公交换乘站场选址与接驳分析张晋伟

公交换乘站场选址与接驳分析张晋伟招商局重庆交通科研设计院有限公司400067摘要：从分析调查数据为入口，合理的接运范围之内寻找最佳的接运公交线路，确定换乘站点泊位数，对公交换乘站场的选址、服务范围、接驳线网进行研究。0引言公交换乘站场是公交线路之间、各种公交方式之间各方向客流转换的场所。居民感到交通不便，究其原因，当然错综复杂，但是，其中对交通换乘站场缺乏规划，交通换乘站点数量不够，选址不合理，是不可忽视的原因。因此，本文着重对公交换乘站场的选址、服务范围、接驳线网进行研究。1调查分析在进行规划之前，需进行详尽的公交调查与分析。调查的主要内容包括公交客流调查与城市道路网调查。进行公交客流调查是掌握公交乘客需求特性的一种常用的方法。这种方法可以获得直接、全面、翔实的客流资料，客观，系统、准确的反映公交客运特征与变化规律。具体来说，可以得到公交线路上的乘客分布规律以及各站点一天中乘客的分布规律，公交车的满载率等指标，为公交线网优化和站点的调整提供依据[1]。为了详细的了解公交客流在一天中的变化情况，掌握客流流向资料，对每条被调查的公交线路上营运的公交车，要调查在各个站点的上下客人数以及相应的驶离站时间。此次研究利用2008年11月6号由重庆市交通委员会和重庆交通规划勘察设计院组织的重庆市公交调查的数据，主要包括南坪主城区的公交站点客流人数以及运行时间等数据。道路网调查包括调查现状道路网存在的问题以及规划年城市道路网的建设情况。调查资料将为公交线路的布置提供依据。此次调查参考了重庆市规划局2020年道路网规划。2聚类分析为了对现状调查资料进行系统而全面的分析，需要采用科学的方法。由于换乘点数量较多、位置分散，因此在公交换乘枢纽规划的时候，可以采用对换乘点进行聚类的方法选择枢纽的备选地点。2.1分析指标根据城市换乘接驳的特点，论文聚类分析选取指标如下：①上下客人数乘客在公交车站的上下客人数是衡量换乘强度最直接的指标.②换乘点区位重要度换乘点的区位重要度是研究换乘所提出的代表节点客流量集散能力的量化指标。换乘站点功能与区域政治、经济及交通状况密切相关[2]。因此，区域人口、国内生产总值、非农业人口数等反应城市总体水平和生产力状况等经济与社会统计指标作为规划指标，对其进行处理，确定该换乘站点的区位重要度的计算公式，如下：式（3.1）式中：：换乘站点的区位重要度；：i区域的国内生产总值；：规划区域国内生产总值；：国内生产总值指标权重；：i区域的非农业人口数；：规划区域非农业人口；：城市非农业人口指标权重；：i区域的人口数；：规划区域总人口数；：i区域人口的权重指标为了简化计算，将规划区域划分为数个交通小区，计算每个小区的重要度，然后每个车站对应取相应的数值。③换乘接驳强度为了量化换乘站点的接驳强度，以现状经过换乘站点的公交线路条数来衡量。2.2分析方法本文主要采用凝聚方式聚类[3]。其基本聚类过程是：首先，每个个体自称一类；然后，按照某种方法度量所有个体之间的亲疏程度，并将其中最“亲密”的个体聚成一类，形成n-1个分类；记下来，再次度量剩余个体和小类间的亲疏程度，并将最亲密的个体或小类再聚成一类；重复上述过程，不断将所有个体和小类聚集成越来越大的类，直到所有的个体聚到一起，形成一个最大的类为止。可见，在凝聚方式聚类过程中，随着聚类的进行，类内的“亲密”程度逐渐降低。对n个个体通过n-1步可以凝聚成一大类。由聚类分析和城市整体线网分层次划分的基础，将所有的换乘站场初步划为三级。具体功能如下：（1）一级换乘站点具有较大的换乘服务范围，区位重要度高，公交接驳强度大，换乘客流量大，考虑到整个公交线网的运营效率，避免MRT线路与接驳公交线路重复过多，建议规划以MRT线路为接运公交线路的首末站，且接运公交要有足够的公交停靠站场满足换乘的需要。（2）二级换乘站点具有一定的服务范围，换乘客流量较大，建议采用公交站场或港湾式停靠站进行接驳，以实现换乘客流的快速聚散。（3）三级换乘站点服务的范围较小，换乘客流较少，通常位于一般的居民小区内，可以采用一般的公交停靠站，同时设置人性化的乘客候车设施。按照三层网络划分的原则，可以确定换乘站点的合理结构。一般来说，第一层次的站点换乘客流多，所处位置一般位于城市中心区。二层次站点处于主干线的交汇点。三层次站点位于居民区，客流量较小且较为分散。3换乘站场选址规划3.1确定型换乘站场选址城市的某些客运枢纽是随着城市的发展与总体规划布局“自然”形成的。只要城市总体规划得到批准，这类枢纽的位置就被固定。一般在下列地点，应设置枢纽。①城市出入口随着经济的发展，城市的中心作用和枢纽作用日益突出，对周围吸引和辐射的范围越来越大，而对外交通的出入口，则是城市能否发挥应有作用的关键，同时对城市的发展起到促进和抑制作用。城市出入口，对城市内部连接着公共交通系统，已具备作为交通枢纽的条件，所以这种地点：火车站、机场、港口码头、长途汽车站等地点，应布设客运枢纽[4]。②郊区或卫星城镇的区域交通中心这些地点是城外区域进城公交客流的吸引点，交通分布特征明显，交通转换量集中，故在这些区域交通中心也应设客运交通枢纽。③特定地点为了满足日益提高的城市居民的文化、娱乐生活要求，在城市建设了大型公园、大剧院，市中心广场、大型体育场馆等大型公共设施。这些地点的人流在短时间内集散量大，在此地点应布设枢纽。3.2路段客流集散选址优化模型在3.1中所讲的客流集散量选址法模型考虑的是某个站点现状的客流集散量，在这一部分中，我们从整个公交网络系统的角度考虑公交客流，进而建立客流量枢纽选址法模型。它可以有效弥补客流集散选址法存在的缺陷。在有完整的客流OD矩阵及道路网络的前提下，我们可以进行客流预测和分配，进而得到路段客流量，以及整个公交网络的客流流动趋势。我们对式3.4进一步延伸，转变为求解公交路网节点的客流集散量(公交线网节点的客流集散量等于相邻路段客流量之和除以二再乘以修正系数)，成功解决了客流集散量选址法模型的缺陷，这也是客流量选址法模型的核心思想。具体的模型函数如下:式（3.5）式（3.6）式中，G为规划公交枢纽的备选集合;为公交枢纽的节点客流量;为公交路网中流经节点j的各流向客流量在此站点集散量之和;为路段(i,j)的客流量;N为交通网络中节点的个数;n为对象区域中分区的个数。z为换乘修正系数，指节点上下客人数占通过此节点的各向客流量之和的百分比，可以通过调查分析得出。具体算法步骤如下:1)初始化。给OD点编号令途经各节点的交通流=02)将所有的OD点对间的乘客出行量分配到公交网络上去，得到各路段的客流量。3)对每个节点J计算节点集散客流量:4)将所有节点按从大到小排序，排在最前面的最应该作为枢纽，若该处己有枢纽或不适宜建造枢纽，按大小顺序依次从排在后边者递补。至此，算法结束。这种方法是在网络的节点中挑选枢纽点。该方法的基本思路是:一个节点是否能成为枢纽是根据途径它的交通流的大小决定的。由此方法求出合适的换乘站点布局以后，再根据实际用地规划情况进行调整。以上介绍的两种换乘站点选址方法各有利弊，论文将两种方法结合起来使用。3.3换乘站场等级划分与功能定位按上述方法确定公交换乘站点以后，结合站点客流集散量与功能定位来确定站点的层次等级。一般来说，集散量大区位重要度又高的站点应作为第一层次换乘站点，然后依次作为第二、三层次的换乘站点。4换乘合理区的确定对于第一层次和客流量较大的换乘站场，鉴于设置接运公交线路的需要，需要研究其合理的接驳半径。“合理区”是从公共交通合理化考虑，是理论上的考虑。人们通过体力消耗，总耗时及交通费用等交通因素综合考虑后，因为在这一区域使用轨道交通是合理的，这也是公共交通对土地使用的主要作用范围。公共交通对城市交通的组织是集中在一些有限的点（车站），通过这些点（车站）来组织交通，所以合理区是以车站为中心的，其合理区大小取决于公共交通的接驳方式，如图3.1所示：图3.1换乘合理区示意图Fig3.1Theanalysesoftransitrational合理接驳区的确定：①步行合理区的确定出行者至枢纽的合理步行距离主要取决于出行者的生理条件，只在很小的程度上取决于枢纽在城市中的布局。由于居民出行都力求出行时间最短，因此把在步行或乘车去枢纽的时间消耗为自变量的枢纽服务半径R＝f（）范围内的用地作为轨道交通合理区。此处=φ(T)，而且T值限定在利用轨道交通一次出行的时间消耗额定限制之内。根据前苏联和西柏林的调查表明，步行去车站的绝大多数乘客（98％）居住在距枢纽步行时间不大于15分钟的范围内，也就是居民在利用非快速轨道交通比去枢纽节省不了多少时间的距离范围之内。居住在5分钟和10分钟步行距离范围内的乘客分别占60％和80％左右。由此确定换乘枢纽的合理步行区是在半径R＝600米范围内，在这个区域内居住着利用快速轨道交通并步行去枢纽的绝大多数乘客（80％）。结合我国的国清，考虑到像重庆这样的山地城市步行的体力消耗相对较大，这里步行合理区半径为500米，相应的合理步行时间为10分钟。②交通枢纽的交通合理区由于在枢纽合理步行区内人口密集分布的可能性有限，而快速轨道交通网的线网密度较小，因此，保证以非快速轨道交通运送乘客到达快速轨道交通枢纽，是组织城市集聚区统一交通系统工作的重要措施。从理论上讲，如果不考虑非轨道交通工具的使用费用，当使用交通工具去接驳轨道交通所花的时间和步行去轨道交通枢纽所花的时间相等，那么他会使用该非轨道交通工具去接驳轨道交通。因此，步行合理区与交通合理区的界限，由步行或乘非轨道交通至轨道交通枢纽消耗同等的时间确定，即各接驳方式的合理时间是相等的。由此，以步行合理时间（10分钟）为基准，考虑各接驳方式的合理半径，可得下表数值。在推测中均假定影响区范围是以枢纽为中心的圆形区域。表3.1不同交通方式的合理接驳范围Table3.1Theanalysesofdifferentmodeoftransitrationalarea接驳方式速度（km/h）最大合理区半径（km）最大合理区面积（km2）步行40.550.95自行车4～141～3.53.14～38.47公共汽车16～254～6.2550.24～122.66小汽车40～606.6～10139.7～314.2需要指出的是，公共交通合理化的影响范围不取决于线网密度，而取决于车站（枢纽）密度，这一点和公共汽车线路明显不同。公共汽车线路欲增加影响区，提高线网覆盖率，需增加线网密度；而轨道交通需增加车站密度。事实上，轨道交通为体现其快速及造价的原因，增加线网密度和站距是有一个限度的，必须强调的是：轨道交通影响区仅与接驳方式有关，与线网密度无关[5]。确定了各种交通方式的合理接驳范围，便可以确定接运公交线路合理的最远接驳距离，为接运公交线路布线奠定基础。与此同时，合理区的确定也为各个站场之间的协调提供了依据，可以有效避免站场功能的重复与土地资源的浪费。5换乘接驳站点泊位数分析根据公交客流的调查分析，可以得出主干公交客流的客流量和换乘客流量的情况。据此可以计算接驳公交线路所需要的站台数。根据站点上下客人数总额乘以相应的修正计算出总的站点换乘客流量。为了统一计算，在此将客流量换算为可以装载这些乘客的车辆数，依次计算需要设置的站台数，以计算接驳需要的站台数[6]。转换的公式如下：式（3.15）式中，F为在此换乘的客流量，为转换后的到达率，a为接运公交运载能力，（视具体的车型而定，一般中巴车为26，单节常规公交为72，铰接公交为129），k为满载率，取高峰小时0.85。得到了到达的所有数据，就可以利用排队论计算接驳公交的站台容量了。假设公交到达符合泊松分布，每辆车在站台内的停靠满足负指数分布，对于有多个站台的公交车站，可以将其抽象为单路多通道服务（M/M/N系统）。λ为进入多通道服务系统顾客的平均到达率，即单位时间内到达的车辆数；排队行列从每一个服务台接受服务后的平均输出率为μ，则每个服务的平均时间是1/μ，就是每个公交车车辆占用停车站的总时间令ρ=λ/μ，则ρ/N称为M/M/N系统的饱和度。当饱和度小于1时是稳定的，反之，排队长度将趋向于无穷大[7]。根据排队论理论，系统的主要计算指标如下：系统内没有车辆排队的概率为：式（3.16）系统内有n辆车排队的概率为：式（3.17）或系统平均长度为：式（3.18）系统平均长度为;式（3.19）系统中的平均消耗时间为：式（3.20）系统平均等待时间为：式（3.21）公式中的c为计算的站台数。根据到达率和服务率的关系，可以计算出最少需要的接驳站台数，然后依次计算c=c+1，直到所需的站台数量满足要求为止。综上所述，接驳站台数的算法如下：Step1:根据客流OD预测，得到接运站点的换乘客流量；Step2:用公式3.15进行换乘客流量