（载运工具运用工程专业论文）基于产业关联度的都市圈轨道交通客流预测方法优化研究.pdf

摘要 城市化进程的加快，导致一些群落城镇趋向于联合发展形成多中心都市圈， 都市圈的形成和发展需要借助于大运量的快速轨道交通为依托。而规划大运量的 都市圈轨道交通，首先需要对都市圈轨道交通的客流进行一个科学合理的预测。 我国在城市轨道交通客流研究中已经积累了丰富的理论与方法，但对于都市圈交 通预测刚刚起步，现有的预测方法尚不太适应都市圈的交通特点。因此如何结合 都市圈交通规划的特点，建立合理的都市圈轨道交通客流预测理论与方法是十分 有研究意义的。本文的研究目的在于分析都市圈轨道交通背景及现有的都市圈客 流预测方法的基础上，寻求一种更为优化合理的都市圈轨道交通客流预测方法。 文章在对现有都市圈轨道客流预测方法优缺点进行分析和总结的基础上，重 点考虑对都市圈交通分布有着重要影响的产业关联度，将两城市之间的产业关联 度参数加入到现有交通分布模型进去，给出了交通小区间产业关联度的灰色理论 计算方法，对系统平衡模型进行了改进。提出了基于产业关联度的都市圈轨道交 通客流预测方法，并以重庆市一小时经济圈为例，对重庆一小时经济圈2 0 2 0 年的 轨道交通客流进行了预测和分析，以实际数据验证了模型的合理性，以其促进我 国都市圈轨道交通规划和客流预测的科学性和合理性。 关键词：都市圈；产业关联度；灰色关联；轨道客流；出行分布 a b s t r a c t w i t ht h eu r b a n i z a t i o ns p e e d i n gu p ，c a u s e dt h er e g i o nt oe v o l v et ot h em e t r o p o l i t a n a r e a t h ef o r m a t i o na n dd e v e l o p m e n to ft h em e t r o p o l i t a na r e an e e dt h eh e l po ft h em a s s r a p i dr a i lt r a n s i t t h e r ei sn e e d i n gas c i e n t i f i ca n dr a t i o n a lp a s s e n g e rt r a f f i cf o r e c a s to f t h em a s sr a p i dr a i lt r a n s i tt op l a nt h em e t r o p o l i t a na r e a sr a i lt r a n s i t t h e r e f o r e ，t h e r eh a v e t h ei m p o r t a n tp r a c t i c a t o lo fc i t yp a s s e n g e rt r a f f i cf o r e c a s ti no u rc o u n t r y , b u t m e t r o p o l i t a na r e ap a s s e n g e rt r a f f i cf o r e c a s tr e s e a r c ht h e nj u s ts t a r t e d ，t h ee x i s t i n g m e t h o do ff o r e c a s t i n gi ss t i l lu n l i k e l yt oa d a p tt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h em e t r o p o l i t a n t r a f f i c t h e r e f o r e , h o wt oc o m b i n et l l ec h a r a c t e r i s t i c so ft h em e t r o p o l i t a nt r a n s p o r t a t i o n ， e s t a b l i s har a t i o n a lm e t r o p o l i t a nr a i lt r a n s i ta n dp a s s e n g e rf l o wf o r e c a s ti sf u l lo f t h e o r e t i c a lr e s e a r c hm e a n i n g l e s s t h i sa r t i c l ea i m st o s t u d yt h ea n a l y s i s o ft h e m e t r o p o l i t a nr a i l t r a n s i tb a c k g r o u n da n dt h ec u r r e n tp a s s e n g e rf l o wf o r e c a s t i n g m e t r o p o l i t a na r e ao nt h eb a s i so fo p t i m i z i n gt h es e a r c hf o ra m o r er a t i o n a lp a s s e n g e rr a i l m e t r o p o l i t a nf o r e c a s t i n gm e t h o d s o nt h eb a s i so fa n a l y z i n ga n ds u m m a r i z i n gt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so f t h ee x i s t i n gt r a c kp a s s e n g e rf l o wf o r e c a s t i n gm e t h o d si nt h em e t r o p o l i t a na r e a ，a d d st h e i n d u s t r yr e l a t e dd e g r e et ot h ed i s t r i b u t i o nm o d e l g i v et h eg r a yc o r r e l a t i o nc a l c u l a t i n g m e t h o do ft h ei n d u s t r yr e l a t e dd e g r e eb e t w e e nt w ot r a f f i cz o n e ，i m p r o v e dt h eb a l a n c eo f t h es y s t e mm o d e l ，p u to u tt h ef o r e c a s t i n gm e t h o do fp a s s e n g e rf l o wi nm e t r o p o l i t a na r e a b a s e do ni n d u s t r yr e l a t e dd e g r e e ，t a k ec h o n g q i n go n e - h o u re c o n o m i cc i r c l ef o re x a m p l e ， g i v eaf o r e c a s ta n da n a l y s i so ft h em e t r op a s s e n g e rf l o wi n2 0 2 0 ，i no r d e rt op r o m o t e s t h es c i e n t i f i c i t ya n dt h er a t i o n a l i t yo fu r b a nt r a f f i cp l a na n dp a s s e n g e rf l o wf o r e c a s t i n g i nu r b a na g g l o m e r a t i o n k e yw o r d s ：m e t r o p o l i t a na r e a ；i n d u s t r yr e l a t e dd e g r e e ；g r a yr e l a t i o n a l ；m e t r op a s s e n g e r f l o w ；t r a v e ld i s t r i b u t i o n 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 卟净以 日期：砂驴年，1 月in 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重 庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人 学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信息服务( 包括但不限于汇编、 复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名：之ij 氧叶 日期：加了年1 月in 指导教师签名： 闫弓 日期：删年， 月t 日 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系列数据 库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权 益。 学位论文作者签名：童l ；冬叶 日期：懈年n 月i i i n 指导教师签名：7 ql 气 日期：沙刁年，t 月 矽日 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 伴随着经济的快速发展，近年来我国的城市化进程不断加快，一些群落城镇 趋向于联合发展形成多中心都市圈，如环渤海京津冀都市圈、珠江三角洲广州珠 海都市圈、长江三角洲苏锡常都市圈，这种都市圈的形成导致了区域或城市间的 交通联系日益增强，但目前我国中心城市与外围城市之间缺乏较好的横向联系， 城市交通结构缺陷也比较突出，其交通结构特征表现为以下两个方面：一方面交通 的不便利极大地制约着中心城市向外辐射扩散的能力，从而造成人口分布不合理， 市区内的距离相对过大，交通拥挤，环境恶化，集聚不经济：另一方面，外围城市 由于与中心城市之间缺乏密切联系，难以吸纳到新的产业和生产要素，从而劳动 生产率低下，发展缓慢。这种现象的产生在相当大的程度上源于中心城市与外围 城市之间的空间可达性差，从而导致人员、实物在两者之间的移动时间长、费用 高。因此，要想促进都市圈城市地域空间、交通结构的有效转变，就必须依赖于 以中心城市为核心的区域城市交通的发展，依赖于在中心城市与外围城市之间形 成快速、通畅、便捷的公共交通运输通道。 都市圈轨道交通作为一种集运量大、速度快、环保节能等优点于一身的交通 运输方式，它的公交化开行能够很好的解决都市圈中心城市与外围城市之间的联 系，能有效促进都市圈内人口与产业的合理分布。为方便城市间、都市圈内的社 会经济、文化生活活动，加强都市圈内部城镇的联结，形成快速、通达的区域快 速运输通道，促进经济的高速发展，世界上一些大的都市圈，如伦敦都市圈、巴 黎都市圈、东京都市圈、莫斯科都市圈和纽约都市圈等，快速轨道交通系统在其 综合交通体系中均占有重要地位，是都市圈客运交通的主要承担者。因此有必要 做好都市圈轨道交通规划研究工作。 就目前来看，大都市圈与城市交通规划背景存在较大差异，两者的规划范围、 服务对象、客流吸引范围、吸引客流性质上均有不同。作为都市圈轨道交通规划 和日后运营管理的核心依据，都市圈轨道交通客流预测不仅应满足工程基本要求， 而且应在规划方法和调查方法上适应都市圈的特点，做到方法可行、有效，既节 约工作量又能保证一定的精度。而传统的交通规划客流预测的四阶段法是基于城 市交通问题，在城市用地强度高，人口密集的城市，利用传统方法划分交通小区， 根据用地类型、人口结构、商业经济来进行预测是可行的，但基于城市交通规划 与都市圈交通规划的差异，应用传统模型，不仅不能达到预期的效果，而且会使 规划和调查工作量变得十分庞大而无法实施。同时传统的重力模型仅考虑了人口、 经济、距离等的关系，而对于对都市圈内部交通客流有着较大影响的产业关联度 2 第一章绪论 等因素并未考虑。因此如何结合都市圈交通规划的特点，建立合理的都市圈轨道 交通客流预测理论与方法是十分有研究意义的。本文的研究目的在于分析都市圈 轨道交通背景及现有的都市圈客流预测方法的基础上，寻求一种更为优化合理的 都市圈轨道交通客流预测方法n 刊。 1 2 国内外研究现状 轨道交通客流需求的影响因素非常复杂，国外比较成熟是四阶段的客流预测 方法，即出行产生吸引预测、出行分布预测、出行方式划分预测、客流分配预测。 但对于由群落城镇组成的城市圈，国外也尚未形成系统的理论体系，部分发表的研 究成果也未公布其核心内容，主要在可行性研究报告、国外咨询公司的报告、工程 报告和代表一些机构观点的文章中啪剖。 国内城市群轨道交通建设还较少，预测经验并不多，预测方法基本还是沿用城 市轨道交通客流预测方法，其方法主要可以分下面几类：不基于现状客流分布的 预测方法；基于现状客流分布的预测方法( 四阶段预测方法) ；非集聚方法； 以交通走廊理论为基础的预测方法；以m d 模型为中心的预测方法。 第一类预测方法的一般思路是首先假设规划快速轨道线网已经存在，称为“虚 拟现状快速轨道 ，接着分析现状公交路线与虚拟现状快速轨道线网的相关度，将 相关公交线路纳入统计基础集合，累加“虚拟现状快速轨道刀的车站乘降人数；以 上数据经校核后，构造简单的数学模型，以现状交通流推算“虚拟现状快轨 的站 间矩阵，此后“虚拟现状快速轨道作为公交系统的组成部分，以增长率法向预测 年增长。 第二类预测方法是欧美发达国家在2 0 世纪6 0 年代为了满足城市交通规划与 建设的需要而开始研究开发的，到了7 0 年代已经基本形成很有代表性的四阶段城 市交通需求预测模式，称为四阶段模型。四阶段预测法的主要思路为通过居民出行 调查，掌握现状全方式的出行分布，在此基础上，预测未来年的全方式出行分布，然 后通过方式划分及客流分配，得到轨道交通的站间o d ，即可计算出轨道交通客流 量。 第三类预测方法，非集聚方法是强调其与传统的四阶段交通需求预测模型不 同而命名的一种方法，近年来，一些专家考虑城市轨道交通四阶段法缺少明确的行 为假说，因此提出了非集聚模型n 羽。 第四类预测方法，以交通走廊理论为中心的预测方法，在客流预测的步骤上， 沿袭传统四阶段法交通产生、吸引，交通分布，交通方式划分，交通分配方法， 但基于交通走廊的线性特点，客流吸引主要集中在轨道走廊沿线站点周围8 0 0 , - , - , 1 0 0 0 m 的地域范围之内，沿线发展呈“糖葫芦 状，这就要求走廊小区划分上不 第一章绪论 3 同于一般城市交通规划的做法例。 第五类预测方法，以m d 模型为中心的预测方法，与传统预测方法不同，m d 模 型考虑了运输方式服务水平变化对运量的影响，能够反映出运输结构的巨大变化 【】 o 不基于现状客流分布的预测方法为早期方法，受其原理的限制，以现状公交为 预测基础，对现状交通的特征反映较为片面，无法全面考虑城市用地规模、交通设 施、出行结构改变上的影响，因此精度较低，对于我国快速发展的城市群来说更是 无法达到精度要求，所以目前一般只用于其它方法预测后的比较验证或作为定性 分析的辅助手段。 非集聚方法是相对于四阶段法缺少明确的行为假说而产生的一种预测方法， 虽然其加入了行为假说，但是对于要用其来完成整个都市圈的轨道交通客流预测， 要得到好的模型，对样本的质量要求很高，并且设定自变量和参数标定工作量大， 计算复杂。因此，国内一般只将非集聚模型应用到四阶段法中，完成方式划分的预 测。 m d 模型中运输方式的牺牲量只通过运输条件中的运行费用和时间来表征是不 全面的，同时采用同一概率分布表示所有间旅客对出行效用的评价是缺乏区分性 的。 目前基于现状客流分布基础上的四阶段预测法依然是城市及都市圈轨道客流 预测主流方法。多年来，我国交通专家对轨道交通客流预测的四阶段法进行了较多 的研究，但多还是针对于城市轨道交通方面的研究，都市圈轨道交通方面还较少。 1 9 9 7 年北京地下铁道设计研究所在分析中国国情的北京地铁一线二十多年的 客流预测变化规律之后，研究、分析和吸收国际上常用的“三次吸引法”的思想， 提出一种客流预测方法“土地利用法 ，用于城市快速轨道交通客流预测1 。1 9 9 8 年广州市交通规划研究所在广州市地铁二号线客流预测报告中，将公共交通出行 分布矩阵在包含轨道交通线路的公交网络上进行分配，按多路径和综合时间费用 来确定常规公交和轨道交通的分担率，并最终得出地铁线路的客流量和站点的客 流集散量口钔。1 9 9 9 年东南大学交通运输工程系对轨道交通线网规模与线网宏观结 构做了研究，提出了基于四阶段法改进的客流预测分析框架体系，并针对组团式的 城市结构建立了“宏观定性控制、微观定量分析、综合评价决策一的轨道线网规 划布局思路汹3 。2 0 0 0 年l o 月，铁道部第四勘测设计院与广东省建设厅城乡规划处 对珠江三角洲快速轨道交通线网规划客流预测中提出了快速轨道交通客流预测流 程，采用了双目标三维搜索模型生成o d 量。2 0 0 3 年1 月，陆化普等人在论文都市 圈快速轨道交通客流预测方法研究中从都市圈轨道交通的特点出发，将都市圈轨 道交通的客流分为城市内客流与城市间客流，提出了采用竞争分配的方法进行客 4第一章绪论 流预测的思路、模型与方法。2 0 0 4 年3 月，东南大学王树盛在他的硕士毕业论文 都市圈轨道交通客流预测理论及方法研究中提出了走廊理论与传统的客流预 测方法结合的都市圈走廊客流预测方法，主要研究了以走廊为依托的客流数据调 查、数据处理啪1 。 1 9 9 0 年南京交通规划研究所在南京市快速轨道路网规划和南京市地 铁南北线一期工程可行性研究报告中，客流分配采用了基于全方式o d 矩阵的联 合方式划分交通分配模型。过秀成和吕慎等人于2 0 0 0 年针对基于全方式o d 矩阵 采用联合方式划分交通分配模型进行轨道客流预测的不足，提出了基于合作竞争 类o d 的联合方式划分交通分配模型，并对分层次策略性交通方式划分和联合方式 划分交通分配作了阐述心引。 从国内外的研究情况看来，都市圈轨道交通客流预测体系还未完整地建立起 来，并且要做的研究还很多。已有的“四阶段 预测法中，依据交通分配的网络 是否为综合线网分配方面基本可分为两类，独立线网分配预测法与综合线网分配 预测法。独立线网分配就是方式划分预测得到轨道方式0 d ，将单独的轨道交通0 d 在轨道线网上进行分配：而综合线网分配预测法则是在分层次策略性交通方式划 分后，进行基于合作竞争类o d 的联合方式划分交通分配。由于综合线网分配预测 法更能考虑各种公共交通方式之间的合作与竞争，并能得到更详细的预测结果， 如公共交通方式之间的换乘量等，因此，综合线网分配预测法比独立线网分配预 测法的合理性及预测精度都高一些瞳汹1 。 虽然国内学者陆化普、王炜、过秀成等人对分层次策略性交通方式划分后， 再进行基于合作竞争类o d 的联合方式划分交通分配的综合线网分配预测法进行了 一定深度的研究，但是，1 ) 以上的研究对象多为单独的城市或都市圈公共交通系 统而非将整个都市圈公共交通系统作为一个整体来研究：2 ) 以上的研究虽在一定 程度上考虑到了各种公共交通之间的竞争与合作但未从微观的角度进行研究，也 就是从公共交通运营组织层面研究，如未考虑城市群各种公共交通复杂运营组织 的交路方式、运送速度、发车间隔等；3 ) 以上的研究方法均没有考虑城市与城市、 地区与地区之间的产业关联等的影响。所以，现状的轨道交通客流预测方法还难 以很好的满足都市圈轨道交通客流预测，还有很多待完善的地方。 1 3 论文研究目标及主要内容 1 3 1 研究目标 本论文针对我国都市圈轨道交通客流预测方法的现状，在对都市圈的社会经 济发展及与轨道交通关系定性分析的基础上，结合都市圈的交通特性，分析了都 市圈现有轨道交通客流预测方法的不足，进而对都市圈现有轨道交通客流预测方 第一章绪论 5 法进行思路及方法改进研究，加入了产业关联度等因素，探索了适合我国都市圈 轨道交通客流预测方法与实践，为政府部门科学地进行都市圈轨道交通规划、设 计及运营提供依据。 1 3 2 研究主要内容 1 ) 都市圈的社会经济发展及其与轨道交通关系 从都市圈的发展与轨道交通的关系角度进行都市圈城市轨道交通的相关基础 性问题研究。都市圈轨道交通的客流特征、都市圈居民出行需求特征、都市圈轨 道交通和其它都市圈以及城市内部交通方式的关系等问题分析是进行都市圈轨道 交通功能定位的基础，更是进行都市圈轨道交通客流预测方法研究的基础，不对 这些问题有清晰的分析认识，就不能对都市圈轨道交通客流预测方法进行正确、 合理的改进。 2 ) 现有都市圈轨道交通客流预测方法研究 分析现有都市圈轨道交通客流预测的方法的主要思路及其主要模型和参数介 绍，分析它们各自的优缺点，以及各自的适用范围。对现有预测方法提出改进建 议。 3 ) 基于产业关联度的都市圈轨道交通客流预测方法 针对现有轨道交通客流预测方法应用于都市圈预测的不足，进行相关的改进， 并提出了小区与小区之间产业关联度的计算方法，提出了基于产业关联度的都市 圈轨道交通客流预测法。所谓基于产业关联度的都市圈轨道交通客流预测法，就 是在四阶段法的出行分布阶段，将重力模型进行改进，考虑在人口、g d p 、距离等 参数外，加入产业关联度这个参数。产业关联度能较好地反映都市圈各城市之间 的交通联系。 4 ) 改进方法在重庆一小时经济圈轨道客流预测中的应用研究 寻找基于产业关联度的都市圈轨道交通客流预测方法的实践价值，并对改进 方法的合理性及预测精度进行一定的验证。 1 4 论文主要章节安排 6第一章绪论 绪论( 第一章) o； | 主要分析都市圈 i 都市圈社会经济发展及其与 t i 2 交通特性及产业 轨道交通的关系( 第二章) ； l 结构布局关系 i 今r ； | 针对都市圈交通 ； 现有都市圈轨道交通客流预 | | | -特性对现状预测 测方法的不足( 第三章)| 方法进行研究 = 0 j = 一么_ “ ： ： 对现有预测方法的改进建议( 第二章) ： ： 0 ： 今上 i ； rl 基于产业关联度的都市圈轨道交通客流预测方 法优化( 第四章) 一 几 一 改进方法在重庆一小时经济圈轨道客流预测中 应 的应用实例( 第五章) 几 用 j 研 r 究 研究结论及建议( 第六章) 图1 1 论文章节安排图 f i g1 1f r a m e w o r ko f t h et h e s i sc h a p t e r 第二章都市圈社会经济发展及其与轨道交通关系 7 第二章都市圈社会经济发展及其与轨道交通关系 论文的核心研究内容是研究适应都市圈的轨道交通客流预测方法，那么就首 先界定都市圈及都市圈轨道交通的概念，对都市圈的发展及其与轨道交通的关系 有比较清晰的认识，同时也要弄清楚都市圈轨道交通的定位，都市圈客流特性， 都市圈交通与都市圈轨道交通的关系，都市圈产业结构分布特征，以及都市圈轨 道交通与其它交通方式的关系等等。本章的目的就是对都市圈轨道交通做一个基 础研究，对以上几个问题进行分析解答，为后续章节中都市圈轨道交通客流预测方 法的分析与改进提供基础依据。 2 1 都市圈及都市圈轨道交通定义 2 1 1 都市圈的概念 都市圈( m e t r o p o l i t a na r e a ) 的概念最初是由日本学者首先提出来的。1 9 5 1 年日本城市地理学家木内信藏提出了“三地带学说 ，其思想进而被发展成为“都 市圈：的理念，并且成为日本及许多西方国家城市群体发展地区的重要空间组织 特征之一。对于都市圈的定义研究，国际上也没有形成统一的概念与界定标准。 2 0 世纪5 0 年代，日本行政管理厅将都市圈定义为：以一日为周期，可以接受城市 ( 人口规模必须在1 0 万人以上) 某一方面功能服务的地域范围。5 0 年代中期进一 步提出大都市圈的概念，中心城市人口须在百万以上或是中央指定市，圈内到中 心城市的通勤率不小于本身人口的1 5 。日本地理学词典中论述到：“城市通 过对其周边地域辐射中心职能而发展，以城市为中心形成的职能地域、结节地域 称为都市圈：都市圈并不仅仅是一种概念上的地域构造，而且是一种具有具体职能 的社会实体。它的范围与都市势力圈相近，内容与日常生活圈、经济圈、商圈也 类似，其界限是与相邻城市势力的强弱对比关系的产物 。n 1 我国学者对都市圈的研究是在2 0 世纪9 0 年代后期以后，许多地区开始了对 都市圈的研究与规划实践。我国学者认为“都市圈 的地理含义是：在现在交通技 术条件下，直径在2 0 0 3 0 0 千米，面积在4 6 万平方千米，人们可以在一天内乘 汽车进行面对面交流的特定的经济区域。有的学者在分析日本的都市圈现状后， 提出都市圈的人口要在3 0 0 0 万人左右，每个都市圈都有1 个或者2 到3 个人口在 2 0 0 万以上的大城市作为中心城的观点：有的学者认为都市圈形成和发展的本质是 市场化的过程，以上对都市圈的理解相差很大。城市的空间体系依据地理学划分， 其地域的界限范围主要包括两个构成部分：一是建成区，即已经实现景观城市化 的地区：二是吸引区，即城市化正在进行中的、与市区联系频繁的地区。对于一个 大城市来说，一般后者的面积相当广大，根据其影响的强弱及功能组织的不同而 往往被划分为若干圈层口制。 8第二章都市罔社会经济发展及其与轨道交通关系 鉴于都市圈圈层式地域结构，本文界定“都市圈 是由一个或多个核心城市， 以及与这个核心城市具有一体化倾向的临接城镇与地区组成的有密切社会、经济 联系的圈层式结构。以中心城市为核心，以发达的联系通道为依托，吸引辐射周 边城市与区域，并促进城市之间的相互联系与协作，带动周边地区经济社会发展 的、可以实施有效管理的区域。本文认为，都市圈的实质内容有以下几点：首先 都市圈绝不仅是一个地域范围的概念，它是一个具有密切职能联系的经济实体和 社会实体。从本质上看，都市圈首先是个经济圈，因为都市圈形成的根本动力在 于中心城市和周边地区两种异质空间在相邻条件下的相互作用，这种作用力以 “流”的形式表现为各种要素和经济活动在空间上的集聚和扩散。因此都市圈是 一种经济活动的地域组织形式，在这里，各种产业和经济活动彼此聚集，并相互 联系，构成了一个高度一体化的有机整体。其次，高度经济一体化的都市圈不仅 聚集着各种生产要素和经济活动，也聚集了大量的人口和社会活动。因此，都市 圈不仅仅是一个经济圈，更是一个社会圈。都市圈应该具备以下标志性的三大要 素，任何城市系统若缺了这三要素的任何一个，都不称其为都市圈。而且这三大 要素的发育程度决定着都市圈整体的发育水平和发展阶段。 第一，重要而强大的中心城市。每个都市圈都有一个首位度较高的城市作为 其经济中心。作为一个经济圈，必然要有一个经济中心，才有凝聚力和集聚功能， 因此中心城市是都市圈发育、发展的重要基础。中心城市的量级决定着都市圈的 辐射半径、区域范围。 第二，围绕中心城市有发育完善的城市体系。中心城市必须有若干腹地或周 边城市，它们既是中心城市经济能量释放或扩散的接受地，也是支撑中心城市发 展的要素资源的供给源和重要市场区。 第三，圈内城市必须要有密切的互动关系，有一体化的趋势。都市圈各城市 之间的分工与合作十分密切，其产业结构呈现综合性、多元性和开放性的特征， 具有较强的创新能力、结构转换能力以及国际竞争能力，中心城市与腹地之间的 内在经济联系密切，具有“极化扩散 效应。但圈内城市密切互动并不排斥 各城市的经济发展具有相对独立性1 。 通常都市圈有两种最重要的形式：一是以单一中心城市为核心的“单核心都市 圈 ，二是以多个中心城市为核心的“多核心都市圈 ，因此都市圈就是一个空间 尺度较大的城镇群体。都市圈尺度的稍微缩小，是以当日往返通勤范围为主而形 成的日常都市圈，“l d , 时距离法则 对其地域范围有明显的制约作用。都市圈尺 度的放大，是由以若干中心城市为核心和周边城市、地区共同组成的更大地域、 经济结构，一般称为“大都市圈 。“都市圈 概念建立的根本意义是打破行政 界限的束缚，而按经济与环境功能的整合需求及发展趋势，构筑相对完善的中微 第二章都市圈社会经济发展及其与轨道交通关系 9 观尺度城镇群体空间单元。 事实上，我们认为无论是大都市圈还是都市圈都是指一个特定时空尺度的城 市影响地域系统。然而，随着“圈 被用来泛指任意时空尺度的地域，“都市圈 这一术语也有被用来泛指任意时空尺度的城市影响地域，因而我们可以看到在不 同文献中常常把时空尺度不尽相同的一些地域，主要是把大都市区、大城市带、 城市群等均称为都市圈，而综合城市经济区也常常是与大都市圈相对应的一个概 。冬 7 】 ，l 奎o 1 都市区( m e t r o p o l i t i a n ) 。西方各国把由城市中心区与近郊区形成具有紧 密社会经济联系的城市功能性地域称为都市区。美国在1 9 1 0 年人口普查时就定义 了大都市区( m e t r o p o l i t i a nd i s t r i c t ) ，后几经修订确定为标准大都市统计区 ( s m s a ) ，其组成部分有三个：( 1 ) 一个具有5 万人口以上的中心城市，或共同组 成一个社区的总人口达5 万人以上的两个相连城市；( 2 ) 中心城市所在县的其余 部分( 称为“中心县”) ，人口密度在5 8 人平方公里以上；( 3 ) 7 5 以上劳动力从 事非农业活动且至少有1 5 在中心县工作的邻接县，邻接县就业者中有2 5 常住于 中心县、市中。欧美其他国家对都市区的划法基本类似，如英国的标准大都市劳 动区( s m l a ) 和大都市经济劳动区( m e l a ) ，加拿大的官方统计定义都市普查区 ( c m a ) ，德国的就业密集区等。因此，我们认为都市区是指城市化水平较高的城 市的市区和郊区，它强调的是具有较高城市化水平的城市地域。 2 大都市带( 城市带) ( m e g a l o p o l i s ) 。大都市带理念是关于城市空间结构 最有影响的研究，是由法国地理学家戈特曼于1 9 5 7 年首次提出的。m e g a l o d 的 意思是“巨大 ，p o li s 的意思是“城市 ，它是由若干个大都市区构成的。同时 他又指出，大都市带是一个特殊的区域，大都市带不是简单指一个很大的城市或 大都市地区，而是指一个范围广大的，由多个大都市连接而成的城市化区域，是 消灭了城市与乡村明显的景观差别的地区，是有一定的人口密度分布其间的都市 地带，一个大都市带，至少应居住2 5 0 0 万人口，过着现代化的生活。 3 城市群( u r b a na 9 9 1 0 m e r a t i o n ) 。在特定的区域范围内，具有相当数量 的不同性质、类型和等级规模的城市，依托一定的自然环境条件，以一个或两个 特大城市或大城市作为地区经济的核心，借助于综合运输网的通达性，发生与发 展着城市个体之间的内在联系，共同构成一个相对完整的城市“集合体一。他们 认为，城市群应该具备三个条件：一是有相当数量的不同类型城市；二是有一个 特大城市作为区域中心；三是城市之间存在着内在联系嘲。 从上述关于都市圈、都市区、大都市带、城市群等一系列概念的讨论中，我 们可以看出，它们的内涵有相互交织、相互渗透的内容，也包含了不同的内容： 一是从相同的方面讲，这些概念界定的对象都是城市群体的空间分布形式，在关 1 0 第二章都市圈社会经济发展及其与轨道交通关系 于中心城市与周围城镇的组合和相互关系的表述上是一致的。二是从不同的方面 看，这些概念又是从不同的角度研究城市群体的空间分布时提出来的。都市圈与 大都市区、大都市带、城市群的主要区别是，都市圈是日本学者根据本国人口密 集，国土狭小，城镇密度大，提出的城市空间结构理念，强调的是围绕的核心城 市所形成的具有圈层结构的高度一体化地区；都市区和大都市带是欧美学者根据 北美地狱广大，工业发达，交通网络通达便捷，城市群体沿交通走廊拓展，而提 出的城市体系空间结构理念。其中，大都市区强调的是高城市化水平的地域一 一城市的市区及其郊区；大都市则指一个范围较大的，由多个大都市区连结而成 的城市化区域，是消灭了城市与乡村明显的景观差别的地区。都市圈和大都市带 都是特指以特大城市为中心的、城市体系比较完整的城市复合体。另外都市圈还 十分注重内部各城市在产业、城市功能上的联系、协作、配合和依存，往往具有 明显的一体化特征；城市群是特定地域的城市网络群体，主要强调了城市的密度 和空间组合形态，而且个城市群可以是若干个中小城市的组合，不一定有十分 突出的中心城市。 事实上，一个大都市带常常是一个国家的经济走廊，常常包括几个城市群， 一个城市群可以包括几个大都市区。都市圈可以看成是大都市带的另一种表述， 有时也可看成是大都市带的一个次级单元。一般而言，一个具有国际影响的大都 市圈也常常被视为大都市带，一个大都市带往往可视为由若干个都市圈共同组成 的。大都市圈与大都市带是相对应的概念，理论上一般都市圈的概念高于城市群， 都市圈是在城市群的基础上形成和发展起来的，是城市群发展到高级阶段的空间 结构形式，大都市带的概念更高于都市圈，是都市圈效应的扩散和空间影响的延 续。 2 1 2 都市圈轨道交通定义 都市圈轨道交通是指在都市圈区域范围内( 包括中心城市以内、中心城与卫星 城、中心城与其它城镇以及城镇之间的联系) 运营的，通常以电能为动力，采用轮 轨运转方式的大、中运量公共交通之总称，主要承担都市圈的交通走廊上的客流， 在都市圈公共交通中具有骨干作用。根据轨道交通在都市圈中的功能，本文将轨 道交通划分为3 类：一是都市圈内的轨道交通，主要承担都市圈内城市间的交通需 求：二是市郊轨道交通，主要承担城市郊区与中心区之间的出行需求：三是市区轨 道交通，土要承担市区内的客运需求。都市圈轨道交通则主要以第一种功能为主， 第二、三种功能为辅，形成都市圈交通的骨干线。基于此，本文主要预测的是运 营在都市圈内城市间的轨道交通客流。 第二章都市圈社会经济发展及其与轨道交通关系 1 1 2 2 轨道交通与都市圈发展的关系剖析 交通引导城市发展是一条普遍规律，城市快速轨道交通是城市交通的主骨干， 它的发展直接影响城市整体布局和功能定位。同样，都市圈轨道交通是都市圈客 运交通的重要组成部分，它的发展对都市圈的整体空间布局的发展将产生深远的 影响m 7 1 。 ( 1 ) 促进城市人口和就业的平衡 在城市化加速发展的同时，一些城市出现了相对于城市中心区的离心城市化， 即郊区化趋势。轨道交通的出现与郊区公路的建设为城市功能的疏解和城市的扩 散提供了可能，而城市的扩散不仅是人口的扩散，也是城市多种功能的扩散，是 一种必然的发展趋势和长期的发展过程。对比轨道交通和小汽车交通对城市结构 的影响，轨道交通在节约用地、维持城市中心区活力以及促进城市呈组团式发展， 及城市扩张和都市圈的形成等方面有比较有利的影响：而小汽车则带来环境恶化、 交通事故增加和其它一系列社会问题。轨道交通以其强大的运输能力以及其快速、 安全等特点，更能促进人口聚集在轨道两侧，促进城市用地的集约化与居住环境 改善的统一，使城市形成一定的交通走廊，并在走廊内实现跳越式发展，为城市 在径向发展和环向发展都留有空隙和余地。另外，轨道交通的建设对城市外围新 城的开发具有极大的促进作用，促进都市圈规模的扩大。 ( 2 ) 促进都市圈与经济的发展 都市圈轨道交通的建设有利于城市的扩张和都市圈的形成，并促进轨道线路 成为都市圈的发展轴。高质量的轨道网可以使居民出行快捷、准时、可靠，保证 城市和都市圈的良好运作，不仅为与工作和业务活动有关的出行提供服务，也为 满足购物和娱乐出行的需求提供服务。另外，都市圈轨道交通的建设特征，决定 了这一交通网络建设必须与综合开发相并列才能满足巨额投资的要求，并充分利 用周边开发的优势来改变项目自身的投资效益。随着轨道交通的建设，沿线区域 的可达性大大提高，对居民产生巨大吸引力，促成轨道交通沿线居民密度的提高。 同时，在线路两侧形成住宅、职业场所以及社会资本的带状分布区域。这种带状 区域具有开发机能，它将中心地带和其他地域连接起来。也将人口和边缘地区连 接起来。与此同时，开发商对沿线土地进行开发，大量的设施和居民在线路两侧 聚集，而密集的设施又会吸引居民到该地区出行。 都市圈轨道交通的修建把都市圈内重要的城镇连接在一起，不仅增强了这些 城镇之间的联系，使城镇之间的出行更加便利，而且，通过引导都市圈内各城镇 产业结构的调整，可以使都市圈内部城市实现基础设施的共建共享，减少资金的 浪费，走强强联合之路，以创造良好的投资环境，从而形成整体优势参与外部竞 1 2 第二章都市圈社会经济发展及其与轨道交通关系 争。 ( 3 ) 对都市圈空间结构形态的合理引导 轨道交通的一个重要功能就是先导性作用。首先，轨道交通是实现都市圈空 间合理拓展的有效手段。在我国现阶段几个大都市圈正处于发展孕育阶段，轨道 交通的特点，决定了它对新的城市空间形态的形成有着至关重要的作用。“紧凑 型城市和开敞型区域 相结合的空间形态是各城市的发展目标，在都市圈形成过 程中，初期采用“交通引导发展 t o d 策略，在发展到一定规模水平后采用“交 通支持发展”t s d 策略，是都市圈形成和发展的最为合理的战略，而轨道交通则 是配合与支撑这种发展思路的最合适的手段。轨道交通建设能适应都市圈中心城 市的郊区化趋势，在提高了沿线小城镇的居住和工作环境质量的同时，也促进中 心城市产业的合理扩散和产业升级，并可以有效地疏散中心城市人口，提高城市 的竞争力，防止中心城市“摊大饼”式的无序蔓延，避免外溢式扩展带来的“回 波效应，引导城市向“手掌型”的团组式发展。同时都市圈轨道交通的修建还 可以引导都市圈内城镇沿着规划目标方向发展，加速都市圈的城市化进程，从而 带动整个区域的共同发展。 其次，发展都市圈轨道交通是实现都市圈内城市间功能整合和有机联系的重 要通道。在经济全球化和知识经济的时代背景下，要求都市圈内部各城市必需实 现基础设施的共建共享，减少资金浪费，走强强联合之路，以创造良好的投资环 境，从而形成整体优势参与国际竞争，在新国际劳动地域分工中实现产业的高级 化。这就要求必需有快速、便捷的交通干道网络支撑和引导都市圈的发展，而都 市圈轨道交通的建设将直接服务于都市圈的生长发育，其基础作用的针对性是不 言而明的。 最后，都市圈交通运输需求的不断增长要求修建都市圈轨道交通给予支撑。 随着都市圈经济和社会的发展，客运需求不断增大，而且随着人们生活质量的提 高，要求的运输服务质量随之提高，这就要求发展大运量、快速、便捷的都市圈 轨道交通以顺应时代发展的要求。 ( 4 ) 实现都市圈区域可持续发展 首先，都市圈的发展将区域人口和资源的重新分布，对合理利用土地、减少 交通能耗、环境保护等方面提出较高的要求。随着国民经济的发展，各地区城市 化进程加快，制约人们生活质量提升的环境问题将颇为严重地摆在我们面前。依 靠大量修建公路扩大交通规模，以满足未来都市圈的居民出行，不仅会严重忽视 区域人口的出行结构，忽视不同交通方式的功能差别，也将带来一系列环境问题， 如土地资源的大量占用、汽车尾气排放产生的污染、能源过度消耗等等。 其次，我国能源储备煤多油少，石油资源极为短缺，以石油为主要消耗对象 第二章都市圈社会经济发展及其与轨道交通关系 1 3 的交通运输业受到石油资源的制约作用将越来越严重，尤其是以汽油和柴油为动 力的公路运输，将受到成本压力和资源压力的双重影响，在运输市场竞争中将处 于被动地位。而轨道交通主要以电力为动力，可免受石油价格上涨的影响，从而 相对降低运营成本，在市场竞争中取得主动权。 最后，公路运输排放的尾气污染严重，而轨道交通主要以电力为动力，对环 境的影响主要来自于燃煤电厂，但随着洁净发电等新发电技术的开发使用以及水 电、核电及其它可再生能源发电机的比重将增加，电源结构将得到极大改善。而 电力作为终端能源，使用方便、清洁、属无碳燃料，对环境没有污染。 总之，发展都市圈轨道交通是交通可持续发展的必然要求。另外，世界各大 都市圈( 大东京都市圈、纽约都市圈、巴黎都市圈等) 的发展都证明了，轨道交 通的发展不仅可以解决由汽车交通方式产生的交通拥堵、交通事故等城市交通问 题，而且可以净化城市环境，形成高效率、高密度、清洁的城市空间。 ( 5 ) 满足都市圈交通供给方式的多样化 随着国民经济的发展，都市圈内部城市化水平的不断提高，卫星城镇与中心 城市之间的联系变得更加频繁，并且随着人民生活由小康型向全面小康型的转变， 人民对出行的舒适程度、方便程度、交通工具的速度、准时性等要求更高。同时 在对交通出行质量要求日益提高的同时，交通出行需求还呈现多样化的特点。具 体到交通运行方式上，不同的人群将有不同的交通需求，换而言之，不同 运输方式的服务对象的多样化和层次性将凸现出来。由此可见，传统的铁路、公 路、水运和航空等运输方式的服务目的和运行方式将无法满足一大批要求快捷、 环保、出行频率高的中短途旅行的要求。而都市圈轨道交通的建设，将作为新的 交通供给方式以适应交通需求多样化的特点和出行者的需求特征，弥补都市圈交 通运输方式的缺陷。 2 3 都市圈轨道交通功能与定位 2 3 1 都市圈轨道交通的特点 都市圈轨道交通是专门用于城市密集地区都市圈中短途旅客运输的快速铁 路，是联结城市密集地区大城市与中小城市、各中小城市之间及部分大城市之间 的一种快捷的有轨交通联系通道。它具有用地省、运能大，节约能源、减少污染、 安全性好，快捷等运输优点，在城市密集地区综合交通系统中处于骨干、主导地 位。 1 用地省、运能大 一条都市圈轨道与一条1 6 车道的公路具有大体相同的运输能力，而