基于客流集聚點的軌道交通線網(wǎng)規(guī)模研究

基于客流集聚點的軌道交通線網(wǎng)規(guī)模研究

0城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)模的方法與模型在城市公路網(wǎng)的規(guī)劃中，一個非常重要的問題是如何根據(jù)城市的現(xiàn)狀和發(fā)展規(guī)劃、城市的交通需求以及城市經濟的發(fā)展水平合理規(guī)劃和規(guī)劃軌道交通網(wǎng)絡的規(guī)模。所謂合理規(guī)模,就是在一定的發(fā)展階段、一定的城市規(guī)模及經濟發(fā)展水平上,建立起一個經濟的、有效的線網(wǎng)。一個城市究竟要規(guī)劃多大的線網(wǎng)規(guī)模才比較經濟合理,這是線網(wǎng)規(guī)劃設計中人們比較關切的問題。目前,測算城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)模的常用方法主要有3種:出行需求分析法、服務水平類比分析法和回歸分析法。由于中國城市軌道交通尚處于發(fā)展的初級階段,各個城市的軌道交通都還沒有達到合理規(guī)模,因此很難獲得合適的擬合樣本。為此,本文分析了線網(wǎng)合理規(guī)模的影響因素,并在此基礎上,提出基于城市客流集散點的軌道線網(wǎng)測算模型。1城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)模的對策規(guī)模主要以線網(wǎng)密度和系統(tǒng)能力輸出來反映,其中系統(tǒng)能力輸出又與系統(tǒng)的運營管理密切相關。系統(tǒng)能力和線網(wǎng)密度有4種性質的規(guī)模度量,如圖1所示。從中國的發(fā)展狀況來看,絕大多數(shù)大城市應采用圖1中“中等規(guī)模2”的低密度、高能力策略,推進軌道交通的發(fā)展。一個城市的軌道交通線網(wǎng)規(guī)模會受到城市形態(tài)及布局、城市人口、城市面積、城市交通需求、城市國民生產總值和城市基礎設施投資比例的直接影響。這些影響因素相互之間,有可能相互制約,如城市人口、城市面積、城市形態(tài)及布局對城市交通需求又造成影響;國家交通政策、城市交通發(fā)展戰(zhàn)略及政策、城市國民生產總值又對城市基礎設施投資比例造成影響;各城市交通發(fā)展戰(zhàn)略及政策又受到國家交通政策大環(huán)境的影響。2客流分布點與城市公路公路公路公路系統(tǒng)2.1城市功能區(qū)城市客流集散點指城市主要的客流發(fā)生和吸引源,包括交通樞紐點和與用地性質相關的客流集散點2類。交通樞紐點指公交換乘樞紐、長途客運站、火車站和機場;與用地性質相關的客流集散點主要包括大型企業(yè)、居住區(qū)、文化商業(yè)點、體育設施和旅游景點等,其與城市功能區(qū)的現(xiàn)狀布局及未來規(guī)劃密切相關。城市客流集散點對研究軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃十分重要,軌道交通線網(wǎng)的布局是否合理,在很大程度上取決于該線網(wǎng)是否覆蓋了一定數(shù)量的大型客流集散點。因此,城市客流集散點的標定和分級工作至關重要。城市客流集散點的標定和分級應遵循以下原則:①客流集散點的抽象形式應根據(jù)實際情況多樣化;②客流集散點的分級應以客流量為依據(jù),靈活掌握;③確定客流集散點分級標準時應進行橫向比較,以確保同一級別內不同類型的客流集散點具有可比性;④具有多種功能的客流集散點可將其區(qū)分為多個點,分別分級,再加權求總,不宜將該點簡單升級作為一個高級別的客流集散點。2.2城市軌道交通“面”與“點”的關系軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃是一個龐大而復雜的工程,因此線網(wǎng)構架研究必須按“點”、“線”、“面”分層進行。其中,“點”代表局部、個體性的問題,即客流集散點、換乘節(jié)點和起終點的分布;“線”代表方向性問題,即軌道交通走廊的布局;“面”代表整體性、全局性的問題,即線網(wǎng)的結構和對外出口的分布形態(tài)?！包c”是連成線、構成網(wǎng)的基本元素。軌道交通線網(wǎng)的布局在與大部分客流走向一致的前提下,需要串聯(lián)盡可能多的客流集散點。對“點”的分析就是要研究城市客流集散點的規(guī)模和分布,因為城市客流集散點的規(guī)模和分布,在一定程度上反映出城市主要交通走廊的規(guī)模和走向,也反映出軌道交通線路的潛在需求。軌道交通線路走向,應當符合城市主導客流方向,盡可能多地串聯(lián)客流集散點,軌道交通車站也一般設置在客流集散點處。以客流集散點為節(jié)點,以軌道線路的路段為邊構成一個網(wǎng)絡體系。在這個網(wǎng)絡中,各客流集散點與軌道交通線路的連接情況,既可以用客流集散點的通達性來表示,也可以用軌道線網(wǎng)的連通度來表示。(1)客流學習點的可達性客流集散點的通達性是度量一個客流集散點與其他客流集散點聯(lián)系難易程度的指標,其大小一般用連接該客流集散點的網(wǎng)絡邊數(shù)表示,邊數(shù)越多,通達性越高,它從一個側面反映了客流集散點的可達性。若某客流集散點只有一條邊與之相接,則該客流集散點的通達性為1,稱其為懸點;若某個客流集散點沒有邊與之相連,則該客流集散點的通達性為0,稱其為孤點。根據(jù)客流集散點的通達性和軌道交通網(wǎng)絡的特點,可以將網(wǎng)絡節(jié)點分為3類:懸點、交叉點和一般節(jié)點,分別對應于軌道交通線網(wǎng)中的線路起終站點、換乘站點和一般中間站點。按照節(jié)點通達性的定義,一般節(jié)點的通達性為2,懸點的通達性為1,交叉點的通達性為4(這里只考慮換乘站均為2路交叉的情況)。(2)節(jié)點間平均空間直線距離h軌道交通線網(wǎng)的連通度在平均意義上反映了軌道交通線路對客流集散點的連通的強度。連通度定義為構成線網(wǎng)的邊數(shù)與節(jié)點數(shù)目的比值,計算式為DN=LN/ξHN=LN/ξAN√(1)DΝ=LΝ/ξΗΝ=LΝ/ξAΝ(1)式中:DN為網(wǎng)連通度;LN為線網(wǎng)總里程(km);H為相鄰2個節(jié)點之間的平均空間直線距離(km)?H=A/N????√(km)?Η=A/Ν;A為城市連片發(fā)展區(qū)面積(km2);N為城市連片發(fā)展區(qū)應連通的節(jié)點總數(shù);ξ為線路變形系數(shù),與線路的彎曲情況及客流集散點分布的幾何形狀有關,其含義為線網(wǎng)各節(jié)點間實際線路總里程與直線總里程之比。當DN接近1.0時,軌道交通線網(wǎng)布局為樹狀,各客流集散點多為2路連通;當DN為2.0時,軌道交通線網(wǎng)布局為方格狀,各客流集散點多為4路連通;當DN大于3.0時,軌道交通線網(wǎng)布局為三角狀,各客流集散點為6路連通。從城市軌道交通規(guī)劃來看,絕大多數(shù)客流集散點應該是2路連通,少部分客流集散點為4路連通(主要是指換乘節(jié)點)或1路連通(主要是指線路的起終點)。由于在軌道交通線網(wǎng)中,1條邊必須連接2個節(jié)點,故不難證實各客流集散點的平均通達性與軌道交通線網(wǎng)連通度有近似2倍的關系。3關于軌道線網(wǎng)絡的規(guī)模計算公式3.1基本模型根據(jù)式(1),可以得出軌道交通線網(wǎng)總里程的測算公式為LN=DNξAN???√(2)LΝ=DΝξAΝ(2)3.2分析表明(1)客流擴散點法對于客流集散點的確定,主要采用2種方法:一種方法是根據(jù)城市交通現(xiàn)狀和城市規(guī)劃確定客流集散點;另一種方法就是根據(jù)交通小區(qū)發(fā)生吸引量的大小確定客流集散點。(2)線網(wǎng)之間的相互作用軌道交通網(wǎng)絡中的節(jié)點可根據(jù)通達性分為3類:懸點、一般節(jié)點和交叉點。其中懸點一般選擇連片區(qū)域內靠近內側邊緣的節(jié)點,由于軌道交通線路大多為直徑線路,因此連片區(qū)域內其線路起終站點一般會落在懸點上,故懸點的數(shù)目基本上可以確定直徑線路的條數(shù),即nI=12N1(3)nΙ=12Ν1(3)式中:nI為軌道交通線網(wǎng)中直徑線路條數(shù);N1為懸點數(shù)目。對軌道交通線網(wǎng)結構的要求,在理論上應該每條線路均應與其他線路有相交換乘點,使乘客在每條線路上僅需一次換乘即可到達目的地。在一般大城市中,當線路設置放射線多于7條以上時,要實現(xiàn)“線線相交”就會有較大難度,要規(guī)劃一個理想的軌道交通線網(wǎng)的確有困難。但對于核心區(qū)的線網(wǎng)結構,這是可以去努力實現(xiàn)的方向和目標。文獻中給出了不同形式的線網(wǎng)其合理的換乘節(jié)點數(shù)量的計算方法為N2=???????????n(n?1)/2“放射形”線網(wǎng)(n?1)(1+n/2)“放射形+環(huán)線”線網(wǎng)ab“棋盤形”線網(wǎng)ab+2(a+b)“棋盤形+環(huán)線”線網(wǎng)(4)Ν2={n(n-1)/2“放射形”線網(wǎng)(n-1)(1+n/2)“放射形+環(huán)線”線網(wǎng)ab“棋盤形”線網(wǎng)ab+2(a+b)“棋盤形+環(huán)線”線網(wǎng)(4)式中:N2為換乘節(jié)點數(shù);n為線網(wǎng)中線路總數(shù),對于“放射形”線網(wǎng),n=nI,對于“放射形+環(huán)線”線網(wǎng),n=nI+1;a為棋盤形線網(wǎng)中的縱軸數(shù);b為棋盤形線網(wǎng)中的橫軸數(shù)。于是,一般節(jié)點的數(shù)量N3為N3=N-N1-N2(5)此時,DN可由節(jié)點通達性的計算獲得,具體計算公式為DN=12N∑i=13(diNi)(6)DΝ=12Ν∑i=13(diΝi)(6)式中:di為第i類節(jié)點的連通性,其中d1=1,d2=4,d3=2;Ni為第i類節(jié)點的數(shù)目;i為節(jié)點類型,i=1為懸點,i=2為交叉點,i=3為一般節(jié)點。(3)居民干擾和交通約束城市軌道交通線路要盡量沿城市干道布設。城市干道,尤其是主干道路的交通最繁忙,是客流匯集最多的地方,并且空間較寬廣,在工程實施時,不但工程量較少,而且對居民的干擾也相對要小。在設計規(guī)劃線路時,要盡量使線路沿城市干道布設,并且要以最短捷的線路連接客流集散點,以減小線路的非直線系數(shù)和縮短居民的出行時間。此外,為了避免交通資源的浪費,軌道交通線路應避免過長距離的與城市快速路重合。因此,變形系數(shù)采用城市主干路和次干路組成的路網(wǎng)的平均變形系數(shù)。由于北方平原城市其道路普遍比較平直,因而變形系數(shù)一般都比較接近于1.0;而南方多水多山的城市,由于城市道路受河流山川的限制,變形彎曲程度比較嚴重,所以變形系數(shù)相對較大。4城市軌道交通線網(wǎng)計算根據(jù)西安市第4次城市總體規(guī)劃,結合城市交通調查,確定規(guī)劃區(qū)域共有客流集散點61個,其中在連片區(qū)域55個。在連片區(qū)域的55個客流集散點中,邊緣懸點有11個。西安市城市道路橫平豎直,很少有彎曲,因此取線路變形系數(shù)ξ=1.0;根據(jù)規(guī)劃,城市連片發(fā)展區(qū)面積A=600km2,采用本文方法進行計算,其結果見表1。需要注意的是:通過客流集散點來推算城市軌道交通線網(wǎng)合理規(guī)模的方法僅適用于城市發(fā)展的連片區(qū)域,還需根據(jù)城市發(fā)展的實際情況,適當?shù)脑黾硬糠种镣鈬匾M團的延伸線。西安市城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃中提出的線網(wǎng)推薦方案,共由6條線路組成,為一典型的無環(huán)線的放射形線網(wǎng),線路總長度為251.80km。其中,在主城區(qū)(即城市連片發(fā)展區(qū))的線網(wǎng)長度為202.80km,與本方法的測算結果(203.13km)十分接近。5平均通達性與線網(wǎng)連通度(1)分析了客流集散點與城市軌道交通線網(wǎng)之間的關系,軌道交通線路應盡可能多地連接客流集散點,客流集散點的分布決定了軌道線網(wǎng)的布局與規(guī)模,各客流集散點的平均通達性與軌道交通線網(wǎng)