋轨道”组合交通方式出行，因此将部分客流称为公交接驳潜在客流。 基于出行者公交接驳意愿特征和出行OD数据，识别接驳潜在客流的步骤为

(1) 筛选起讫点至少有一端位于轨道车站步行范围内的数据。 ＞85%的被调查者所能接受的最大步行接驳距离是1 500 m，因此筛选这一距离作为轨道交通车站的步行吸引范围。

(2) 在筛选的数据中分别寻找起始点(O 点)和目的点(D 点)所对应最近的轨道车站，并把距离O 点最近的轨道车站作为居民出行的始发站点，距离D 点最近的站点作为目的站点，当始发站点和目的站点为同一个时，将视为出行者此次出行无乘坐轨道交通的可能，剔除该类数据。

(3) 筛选愿意选择公交接驳轨道的客流。 问卷数据显示，只有在轨道交通上乘坐距离较长的出行者，才愿意采用公交接驳轨道，85%的被调查者认为在轨道上乘坐＞3 站，且公交接驳距离＜5 km，因此筛选出始发站点与目的站点相隔＞3 站，且O 和D点都在轨道交通车站＜5 km 的数据。

(4) 将最终筛选的数据可视化，得到潜在客流兴趣点分布图。

2 公交接驳范围的确定方法

2.1 基于可达性理论的接驳范围

传统意义上的可达性是指出行者从一个区域到另一个区域的便利程度。 可达性一致原理是指从城市轨道交通车站吸引范围边缘点出发，无论采用“接驳方式＋轨道交通”的组合出行方式还是采用其他单一出行方式，到达城市中心站的可达性应该是一样的[23－24]。 然而，出行目的地并非都在车站地区，很多出行到达车站后需要接驳才能完成。 结合“公交＋轨道”组合的出行特点，考虑到轨道交通是适合中长距离出行的公共交通方式，与其最具竞争性的交通方式是地面公交，所以将可达性一致原理重新定义，即无论采取“公交＋轨道”组合出行还是单一公交出行，从轨道车站吸引范围的边缘点到达目的地(轨道车站吸引范围内)的广义交通出行便利程度是一样的。 城市轨道交通车站影响范围的计算改进示意图如图4 所示。

图4 城市轨道交通车站影响范围的计算改进示意图

广义的交通出行便利程度S 包括时间成本、票价成本和舒适度成本，由式(1)～(4)表示为

式中T 为时间成本，min；F 为票价成本，元；C 为舒适度成本，元；VOT 为出行者的时间价值，元/min；TZ为出行者实际在车时间，min；Tj为出行者的接驳时间，min；α 为惩罚系数，根据经验取值1.5 ～3；Th为出行者候车时间，min；n 为出行阶段数；Mij为出行者在第i 阶段采用第j 种交通方式的便利程度；i 为轨道出行的3 个阶段，包括轨道前出行阶段(采用多方式接驳)、轨道出行阶段以及轨道后出行阶段(采用常规公交接驳)；T主为出行者主观在车时间，min。

2.2 基于需求特征的接驳范围

接驳范围的差异性主要考虑交通需求特征。

(1) 不同出行目的对接驳要求不同，通过车站用地的差异性体现。 根据车站周围的土地利用将车站进行分类，并通过问卷调查，得到不同类型车站的出行者对公交接驳时间的接受度，将＞85%的出行者可接受的接驳时间作为该车站的接驳时间，根据公交的速度推算接驳距离[25]。 公交线路的起点和终点并不是一条直线，所以要考虑非直线系数。 根据公交线路布局原则中公交线路实际总长度不超过首末站之间空间直线距离的1.4 倍，所以最小直线出行距离L 由式(5)表示为

式中t 为调查中出行者可接受的接驳公交时间，h；V为公交运行速度，km/h。

(2) 接驳出行客流分布不同，通过公交接驳潜在客流兴趣点分布体现。 由于城市结构与出行通勤需求在长期内具有相对稳定性[26]，所以潜在客流兴趣点可用于确定轨道车站接驳范围，其分布密集区域作为轨道车站的重点接驳范围。 为使接驳范围具有图形的规整性，将覆盖＞85%的潜在客流兴趣点的扇形区域作为公交接驳轨道的重点接驳范围。

2.3 轨道车站公交接驳范围确定方法

可达性一致模型是基于“多种方式接驳＋轨道＋公交”组合出行与单一常规公交出行的广义交通出行便利程度的比较，由于轨道交通在速度上优于常规公交，中长距离出行条件下，组合交通出行方式优势凸显，可得到的公交接驳范围可能较大，称为理论接驳范围。 在实际中，过大的接驳范围导致接驳公交运行效率低、接驳客流量低、运营成本高等问题，另外轨道车站对客流的竞争、出行者可接受的出行时间以及接驳出行需求分布也会影响公交接驳范围的确定。 因此，针对不同的轨道车站，在理论接驳范围的基础上，还需考虑车站特征以及出行者出行需求，确定更加明确和具体的接驳范围。 文章取可达性一致原理计算的理论接驳范围a1、基于出行目的计算的差异性接驳范围a2以及基于潜在客流兴趣点分布得到的重点接驳范围a3，3 个区域范围的交集，作为出行者在明确出行目的、出行距离情况下的车站合理接驳范围a，合理接驳范围示意图如图5所示。

图5 合理接驳范围示意图

相邻轨道交通车站之间有时会存在客流竞争区域，对车站的公交接驳范围产生一定的影响(如图6所示)。 其中，A、B 为两个相邻轨道车站，C1、C2 分别是将轨道车站A、B 视为单独个体，按照无竞争区域计算的合理接驳范围，D 为接驳竞争区域。 在车站接驳范围竞争区域内，乘客遵循就近原则选择轨道车站，车站的合理接驳范围计算方法可在两相邻轨道车站A 和B 连线的垂直平分线，并以垂直平分线为界限，划分车站的合理接驳范围，如图7所示。

图6 轨道相邻车站接驳竞争区示意图

图7 存在接驳竞争区的轨道相邻车站合理接驳范围示意图

3 案例分析

3.1 公交接驳范围计算

以济南地铁2 号线为例，利用ArcGIS 软件统计分析轨道交通2 号线车站周边区域内土地利用情况，根据相关分类研究[27]，获得其车站分类表(见表2)。 由表2 可以看出，2 号线车站周围不存在交通设施用地比例＞30%的车站，因此将车站类型分为居住类、办公类、商业类和混合类4 种。

表2 车站分类表

根据潜在客流识别方法筛选OD 数据，借助ArcGIS 软件将潜在客流进行可视化(如图8 所示)。根据筛选出的OD 数据，满足主客流方向递增85%客流来源的车站作为始发站，部分车站的始发站点选取结果、所需费用以及在车时间见表3。

图8 接驳潜在客流分布可视化分析图

表3 起终点及参数信息表

以彭家庄站为例计算其合理的公交接驳范围。基于可达性原理，结合实地调查设定相关参数(见表4 和5)，根据式(1)～(4)并考虑非直线系数，得到彭家庄站的理论接驳范围为3.36 km。

表4 “轨道＋公交”组合交通方式相关参数表

表5 单一公交出行方式相关参数表

对问卷调查得到的数据进行拟合，绘制以上班、上学为出行目的的出行者对公交接驳时间的接受度(用累积频率表示)分布曲线图，如图9 所示。 曲线随着时间增加呈上升趋势，接驳时间增加到20 min以后，曲线趋于平缓。 按85%分位值，得到以上班、上学为目的出行者可接受的接驳时间约为12 min，而公交平均运行速度为17 km/h 时，得到可接受的接驳距离为3.40 km，换算成直线距离为2.43 km。

图9 上班、上学接驳时间的接受度分布图

根据济南市OD 居民出行调查数据，彭家庄站潜在客流分布主要位于车站周围3.0 km 范围内。由于对合理接驳范围的界定需要考虑与相邻车站是否存在接驳竞争区域，因此还要计算鲍山站的接驳范围，即理论接驳范围为3.04 km、差异性接驳范围为3.85 km、重点接驳范围为2.70 km。 根据合理接驳范围确定原则，确定彭家庄站合理接驳范围(如图10 所示)。

图10 彭家庄站合理接驳范围示意图(单位:km)

其他3 类站点的公交接驳范围计算结果见表6；3 类车站的合理接驳范围如图11 所示。

图11 合理接驳范围示意图(单位:km)

表6 3 类车站公交接驳范围

3.2 计算结果分析

彭家庄站为办公类车站，到达该站的人群大多以上班或上学(具有通勤特点)为目的。 文章计算的彭家庄站公交接驳范围是一个半径为2.43 km 的扇形区域，大部分位于轨道站点西边，区域范围内有很多公司和学校，开发强度较大。 此外，彭家庄站作为济南地铁2 号线的终点站，2.43 km 并不是较理想的公交接驳范围，未起到拓展地铁站辐射范围的作用；鲍山站周围主要是居民区，站点周边没有完善的停车设施，所以居民对公交接驳时间要求较低，其接驳半径最大为2.7 km，但是鲍山站周围的土地利用开发强度不高，现有的公交线路覆盖率较低，所以鲍山站的公交接驳区域并不大；济泺路站为商业类站点，其出行目的是以休闲、娱乐为主，出行者对公交接驳时间的要求不高，其接驳半径为2.63 km，另外济泺路位于长途汽车站交通要塞，人流、车流密集，站点需要快速疏散人群，因此对公交接驳的便捷性和快捷性要求很高，换乘设施布局尽量紧凑；祝甸站周边的土地功能多样，无明显的用地优势，居民的全程出行距离较短，对公交接驳时间要求相对较高，因此该站点的公交接驳服务半径只有2.53 km。

根据案例分析可知，应当在彭家庄站和鲍山站的合理接驳区域内重点布设公交接驳线路和设施，提高公交接驳服务水平，最大限度地吸引乘客乘坐轨道交通。 彭家庄站东边以及鲍山站南边和东边的地区很少有出行OD 兴趣点，因此需规划设计此部分区域，增加土地开发力度；济泺路站的接驳设施在紧凑布局的前提下，可与商业设施联合开发，既可以促进出行者商业消费，还可以提高公交接驳服务水平，进而增大轨道车站的影响范围；在土地混合开发区域，轨道交通和其他单一出行方式的竞争比较大，并且没有明显优势，因此要提高祝甸站以及周边接驳设施的服务水平，增大车站的辐射范围。

4 结论

通过上述研究可知:

(1) 轨道交通车站周边的土地利用对交通发生和吸引强度具有决定性的影响，以城市不同区域为端点的出行目的取决于土地利用的功能，根据车站周围土地利用统计数据，济南2 号线的19 个轨道车站可划分为居住类、办公类、商业类、混合类等4 类。

(2) 公交接驳的选择受轨道段出行距离的影响较大，研究表明出行者在轨道上乘坐＞3 站，且公交接驳距离＞5 km，“公交＋轨道”的组合交通方式才愿意采用。

(3) 基于可达性一致原理，得出彭家庄站的理论接驳范围为3.36 km、差异性接驳范围为2.43 km、重点接驳范围为3.00 km，最终确定彭家庄站的公交合理接驳范围是一个半径为2.43 km 的扇形区域。在彭家庄站合理接驳区域内重点布设公交接驳线路和设施，可提高公交接驳服务水平，最大限度地吸引乘客乘坐轨道交通。