公交換乘站場(chǎng)選址與接駁分析張晉偉

公交換乘站場(chǎng)選址與接駁分析張晉偉招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司400067摘要：從分析調(diào)查數(shù)據(jù)為入口，合理的接運(yùn)范圍之內(nèi)尋找最佳的接運(yùn)公交線路，確定換乘站點(diǎn)泊位數(shù)，對(duì)公交換乘站場(chǎng)的選址、服務(wù)范圍、接駁線網(wǎng)進(jìn)行研究。0引言公交換乘站場(chǎng)是公交線路之間、各種公交方式之間各方向客流轉(zhuǎn)換的場(chǎng)所。居民感到交通不便，究其原因，當(dāng)然錯(cuò)綜復(fù)雜，但是，其中對(duì)交通換乘站場(chǎng)缺乏規(guī)劃，交通換乘站點(diǎn)數(shù)量不夠，選址不合理，是不可忽視的原因。因此，本文著重對(duì)公交換乘站場(chǎng)的選址、服務(wù)范圍、接駁線網(wǎng)進(jìn)行研究。1調(diào)查分析在進(jìn)行規(guī)劃之前，需進(jìn)行詳盡的公交調(diào)查與分析。調(diào)查的主要內(nèi)容包括公交客流調(diào)查與城市道路網(wǎng)調(diào)查。進(jìn)行公交客流調(diào)查是掌握公交乘客需求特性的一種常用的方法。這種方法可以獲得直接、全面、翔實(shí)的客流資料，客觀，系統(tǒng)、準(zhǔn)確的反映公交客運(yùn)特征與變化規(guī)律。具體來(lái)說(shuō)，可以得到公交線路上的乘客分布規(guī)律以及各站點(diǎn)一天中乘客的分布規(guī)律，公交車的滿載率等指標(biāo)，為公交線網(wǎng)優(yōu)化和站點(diǎn)的調(diào)整提供依據(jù)[1]。為了詳細(xì)的了解公交客流在一天中的變化情況，掌握客流流向資料，對(duì)每條被調(diào)查的公交線路上營(yíng)運(yùn)的公交車，要調(diào)查在各個(gè)站點(diǎn)的上下客人數(shù)以及相應(yīng)的駛離站時(shí)間。此次研究利用2008年11月6號(hào)由重慶市交通委員會(huì)和重慶交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院組織的重慶市公交調(diào)查的數(shù)據(jù)，主要包括南坪主城區(qū)的公交站點(diǎn)客流人數(shù)以及運(yùn)行時(shí)間等數(shù)據(jù)。道路網(wǎng)調(diào)查包括調(diào)查現(xiàn)狀道路網(wǎng)存在的問(wèn)題以及規(guī)劃年城市道路網(wǎng)的建設(shè)情況。調(diào)查資料將為公交線路的布置提供依據(jù)。此次調(diào)查參考了重慶市規(guī)劃局2020年道路網(wǎng)規(guī)劃。2聚類分析為了對(duì)現(xiàn)狀調(diào)查資料進(jìn)行系統(tǒng)而全面的分析，需要采用科學(xué)的方法。由于換乘點(diǎn)數(shù)量較多、位置分散，因此在公交換乘樞紐規(guī)劃的時(shí)候，可以采用對(duì)換乘點(diǎn)進(jìn)行聚類的方法選擇樞紐的備選地點(diǎn)。2.1分析指標(biāo)根據(jù)城市換乘接駁的特點(diǎn)，論文聚類分析選取指標(biāo)如下：①上下客人數(shù)乘客在公交車站的上下客人數(shù)是衡量換乘強(qiáng)度最直接的指標(biāo).②換乘點(diǎn)區(qū)位重要度換乘點(diǎn)的區(qū)位重要度是研究換乘所提出的代表節(jié)點(diǎn)客流量集散能力的量化指標(biāo)。換乘站點(diǎn)功能與區(qū)域政治、經(jīng)濟(jì)及交通狀況密切相關(guān)[2]。因此，區(qū)域人口、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值、非農(nóng)業(yè)人口數(shù)等反應(yīng)城市總體水平和生產(chǎn)力狀況等經(jīng)濟(jì)與社會(huì)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)作為規(guī)劃指標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行處理，確定該換乘站點(diǎn)的區(qū)位重要度的計(jì)算公式，如下：式（3.1）式中：：換乘站點(diǎn)的區(qū)位重要度；：i區(qū)域的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值；：規(guī)劃區(qū)域國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值；：國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值指標(biāo)權(quán)重；：i區(qū)域的非農(nóng)業(yè)人口數(shù)；：規(guī)劃區(qū)域非農(nóng)業(yè)人口；：城市非農(nóng)業(yè)人口指標(biāo)權(quán)重；：i區(qū)域的人口數(shù)；：規(guī)劃區(qū)域總?cè)丝跀?shù)；：i區(qū)域人口的權(quán)重指標(biāo)為了簡(jiǎn)化計(jì)算，將規(guī)劃區(qū)域劃分為數(shù)個(gè)交通小區(qū)，計(jì)算每個(gè)小區(qū)的重要度，然后每個(gè)車站對(duì)應(yīng)取相應(yīng)的數(shù)值。③換乘接駁強(qiáng)度為了量化換乘站點(diǎn)的接駁強(qiáng)度，以現(xiàn)狀經(jīng)過(guò)換乘站點(diǎn)的公交線路條數(shù)來(lái)衡量。2.2分析方法本文主要采用凝聚方式聚類[3]。其基本聚類過(guò)程是：首先，每個(gè)個(gè)體自稱一類；然后，按照某種方法度量所有個(gè)體之間的親疏程度，并將其中最“親密”的個(gè)體聚成一類，形成n-1個(gè)分類；記下來(lái)，再次度量剩余個(gè)體和小類間的親疏程度，并將最親密的個(gè)體或小類再聚成一類；重復(fù)上述過(guò)程，不斷將所有個(gè)體和小類聚集成越來(lái)越大的類，直到所有的個(gè)體聚到一起，形成一個(gè)最大的類為止。可見(jiàn)，在凝聚方式聚類過(guò)程中，隨著聚類的進(jìn)行，類內(nèi)的“親密”程度逐漸降低。對(duì)n個(gè)個(gè)體通過(guò)n-1步可以凝聚成一大類。由聚類分析和城市整體線網(wǎng)分層次劃分的基礎(chǔ)，將所有的換乘站場(chǎng)初步劃為三級(jí)。具體功能如下：（1）一級(jí)換乘站點(diǎn)具有較大的換乘服務(wù)范圍，區(qū)位重要度高，公交接駁強(qiáng)度大，換乘客流量大，考慮到整個(gè)公交線網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)效率，避免MRT線路與接駁公交線路重復(fù)過(guò)多，建議規(guī)劃以MRT線路為接運(yùn)公交線路的首末站，且接運(yùn)公交要有足夠的公交?？空緢?chǎng)滿足換乘的需要。（2）二級(jí)換乘站點(diǎn)具有一定的服務(wù)范圍，換乘客流量較大，建議采用公交站場(chǎng)或港灣式停靠站進(jìn)行接駁，以實(shí)現(xiàn)換乘客流的快速聚散。（3）三級(jí)換乘站點(diǎn)服務(wù)的范圍較小，換乘客流較少，通常位于一般的居民小區(qū)內(nèi)，可以采用一般的公交?？空荆瑫r(shí)設(shè)置人性化的乘客候車設(shè)施。按照三層網(wǎng)絡(luò)劃分的原則，可以確定換乘站點(diǎn)的合理結(jié)構(gòu)。一般來(lái)說(shuō)，第一層次的站點(diǎn)換乘客流多，所處位置一般位于城市中心區(qū)。二層次站點(diǎn)處于主干線的交匯點(diǎn)。三層次站點(diǎn)位于居民區(qū)，客流量較小且較為分散。3換乘站場(chǎng)選址規(guī)劃3.1確定型換乘站場(chǎng)選址城市的某些客運(yùn)樞紐是隨著城市的發(fā)展與總體規(guī)劃布局“自然”形成的。只要城市總體規(guī)劃得到批準(zhǔn)，這類樞紐的位置就被固定。一般在下列地點(diǎn)，應(yīng)設(shè)置樞紐。①城市出入口隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市的中心作用和樞紐作用日益突出，對(duì)周圍吸引和輻射的范圍越來(lái)越大，而對(duì)外交通的出入口，則是城市能否發(fā)揮應(yīng)有作用的關(guān)鍵，同時(shí)對(duì)城市的發(fā)展起到促進(jìn)和抑制作用。城市出入口，對(duì)城市內(nèi)部連接著公共交通系統(tǒng)，已具備作為交通樞紐的條件，所以這種地點(diǎn)：火車站、機(jī)場(chǎng)、港口碼頭、長(zhǎng)途汽車站等地點(diǎn)，應(yīng)布設(shè)客運(yùn)樞紐[4]。②郊區(qū)或衛(wèi)星城鎮(zhèn)的區(qū)域交通中心這些地點(diǎn)是城外區(qū)域進(jìn)城公交客流的吸引點(diǎn)，交通分布特征明顯，交通轉(zhuǎn)換量集中，故在這些區(qū)域交通中心也應(yīng)設(shè)客運(yùn)交通樞紐。③特定地點(diǎn)為了滿足日益提高的城市居民的文化、娛樂(lè)生活要求，在城市建設(shè)了大型公園、大劇院，市中心廣場(chǎng)、大型體育場(chǎng)館等大型公共設(shè)施。這些地點(diǎn)的人流在短時(shí)間內(nèi)集散量大，在此地點(diǎn)應(yīng)布設(shè)樞紐。3.2路段客流集散選址優(yōu)化模型在3.1中所講的客流集散量選址法模型考慮的是某個(gè)站點(diǎn)現(xiàn)狀的客流集散量，在這一部分中，我們從整個(gè)公交網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的角度考慮公交客流，進(jìn)而建立客流量樞紐選址法模型。它可以有效彌補(bǔ)客流集散選址法存在的缺陷。在有完整的客流OD矩陣及道路網(wǎng)絡(luò)的前提下，我們可以進(jìn)行客流預(yù)測(cè)和分配，進(jìn)而得到路段客流量，以及整個(gè)公交網(wǎng)絡(luò)的客流流動(dòng)趨勢(shì)。我們對(duì)式3.4進(jìn)一步延伸，轉(zhuǎn)變?yōu)榍蠼夤宦肪W(wǎng)節(jié)點(diǎn)的客流集散量(公交線網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的客流集散量等于相鄰路段客流量之和除以二再乘以修正系數(shù))，成功解決了客流集散量選址法模型的缺陷，這也是客流量選址法模型的核心思想。具體的模型函數(shù)如下:式（3.5）式（3.6）式中，G為規(guī)劃公交樞紐的備選集合;為公交樞紐的節(jié)點(diǎn)客流量;為公交路網(wǎng)中流經(jīng)節(jié)點(diǎn)j的各流向客流量在此站點(diǎn)集散量之和;為路段(i,j)的客流量;N為交通網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù);n為對(duì)象區(qū)域中分區(qū)的個(gè)數(shù)。z為換乘修正系數(shù)，指節(jié)點(diǎn)上下客人數(shù)占通過(guò)此節(jié)點(diǎn)的各向客流量之和的百分比，可以通過(guò)調(diào)查分析得出。具體算法步驟如下:1)初始化。給OD點(diǎn)編號(hào)令途經(jīng)各節(jié)點(diǎn)的交通流=02)將所有的OD點(diǎn)對(duì)間的乘客出行量分配到公交網(wǎng)絡(luò)上去，得到各路段的客流量。3)對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)J計(jì)算節(jié)點(diǎn)集散客流量:4)將所有節(jié)點(diǎn)按從大到小排序，排在最前面的最應(yīng)該作為樞紐，若該處己有樞紐或不適宜建造樞紐，按大小順序依次從排在后邊者遞補(bǔ)。至此，算法結(jié)束。這種方法是在網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)中挑選樞紐點(diǎn)。該方法的基本思路是:一個(gè)節(jié)點(diǎn)是否能成為樞紐是根據(jù)途徑它的交通流的大小決定的。由此方法求出合適的換乘站點(diǎn)布局以后，再根據(jù)實(shí)際用地規(guī)劃情況進(jìn)行調(diào)整。以上介紹的兩種換乘站點(diǎn)選址方法各有利弊，論文將兩種方法結(jié)合起來(lái)使用。3.3換乘站場(chǎng)等級(jí)劃分與功能定位按上述方法確定公交換乘站點(diǎn)以后，結(jié)合站點(diǎn)客流集散量與功能定位來(lái)確定站點(diǎn)的層次等級(jí)。一般來(lái)說(shuō)，集散量大區(qū)位重要度又高的站點(diǎn)應(yīng)作為第一層次換乘站點(diǎn)，然后依次作為第二、三層次的換乘站點(diǎn)。4換乘合理區(qū)的確定對(duì)于第一層次和客流量較大的換乘站場(chǎng)，鑒于設(shè)置接運(yùn)公交線路的需要，需要研究其合理的接駁半徑?！昂侠韰^(qū)”是從公共交通合理化考慮，是理論上的考慮。人們通過(guò)體力消耗，總耗時(shí)及交通費(fèi)用等交通因素綜合考慮后，因?yàn)樵谶@一區(qū)域使用軌道交通是合理的，這也是公共交通對(duì)土地使用的主要作用范圍。公共交通對(duì)城市交通的組織是集中在一些有限的點(diǎn)（車站），通過(guò)這些點(diǎn)（車站）來(lái)組織交通，所以合理區(qū)是以車站為中心的，其合理區(qū)大小取決于公共交通的接駁方式，如圖3.1所示：圖3.1換乘合理區(qū)示意圖Fig3.1Theanalysesoftransitrational合理接駁區(qū)的確定：①步行合理區(qū)的確定出行者至樞紐的合理步行距離主要取決于出行者的生理?xiàng)l件，只在很小的程度上取決于樞紐在城市中的布局。由于居民出行都力求出行時(shí)間最短，因此把在步行或乘車去樞紐的時(shí)間消耗為自變量的樞紐服務(wù)半徑R＝f（）范圍內(nèi)的用地作為軌道交通合理區(qū)。此處=φ(T)，而且T值限定在利用軌道交通一次出行的時(shí)間消耗額定限制之內(nèi)。根據(jù)前蘇聯(lián)和西柏林的調(diào)查表明，步行去車站的絕大多數(shù)乘客（98％）居住在距樞紐步行時(shí)間不大于15分鐘的范圍內(nèi)，也就是居民在利用非快速軌道交通比去樞紐節(jié)省不了多少時(shí)間的距離范圍之內(nèi)。居住在5分鐘和10分鐘步行距離范圍內(nèi)的乘客分別占60％和80％左右。由此確定換乘樞紐的合理步行區(qū)是在半徑R＝600米范圍內(nèi)，在這個(gè)區(qū)域內(nèi)居住著利用快速軌道交通并步行去樞紐的絕大多數(shù)乘客（80％）。結(jié)合我國(guó)的國(guó)清，考慮到像重慶這樣的山地城市步行的體力消耗相對(duì)較大，這里步行合理區(qū)半徑為500米，相應(yīng)的合理步行時(shí)間為10分鐘。②交通樞紐的交通合理區(qū)由于在樞紐合理步行區(qū)內(nèi)人口密集分布的可能性有限，而快速軌道交通網(wǎng)的線網(wǎng)密度較小，因此，保證以非快速軌道交通運(yùn)送乘客到達(dá)快速軌道交通樞紐，是組織城市集聚區(qū)統(tǒng)一交通系統(tǒng)工作的重要措施。從理論上講，如果不考慮非軌道交通工具的使用費(fèi)用，當(dāng)使用交通工具去接駁軌道交通所花的時(shí)間和步行去軌道交通樞紐所花的時(shí)間相等，那么他會(huì)使用該非軌道交通工具去接駁軌道交通。因此，步行合理區(qū)與交通合理區(qū)的界限，由步行或乘非軌道交通至軌道交通樞紐消耗同等的時(shí)間確定，即各接駁方式的合理時(shí)間是相等的。由此，以步行合理時(shí)間（10分鐘）為基準(zhǔn)，考慮各接駁方式的合理半徑，可得下表數(shù)值。在推測(cè)中均假定影響區(qū)范圍是以樞紐為中心的圓形區(qū)域。表3.1不同交通方式的合理接駁范圍Table3.1Theanalysesofdifferentmodeoftransitrationalarea接駁方式速度（km/h）最大合理區(qū)半徑（km）最大合理區(qū)面積（km2）步行40.550.95自行車4～141～3.53.14～38.47公共汽車16～254～6.2550.24～122.66小汽車40～606.6～10139.7～314.2需要指出的是，公共交通合理化的影響范圍不取決于線網(wǎng)密度，而取決于車站（樞紐）密度，這一點(diǎn)和公共汽車線路明顯不同。公共汽車線路欲增加影響區(qū)，提高線網(wǎng)覆蓋率，需增加線網(wǎng)密度；而軌道交通需增加車站密度。事實(shí)上，軌道交通為體現(xiàn)其快速及造價(jià)的原因，增加線網(wǎng)密度和站距是有一個(gè)限度的，必須強(qiáng)調(diào)的是：軌道交通影響區(qū)僅與接駁方式有關(guān)，與線網(wǎng)密度無(wú)關(guān)[5]。確定了各種交通方式的合理接駁范圍，便可以確定接運(yùn)公交線路合理的最遠(yuǎn)接駁距離，為接運(yùn)公交線路布線奠定基礎(chǔ)。與此同時(shí)，合理區(qū)的確定也為各個(gè)站場(chǎng)之間的協(xié)調(diào)提供了依據(jù)，可以有效避免站場(chǎng)功能的重復(fù)與土地資源的浪費(fèi)。5換乘接駁站點(diǎn)泊位數(shù)分析根據(jù)公交客流的調(diào)查分析，可以得出主干公交客流的客流量和換乘客流量的情況。據(jù)此可以計(jì)算接駁公交線路所需要的站臺(tái)數(shù)。根據(jù)站點(diǎn)上下客人數(shù)總額乘以相應(yīng)的修正計(jì)算出總的站點(diǎn)換乘客流量。為了統(tǒng)一計(jì)算，在此將客流量換算為可以裝載這些乘客的車輛數(shù)，依次計(jì)算需要設(shè)置的站臺(tái)數(shù)，以計(jì)算接駁需要的站臺(tái)數(shù)[6]。轉(zhuǎn)換的公式如下：式（3.15）式中，F(xiàn)為在此換乘的客流量，為轉(zhuǎn)換后的到達(dá)率，a為接運(yùn)公交運(yùn)載能力，（視具體的車型而定，一般中巴車為26，單節(jié)常規(guī)公交為72，鉸接公交為129），k為滿載率，取高峰小時(shí)0.85。得到了到達(dá)的所有數(shù)據(jù)，就可以利用排隊(duì)論計(jì)算接駁公交的站臺(tái)容量了。假設(shè)公交到達(dá)符合泊松分布，每輛車在站臺(tái)內(nèi)的?？繚M足負(fù)指數(shù)分布，對(duì)于有多個(gè)站臺(tái)的公交車站，可以將其抽象為單路多通道服務(wù)（M/M/N系統(tǒng)）。λ為進(jìn)入多通道服務(wù)系統(tǒng)顧客的平均到達(dá)率，即單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)的車輛數(shù)；排隊(duì)行列從每一個(gè)服務(wù)臺(tái)接受服務(wù)后的平均輸出率為μ，則每個(gè)服務(wù)的平均時(shí)間是1/μ，就是每個(gè)公交車車輛占用停車站的總時(shí)間令ρ=λ/μ，則ρ/N稱為M/M/N系統(tǒng)的飽和度。當(dāng)飽和度小于1時(shí)是穩(wěn)定的，反之，排隊(duì)長(zhǎng)度將趨向于無(wú)窮大[7]。根據(jù)排隊(duì)論理論，系統(tǒng)的主要計(jì)算指標(biāo)如下：系統(tǒng)內(nèi)沒(méi)有車輛排隊(duì)的概率為：式（3.16）系統(tǒng)內(nèi)有n輛車排隊(duì)的概率為：式（3.17）或系統(tǒng)平均長(zhǎng)度為：式（3.18）系統(tǒng)平均長(zhǎng)度為;式（3.19）系統(tǒng)中的平均消耗時(shí)間為：式（3.20）系統(tǒng)平均等待時(shí)間為：式（3.21）公式中的c為計(jì)算的站臺(tái)數(shù)。根據(jù)到達(dá)率和服務(wù)率的關(guān)系，可以計(jì)算出最少需要的接駁站臺(tái)數(shù)，然后依次計(jì)算c=c+1，直到所需的站臺(tái)數(shù)量滿足要求為止。綜上所述，接駁站臺(tái)數(shù)的算法如下：Step1:根據(jù)客流OD預(yù)測(cè)，得到接運(yùn)站點(diǎn)的換乘客流量；Step2:用公式3.15進(jìn)行換乘客流量