綜合交通樞紐客流量換乘分配研究

田 杰，朱曉立，張 笑

(1.湖南交通職業(yè)技術(shù)學院，湖南 長沙 410132; 2.中南大學交通運輸工程學院，湖南 長沙 410000;3.湖南省交通科學研究院，湖南 長沙 410015)

0 前言

隨著城市規(guī)模大型化、人員流動高度化，城市土地資源極度短缺，城市交通擁堵問題日益嚴重，大力發(fā)展城市軌道交通并有效利用成為了大型城市解決交通問題的重要手段。但是，由于經(jīng)濟的高速發(fā)展帶動人口流動，使得一些交通樞紐的客流量激增，加上一些傳統(tǒng)的交通樞紐只考慮其作為站點的功能，并未充分考慮與其它交通方式換乘的功能，加上配套設施規(guī)劃跟不上交通需求的發(fā)展，交通樞紐周邊尤其是部分公交車和出租車輛只能占道停放，乘客搭乘既不方便，又加重道路堵塞。另外，原有客運站大多數(shù)為自然形成的客運樞紐，沒有經(jīng)過交通規(guī)劃系統(tǒng)論證，更談不上對外“截流”，緩解主城交通擁堵。所以，如何設置綜合交通樞紐各種交通方式合理的換乘規(guī)模，滿足交通樞紐的客流需求并迅速疏散客流，成為當前交通樞紐綜合規(guī)劃與管理亟待解決的問題。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述

1.1 國外研究現(xiàn)狀

國外交通樞紐建設起步較早，在城市綜合客運樞紐相關(guān)的規(guī)劃建設、運營管理等方面的理論研究和實踐探索成果較多。Hsu Spring C.從換乘服務的角度出發(fā)提出一個模型來表示綜合交通樞紐中乘客換乘等待時間，通過仿真表明相對于交通樞紐站的換乘服務來說，交通方式本身的服務水平對乘客換乘的等待時間影響更大［1］。DaamenWinnie 等人在城市綜合客運樞紐的功能分區(qū)設計中，認為乘客步行線路選擇行為對提高樞紐換乘效率具有非常重要的作用，并建立了綜合客運樞紐內(nèi)乘客路徑選擇行為的效用模型［2］。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

霍亮分析了鐵路旅客廣義相對出行費用的計算方法，將時間和舒適度折算成貨幣費用。在此基礎上建立了鐵路旅客乘車選擇的多項Logit 模型，并給出了求解方法與算例［3］;何丹建立了基于RP/SP 鐵路客運樞紐旅客交通方式Logit 選擇模型，并用漢口火車站的RP/SP 調(diào)查數(shù)據(jù)驗證了模型［4］;袁長偉同樣以RP/SP 數(shù)據(jù)為基礎，引入隨機效用理論，考慮時間、費用、出行目的和收入4 種因素對交通方式選擇的影響，構(gòu)建了綜合客運樞紐內(nèi)多方式兩兩交叉換乘分擔率模型，并應用于深圳福田客運樞紐［5］。

綜上研究，對綜合交通樞紐換乘的研究主要都是從宏觀、微觀兩個方面對換乘影響因素進行分析，得出建立模型的主要參數(shù)，對換乘交通方式分擔率計算或客流量交通方式分配都以Logit 模型為主，并輔以必要的調(diào)查數(shù)據(jù)進行驗證。這些對本論文要解決的問題有著重要的參考價值。

2 綜合交通樞紐客流換乘分析

對于綜合交通樞紐客流的換乘，除了與所在城市規(guī)模大小、綜合交通樞紐本身地理位置等客觀環(huán)境有關(guān)外，主要因素有:綜合交通樞紐內(nèi)換乘空間布局、各種交通工具乘坐的便利性、出行者可以支付的費用、出行時間等。對于每個換乘乘客而言，主要考慮的是自己支付出行費用的意愿、出行時間、每種出行方式的便捷性、安全性、舒適性、及時性等因素。

為了便于量化研究，結(jié)合相關(guān)文獻中提出的廣義出行費用［6］，從經(jīng)濟學的角度引出廣義相對出行費用作為度量標準。所謂廣義相對出行費用，指針對于出行者能直觀感受到的費用而言，把出行者為完成一次出行所消耗的直接、間接支出費用都與某一出行方式的同類費用進行對比，如因選擇交通方式不同而產(chǎn)生疲勞度、舒適度的差別，得到每種交通出行方式的相對費用和，即出行者選擇某種交通方式到達目的地過程中影響選擇決策的所有可能因素換算成相對費用，包括直接費用，如乘車費，燃油費等;間接費用，如花費時間、便捷性、舒適性、安全性等。由于受現(xiàn)實交通約束條件所限，各種交通方式的分擔量會隨著出行費用的變化而發(fā)生變化，于是在用出行費用作為非集計模型的效能函數(shù)時，有人提出了利用動態(tài)的廣義出行費用進行求解［6］。本文假定交通樞紐環(huán)境設施設置合理，每個出行者的選擇不會影響后續(xù)出行者的選擇，從而得到下面的廣義相對出行費用公式(1)。

式中:Vi為第i 種交通方式的廣義相對費用值;Vj為該交通出行方式的第j 種相對出行費用或相對出行成本(如票價、時間、舒適度);θj為出行者對第j 種出行費用的重視程度，取值范圍限定為［0，1］，為0 表示完全不重視或忽視該因素，為1 表示只考慮此因素，該項只與出行費用的種類有關(guān)，與交通方式無關(guān)。

式(1)中的Vj根據(jù)具體的考慮因素計算，在選取參照時，以效能最優(yōu)為參照原則，即費用最小、時間最短、收入最高等，若定義票價、運行時間、舒適度分別為第1、2、3 種相對出行費用。

3 換乘客流量分配模型建立

由非集計模型的理論基礎［7］可知，根據(jù)效用最大化行為假說［8］，出行者個人在選擇時會選擇對自己效用最大的選擇分肢?；谕瑯拥牡览?，對出行者來說，為完成出行目標，某種交通方式的廣義相對出行費用小，它被選中的可能性就大，某種交通方式的廣義相對出行費用大，它被選中的可能性就小。借鑒非集計模型理論，把廣義相對出行費用作為效能函數(shù)表征量，建立幾何概率模型。

式中:P(A =i)為出行者選擇第i 種交通方式的概率;i 為表示出行者出行時的第i 種交通方式;j 為表示出行者第i 種交通方式的某項廣義費用項數(shù);m為表示出行者考慮的所有廣義費用項數(shù);n 為表示出行者可選擇的n 種交通方式;θi為表示出行者對第i 種交通方式中第j 種廣義費用的重視程度;Vi為表示第i 種交通方式的廣義相對費用值。

4 實例分析

根據(jù)中國鐵路總公司相關(guān)部門數(shù)據(jù):長沙南站2013年總下車客流數(shù)為10 157 279 人，日平均數(shù)為27 879 人/d，最高日流量為 45 462 人/d(5月 1日)，最低日流量為9 578 人/d(5月 25日)，日流量中位數(shù)為27 292 人/d，眾數(shù)為28 651 人/d，具體分布如圖1所示。

圖1 長沙南站2013年每日下車人數(shù)散點圖

長沙軌道交通2 號線已于2014年4月29日開通。首班時間為06∶33，末班時間為22∶32。按里程計價，起步價2 元可乘6 km，超過6 km 采用“遞遠遞減”的計價原則，6～16 km 范圍內(nèi)每遞增5 km加 1 元，16～30 km 范圍內(nèi)每遞增 7 km 加 1 元，30 km 以上每遞增9 km 加1 元。軌道交通換乘只適合目的地周邊有地鐵站的地方，否則，將采用二次換乘的方式完成出行［9］。

結(jié)合長沙南站的實際情況，本文對文獻［10］、文獻［11］中的舒適度指數(shù)進行適當調(diào)整，以便更加符合乘客對各種換乘交通方式舒適度的真實感受，取目的地距離分別為6、10 和20 km，把上述分析數(shù)據(jù)整理后得到表1數(shù)據(jù)。

表1 相對出行費用計算因素分析數(shù)據(jù)表

現(xiàn)對3 種換乘方式進行相對出行費用表征處理，分別選取公交車的票價為參照計算票價相對出行費用，選取地鐵、出租車的運行時間為參照計算運行時間相對出行費用，選取出租車的舒適度為參照計算舒適度相對出行費用，得到3 種換乘方式的廣義相對出行費用計算結(jié)果如表2。

表2 相對出行費用計算表

通過插值法把表1數(shù)據(jù)代入公式(2)中，匯總計算得到如表3所示的計算結(jié)果。

從計算的結(jié)果可以看出，乘客換乘時只考慮交通方式票價時，6 km 內(nèi)公交車和地鐵分擔率都為0.5，換乘距離越長，公交車的分擔率越大，因為公交車的票價最低;換乘時只考慮時間時，6 km 內(nèi)地鐵和出租車分擔率都為0.5，中短距離換乘時，地鐵和出租車的時效性較好，當換乘目的地距離較遠時，地鐵的分擔率會逐漸增大，因為地鐵的運行速度受到交通運行環(huán)境影響很小，時效性最好;換乘時只考慮舒適性時，出租車的分擔率最高，基本為100%，因為作為換乘的交通方式而言，出租車的舒適性是最高的。為詳細分析票價、運行時間和舒適性三者與分擔率之間的具體變化趨勢，以下以10 km 換乘距離為例用matlab 軟件進行變化趨勢分析。

把表1數(shù)據(jù)代入公式(2)得到目的地距離為10 km 區(qū)域的出行選擇概率為:

若設定:

把式(6)分別代入到式(3)、式(4)和式(5)中，可得到 3 個關(guān)于 θ1、θ2和 θ3的不定方程，用 Matlab軟件進行分析分別得到以下3 個圖形(圖2～圖4)。

結(jié)合圖2、圖3、圖4可以看出，乘客對運行時間重視程度值θ2超過0.5 時，地鐵的分擔率就超過了0.6，當 θ2小于0.3 且 θ1小于 0.7 時，出租車的分擔率較高，即以出租車換乘為主，公交車的分擔率相對較低，主要集中在(0.3 ＜θ2＜0.6)區(qū)域內(nèi)，說明在中距離換乘情況下，將主要以地鐵換乘和出租車換乘為主。

表3 票價、時間、舒適度重視程度值變化下3種換乘距離交通方式分擔率

圖2 P(A=1)與票價、運行時間重視程度值變化趨勢圖

圖3 P(A=2)與票價、運行時間重視程度值變化趨勢圖

圖4 P(A=3)與票價、運行時間重視程度值變化趨勢圖

5 結(jié)論

綜上可以看出，由于長沙開通了地鐵，對原有公共交通服務體系還是有較大影響的，在地鐵可達的換乘目的地，如長沙火車南站樞紐，由于地鐵開通，短距離換乘地鐵具有優(yōu)勢，中距離換乘情況下，主要以地鐵換乘和出租車換乘為主;而長距離換乘主要以地鐵和公交車為主。綜合3 種距離換乘分析結(jié)果表明地鐵分擔了大部分換乘客流量，公交車和出租車的分擔率將降低很多，另外從計算結(jié)果可以看出，公交車的分擔率不高的原因主要是由于時效性和舒適性已不能滿足現(xiàn)在城市居民出行需要。

除了保持票價這一唯一優(yōu)勢外，公交管理部門還應迅速提高服務水平，如采取開通“公交專用道”、更新空調(diào)車、增開班車等措施以提高舒適性，從綜合運輸服務體系的角度，在地鐵可達的目的地，應盡量少設置公交站點或只設置換乘站點，在地鐵不可達的區(qū)域優(yōu)化公交線路，以便和地鐵交通相互補充?？梢灶A見，隨著地鐵路網(wǎng)的不斷完善，公交車將只作為輔助交通方式存在。

［1］HSU Spring C..Determinants of Passenger Transfer Waiting Time at Multi-modal Connecting Stations［J］.Transportation Research Part E，2009，46(3):404 －413.

［2］DAAMEN Winnie，BOVY Piet HL，HOOGENDOORN Serge P，et al.Passenger Route Choice Concerning Level Changes in Railway Stations［Z］.2005.

［3］霍 亮.鐵路旅客乘車行為分析與客流分配研究［D］.長沙:中南大學，2006.

［4］何 丹.鐵路客運樞紐旅客換乘模式研究［D］.武漢:武漢理工大學，2008.

［5］袁長偉，陳 荔，張景峰.城市綜合客運樞紐交通方式換乘分擔率模型［J］.長安大學學報(自然科學版)，2010(3):66 －70.

［6］孫啟鵬，朱 磊，陳 波.基于動態(tài)廣義費用的客運通道交通方式選擇Logit 模型［J］.交通運輸系統(tǒng)工程與信息，2013(4):15－22.

［7］龔勃文.交通方式劃分的非集計模型及應用研究［D］.長春:吉林大學，2007.

［8］陸化普.交通規(guī)劃理論與方法［M］.北京:清華大學出版社，2006.

［9］相福至.城市公交客運樞紐站交通銜接方式研究［D］.北京:北京建筑大學，2013.

［10］孫愛充.軌道交通的舒適度研究［J］.地鐵與輕軌，1999(1):2－4.

［11］馬俊來.城市道路交通設施空間資源優(yōu)化研究［D］.南京:東南大學，2006.