基于客流集聚點(diǎn)之間連通度的軌道交通線網(wǎng)規(guī)模測算模型

基于客流集聚點(diǎn)之間連通度的軌道交通線網(wǎng)規(guī)模測算模型

1線網(wǎng)規(guī)模的測算方法較多。在文在城市公路網(wǎng)的規(guī)劃中，如何根據(jù)城市發(fā)展水平控制軌道交通網(wǎng)的合理規(guī)模是非常重要的。所謂合理規(guī)模,是在一定的發(fā)展階段、一定的城市規(guī)模及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平上,建立一個(gè)經(jīng)濟(jì)、有效的線網(wǎng)。合理規(guī)模是對(duì)一個(gè)城市軌道交通線網(wǎng)進(jìn)行總量的宏觀控制。在軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃中對(duì)其合理規(guī)模進(jìn)行框定有著重要的作用和意義,一方面,通過尋求經(jīng)濟(jì)有效的規(guī)模,可以防止規(guī)劃與建設(shè)的盲目性;另一方面,確定合理規(guī)模是構(gòu)建一個(gè)高效線網(wǎng)的前提,是進(jìn)行多方案比選的基礎(chǔ),因此合理規(guī)模是線網(wǎng)規(guī)劃中一個(gè)重要的質(zhì)量控制點(diǎn)。目前,我國許多城市在進(jìn)行軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃時(shí),對(duì)線網(wǎng)合理規(guī)模的推算主要采用以下4種方法。(1)按出行需求推算線網(wǎng)規(guī)模。這是目前最常用的一種方法,其難點(diǎn)是對(duì)未來出行總量和交通結(jié)構(gòu)的把握,該方法中采用的交通結(jié)構(gòu)往往具有策略性和目標(biāo)性。(2)按線網(wǎng)服務(wù)覆蓋面推算線網(wǎng)規(guī)模。該算法簡單易行,但是各圈層區(qū)域的軌道交通線網(wǎng)密度這一關(guān)鍵參數(shù)是以車站吸引范圍為基準(zhǔn)確定的,而車站的吸引范圍大多靠主觀定性分析,缺乏理論依據(jù)的支撐。(3)從財(cái)政實(shí)力“可能”的角度分析線網(wǎng)建設(shè)規(guī)模。由于該方法對(duì)遠(yuǎn)景年的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和造價(jià)等難以把握,一般僅用于對(duì)近期建設(shè)規(guī)模的估算。(4)回歸分析法。孫有望和陸化普利用世界上軌道交通系統(tǒng)發(fā)展比較成熟的幾座城市的有關(guān)數(shù)據(jù)分別得到不同的回歸模型,但是,由于國外城市的線網(wǎng)建設(shè)機(jī)制和發(fā)展歷程,以及城市經(jīng)濟(jì)條件等,與我國存在明顯差異,我國城市軌道交通尚處于發(fā)展的初步階段,還沒有達(dá)到合理規(guī)模,因此,很難獲得合適的擬合樣本,因此該方法僅停留在理論研究層面,很少在實(shí)踐中用于估算軌道交通線網(wǎng)規(guī)模。軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃是一個(gè)龐大而復(fù)雜的工程,目前線網(wǎng)構(gòu)架多采用“點(diǎn)”、“線”、“面”要素層次分析法。其中,“點(diǎn)”即客流集散點(diǎn),是軌道交通設(shè)站服務(wù)、吸引客流的發(fā)生點(diǎn)。本文從軌道交通線網(wǎng)所需要連接的客流集散點(diǎn)入手,通過網(wǎng)絡(luò)連通度推算未來年軌道交通線網(wǎng)的合理規(guī)模。2網(wǎng)絡(luò)聚集點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)連接2.1城市大型客流擴(kuò)散點(diǎn)的確定客流集散點(diǎn)是指客流產(chǎn)生、吸引或換乘的點(diǎn)。一般將城市大型客流集散點(diǎn)按功能分為中心商務(wù)區(qū)(CBD)、商業(yè)服務(wù)中心、居住區(qū)、工業(yè)區(qū)、科教區(qū)、文化娛樂體育設(shè)施、交通港站樞紐等類別,在一些行政用地比較集中的城市還可以包括行政中心。城市大型客流集散點(diǎn)是研究軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)。軌道交通線網(wǎng)的合理布局在很大程度上取決于其是否覆蓋一定數(shù)量的大型客流集散點(diǎn)。因此,城市大型客流集散點(diǎn)的確定與軌道交通線網(wǎng)規(guī)模有密切關(guān)系。大型客流集散點(diǎn)的確定主要采用兩種方法:①根據(jù)城市交通現(xiàn)狀和城市規(guī)劃確定客流集散點(diǎn);②根據(jù)交通小區(qū)的客流發(fā)生量和吸引量確定客流集散點(diǎn)。實(shí)際操作中可結(jié)合兩種方法進(jìn)行,具體步驟如下。(1)將遠(yuǎn)期OD矩陣對(duì)角線上元素置0,剔除交通小區(qū)內(nèi)部出行。(2)對(duì)矩陣各行各列分別求和,得到交通小區(qū)區(qū)外出行的發(fā)生量和吸引量。(3)按交通小區(qū)區(qū)外出行量進(jìn)行排序,按一定比例取前若干小區(qū)作為客流集散點(diǎn)。(4)通過定性分析,按非客流集散點(diǎn)的區(qū)位和城市規(guī)劃中的重要程度判定是否遺漏了若干重要的客流集散點(diǎn)。2.2節(jié)點(diǎn)數(shù)的比值找到大型客流集散點(diǎn)后,需要布設(shè)合理的軌道交通線路來連接這些大型客流集散點(diǎn)。其連通狀況可以通過網(wǎng)絡(luò)連通度表示。網(wǎng)絡(luò)連通度定義為構(gòu)成線網(wǎng)的邊數(shù)與節(jié)點(diǎn)數(shù)的比值,記為DN:式中:DN為網(wǎng)絡(luò)連通度;LN為網(wǎng)絡(luò)線路總里程,km;H為相鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的平均空間直線距離,km,;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(yīng)連通的節(jié)點(diǎn)數(shù),即客流集散點(diǎn)數(shù);ξ為網(wǎng)絡(luò)線路的展線系數(shù),與線路彎曲情況及客流集散點(diǎn)分布的幾何形狀有關(guān),其含義為線網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)間實(shí)際線路總里程與直線總里程之比。網(wǎng)絡(luò)連通度從整體上表達(dá)了線網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的連通和通達(dá)狀況,其值從平均意義上反映了線網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間的連通強(qiáng)度。3基于連接度計(jì)算的鐵路線網(wǎng)的合理規(guī)模根據(jù)公式⑴可以得出軌道交通網(wǎng)絡(luò)總里程的測算公式:3.1節(jié)點(diǎn)通達(dá)性的計(jì)算節(jié)點(diǎn)的通達(dá)性是指與該節(jié)點(diǎn)銜接的邊的數(shù)目,從一個(gè)側(cè)面反映了節(jié)點(diǎn)的可達(dá)性。若某節(jié)點(diǎn)只有一條邊與之相接,則該節(jié)點(diǎn)的通達(dá)性為1,稱其為懸點(diǎn);若某個(gè)節(jié)點(diǎn)沒有邊與之相連,則該節(jié)點(diǎn)的通達(dá)性為零,稱其為孤點(diǎn)。根據(jù)節(jié)點(diǎn)的通達(dá)性和軌道交通網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn),可以將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分為懸點(diǎn)、一般節(jié)點(diǎn)和交叉點(diǎn),分別對(duì)應(yīng)于軌道交通線網(wǎng)中的線路起終站點(diǎn)、一般中間站點(diǎn)和換乘站點(diǎn)。按照節(jié)點(diǎn)通達(dá)性的定義,一般節(jié)點(diǎn)的通達(dá)性為2,懸點(diǎn)的通達(dá)性為1,交叉點(diǎn)的通達(dá)性為4(只考慮換乘站均為2線交叉的情況)。懸點(diǎn)一般選擇連片區(qū)域內(nèi)靠近內(nèi)側(cè)邊緣的節(jié)點(diǎn),由于軌道交通線路大多為直徑線路,因此連片區(qū)域內(nèi)其線路的起終站點(diǎn)一般會(huì)落在懸點(diǎn)上,故選點(diǎn)的數(shù)目基本上可以確定直徑線路的條數(shù),即為懸點(diǎn)數(shù)的1/2左右。在理論上,對(duì)線網(wǎng)結(jié)構(gòu)要求每一條線均應(yīng)與其他線有相交換乘點(diǎn),使乘客在每一條線路上僅需換乘一次即可到達(dá)目的地。因此,在理想情況下,對(duì)于無環(huán)形線的放射型線網(wǎng),應(yīng)作到線線相交,其換乘節(jié)點(diǎn)合理數(shù)量的計(jì)算如公式⑶所示,有環(huán)形線的放射型線網(wǎng)的換乘節(jié)點(diǎn)合理數(shù)量的計(jì)算,如公式⑷所示。式中:N3為換乘節(jié)點(diǎn)數(shù);NL為線網(wǎng)中直徑線路條數(shù);N1為懸點(diǎn)數(shù)。于是,一般節(jié)點(diǎn)的數(shù)量為:式中:N為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總數(shù);N1為懸點(diǎn)數(shù);N2為一般節(jié)點(diǎn)數(shù);N3為換乘節(jié)點(diǎn)數(shù)。網(wǎng)絡(luò)連通度DN為構(gòu)成路網(wǎng)的邊數(shù)與節(jié)點(diǎn)數(shù)的比值,即為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通達(dá)性平均值的1/2,具體計(jì)算如公式⑹所示。式中:i為節(jié)點(diǎn)類型,i=1代表懸點(diǎn),i=2代表一般節(jié)點(diǎn),i=3代表交叉點(diǎn);di為第i類節(jié)點(diǎn)的連通性,其中d1=1,d2=2,d3=4;Ni為第i類節(jié)點(diǎn)的數(shù)目;N為節(jié)點(diǎn)總數(shù)。3.2城市主要河流流域在設(shè)計(jì)規(guī)劃城市軌道交通線路時(shí),要盡量沿城市干道布設(shè),并且要以最短捷的線路連接較大交通樞紐(包括對(duì)外交通中心,如火車站、碼頭和長途汽車站等)、商業(yè)中心、文化娛樂中心、大的生活居住小區(qū)等客流集散量大的場所,以減小線路的非直線系數(shù)和縮短居民出行時(shí)間。此外,為了避免交通資源的浪費(fèi),軌道交通線路要避免與城市快速路重合距離過長,因此,展線系數(shù)ξ采用城市主干路和次干路組成的路網(wǎng)平均展線系數(shù)。由于城市道路普遍比較平直,因此ξ一般都接近于1.0,在南方多水多山的城市,由于道路受河流山川的限制,變形彎曲程度比較嚴(yán)重,其ξ則相對(duì)較大。4膠片區(qū)域的測量根據(jù)西安市第四次城市總體規(guī)劃,結(jié)合城市交通調(diào)查,《西安市城市快軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃》編制課題組繪制的主要客流集散點(diǎn)如圖1所示。圖1中共有客流集散點(diǎn)61個(gè),其中55個(gè)在連片區(qū)域。連片區(qū)域的55個(gè)客流集散點(diǎn)中,邊緣懸點(diǎn)有11個(gè)。西安市城市道路很少有彎曲,因此取展線系數(shù)ξ=1.0;根據(jù)規(guī)劃,連片區(qū)域用地面積A=600km2。(1)無環(huán)形線的放射型線網(wǎng)。如果采用無環(huán)形線的放射型線網(wǎng),根據(jù)公式⑶求得換乘點(diǎn)約為12個(gè),根據(jù)公式⑸求得一般節(jié)點(diǎn)為32個(gè),于是線網(wǎng)的連通度為:最后,得到連片發(fā)展區(qū)軌道交通線網(wǎng)的合理規(guī)模為:(2)有環(huán)形線的放射型線網(wǎng)。如果采用有環(huán)形線的放射型線網(wǎng),根據(jù)公式⑷求得換乘點(diǎn)約為23個(gè),根據(jù)公式⑸求得一般節(jié)點(diǎn)為21個(gè),于是線網(wǎng)的連通度為:最后,得到連片發(fā)展區(qū)軌道交通線網(wǎng)的合理規(guī)模為:《西安市城市快軌道交通線網(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)形線的放射型線網(wǎng),其線路總長度為251.80km,其中在主城區(qū)(即連片發(fā)展區(qū))的線網(wǎng)長度為202.80km,與上述無環(huán)形線的放射型線網(wǎng)的測算結(jié)果十分接近。5客流擴(kuò)散點(diǎn)數(shù)量的市場特征基于連通度的軌道交通線