石瑜

摘 要：交通堵塞问题日益严重，城市地铁应运而生，速度快、容量大、无延误，成为解决居民出行需求与交通系统服务水平之间矛盾的有效方式。GIS（地理信息系统）是地理科学、信息科学和计算机科学等的交叉学科，以其强大的空间分析和可视化功能广泛应用于各个领域。将GIS技术与城市地铁建设工程相结合，在城市地铁真正敷设之前，使地铁线路及周边的属性信息和可视化地图数据实现相互访问，模拟地铁线路及周边环境的交互情况，为决策者提供直观的地铁站点布设图形和属性信息，具有理论研究意义和现实指导作用。

关键词：GIS；城市地铁；站点布设

1 前言

随着城市化进程的不断加快，交通拥堵问题日益严重，地铁越来越受到各地政府和城市居民的青睐。站点规划和布设是城市地铁建设中的重要组成部分，将GIS和城市地铁站点的布设结合起来进行研究，实现站点布设方案的可视化，能够为交通规划和建设部门提供决策依据。

2 地铁建设在解决城市交通问题中的重要性

城市地铁，也称地下铁道，主要在城市的地下铺设轨道并修建车站，也可延伸至地面或高架桥上（在城市郊区或者人员车辆较少的区域）。城市地铁运行速度快、运量大、行车准时、安全且节省能源，加之无污染、高效能，特别适用于城市内部与郊区之间大运量的集中性出行。城市地铁的修建，一方面能够吸引大批量的客流选择地下通道作为出行方式，减少地面的交通需求量，弥补城区交通系统的不足，另一方面能够合理利用地下空间，带动沿线周边片区的经济发展。

3 地铁建设的关键-站点布设

城市地铁交通系统有建设成本高、施工风险大的特点，规划建设的成果将长期影响其运营效率和社会经济效益。而城市地铁站点的布设是地铁系统的重要难题，它不仅影响整个地铁系统的设计和建设投资费用，同时还关系到站点周边片区以及地铁沿线的经济和文化发展，甚至还会影响到城市的总体规划和全局建设。

4 地铁站点布设的涵义

城市地铁站点布设是地铁线路规划的重要组成部分，主要内容是确定站点的数量及布局形式。城市地铁站点的布设确定了整条地铁线路站点的总体布局，是由“线”（地铁线路）转入“点”（地铁站点）的过程。就某一个具体站点而言，其布设除了受拟建地铁线路规划相关因素影响之外，还要考虑站點吸引范围内的乘客出行特点和土地功能划分、与地下管线的冲突或其他社会因素等。因此，地铁站点在实际建设过程中，不能完全按照线路规划中的站位进行施工，有时应根据实地情况在周边一定范围内进行偏移。

5 GIS技术在城市地铁建设中的应用

本文使用C#编程语言对美国ESRI公司的ArcGIS Engine组件进行二次开发，构建了“基于GIS的城市地铁站点布设研究系统”，实现了地铁站点布设方案的可视化。

5.1 系统的主要功能概述

系统的主要功能模块有GIS的基本功能、地铁站点布设专业功能、系统辅助功能三大模块。

5.2 地铁站点布设专业功能模块

为了方便而全面地反映站点布设涉及到的问题，以石家庄地铁三号线一期工程为例。

5.2.1 客流预测

石家庄市地铁三号线一期工程自西向东穿越了石家庄主城区，建设项目全长为19.5 km，远期增至61.2 km，中间段为城市中心区域。城市客流量的产生及分布状态是进行地铁站点布设前要考虑的关键因素。为了方便分析和研究，主要研究地铁站点合理步行区范围内（线路两侧600 m内区域）的客流分布情况。

（1）出行生成预测。将客流的出行目的按照由家工作出行、由家上学出行、由家娱乐出行、由家其它出行、非由家工作出行和非由家其它出行六项进行分类；然后用C#编程语言将与交通小区对应的原始数据读入datagridview中，最后，点击“交通产生量预测”和“交通吸引量预测”按钮，进行计算。

（2）出行分布预测。出行分布预测旨在根据交通分区的产生吸引总量，确定其在各个小区之间的分布情况。采用双约束重力模型进行计算：

[Tij=ai*Pi*bj*Aj*f（dij）]

阻抗函数f（dij）=a*dij–b*e-c*dij（[a、b、c]为拟合得到的参数，dij为交通小区之间的距离）。公式无法用代数方法直接求解，只能反复迭代求近似解。指定迭代次数为50，允许误差值为10。

5.2.2 初步布设方案的生成

（1）寻找备选站点。石家庄地铁三号线一期工程沿线分布有规划、建设中的重要建筑和市政设施，由西北向东南主要有：水上公园、河北医科大学第二附属医院、石家庄市第二中学、新百广场、河北省艺术中心、新火车站、空中花园等，此为I级站点。

石家庄地铁三号线一期工程多位于城市中心区域，将最小站间距dmin和最大站间距dmax分别定为500 m和2 000 m。以I级站点中心为圆心，dmin和dmax为缓冲半径画圆。寻找两种缓冲区与地铁线的交点，得到I、II级站点。其中，红色圆区域代表I级站点，绿色圆区域代表II级站点，浅绿色带状区域为三号线沿线两侧600 m的区域范围，即论文的研究范围。

（2）生成虚拟站点布局。将地铁沿线主要客流集散点找出后，选定备选站点。根据站间距尽量适中分布的约束条件，将备选站点进行适当组合，形成三种布设方案：

方案一：西三庄、泰华街、柏林路、中储桥、市庄、二中、新百广场、十一中、槐安大桥、中星路、新石家庄站、金利街、印刷二厂、塔冢、裕华、南王、卓达、位同，共18个站点；

方案二：西三庄、泰华街、柏林路、中储桥、市庄、省二院、二中、新百广场、十一中、槐安大桥、中星路、新石家庄站、金利街、印刷二厂、塔冢、裕华、南王、卓达、位同，共19个站点；

方案三：西三庄、泰华街、高东街、柏林路、市庄、省二院、二中、新百广场、十一中、槐安大桥、中星路、新石家庄站、金利街、印刷二厂、塔冢、裕华、南王、卓达、位同，共19个站点。

（3）地铁线路费用效益和吸引量计算。虚拟站点布设方案生成之后，对不同的方案进行地铁线路费用效益值计算，同理，计算各个备选站点的站点吸引量和不同布设方案的线路吸引量。

（4）站点布设的初步方案。分别计算初步选定的三种布设方案的线路费用效益值和线路吸引量，得到如下结果：方案一的线路覆盖量最大；方案二稍小，最后是方案三。依据相同站点个数方案的取舍原则，淘汰方案三，剩下的方案一和方案二定为石家庄市地铁三号线一期工程的站点初步布设参考方案。

6 结语

站点规划和布设是城市地铁建设的一个重要组成部分，其效果优劣对城市总体布局和发展模式以及总体经济水平都将产生不可估量的深远影响。论文将GIS应用于城市地铁站点的布设问题当中，为交通规划相关部门提供城市施工建设前的可视化信息，避免不必要的投资费用。

参考文献：

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