基于站点分类的地铁接驳环境优化研究一以西安地铁为例 王威李跃 陕西省,西安市,710064 摘要:接驳环境作为地铁服务水平的重要指标很大程度影响着乘客接驳方式的选择,由于城 市内地铁车站众多且每个车站功能类型、周边环境不尽相同,有必要对站点进行分类 研究。本文通过$PSS平台对接驳环境进行聚类分析将西安市地铁车站分为11类,基 于$P调查采用组合设计法获取居民对纬一街站接驳环境的评价,选用ML模型分析 出行者接驳方式选择的影响因素,使用 Trans CAD标定参数。最后得到各接驳环境下 步行、自行车和公交车的效用函数并对纬一街站进行接驳环境优化设计。 关键词:地铁站;接驳环境;聚类分析;MNL模型 中图分类号:U231+.41 Study on Optimization of Subway connection Environment Based on Site Classification--Taking Xi'an Subway as an Example WANG Wei, LI Yue XI'an City, Shanxi Province, 710064) Abstract: The connection environment as an important indicator of the subway service level greatly affects the choice of connection mode. Due to the large number of subway stations in the city and each station has different functional types and surrounding environments, it is necessary to classify the stations. In this paper, the clustering analysis of the connection environment by SPSS platform divides the Xi'an subway station into eleven categories. Based on the SP survey, the combination design method is used to obtain the residents' evaluation for the connection environment of Weiyijie station. Using MNL model to analyze the influencing factors of the choice of traveler's connection method and TransCAD to verify parameters. Finally, this paper obtains the utility function of walking, bicycle and bus in each connection environment and optimizies the design of the connection environment for Weiyijie Station Keywords: subway station; connection environment; Cluster analysis; MNL model 、引言 地铁具有运量大、发车频率高、享有专用路权等优点,在解决交通拥堵问题上发挥了巨 通讯作者:王威,长安大学公路学院研究生,邮箱:Wangwe@chd.edu.cn,Tel:15702910650通讯地 址:西安市南二环中段长安大学本部,邮编:710064 (c)1994-2019ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
基于站点分类的地铁接驳环境优化研究--以西安地铁为例 王威 李跃 （陕西省，西安市，710064） 摘要：接驳环境作为地铁服务水平的重要指标很大程度影响着乘客接驳方式的选择,由于城 市内地铁车站众多且每个车站功能类型、周边环境不尽相同，有必要对站点进行分类 研究。本文通过 SPSS 平台对接驳环境进行聚类分析将西安市地铁车站分为 11 类，基 于 SP 调查采用组合设计法获取居民对纬一街站接驳环境的评价，选用 MNL 模型分析 出行者接驳方式选择的影响因素，使用 TransCAD 标定参数。最后得到各接驳环境下 步行、自行车和公交车的效用函数并对纬一街站进行接驳环境优化设计。 关键词：地铁站；接驳环境；聚类分析；MNL 模型 中图分类号：U231+.4 1 Study on Optimization of Subway Connection Environment Based on Site Classification--Taking Xi'an Subway as an Example WANG Wei, LI Yue (Xi'an City, Shanxi Province, 710064） Abstract: The connection environment as an important indicator of the subway service level greatly affects the choice of connection mode. Due to the large number of subway stations in the city and each station has different functional types and surrounding environments,it is necessary to classify the stations. In this paper, the clustering analysis of the connection environment by SPSS platform divides the Xi'an subway station into eleven categories. Based on the SP survey, the combination design method is used to obtain the residents' evaluation for the connection environment of Weiyijie station. Using MNL model to analyze the influencing factors of the choice of traveler's connection method and TransCAD to verify parameters. Finally, this paper obtains the utility function of walking, bicycle and bus in each connection environment and optimizies the design of the connection environment for Weiyijie Station. Keywords: subway station; connection environment; Cluster analysis; MNL model 一、引言 地铁具有运量大、发车频率高、享有专用路权等优点，在解决交通拥堵问题上发挥了巨 1 通讯作者：王威，长安大学公路学院研究生，邮箱:wangwe@chd.edu.cn，Tel：15702910650 通讯地 址：西安市南二环中段长安大学本部，邮编：710064
大的作用,逐渐占据了各个城市公共交通的主体地位。但由于地铁线路只在城市的主要动脉 上,且站间距较大,可达性低,出行者往往需要通过其它交通方式实现与地铁的接驳换乘。 国内外有关地铁接驳方式选择的研究,多从公交线网的结构特性、城市公交网络的协同性、 出行者自身因素出发,而出行者选择的接驳方式和接驳环境是密切相关的。接驳环境影响 着乘客的换乘时间与出行体验,是地铁服务水平的重要指标之一 目前西安市地铁车站共66座(不包括四号线),由于站点所处区位、周围交通环境、在 轨道交通路网中所处地位不同等原因,将站点进行分类研究可以更加合理有效地对接驳环境 进行优化。经调査发现约有20%的乘客因地铁接驳环境较差而放弃乘坐地铁出行,因此,优 化地铁站的接驳环境成为提高地铁服务水平过程中亟待重视的问题。 站点分类 (一)分类过程 城市轨道交通站点分类的理论体系主要有按照车站运营性质分类、按照节点导向分类和 按照场所导向分类。如果按照现有的理论体系进行分类,无法体现出不同车站接驳环境的 差异,所以本文基于SPSS平台对不同车站的接驳环境现状进行聚类分析,根据相似性原则 对车站进行分类。 1分类指标选取 接驳环境的优劣主要考虑交通设施的环境及设施的使用是否方便,本文选取了以下六 个指标进行聚类分析:人行道预留宽度(x1)和实际宽度(x2)、人行道被占用情况(x3) 自行车道被占用情况(x4)站点附近的公交线路条数(x5)、公交站点距地铁出口的距离(x6) 其中,x1、x2、x3将影响乘客的步行接驳时间与舒适度:x4将影响自行车接驳时间与体验 x5、x6将影响公交接驳的便捷性。 2数据统计及处理 经现场调查得到各车站的指标数据,在分类之前对数据进行预处理,对于没有自行车道 的出口,自行车道占用情况取100%,距公交车站超过500米的出口,距离为无穷大。 表1分类指标数据(部分) 站名 体育场 32.5 27.5 北大街 9 7.5 143.75 青龙寺 6 4.25 无穷大 纺织城 后卫寨 6.33 6.33 100 56.67 在数据表中,一共有6个变量。为提高分类的准确度,先进行聚类指标之间的相关性检 验,保正指标的独立性。本文采用 Pearson简单相关系数进行变量间线性相关程度检验,其 公式如下 (c)1994-2019ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
大的作用，逐渐占据了各个城市公共交通的主体地位。但由于地铁线路只在城市的主要动脉 上，且站间距较大，可达性低[1]，出行者往往需要通过其它交通方式实现与地铁的接驳换乘。 国内外有关地铁接驳方式选择的研究，多从公交线网的结构特性、城市公交网络的协同性、 出行者自身因素出发[2]，而出行者选择的接驳方式和接驳环境是密切相关的。接驳环境影响 着乘客的换乘时间与出行体验，是地铁服务水平的重要指标之一[3]。 目前西安市地铁车站共 66 座（不包括四号线），由于站点所处区位、周围交通环境、在 轨道交通路网中所处地位不同等原因，将站点进行分类研究可以更加合理有效地对接驳环境 进行优化。经调查发现约有 20%的乘客因地铁接驳环境较差而放弃乘坐地铁出行，因此，优 化地铁站的接驳环境成为提高地铁服务水平过程中亟待重视的问题。 二、站点分类 （一） 分类过程 城市轨道交通站点分类的理论体系主要有按照车站运营性质分类、按照节点导向分类和 按照场所导向分类[3]。如果按照现有的理论体系进行分类，无法体现出不同车站接驳环境的 差异，所以本文基于 SPSS 平台对不同车站的接驳环境现状进行聚类分析，根据相似性原则 对车站进行分类[4]。 1.分类指标选取 接驳环境的优劣主要考虑交通设施的环境及设施的使用是否方便[5]，本文选取了以下六 个指标进行聚类分析：人行道预留宽度（𝑥1）和实际宽度（𝑥2）、人行道被占用情况（𝑥3）、 自行车道被占用情况（𝑥4）、站点附近的公交线路条数（𝑥5）、公交站点距地铁出口的距离（𝑥6）。 其中，𝑥1、𝑥2、𝑥3将影响乘客的步行接驳时间与舒适度；𝑥4将影响自行车接驳时间与体验； 𝑥5、𝑥6将影响公交接驳的便捷性。 2.数据统计及处理 经现场调查得到各车站的指标数据，在分类之前对数据进行预处理，对于没有自行车道 的出口，自行车道占用情况取 100%，距公交车站超过 500 米的出口，距离为无穷大 。 表 1 分类指标数据（部分） 在数据表中，一共有 6 个变量。为提高分类的准确度，先进行聚类指标之间的相关性检 验，保正指标的独立性。本文采用 Pearson 简单相关系数进行变量间线性相关程度检验，其 公式如下： 站名 𝑥1 𝑥2 𝑥3 𝑥4 𝑥5 𝑥6 体育场 13 9.13 32.5 20 7 27.5 北大街 9 8.63 7.5 0 20 143.75 青龙寺 6 4.25 35 35 7 无穷大 纺织城 8 7 2 50 3 40 后卫寨 6.33 6.33 0 100 5 56.67
=1(x1-2)2∑=1Oy-y)2 式中:r为样本相关系数:n为样本数;x1、y分别为两个变量的变量值 用sPSs进行相关性检验。得到其相关性如表2: 表2参数相关性检验 x2 0.896 0.094 -0.141 0.294 0.077 0.051 0.334 0.094 -0.077 -0.209 0.345 -0.05 x 0.141 0.142 0.209 -0.177 -0.273 0.05 0.051 0.345 -0.177 0.168 0.294 0.334 0.168 可见,预留宽度和实际可用宽度的相关性较大,而其余的相关性较弱,可用于聚类分析。 (二)分类结果 根据聚类分析结果,将车站分为以下几类 第一类:双寨、国际港务区、桃花潭、新筑、运功公园、半坡、后卫寨、劳动路、务庄、 玉祥门 第二类:体育场、市图书馆、延兴门、长乐公园、康复路、枣园、皂河、北池头、太白 南路、洒金桥、大明宫西、咸宁路、通化门、辛家庙、青龙寺、延平门、吉祥村 第三类:汉城路、龙首原、凤梄原、航天城、万寿路、安远门、胡家庙、朝阳门、凤城 五路、鱼化寨、三桥、韦曲南、五路口、丈八北路、会展中心、广泰门、石家街; 第四类:永宁门、行政中心; 第五类:大雁塔、科技路、北客站; 第六类:三爻、沪河、保税区、香湖湾、沪灞中心、长乐坡、纺织城 第七类:小寨、钟楼 单独分为一类的有:开远门、北大街、纬一街、北苑。 三、SP调查及建立接驳模型 (一)SP调查 出行意愿调查(SP是以假设的各种属性和水平值组成各种情形,让被调查者以评分、选 择、排序的方式评估其对各选项的整体偏好间。在分类的基础上应对每一类车站任选其一进 行调查,这样可以使得优化更有针对性同时提高优化效率。本次调查选择纬一街站进行问卷 发放,调查的主要目的是分析不同出行目的的出行者在不同的接驳环境下选择接驳方式的异 同,为下一步建立接驳模型提供数据基础。在问卷设计过程中,将影响接驳方式选择的因素 (c)1994-2019ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
𝑟 = ∑ (𝑥𝑖−𝑥̅)(𝑦𝑖−𝑦̅) 𝑛 𝑖=1 √∑ (𝑥𝑖−𝑥̅) 2 ∑ (𝑦𝑖−𝑦̅) 𝑛 2 𝑖=1 𝑛 𝑖=1 式中：𝑟为样本相关系数；𝑛为样本数；𝑥𝑖、𝑦𝑖分别为两个变量的变量值 用 SPSS 进行相关性检验。得到其相关性如表 2： 表 2 参数相关性检验 𝑥1 𝑥2 𝑥3 𝑥4 𝑥5 𝑥6 𝑥1 1 0.896 0.094 -0.141 0.05 0.294 𝑥2 0.896 1 -0.077 -0.142 0.051 0.334 𝑥3 0.094 -0.077 1 -0.209 0.345 -0.05 𝑥4 -0.141 -0.142 -0.209 1 -0.177 -0.273 𝑥5 0.05 0.051 0.345 -0.177 1 0.168 𝑥6 0.294 0.334 -0.05 -0.273 0.168 1 可见，预留宽度和实际可用宽度的相关性较大，而其余的相关性较弱，可用于聚类分析。 （二） 分类结果 根据聚类分析结果，将车站分为以下几类： 第一类：双寨、国际港务区、桃花潭、新筑、运功公园、半坡、后卫寨、劳动路、务庄、 玉祥门； 第二类：体育场、市图书馆、延兴门、长乐公园、康复路、枣园、皂河、北池头、太白 南路、洒金桥、大明宫西、咸宁路、通化门、辛家庙、青龙寺、延平门、吉祥村； 第三类：汉城路、龙首原、凤栖原、航天城、万寿路、安远门、胡家庙、朝阳门、凤城 五路、鱼化寨、三桥、韦曲南、五路口、丈八北路、会展中心、广泰门、石家街； 第四类：永宁门、行政中心； 第五类：大雁塔、科技路、北客站； 第六类： 三爻、浐河、保税区、香湖湾、浐灞中心、长乐坡、纺织城； 第七类： 小寨、钟楼； 单独分为一类的有：开远门、北大街、纬一街、北苑。 三、SP 调查及建立接驳模型 （一）SP 调查 出行意愿调查(SP)是以假设的各种属性和水平值组成各种情形，让被调查者以评分、选 择、排序的方式评估其对各选项的整体偏好[6]。在分类的基础上应对每一类车站任选其一进 行调查，这样可以使得优化更有针对性同时提高优化效率。本次调查选择纬一街站进行问卷 发放，调查的主要目的是分析不同出行目的的出行者在不同的接驳环境下选择接驳方式的异 同，为下一步建立接驳模型提供数据基础。在问卷设计过程中，将影响接驳方式选择的因素
转化为问卷调査中的属性和水平值,并利用数学方法进行组合设计,用于被调查者对不同情 境组合进行判断η。以步行情景为例说明设计过程,如表3所示 表35P步行环境情景组合设计表 人行道人行道和自 经过路口人行道拥挤人行分人行遮 出行目的天气 被占用行车道是否 程度 离设施阳效果 情况 共用 部分被 通勤炎热 重度拥挤无较差 占用 2|锻炼、购 寒冷 1-2 轻度拥挤 有 较差 无 部分共用 锻炼、购 大部分 寒冷 轻度拥挤不连续 物 被占用 部分被 娱乐 炎热 不拥挤 有 良好 占用 娱乐正常1-2 不拥挤 不连续较差 部分数部分共用 占用 通勤正常 重度拥挤无 无 大部分 通勤寒冷 0 不拥挤 有 否 被占用 锻炼、购 大部分 炎热 重度拥挤 良好 部分共用 物 被占用 正常 轻度拥挤不连续良好 无 (二)调查结果与模型变量选择 1调查结果 本次问卷调查采用网络问卷的形式,调查一共收集509份,其中有效问卷450份。所剔 除的问卷是因为所有题目答案相同,明显不符合实际情况。在本次调查中,男性占49.52%, 女性占50.48%;调查对象的年龄一半以上在19-35岁;而收入大都在5000以下,在5000 以上的仅占27.8%;90%左右乘客的接驳距离在3000m以下,有接近一半的乘客接驳距离在 500-1500米。 2模型选择 本节是对问卷调査结果进行分析并建立出行者接驳方式选择模型,出行者选择何种接驳 方式由出行者自身的特点和交通方式特征共同决定的,是一种个人选择行为叫。因此,本文 选择一种非集计模型——MNL模型对调査结果进行分析,通过分析模型的参数,找到对出 (c)1994-2019ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
转化为问卷调查中的属性和水平值，并利用数学方法进行组合设计，用于被调查者对不同情 境组合进行判断[7]。以步行情景为例说明设计过程，如表 3 所示。 表 3 SP 步行环境情景组合设计表 （二）调查结果与模型变量选择 1.调查结果 本次问卷调查采用网络问卷的形式，调查一共收集 509 份，其中有效问卷 450 份。所剔 除的问卷是因为所有题目答案相同，明显不符合实际情况。在本次调查中，男性占 49.52%， 女性占 50.48%；调查对象的年龄一半以上在 19-35 岁；而收入大都在 5000 以下，在 5000 以上的仅占 27.8%；90%左右乘客的接驳距离在 3000m 以下,有接近一半的乘客接驳距离在 500-1500 米。 2.模型选择 本节是对问卷调查结果进行分析并建立出行者接驳方式选择模型，出行者选择何种接驳 方式由出行者自身的特点和交通方式特征共同决定的，是一种个人选择行为[1]。因此，本文 选择一种非集计模型——MNL 模型对调查结果进行分析，通过分析模型的参数，找到对出 属性 NO. 出行目的 天气 经过路口 数 人行道拥挤 程度 人行分 离设施 人行遮 阳效果 人行道 被占用 情况 人行道和自 行车道是否 共用 1 通勤 炎热 0 重度拥挤 无 较差 部分被 占用 是 2 锻炼、购 物 寒冷 1-2 轻度拥挤 有 较差 无 部分共用 3 锻炼、购 物 寒冷 >2 轻度拥挤 不连续 一般 大部分 被占用 是 4 娱乐 炎热 >2 不拥挤 有 良好 部分被 占用 是 5 娱乐 正常 1-2 不拥挤 不连续 较差 部分被 占用 部分共用 6 通勤 正常 >2 重度拥挤 无 一般 无 否 7 通勤 寒冷 0 不拥挤 有 一般 大部分 被占用 否 8 锻炼、购 物 炎热 1-2 重度拥挤 无 良好 大部分 被占用 部分共用 9 娱乐 正常 0 轻度拥挤 不连续 良好 无 否
行者选择接驳方式影响最大的因 3.特征变量选择 本节研究的是基于出行目的的地铁接驳方式选择,选择当前最常见的接驳方式:步行 自行车、公交车作为研究对象,对变量进行赋值如表4所示。 表4特征变量表 特征 特性 变量 变量赋值 符号 类别 出行目的 Aim0=通勤;1=娱乐:2=体育锻炼、购物x1 0=0-500米:1=501-1000米 接驳距离 Distance-12=1001-1500米:3=1501-2000米 4=2001-2500米;5=2501-3000米 天气 Weather 0=炎热:1=寒冷:2=正常 出行属性 0=0-2元;1=2-5元:2=5-10元:3=10 出行费用 元以上 自行车出行耗时 Time-zx 0=5min;1=5-10min;2=10-15min 公交车出行耗时 Time-gj 0=3min;1=3-6min;2=6-10min 经过路口数 Road-b 0=0个;1=1-2个:2=>2个 拥挤程度 Cong-b0=不拥挤:1=轻度拥挤:2=重度拥挤x 步行隔离设施 Barrier-b 0=有;1=无:2=有,但不连续 xg 步行环境 遮阳效果 Shadow -b 0=良好:1=一般;2=较差 x10 0=无占用:1=部分占用:2=大部分被占 人行道占用程度 x11 用 人非共板 0=是:1=否:2=部分共板 经过路口数 Road-z 0=1个:1=2个:2=>2个 自行车环境自行车道隔离设施 Barrier-z 0=有;1=无;3=有,但不连续 自行车道占用程度| Occupant 0=少部分;1=部分:2=大部分 x15 公交环境站台遮阳效果 Shadow 0=良好;1=一般:2=较差 (c)1994-2019ChinaAcademicJournalElectronicpUblishingHouse.Allrightsreservedhttp://www.cnki.net
行者选择接驳方式影响最大的因素。 3.特征变量选择 本节研究的是基于出行目的的地铁接驳方式选择，选择当前最常见的接驳方式：步行、 自行车、公交车作为研究对象[8]，对变量进行赋值如表 4 所示。 表 4 特征变量表 特征 类别 特性 变量 变量赋值 符号 出行属性 出行目的 Aim 0=通勤；1=娱乐；2=体育锻炼、购物 𝑥1 接驳距离 Distance-1 0=0-500 米；1=501-1000 米； 2=1001-1500 米；3=1501-2000 米； 4=2001-2500 米；5=2501-3000 米； 𝑥2 天气 Weather 0=炎热；1=寒冷；2=正常 𝑥3 出行费用 charge 0=0-2 元；1=2-5 元；2=5-10 元；3=10 元以上 𝑥4 自行车出行耗时 Time-zx 0=5min;1=5-10min;2=10-15min 𝑥5 公交车出行耗时 Time-gj 0=3min;1=3-6min;2=6-10min 𝑥6 步行环境 经过路口数 Road-b 0=0 个；1=1-2 个；2=>2 个 𝑥7 拥挤程度 Cong-b 0=不拥挤；1=轻度拥挤；2=重度拥挤 𝑥8 步行隔离设施 Barrier-b 0=有；1=无；2=有，但不连续 𝑥9 遮阳效果 Shadow-b 0=良好；1=一般；2=较差 𝑥1 人行道占用程度 Occupancyb 0=无占用；1=部分占用；2=大部分被占 用 𝑥11 人非共板 Rfgb 0=是；1=否；2=部分共板 𝑥12 自行车环境 经过路口数 Road-z 0=1 个；1=2 个；2=>2 个 𝑥13 自行车道隔离设施 Barrier-z 0=有；1=无；3=有，但不连续 𝑥14 自行车道占用程度 Occupan-z 0=少部分；1=部分；2=大部分 𝑥15 公交环境 站台遮阳效果 Shadow-g 0=良好；1=一般；2=较差 𝑥16