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1、基于 GIS 网络分析的地铁接驳公交布局研究,以杭州市临平区为例,王泽夏,摘要：轨道交通的接驳问题一直是公交线路设置所需关注的对象，其线路和站点的布局对于居民使用的便 利性有较大的影响。通过 GIS 的网络分析工具，对杭州市公交服务范围进行测算，并通过对地铁乘客下车 后移动距离的分析，识别出地铁服务不到、需要接驳公交来提供服务的区域，例如临平区。随后利用选址 于配置模型优化公交站点的布置，在缺乏公交站的地方人工布置新站点；再利用最佳路径模型计算可能的 线路走向，并与 sDNA 软件测算出的道路中心性叠加后进行选线；最后利用最近设施点模型、OD 矩阵模型 对公共自行车的投放点进行研究，在途径概率
2、大、人口密度相对较高的区域设置自行车投放点，以解决居 民出行的“最后一公里”的问题。通过以上对公交布局的研究，可以为临平区公交发展提供参考。 关键词：GIS, 网络分析, 地铁站点，公交线路，单车投放点,1 引言,城市公共交通作为大城市居民的重要出行方式，具有运量大、污染小、效率高等优点， 是缓解城市交通问题的关键，应作为城市主要交通方式大力推广。通常，地铁和公交共同组 成城市公共交通的主力，而二者之间的衔接换乘问题是改善交通运行环境的关键点之一。要 充分发挥公共交通的整体效益，不仅需要城市公交站点位置合理布置，还要使其与轨道交通 或其他交通方式做好接驳，以便提高城市中心以至郊区的交通运行效率
3、，促进人们便捷、绿 色出行。本研究以杭州市城市路网及地铁线路为例，主要利用GIS网络分析中LA选址模型， 探讨地铁周边接驳公交站点的布置和线路的选取，并尝试提出公共单车投放点的布局方案， 以解决居民出行的“最后一公里”，为城市公共交通的优化提供参考。,2 研究方法,网络分析法是地理信息系统中的重要工具，通过对城市道路网络或其他基础设施网络进 行数字化处理，并建立拓扑关系，就可以根据城市道路现状计算和产生最佳路径、最近设施、 服务区、OD矩阵、选址于配置等。一个典型的网络数据集包含线要素、端点、节点、障碍等。 公交站点的服务半径是衡量城市公交站点服务水平的指标之一，可以通过对服务半径的设置 计算
4、站点覆盖面积，完成对公交站点覆盖率的评估。本实验分别利用网络分析中的最佳路径 模型、最近设施点模型、选择与配置模型和OD矩阵，希望通过对GIS网络数据分析工具的利 用来为公交选线及站点的配置提供新思路1。,另外，研究也利用了缓冲区分析法作为对网络分析法的补充，缓冲分析法可用于计算点 要素或多边形要素的周边一定半径内的某类要素（如公交站点）的数量、面积等。但其半径,距离的划分没有考虑到路网的影响，因此通常情况下相同距离半径计算出的缓冲区面积要大 于基于路网的服务区2。,3 技术路线,首先，利用杭州市城市道路网建立网络数据集，对快速路、单行路路段设置行驶方向。 再利用百度开放地图获取杭州市公交站点
5、数据，并以300m,500m为缓冲区测算其公交服务范 围。再利用杭州已经开通的3条地铁线路共计52个站点，以离开地铁站500m为缓冲区测算地 铁周边公交站点数量，该数量可侧面反映出接驳公交的便利性。,其次，分析杭州的人口密度、路网密度以及2017年地铁刷卡数据测算出的乘客离开地铁 站点后移动的距离，找到人口密度大且下地铁后移动距离较远的区域，即认为该区域是轨道 交通与公交或其他交通方式接驳的重点地段，并对该地区提出公交站点和骑行站点的优化策 略。具体方式为：1.利用GIS网络分析中选址与配置模型，分析现状公交站点服务水平，并 提出优化公交站点方案，再新的公交站点方案生成服务区，分析其绩效。2.
6、利用最佳路径模 型为现状公交车服务不到的工业区提供地铁接驳巴士线路的选线，再利用最近设施点模型分 析从多个设施点到事件点途径的路径，并与道路中间性支高的区域叠加分析，找到适合安排 公交线路的路段。3.以片区地铁覆盖不到的居住建筑、商业建筑入口为设施点，候选站点为 事件，利用最近设施点模型设计公共单车投放站点(图1)。,图 1 技术路线,4 杭州路网公交站点服务水平,4.1研究区域概况,杭州市城市道路系统分为高速公路、快速路、主干路、次干路和支路(图2a)，其各类型 道路长度总和如图2c所示。杭州市地铁在2012年首次开通，现在1、2、4号线已经成网运营， 目前运营里程为117.6公里，线网日均
7、客流已超过120万人次。利用杭州主城区路网建立网络 数据集，共含有路段5281条，节点3335个。其中高速公路是对外交通，不会进入模型选择范 围，而快速路则多为城市内部服务，因此加入到网络数据集中，在建立模型时需要做单向处 理。不同等级的道路也赋予不同的速度，如快速路设置为45k/h、主干路为30k/h、主干 路为20k/h、支路为15k/h，道路速度数据可以为以时间为阻抗的模型提供数据支持(图 2d)。,图 2 杭州路网概况,4.2 公交站点覆盖率,建立好网络数据集后便可以对现状城市公交站点服务面积进行分析(图3)，公共交通覆 盖率是衡量公共交通发展程度的重要指标，反映了一个城市公共交通服务
8、的便捷程度。公共 交通覆盖率的计算式如下：,公共交通覆盖率= 建成区内公共交通站点服务面积/ 建成区面积,图 3 建立网络数据集,在城市道路交通规划设计规范中关于城市公共交通覆盖率的建议是，以300m为半径 计算公交站点服务面积，公交覆盖率不得小于城市建成区面积的50%，以500m为半径计算， 不得小于90%。本研究使用ArcMap中的服务区工具对站点作500m有效服务区划定，通过计算 可以得出杭州市公交站点服务面积，并进一步计算公共交通覆盖率3。,利用百度开放地图上抓取杭州市公交站点5361个(图4a)，将其设置为设施点，以300m、 500m为搜索距离，测算公交站点覆盖情况(图4b)。结果
9、显示，西北部的瓶窑组团和东部的大 江东新城由于道路网密度低，会大幅降低公交覆盖率的计算结果，故将其排除，只计算几个,城市组团的公交覆盖率(图4c)。结图果4显杭示州(公图交4站d )点，服以务3范0 0围m为缓冲区计算公交站点覆盖率为,52.6%,以500m为缓冲区计算公交站点的覆盖率为77.6%，小于90%的标准，其中欠缺较多的是 外围的副城，如余杭、临平、下沙。除了不同区域公交站点抓取不均衡的因素外，这些外围 的副城确实有可能存在公交线路欠缺的情况。,4.3 轨道交通站点周边公交分布,研究选取杭州地铁已开通的1、2、4号线共计52个站点，运用Arcgis的连接、统计功能， 以全部52个站点
10、为中心做1000m的服务区(图5a)，将离开地铁站点的500m,1000m,1500m的服 务区和1000m的缓冲区做比较，可以发现，同心圆缓冲区大于1000m的服务范围而略小于1500m 的服务范围，而考虑到现实情况是，1000m几乎是可接受的换乘距离的极限，因此利用1000m 的服务范围来测算地铁站周围的公交站点数量(图5b)。,虽然公交站点的数量可以反映地铁换乘的便利性，但每个公交站点的公交线路数量是不 同的，从杭州站点的汇总结果来看，平均每个公交站点含有3.3条公交线，最大的站点含有 多达32条线路，因此为了更准确地表达地铁站周边公交线路的数目，将公交站点含有公交线 的数量进行汇总(图
11、5ce)。可以发现二者的趋势相似但略有区别，主城区由于每个站点包含 的线路更多，即“大站”比较多，因此统计出公交线数量更高；而下沙区虽然公交站点数量 较多，但多为“小站”，统计出的公交线路数目并不高。再对比全市道路线密度分布图发现， 临平片区道路的线密度有一块高值区，说明该区路网密度较高，适合公交的运营。但从地铁 周边公交站点数量来看，临平区公交站点数量低于主城区和下沙区，因此可以认为，地铁1 号线末端临平站周边可以提升公交站密度，以达到接驳地铁客流的作用。,以街道为单位进行人口统计，如图6a，数据来自第六次人口普查，可以发现，杭州中心 城区人口密度高，相应的地铁线路覆盖情况也比较好，从图6b
12、看出，对于公交站点密度分布 也可以得出类似的结论，说明从总体层面看，站点密度和人口密度分布相符，但第六次人口 普查数据由于计算边界和数据陈旧的原因对实际人口反映的不够准确，因此，可以通过观察 实测数据分析公交站点和地铁线路的覆盖情况。数据来自2015年杭州手机信令数据和地铁刷 卡数据，图6a为识别出的杭州市人口密度分布，图7a为地铁刷卡数据识别出人们离开地铁站 后移动的距离，数据分析结果显示，临平区和江干区的人口密度较高，人们在离开地铁站后 出行距离较远，现在1号线东部沿线已经向东继续延伸，而1号线北侧路段暂时没有开通。 因此，可以选择临平区为研究对象，讨论轨道交通站点周边接驳公交站点和线路的
13、优化， 以便更好地为周边居民服务。,图 5 地铁站周边公交和公交线数量,图 6 地铁站周边公交和公交线数量,图 7 临平区、下沙区站点延伸,5 临平片区公交站点与线路优化,5.1 临平区域概况,图8b为临平片区规划用地图，临平片区的研究范围为52.6k，居住和工业是地块的主 导功能。北部的工业地块是余杭经济开发区，从手机信令测算的职住比来看，临平片区职住 比平衡且通勤距离短，在北部经开区工作的人大多在临平区南部居住，来自中心城的就业者 少于2.5%，这可能是现状通勤不便所致。而当1号地铁北段开通后，会吸引临平以外的居住 者前来就业，以及住在临平的居民外出工作，使临平与主城区联系更紧密。1号地铁
14、北段会 在2022年以前开通，但在此之前可以以临平片区为研究对象，对地铁站接驳的公交线路或者 共享单车投放点进行优化，以便更好地服务居民。,由于研究范围变小，可以将临平片区规划的街区内部道路纳入到网络数据集中(图8d)， 因为居民前往公交、地铁站点的出行方式大多为步行或单车，对街区内部道路的使用频率高， 所以可以将其算作城市网络数据集的一部分，后续规划如有需要，可以将其道路等级提高，,以便开通短途公交线路和区间通勤巴士，或者在这些街区支路上设置公共自行车投放点，以 解决居民“最后一公里”问题。,图 8 临平区规划用地、网络数据集,5.2 基于位置分配模型的公交站点布局优化,对临平区城市道路验证
15、拓扑关系并建立网络数据集，设置路段长度为阻抗。随后，利用 百度地图找到临平片区居住小区和大型商业设施的出入口共计321个，作为位置分配模型的 需求点，而通过百度地图获取的公交站点198个，作为候选设施点。由于没有加入人口密度 等因素，暂时根据用地功能赋予人数权重，如居住区的入口权重为4；商业设施入口权重为6； 工业区附近入口权重为1（因为商业设施点上的人数比居住点和工业点多），该权重可通过 实际需要进行后续调整。,5.2.1 现状公交站分析,使用成本最低的配置和最大化覆盖范围两个模型进行模拟运算，优化布局见图9。成本 最低模型的解决方案集中仅存在 112 设施点，因为某些设施点具有多余的位置。
16、也就是说， 即使站点设置的公交线路不一样，但有些站点之间距离过近，可以适当进行合并。另外，以 500m为阻抗中断，进行最大化覆盖范围的模拟运算，结果显示只有189个设施点符合500m的 配置距离要求，蓝色圈里位于工业区的需求点基本没有公交设施为其配套，这可能是由于数,据原因或企业单位街区封闭的原因导致(图9b)。若按规划方案实施，未来街区路网加密，势 必会需要设置公交站点或者短途巴士站点为其服务，因此可以根据位置分配模型进行站点和 线路规划。由于临平片区属于开发区，路网密度低于主城，因此适当放宽服务半径要求，以 1000m为交通距离计算模型，发现依然只有241个需求点得到满足(图9c)。 5.2.2 公交站点优化,图 9 成本最低的配置和最大化覆盖范围模型,在上一模型计算出的缺乏施舍点的地方按站点距离设置公交站多个，使其大于实际需求 量，而后利用设施数量最少的模型进行模拟运算，将阻抗距离设置为500m(图10a)。模型计 算结果显示，共有90个公交站点入选，有305个需求点得到满足，且需求点到公交站点的平 均距离为225m。将计算得到的90个公交候选点提取出来，作为
