李建霆， 李璀瑾， 周 鑫， 苏永群， 石文春， 林 璐， 许章华，3*

(1．福州大学 环境与资源学院，福建 福州 350108； 2．福州大学 至诚学院，福建 福州 350002； 3.3S技术与资源优化利用福建省高校重点实验室，福建 福州 350002)

可达性的概念最早由Hansen在20世纪50年代提出[1]，可达性研究已成为研究空间格局的一种重要方法，并被广泛应用于交通、经济及城市规划等领域.Sasaki 等通过城市可达性空间格局研究方法，对日本新干线周围的经济、人口聚集现象进行统计，分析一般城市与大都市可达性差距增大的原因[2].Desharnais 等收集公共交通通勤数据，并预测乘客对不同交通政策的满意度[3]，用广义空间Durbin模型评估乘客的出行成本可达性范围.Boisjoly 等通过研究时间对公共交通的可达性，推算出行者的出行模式和出行轨迹[4].谭杉结合城市结构和城市规模因素、土地利用因素、可获得机会因素、交通系统因素以及个性因素等不便于量化的指标[5]，构建模糊综合评价模型，对城市轨道交通可达性进行分析.胡继华等考虑个体出行的交通模式约束及具体的出行时间[6]，在时间地理学等相关理论的基础上研究城市时空可达性的计算方法.文献显示，学者倾向于借助大数据平台，选取距离、时间成本等构建可达性的计算模型，并进行经济、人口等影响分析，其局限性在于考虑的因素不够全面、交通网络的建立难度过于复杂等[7—9].笔者以湖南省长沙市为例，基于可达性研究范式，从各站点的服务范围、各站点间平均距离等角度，测度长沙市轨道交通的时空演化，并探究其对常规公交可达的影响.

1 研究区

长沙市是湖南省省会，位于湖南省的东部偏北、湘江下游和长浏盆地西缘，介于φE= 111°53′～114°15′，λN=27°51′～28°41′；东邻江西省宜春、萍乡2市，南接株洲、湘潭两市，西连娄底、益阳2市，北抵岳阳、益阳2市.截至2017年，该市下辖9个区(市)县和5个国家级开发区、1个国家级新区，常住人口791.81万，地区生产总值10 535.51亿元.笔者以湖南省长沙市中心城区为研究区域，涉及的区县包括天心区、岳麓区、芙蓉区、开福区、雨花区、望城区和长沙县(图1).

图1 研究区位置

2 研究方法

2.1 数据收集

收集的主要数据：长沙市2012年公交网络数据；长沙市2012年轨道交通数据；长沙市2014—2016年站点数据和线网数据.

2.2 长沙市公共交通网络模型的构建思路

长沙市公共交通网络模型构建的主要思路(图2)：①采集线网数据和站点数据，搭建长沙市公共交通网络模型；②借助GIS分析功能，制作图表并分析城市公共交通网络中各个站点的可达性，计算不同年份轨道交通的建设面积以及各站点间的平均距离，从而测算长沙市城市公共交通系统站点的服务范围及轨道交通可达性的时空演化；③结合以上数据，分析轨道交通的加入对常规公交的影响.

图2 技术路线

2.3 长沙市公共交通网络模型的构建方法

1)借助地理信息系统平台，通过数字化处理，构建城市公共交通数据库.常用的网络模型有Space C，Space P，Space L网络：①Space C网络(公交线路网络)，通过把公交线路抽象化为网络节点，把2条路线(有相同的停靠站点)进行连接，然后依据2条公交路线上具有相同停靠站点的数量，求连接这2条公交线路边的比例，使之成为1个加权的复杂网络；②Space P网络(公交换乘网络)，首先把公交站点看成节点，如果站点与站点之间有直接连通的公交路线，那么这2个站点之间就一定有1条连边；③Space L网络(公交停靠站点网络)，把公交路线停靠的站点看成1个节点，如果某1条交通路线上的2个站点之间是相邻的，那么2个站点之间就存在连边[10].

2)通过OD矩阵路径分析方法计算可达性.文中主要研究站点的可达性、网络可达性及可达性变化率[11]：

①站点可达性，包括所有常规公交和正在使用中的轨道交通站点.站点可达性指的是，某一站点到交通网络上除本站点外的其他站点的最短时间平均值，其计算公式：

式中：Ai为交通网络中站点i的可达性；N为站点数；tij为站点i,j之间所需的时间.

结合长沙市公交的实际运行速度，设定常规公交的运行速度为20 km/h.

②网络可达性，包括轨道交通网络和常规公交网络.网络可达性通过各个站点可达性的平均值表示，其计算公式：

式中：A为所有网络的平均可达性.

结合长沙市目前轨道交通线路的里程及运行时间，并参考设计时速，设定地铁和磁浮快线的运行速度分别为40，100 km/h.

③可达性变化率，指的是轨道交通站点与线路对常规公交网络可达性的变化程度，其计算公式：

式中：R为可达性的变化率；Ap为在轨道交通加入城市公共交通网络以前的可达性；As为轨道交通加入后的可达性.

3)计算轨道交通站点的服务范围变化情况，包括城市建成区增长率、服务范围增长率：

ra=(S1/S0-1)×100%,

式中：ra为城市建成区增长率；S1,S0分别为现有和原有建成区面积.

3 结果与分析

3.1 长沙市轨道交通的时空演化

3.1.1城市公共交通网络的构建 基于GIS平台构建站点数据与路网数据之间的网络数据集，建立可达性与变化率字段，并结合OD矩阵路径分析方法，对站点的可达性、网络的可达性及可达性变化率进行计算.在此基础上，通过生成OD成本矩阵线获得各站点的可达性(图3).

图3 轨道交通OD成本矩阵

3.1.2长沙市轨道交通站点的服务范围 将长沙市2014—2016年的轨道交通站点数据和城市建成区建设情况进行综合分析，依照得出的长沙市轨道交通站点的服务变化情况，进一步分析长沙市轨道交通可达性的时空变化.

长沙市轨道交通开通之初，只有1条线路，其站点的空间服务范围远不能满足人们的日常出行，对城市发展建设的带动作用不明显.在2号线轨道交通及磁浮快线开通后，以五一广场为中心的“十”字结构交通布局逐渐形成，这种结构性变化有效地将中心城区(天心区、芙蓉区、岳麓区、开福区、雨花区)与东部、西部的2个新城区(望城区和长沙县)联系起来.2016年，长沙市轨道交通站点服务范围扩大至77.75 km2，服务范围增长率为91.31%，大大超过了城市建成区的增长率(15.19%)，但长沙市轨道交通的空间服务范围仍然只占城市建成区的21.36%(表1)

表1 2014—2016年长沙市轨道交通站点服务范围变化

3.1.3轨道交通开通前后2点间的平均距离 为更方便地了解任意公交线路的具体运行轨迹，文中采用Space L网络方法构建模型，并利用轨道交通站点和线路开通前后2个部分的数据进行分析，研究城市公共交通可达性的变化.长沙市轨道交通网络可达性呈现下列特征(表2)：

1)轨道交通开通前的整体平均距离为17.2站，开通后的整体平均距离为16.3站；轨道交通各站点到其他任意站点的平均距离从14.6站减少到12.4站.因此，轨道交通的每个站点到其他任意站点的可达性变化显著.

2)轨道交通开通前后，2站点间最大网络直径为62 km，反映出在这2站点的范围内，轨道交通没有奏效，即轨道交通没有包括所有的站点区域.

3)在Space L空间中，轨道交通线路站点之间的可达性改善情况较公交的可达性更显著.轨道交通路网的建设，激发了开发强度大区域的潜力，并将土地中潜在的自然力转变为社会经济力，使土地的利用更加高效，能够改变土地的用地模式、替换土地的利用性质，继而提升土地的利用强度.依据点轴发展理论，轨道交通站点和沿线区域吸引力的显著增强会催生廊道效应，这使轨道交通的线路成为发展轴，继而使城市沿轨道交通轴线方向发展.

4)长沙市地铁1号线贯穿南北，增强了长沙市中心繁荣地段与城市边缘地区的相互交流，有助于分散和集中城市的发展.地铁2号线横跨东西，增强了河东与河西的联系，成为过江的首选通道.此外，橘子洲岛地铁站点的设立，极大地减缓了旅游景点的交通压力.

表2 长沙市轨道交通网络可达性特征

3.2 长沙市轨道交通对常规公交可达性的影响

3.2.1对常规公交可达性的影响 将常规公交的可达性时间分为7个等级，可达的区域主要集中在中心城区(图4).相较于庞大的常规公交系统，尽管轨道交通的站点与线路的数量十分有限，但该区域的可达性为40 min(图5).轨道交通站点的服务半径比常规公交站点的服务半径大，但由于长沙市轨道交通的建设还未形成网络，且线路长度还未向新增的2个县区(望城区、长沙县)扩散等，服务范围未有显著扩展.

图4 常规公交站点可达性

图5 轨道交通站点可达性

轨道交通的建设改善了从中心城区去往机场的线路，但西部望城区由于距离中心城区较远，今后需轨道交通的建设以及政府政策的支持，才能平衡东西2个区域的公交，从而促进经济的增长和东西部地区更多的交流.

3.2.2加入轨道交通后常规公交站点的可达性变化 长沙市轨道交通线路的增加对公交站点服务范围的影响逐渐增强.轨道交通加入常规公交网络后，常规公交网络发展密集的区域(市中心)站点服务范围发生了较大的变化.采用OD成本矩阵的路径分析方法将上述2种交通的可达性进行结合，对长沙市的综合可达性情况进行分析(图6).与常规公交站点的可达性进行比较(图4)：可达性为0～30 min的区域沿着轨道交通的线路逐渐扩大，这对日常都市圈是非常有意义的；可达性为30～60 min的区域大都分布在轨道交通的端点服务半径范围内，并没有向原有公交空白的地区延伸；加入轨道交通的站点可达性，其重心呈现出向西、南方向迁移的特征.

图6 加入轨道交通的站点可达性

3.2.3可达性时间变化率 随着长沙市轨道交通线路的不断完善，常规公交站点的可达时间也在一定程度上降低，这反映出轨道交通网络的建设,对于城市公交网络的整体可达性的改善有较大的促进作用.轨道交通运行后，常规公交站点可达性时间的变化主要有以下3个特点：

1)常规公交可达性变化的主要空间分布形态表现为,沿轨道交通线路向外递减的特征，说明轨道交通是使沿线常规公交站点的网络可达性整体提高的主要因素.长沙地铁2号线对其跨越的天心区、岳麓区、芙蓉区和雨花区的站点网络可达性变化率影响较大.长沙轨道交通1号线和磁浮快列，打通了南北2区(即开福区和天心区)的界线，并极大地改善了中心城区与黄花机场之间的交通(图7).在可达性变化率高的地区，展现出沿轨道交通1，2号线及磁浮快线廊道式分布的特征.据此可知，对于距离轨道交通线路较近的公交站点，其网络可达性的涨幅较显著，而对于距离轨道交通线路较远的公交站点，其网络可达性涨幅相对较小.

2)变化幅度最大的是城市周边区域的轨道交通线路沿线的常规公交站点，轨道交通2号线西延线的完善，使望城区等外围区域的常规公交站点网络可达性得到显著提升.

3)围绕轨道交通枢纽站点的常规公交站点的可达性变化也较明显，轨道交通网络与常规公交之间的换乘能力得到改善，公交和轨道交通网络之间的连通性得到显著增强.在枢纽站点周边，可选择换乘轨道交通解决长距离公交出行不便这一问题.如五一广场站与长沙火车南站，都是人口集中、人流较大的区域，有了轨道交通，不仅能减缓部分交通压力，还提高了其周转率，加快了交通节奏.

图7 可达性时空变化率

4 结论

1)基于OD成本矩阵对各轨道交通节点的可达性进行测度，得到2016年长沙市轨道交通站点的服务范围.与2014，2015年相比，交通服务范围扩大至77.75 km2，服务范围增长率为91.31%，大大超过了城市建成区的增长率(15.19%).由此得出，随着长沙市轨道交通网络的建设，其站点的可达性水平不断上升.

2)轨道交通开通前的整体平均距离为17.2站，开通后的整体平均距离为16.3站；轨道交通各站点到其他任意站点的平均距离从14.6站减少至12.4站.因此，轨道交通的每个站点到其他任意站点的可达性均有所提升.相比之下，变化幅度最大的是城市周边区域的轨道交通沿线的常规公交站点.轨道交通2号线西延线的完善，使望城区等外围区域的常规公交站点的网络可达性得到显著提升.此外，位于不同区位站点的可达性水平呈差异化发展，原位于中心区位的站点，其可达性水平变化较小；位于城市边缘的站点，由于轨道交通站点的建设，其服务范围也得到了相应的扩大.从长沙市近期城市总体规划看，长沙交通网络的格局逐渐从廊道式向网络式扩展，且主要方向为东部和西部，这也与长沙市近期的空间扩展方向相吻合.

3)在中心城区，轨道交通将常规公交可达性从1 h改善为40 min.轨道交通站点相比于常规公交站点，其服务范围较大，但由于长沙市轨道交通的建设还未形成网络、覆盖不全面等，常规公交站点的服务范围尚未有显著扩展.

4)城市公共交通系统在加入轨道交通后其可达性提高了15%，缩短了人们的日常出行时间，城市的交通阻塞等问题得到了一定改善.围绕轨道交通枢纽站点的常规公交站点的可达性变化也较显著，轨道交通网络与常规公交之间的换乘能力得到改善，公交和轨道交通网络之间的连通性得到显著增强.总体而言，长沙市轨道交通的建设，在减缓部分区域交通压力、提高其周转率等方面均起到较好的促进作用.