（载运工具运用工程专业论文）基于多中心的公交客流od反推法研究.pdf

摘要 我国城市化进程加快发展，多中心格局是大城市发展的方向，目前很多城市 都发展为多中心结构。多中心城市的公交客流具有独立性、层次性及差异性，这 决定了其交通规划方法也应具有一定特征。公交客流现状o d 矩阵是进行公共交 通规划的基础数据，在公交需求预测、公交线网与站场方案布局等方面具有至关 重要的作用。研究多中心城市结构背景下的公交客流o d 反推方法对于城市完善 公交理论与方法具有重要现实意义。 论文基于对国内外多中心城市交通特点及交通规划研究现状的调查，首先分 析了多中心城市的公交出行特征；同时，分析了各类o d 反推方法的原理，提出 适合进行公交o d 反推的统计分析法和基于数学规划法的公交o d 反推法；然后， 将多中心城市公交客流分为二个层次，即“区间主干线”、“区内次干线及支线”客 流，分析各个层次下的公交o d 反推法及具体操作步骤，得到宏观o d 反推法、 微观o d 反推法；在交通小区的划分方面提出了以站点为单元的聚类分析法，宏 观o d 反推法采用经过简化的仿机动车o d 矩阵反推的模式；最后，将这些模型 方法应用于重庆市主城区公交客流分析中，证实了上述方法的适用性与可操作性。 论文以传统o d 反推法为基础，结合多中心城市特征，在方法运用方面提出 了一定的见解，对于指导多中心城市结构下反推公交o d 矩阵具有一定现实意义， 并能对相关理论的研究起到一定的借鉴作用。 关键词：公交；多中心；出行层次；宏观o d 反推；微观o d 反推 a b s t r a c t a st h ea c c e l e r a t i n gd e v e l o p m e n to fu r b a n i z a t i o n m u l t i p l e 。s t r u c t u r ei st h ed i r e c t i o n o fb i gc i t i e s 1 1 l et r a f f i ch a sc h a r a c t e r i s t i c so fi n d e p e n d e n c e h i e r a r c h ya n dd i f f e r e n c e ， w h i c hd e c i d et h a tt r a n s p o r tp l a n n i n gm e t h o d ss h o u l da l s oh a v ec e r t a i nc h a r a c t e r i s t i c s t h es t a t u sb u s0 dm a t r i xi st h ei st h eb a s i so fp u b l i ct r a n s p o r tp l a n n i n g w h i c hp l a ya n i m p o r t a n tr o l ei nd e m a n df o r e c a s t 1 a y o u to fn e t w o r ka n ds t a t i o n s s t u d y i n go nb u s p a s s e n g e r s0 dm a t r i xe s t i m a t i o n o fm u l t i c e n t e rc i t i e sh a si m p o r t a n tp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c ei ni m p r o v i n gt h eu r b a nb u ss y s t e mt h e o r i e sa n dm e t h o d s a 1 1c o n t e n t sa r eb a s e do ni n v e s t i g a t i o no fm u l t i c e n t e rc i t i e st r a f f i cf l o wa n d t r a n s p o r tp l a n n i n gs t u d i e sa th o m ea n da b r o a d f i r s t l y ，b u st r i pc h a r a c t e r i s t i c si n m u l t i c e n t e rc i t i e sa n dt h e o r ya b o u t0 dm a t r i xe s t i m a t i o na r ea n a l y z e d s t a t i s t i c a l a n a l y s i sm e t h o da n dm e t h o db a s e do nc e r t a i nm a t h e m a t i c a lp r o g r a m m i n gm o d e la r e p r o p o s e d s e c o n d l y b u sp a s s e n g e r sf l o wo fm u l t i 。c e n t e rc i t i e sa r ed i v i d e di n t ot w o h i e r a r c h i e s t h a ti sf l o wb e t w e e ni n t e r v a lm a i nt r u n ka n ds e c o n d a r yt r u n ko rb r a n c h l i n ei nr e g i o n m a c r o0 dm a t r i xe s t i m a t i o na n dm i c r o0 dm a t r i xe s t i m a t i o na r e g a i n e db ya n a l y z i n go p e r a t i o nm e t h o d so ft w oh i e r a r c h i e s o t h e r w i s e ，c l u s t e ra n a l y s i s m e t h o di su s e dt od i v i d i n gt r a m cz o n e s i m p l i f i e dm e t h o do ft h eb a c ks t e p p i n gv e h i c l e o dm a t r i xm o d e li sa p p l i e dt om a c r o0 dm a t r i xe s t i m a t i o n f i n a l l y a l lm o d e l sa n d m e t h o d sa b o v e - m e n t i o n e da r ea p p l i e dt oc h o n g q i n gb u sp a s s e n g e r sf l o wa n a l y s i s ， p r a c t i c a l i t ya n do p e r a b i l i t ya r ec o n f i r m e db yt h ec a s e b a s e do nt r a d i t i o n a lm e t h o d so f0 dm a t r i xe s t i m a t i o na n dc h a r a c t e r i s t i c so f m u l t i c e n t e rc i t i e s s o m en e wo p i n i o n sa r ep r o p o s e d t h er e s u l t sh a v ec e r t a i ng u i d i n g s i g n i f i c a n c ei nb u sp a s s e n g e r sf l o wo dm a t r i xe s t i m a t i o no fm u l t i c e n t e rc i t i e s ，a n d c a nb er e f e r e n c e db yr e l e v a n tt h e o r e t i c a lr e s e a r c h e s k e y w o r d s ：m u l t i - c e n t e r ；b u s ；t r i ph i e r a r c h i e s ；m a c r oo d m a t r i xe s t i m a t i o n ； m i c r o0 dm a t r i xe s t i m a 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， 均己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。 学位敝储虢捉身种嗍甲年午月尹日 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：占妖r p 抓甲 日期：呻年辱月中白 指导教师签名： 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。 指导教师签名： 吼砰 晒0 1 日 孵 1 v 了舟 匙，7 签气 者年 作 文啪1 l 彬沁 位期 学 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 问题的提出 在城市人口不断增长，城市规模迅速扩大的过程中，许多大城市，尤其是特 大城市的空间结构性矛盾越来越突出。从城市空间结构形式上来看，大部分城市 都是单中心同心圆圈层结构l l i 。随着城市人口密度和空间规模增长到一定程度后， 单中心同心圆圈层结构的城市空间向四周无序蔓延，呈现出“摊大饼”式的土地利用 模式，这样便给城市带来了很多问题，其中最重要的一点就是核心区的交通拥堵 问题。为解决单中心城市的弊端，越来越多的大城市已经逐步形成或即将规划为 多中心结构。 研究证明，交通与城市结构之间是一种循环的互动关系，这种关系从微观上 看是城市交通与城市土地利用之间的互动；从宏观方面来讲，则是城市的交通系 统同城市结构之间的互动。交通方式与城市结构之间有着密切的联系，交通系统 对引导城市结构方面有着十分显著的作用。不同交通方式对于大城市地区布局结 构和经济发展有着不同的影响。对单中心城市而言，由于公共交通具备容量大、 效率高等特点，能很大程度上缓解城市中心区的交通拥堵问题；对多中心城市而 言，公共交通作为城市居民出行最普遍最倡导的交通方式，有利于促进城市发展 轴的形成，加强城市中心与其副中心之间的联系，为市中心的持续稳定发展提供 支持保障。可见，公共交通无论对于哪类结构的城市来说，都占据举足轻重的地 位。发展城市公交的首要问题是做好城市公交规划，而公交规划的前提则是分析 公交出行现状o d 矩阵。 获取现状o d 矩阵最初始、最直接的方法即进行居民出行o d 调查，但需要大 量的人力、物力、时间和经费，适用于发展已趋于稳定的城市交通规划。由于我 国城市正处于发展阶段，交通基础设施和交通运行规划并不完善，大量涌入的流 动人1 ：3 、大片的新区建设和旧城改造使交通流的时空分布随时都在发生着变化， 已有的调查数据和调查手段已经不能及时反映这种变化，利用大规模的交通调查 得到的o d 矩阵甚至难以应用于城市交通的近期和中长期规划。于是，通过少量 的基础调查反推现状o d 矩阵的技术应运而生。o d 反推技术起源于机动车o d 反 推，目前用的比较多的方法就是通过部分观测流量推算o d 矩阵的理论和算法， 比较适合目前中国的国情。公交o d 反推主要是通过调查站点上下客流量或在车 人数、居民出行特征( 平均出行距离、换乘时间、费用) ，采用统计分析模型或 数学规划模型进行求解。分析可知，不同结构的城市，其居民出行特征是有一定 差异的，那么其相应的o d 矩阵推算方法也应有所不同。但是，目前的相关研究 2 第一章绪论 多为对o d 反推原理的研究，极少考虑与城市结构相结合。由此，如何将公交o d 反推方法与城市结构进行结合，探求一定城市结构下的公交o d 矩阵反推模式具 有重要的现实意义。 鉴于以上分析，从交通规划的初始步骤现状o d 矩阵反推出发，以服务 于多中心城市的公交发展规划为目标，本文将以基于多中心的城市公交客流o d 反推法为题进行研究。 1 2 国内外研究现状 国内外对o d 反推的理论研究主要集中在反推的方法上，包括基础数据调查 的方法，模型的建立及解法等，且多为机动车o d 反推。公交乘客量的o d 反推是 在机动车o d 反推法基础上发展起来的，两者具有一定的共性，关联紧密。下面 对两者的研究历程及现状予以一定介绍。 1 2 1 国外研究现状 自上世纪7 0 年代，国外的交通规划和数学规划界学者就开始了对o d 矩阵 反推问题的研究，提出了一些反推模型和算法。从阻抗的选定规则和采取路径的 概率计算方法等方面来说，o d 矩阵反推模型的发展主要经历了以下几个阶段。 机动车量0 1 ) 反推 不考虑拥挤效应的o d 矩阵反推理论 早期的o d 矩阵反推模型不考虑拥挤对于流量分配的影响，假设路径选择概 率是已知的，或在进行推算之前利用与流量无关的比例交通分配法确定。这类模 型包括最初的最大熵模型、最小信息量模型、极大似然模型和广义最小二乘模型 等。 上述早期o d 矩阵反推模型的优点是求解相对简单，并具有一定的统计特性 3 1 ，但因为不考虑拥挤产生的效应，假设路段走行时间与流量无关，因此模型在求 解过程中存在着矛盾：一方面根据观测的路段流量和比例交通分配确定的路径选 择概率推算o d 矩阵；另一方面又采用用户均衡分配将求得的o d 矩阵分配到路网 上。 基于用户均衡模型的o d 矩阵反推理论 随着城市路网中的拥挤现象越来越严重，人们尝试了在拥挤路网的o d 矩阵 反推中引入w a r d r o p 第一原理，即用户均衡模型u e ( u s e re q u i l i b r i u m ) 来体现拥 挤产生的效应【4 1 。n g u y e n ( 1 9 7 7 ，1 9 8 4 ) 首先提出了基于u e 的o d 矩阵反推模型， 第一章绪论 最终得到的o d 矩阵及由它确定的出行时间符合用户均衡条件。研究结果表明， 该模型的解不唯一，需要增加一个下层的约束来确定最优解。l e b l a n c 和f a r h a n g i a n ( 1 9 8 2 ) 提出了拉格朗日微分法，从一组可行解选择最合理的o d 矩阵值。t u r n q u i s t ( 1 9 7 9 ) 和g u r ( 1 9 8 0 ) 采用一种基于f r a n k w o l f e 模型的迭代启发式算法求解拥挤路网 的o d 矩阵反推问题。f i s k 和b o y c e ( 1 9 8 3 ) 提出了将四阶段预测中的交通分布与交 通分配相结合，根据交通调查数据反推o d 矩阵的模型。f i s k ( 1 9 8 8 ，1 9 8 9 ) 提出了 u e 约束下的最大熵模型。s h e r a l i 等人( 1 9 9 4 ) 提出了一种线性规划模型，仅用部分 路段的流量资料反推o d 矩阵，并考虑了调查误差的影响【2 6 1 。 基于s u e 的o d 矩阵反推理论 随着随机用户均衡交通分配理论的发展，人们尝试在o d 矩阵反推理论中引 入s u e 理论，描述出行者的路径选择行为的差异，如当路段走行时间确定情况下 确定路径选择概率的随机网络加载模型，以及路网处于拥挤时确定路径选择概率 的随机用户均衡模型s u e ( s t o c h a s t i cu s e re q u i l i b r i u m ) 6 - 7 】。基于s u e 的o d 矩 阵反推理论大多采用l o g i t 模型或p r o b i t 模型来计算路径的选择概率。l i u 和f r i c k e r ( 1 9 9 6 ) 提出了非拥挤路网情况下，利用路段观测流量同时估计o d 矩阵及出行 费用分布系数0 的两阶段启发式搜索算法 8 1 。h a ly a n g 等对路网拥挤状态下，同 时估计o d 矩阵及随机用户均衡交通分配模型中0 值的问题进行了研究，提出了一 种最优解搜索最优步长的计算方法。 公交出行人次的o d 反推 关于公交乘客o d 出行量的反推方法主要是基于站点上、下客流量的反推理 论。 ( i ) t s y g a l n i t s k y ( 1 9 7 7 ) 最先提出了一种较简单的算法。该法不考虑公交站点的性 质，假设乘客在各个站点下车的概率是一样的。通过先验矩阵计算各个o d 对之 间的吸引概率，从而计算最终的o d 分布矩阵【9 】。 ( 窑) f u r t h a n d n a v i c k ( 1 9 9 2 ) 的研究指出t s y g a l n i t s k y 的算法中的假设是不现实的， 尤其是当公交线路经过较明显的大吸引区( 如火车站、商业中心) 时会有较大的 误差【10 1 。 o y u w e i l i ，m i c h a e l j c a s s i d y ( 2 0 0 6 ) 等学者以前述方法为基础，在算法上进行 了一定的改进【1 1 1 。他们将一条公交线路所经过的站点按用地性质分为两类：住宅 区和其它( 尤其是吸引量大的地区，如火车站，购物中心等) 。通过居民出行目的 的抽样调查，分别计算乘客在两类站点下车的概率。以此为依据，计算各个o d 对之间的分配概率，最终得到各个o d 对之间的出行量。 4 第一章绪论 国外在o d 反推方面的研究起步早，相对比较成熟，为我国的相关理论研究 提供了较好地参考依据。 1 2 2 国内研究现状 国内对o d 矩阵反推方法的研究较国外要晚，关于公交o d 反推方法的研究更 少。公交o d 反推主要是基于调查数据统计分析得来。 机动车交通量o d 反推 研究最多的理论即根据路段车流量反推o d 矩阵。常用的推算模型有极大 熵模型，广义最小二乘模型，信息极小模型，极大似然模型等，并结合t r a n s c a d 、 m a t l a b 等软件进行o d 矩阵反推。研究较成熟，运用较多的极大熵模型的o d 反 推需要求解一个优化问题，运用的求解方法有牛顿法、l e v e n b e r g m a r q u a r d t 算法 ( 简称l m 算法) 等。牛顿法在实际运用中受到很多条件的限制。l m 算法是神经 网络、牛顿法与梯度下降法的全局搜索特性，但对初值准确性要求较高，易发散。 遗传算法作为一种模拟自然进化过程搜索最优解的方法，使用要求简单，但容易 发生过早收敛的现象。针对已有算法的不足，杜学艳、李平等学者提出结合遗传 算法和l m 算法的混合进化算法求解极大熵o d 反推模型【l4 1 。该法通过综合两种 算法的优势，使得模型的求解更快捷、精确。 如果o d 点对较多，根据路段流量进行o d 矩阵反推就可能出现解空间维数 过多，有可能反推结果和真实值有较大差距。为了克服这一缺点，于凯、李平等 学者提出基于转弯流量的o d 反推算法【l 们，他们认为转弯流量比路段流量提供了 更多的交通流信息，采用转弯流量进行o d 反推，能有效地降低可行解的空间维 数，但也只是侧重于理论方面的研究，没有实际运用。 公交出行人次的o d 反推 包括任其亮，彭其渊等在内的部分学者提出根据公交o d 矩阵与公交线路 的日均客运量以及区域人口、社会经济、用地性质等之间的内在联系建立一种免 o d 调查的公交客流o d 矩阵推算法【1 2 1 。该方法从公交客流产生的根本原因出发 进行推算，能够在节约成本和时间的情况下推算公交客流o d 矩阵。 窦慧丽，刘好德，杨晓光等学者通过公交出行行为特征调查分析，研究了公 交乘客出行站数的概率分布。基于公交乘客下车概率，以公交站点上下客人数和路 段客流量为约束条件，提出了单条公交线路客流o d 矩阵的推算方法，通过实例分 析，验证了该方法的可行性和有效性【2 3 1 。 朱从坤，丁建霆等人分析了公交乘客的下车行为，指出站点的用地性质对 乘客的下车情况有很大影响；引入吸引权系数，提出了由上下车人数推算单条公 第一章绪论 5 交线路量的结构化模型算法，并举实例进行了验i 正1 2 4 j 。 在我国，虽然近几年来对于o d 矩阵反推理论及算法的研究，已经受到了一 些学者的关注，但研究工作才刚刚起步，还未形成较完整的理论体系。不过，对 于o d 矩阵反推技术的应用，已逐渐受到交通规划、管理等部门的重视。下面是 o d 矩阵反推在我国部分城市的交通规划与管理中的几个应用实例【2 6 1 。 1 ) 大连理工大学应用数学系的吴大为等同志根据江苏省徐州市1 9 8 7 年4 月 的路段交通观测数据，以1 9 8 2 年徐州市交通调查得到的o d 表为初始矩阵，计算 了徐州市货车、客车、自行车和步行1 6 小时o d 矩阵和高峰小时o d 矩阵。同时， 吴大为等人将推算得到的o d 矩阵与1 9 8 2 年调查得到的o d 表对照，并合并为6 个大区对照，从而得到了徐州市1 9 8 2 年至1 9 8 7 年交通o d 分布变化规律。 2 ) 东南大学交通学院在进行国家“七五”攻关项目单向交通与专用道路设置条 件的研究课题研究的同时，结合济南市市中心旧区的单向交通网络规划进行了 实践。该规划区域包含1 0 0 个单向路段，3 4 个交叉口，按该网络的特点及交通状 况，确定了6 个出行起讫点( 3 6 个o d 点对) 。在进行该区域的单向交通网络规划 时，没有进行o d 调查，只进行了部分路段的交通量调查及路段车速调查。运用 s u m t 推算模型，根据4 8 个路段的观测交通量数据对o d 矩阵( 3 6 个o d 点对) 进行了反推，并将反推得到的o d 矩阵分配到多个单向规划网络方案上，对每个 规划方案进行交通质量评价，在此基础上产生了比较可行的单向交通网规划方案。 3 ) 公安部交通管理科学研究所在宁波市交通管理发展规划编制过程中，根 据1 9 9 9 年1 2 月调查所得的宁波市中心城区2 5 个交叉口的分流向流量数据，利用 t r a n s c a d 交通规划软件提供的o d 矩阵反推模块对宁波市中心城区o d 矩阵进行 了推算，并将所得的o d 矩阵在规划的道路交通网络上进行分配，以检验交通组 织管理措施( 单行线网络) 的预期实施效果。 国内外研究成果表明，在车流量的o d 反推方面，主要采用通过路段交通量 反推o d 矩阵发；在公交出行人次的o d 反推方面，主要采用免流量调查法和跟车 调查法。这两类方法各有特色，是否可以进行交叉融合呢? 在研究不同结构城市 的交通出行特征方面，大多理论也均是关于研究其适宜的交通方式、路网格局等 方面，几乎没有细化到如何进行o d 反推，不能更好地体现出行特征。 针对目前缺少结合城市形态，将车流量o d 反推与公交出行人次o d 反推进行 融合方面的研究，笔者认为有必要结合城市特征，研究适宜的公交客流o d 反推 方法。 6 第一章绪论 1 3 研究目的及意义 本文致力于研究多中心城市环境下公交客流o d 矩阵反推的方法。该项研究 具有如下意义： 为多中心城市的交通规划提供基础资料 公共交通是多中心城市的重要出行方式，对其进行合理的规划对于保证城市 交通的健康发展具有重要意义。而o d 需求矩阵是公共交通规划理论研究的首要 环节，如果这一环节的研究与实际的交通状况脱节，所得数据误差太大，就会造 成后续环节更加严重地偏离实际情况。因此，研究多中心城市的公交客流o d 矩 阵反推方法对于引导多中心城市公交规划具有现实意义。 为多中心城市的交通管理提供数据支持 对多中心城市来说，现状公交o d 矩阵反映中心之间、中心内部的客流分布。 交通管理者应对现状o d 矩阵加以分析，加强客流量过大方向的交通组织、管理 工作，保障各区域、方向客流的正常通行。 为优化多中心城市用地布局提供依据 公交o d 现状矩阵除了可以用于进行多中心城市公交规划的基础数据外，还 可以作为判断该类城市用地是否合理的依据。公交现状o d 矩阵不仅能从宏观上 反映一定区域之间的客流交换量，还能从微观上反映站点之间的客流交换量，且 两点间o d 值的大小反应了该方向上土地的产生吸引强度。按城市规划理论， 同等性质、规模的节点之间的o d 值相差不应太大，否则易影响到城市总体的出 行效率及资源的合理利用。所以，对现状o d 矩阵进行分析，找出流量分布欠合 理的区域、方向，有助于优化多中心城市用地布局。 为相关理论的进一步研究提供参考 目前的研究多为普遍环境下公交o d 反推的原理和方法。结合城市结构进行 o d 反推是目前研究较少的方面，这项研究能为加强一定城市结构下交通特性及 o d 矩阵反推法方面的研究提供参考。 1 4 研究内容和方法 1 4 1 研究内容 在分析多中心城市的基础设施特征、交通流特征的基础上，重点分析公交 出行特征，提出多中心城市公交客流特征； 分析机动车o d 反推法和公交出行人次的o d 反推法的特性，并提出适宜进 第一章绪论 7 行公交o d 反推的方法及具体操作步骤； 根据多中心城市公交客流特点以及各种o d 反推方法的适用性，提出公交 客流的层次性、交通分区的结构，并确定适合进行公交客流调查的交通分区划定 的方法： 客流的独立性、层次性及差异性决定进行不同层面公交o d 矩阵反推的方 法也应有所不同。分析各个层次o d 矩阵的反推方法、步骤，形成一套可操作性 强的多中心城市公交客流o d 矩阵反推法。 1 4 2 研究方法 本文以交通规划学、运筹学等理论为基础，按照“提出问题分析问题一解决问 题”的步骤进行。o d 反推的原理、方法及多中心公交客流的层次理论贯穿论文主 线。首先，提出目前研究领域o d 反推方法及其与城市结构相结合方面的局限性； 然后，分析数学规划模型，陈述机动车o d 反推法；分析统计分析法、应用数学 规划模型及规划软件，完善公交o d 反推法；将多中心城市公交客流分为两个层 次，利用经过优化处理后的统计分析、数学规划模型，结合规划软件，讨论各个 层次下o d 矩阵的具体反推步骤；其中，在交通小区的划分方面，采用适合进行 站点流量分析的聚类分析法。全文采用理论研究与实证研究相结合的方法进行， 在理论研究的基础上，以重庆市主城区公交线网为依托进行实证研究。研究技术 路线见图1 1 机动车公交客流 o d 反推法o d 反推法 i j ， l 两类方法的融合操作步骤l ， 多中心城市 公交客流o d 反推法 圃 图1 1 技术路线 f i g1 1r e s e a r c hf l o wc h a r 8 第二章多中心城市的公交客流特点 第二章多中心城市的公交客流特点 城市结构与交通出行存在明显的互动关系。城市结构决定其适宜的交通方式、 交通布局；同时，交通特征也诱导城市结构的形成和演变。因此，要研究多中心 城市结构下的公交出行特征以进行现状分析或交通规划，就必须先研究多中心城 市特征，尤其是交通设施特征，在此基础上进行交通流分析。 2 1 城市布局特征 图2 1 即单中心城市结构示意图，单个中心核心区用地过于集中、外围区土地 分散，中心与外围土地分布不均衡，整个城市居民的生产生活都需要集中到中心 区完成。单中心城市市中心人口过分密集，绿地面积少，基础设施缺乏，污染严 重，人均居住面积狭小，广泛存在就业及居住不平衡、中心地价过高、建设成本 昂贵、卫星城和城市中心区之间、长距离通勤、市中心交通拥挤等一系列社会、 交通方面的问题。 图2 1 单中心城市结构示意图 f i 9 2 1s t r u c t u r eo fs i n g l e c e n t e rc i t i e s 第二章多中心城市的公交客流特点 9 图2 2 多中心组团式城市结构示意图 f i 9 2 2s t r u c t u r eo fm u l t i - c e n t e rc i t i e s 图2 2 即多中心城市形态的结构示意图，城市由一个核心区和若干个副中心 区组成。一般来说，核心区指政治中心、金融、文化中心；其它副中心则包括信 息中心、娱乐中心、休闲中心、商务中心等。多中心城市环境下，每个中心区既 相互独立，又彼此紧密联系。中心内部有各自的配套设施，包括居住小区、购物、 医疗设施等，能满足当地居民的基本生活需求。中心之间的联系多为区域经济、 生活等方面的互动，并不存在明显的依存关系。居民出行不再蜂拥至核心区，造 成核心区交通拥堵。所以，居民出行主要为中心区内部出行。核心区与其它中心 区之间的出行主要表现为较有规律的上班、上学出行。例如，调查显示，重庆市 2 0 0 7 年主城区各组团内部出行比例平均为7 0 ，其中北碚组团高达9 0 t 2 5 1 。 多中心城市格局的形成有效解决了前期单中心城市出现的问题，以多中心、 组团式城市为例。多中心组团式城市形态的特点是在大城市郊区发展若干个相对 独立的组团，这些组团内的中心逐步发展成为城市的副中心，并与城市中心区互 相补充与竞争。整个城市以中心区为主呈多中心、分散式形态和手指状结构。这 种城市形态既避免了土地利用过分集中的特点，又避免了以汽车为中心的城市的 过度发展。目前，我国已有几个城市正逐渐形成多中心、分散组团布局的模式或 者正按此思想进行规划，如北京、广州、上海、重庆、厦门等。多中心城市布局 微观上集中体现某一特色，宏观上又具备均匀、分散的优点，是大城市发展的必 然趋势。 l o 第二章多中心城市的公交客流特点 2 2 多中心城市的交通基础设施特征 2 2 1 道路网特征 道路网是为机动车和非机动车提供运输的基础设施。为了区分路网类型，波 特( b o l t ，1 9 8 2 ) 对城市形态和交通运输进行了研究。波特把路网区分为两种形 式，方格网和三角形路网( 理想的环形路网) 。根据这两种基本形式，衍生出五种 路网形式：线性路网( a ) ，放射性路网( b ) ，环形路网( c ) ，方格网( d ) ，自由 式路网( e ) 1 5 j 。如下图2 3 所示。 ( a ) ( b )( c )( d ) 图2 3 路网基本类型 f i 9 2 3g e n e r a ls t y l e so fn e t w o r k ( e ) 一般来说，组合型城市或带状发展的组团城市( 如兰州) 为线性网络；放射 式路网适合于所有城市形态，但易于拥堵；环形路网是许多城市常用的路网，但 一般不是独立存在，需与其它形态相组合，如环形+ 放射形路网；方格网没有明 显的向心优势，城市各向发展均匀，中心优势不明显，一般大城市不会单独采用， 而是在某个组团中或者与其它路网构成混合式路网布局。自由式路网没有固定的 几何形状，变化多，非直线系数较大，国外的新城规划很多采用这种自由式的道 路系统。我国山区和丘陵地区的一些城市，也因地制宜地采用了自由式的道路系 统，道路沿山麓或河岸布置，如青岛、重庆等城市。 很多城市，尤其是大城市的路网形态都是以上几种基础路网的组合，包括总 体布局形态上的组合和同一城市内不同区位路网类型的组合。对于多中心城市， 通常是不同区位路网类型的组合。中心内部根据自身特征自成路网，中心之间用 联系通道相连接。总体来说，多中心、组团式的城市道路网一般以中心或组团为 单位，由多个单位主体相连而成。如秦皇岛市道路网为：自由式+ 方格网+ 自由式 & 方格网；重庆市道路网也以组团为单位，由于其地理形态基本一致，每个中心 组团路网结构均为自由式，即“自由式+ 自由式+ 自由式”结构。如图2 4 。 第二章多中心城市的公交客流特点 图2 4秦皇岛市路网组合示意图 f i 醇4c o m b a n a t i o ns t r u c t u r eo fn e t w o r ki nq i n h u a n g d a o 通过以上分析可知，多中心、组团式城市的路网形态以中心或组团为单位， 具有多样性、独立性等特点，其中心或组团之间的衔接道路( 即区域间干线) 功 能明确，在研究中心或组团之间的交通流量特性方面有重要作用。道路网是公交 线网的构成基础，故研究区域之间衔接道路上的公交线路是进行区域间公交客流 分析的有效途径。 2 2 2 常规公交线网布局特征 对多中心城市而言，如果把每个中心主城区都划分为中心区、主城区其它范 围，这样城市中心内部的常规公交线网的几何形态可以概括为以下几种 1 6 】 1 7 】：c t l ， 切线型，“2 ”射线型，“3 ”直线型( 穿越中心) ，“4 ”直线型( 不穿越中心) ，“5 ” 环线型。 图2 5 城市中心公交线网的基本几何形态 f i 醇5g e n e r a lm o r p h o l o g yo f b u sn e t w o r k 线路从小的方面解决沿途居民的乘车需求。作为一个城市来说，包括几十条、 几百条甚至更多的公交线路，从而构成公交线网，从大的方面解决一个区域的居 1 2 第二章多中心城市的公交客流特点 民乘车需求。常规公交线网布局基本上依据现有的道路网系统，但它又不拘泥于 单条道路的走向，而是根据客流的流向需要，将干道、支路等自由连接起来成为 固定的公交线路。 通常的公交线网类型有：放射型、棋盘型、环线型、干线+ 支线型【l 引。 放射型路网情况下，各区域居民可以直接往返于城市中心，但是容易造成市 中心的用地紧张、交通拥堵。该路网不适合单独用于多中心城市，容易导致换乘 次数增加；棋盘型公交网一般有直线、环线、射线等基本线路构成，构成布局整 齐、水平和垂直线路交叉分布的线网，适合城市客流集散点较均匀分布的城市， 但交叉口过多，在城市交通瓶颈地段容易引起交通堵塞；环线型公交网一般由环 线和射线相交构成，能使城市不同方向的居民出行比较便捷；干线+ 支线型，由 主干线和部分支线构成，线路类型根据流量大小确定。 一般多中心城市的公交线网中心之间由环线和射线构成，内部则主要由干线 + 支线构成。中心内部的交通枢纽有很重要的作用，它是区域之间公交线路的集 散地，在不干扰区域内部线网的前提下，保证区域之间的客流通畅。 2 2 3 轨道交通线网布局特征 相比常规公交，轨道交通具有容量大、速度快等优点，但其造价较高，布线 难度较大。轨道交通线路的基本几何形态与常规公交相似，经常采用环线+ 射线 的线网布局，走向趋于产生、吸引量大的区域。在发展比较成熟的大城市，轨道 交通线网遍布整个城市区域，构成区域之间及区域内部相联系的主骨架。 轨道交通线路之间、轨道交通与常规公交之间大型的枢纽站线路集中，换乘 客流较多。在多中心城市，轨道交通是居民远距离出行、快速出行的骨干交通方 式。轨道交通线网形式包括放射型、环+ 射线型、方格型、自由型( 遍布整个城 市网络) ，其中中心区域环线+ 区域间射线+ 支线是多中心城市普遍采用的线网模 式。许多发达国家的大城市，轨道交通网络的建设已经比较完善。我国大城市的 轨道交通基本处于起始阶段，除了北京、广州等城市的线网相对比较成熟外，其 它城市线路还不成网络，有待继续完善，常规公交仍然是公共交通的主体。 2 3 公交客流特征 参考现有多中心城市交通特征，公共交通是其主要的交通方式。对发展较成 熟的多中心城市，容量大、方便、高效、快捷的轨道交通或快速公交是中心之间 联系的主要方式，中心区内则主要依赖常规公交；对多中心格局还未发展成熟时， 常规公交代替轨道交通发挥其区间通达骨干作用，在轨道交通发展至一定阶段后， 第二章多中心城市的公交客流特点 成为区内出行的主要方式和区间出行的辅助方式。下面对多中心城市的公交客流 特性做简要的分析。 上节分析表明，多中心城市的路网、线网都体现以中心为单元，中心之间以 骨架设施相衔接的布局特征，这是城市结构与公交客流相互作用的结果。以多中 心、组团式城市为例，它把城市交通问题单元化，即使各个单元内的公交客流方 向及强度做无序运动，但其范围较小，对整个城市的交通组织与交通秩序并不产 生很大的直接影响。该类型城市公交客流特点为总体流量分散于各中心、组团， 中心、组团内部客流占主导，全日持久负荷但压力分散且不高，如表2 1 。该类城 市需在保障中心、组团内部通畅的同时，加强各个单元之间的沟通与联系。代表 城市为重庆、秦皇岛。 表2 1 城市形态和公交特征表 道路设施公交设施 公交客流公共交通代表 结构类型空间负荷时间负荷 特征发展方向城市 特征特征 全日持久负 合理布线，增加 北京、 单中心 随意、多方 公交网 运力，公交优先， 荷，客运高峰沈阳、 同心圆式 位 全方位负荷 引导城市多中心 尤为繁重 成都 发展 多中心、 中心内部 总体流量分散 全日持久负 中心间发展快速 荷，压力分散 公交、轨道交通， 重庆、 组团式 占主导 于各中心内部常规公交为 秦皇岛 且不高 占主导 ( a ) 单中心城市( b ) 多中心城市 ( a ) s i n g l e c e n t e rc i t i e s ( b ) m u l t i - c e n t e rc i t i e s 图2 6 城市结构和公交客流特征分布示意图 f i g 2 6c i t ym o r p h o l o g ya n db u sp a s s e n g e rf l o w 1 4 第二章多中心城市的公交客流特点 中心之间的线路往往覆盖所经过的中心内部的一定区域，在满足区间出行的 同时服务内部出行。就多中心城市的常规公交而言，中心之间线路较长，路线班 次少，可选择性小，乘客对换乘次数、出行费用、拥挤程度等方面的要求都要低 一些。相反，占多数的中心内部出行，由于去出行距离较短，路线班次较多，可 选择性大，由此乘客对上述相关指标的要求就相对高一些。可见，多中心城市的 公交客流具有独立性、层次性及差异性等特征。 2 4 多中心城市公交模式的发展方向 为满足人们的出行需求，单中心城市的公共交通模式一般为“条条路线通核心 区”，线路错综复杂，重复系数高，当城市发展到一定规模时，极易出现交通拥堵， 也影响到其它交通方式的出行。而对于多中心城市而言，由于其主要出行范围为 内部出行，中心区内也配备有完善的交通枢纽，其交通模式只要构建满足区内出 行的线路网，并注重中心区之间的衔接就能较好地满足居民出行需求。 多中心城市格局也决定了其适宜的交通系统，就其城市特征而言，公共交通 无疑是最适宜的交通方式。一般来说，中心区内部面积不大，人均出行距离短， 常规公交就能满足大部分出行需求。中心区之间，一般相隔较远，为了提高出行 效率，最适宜的方式为轨道交通或快速公交，在条件不成熟时发展常规公交。下 面分别说明各种情形下的适宜公交发展模式。 中心区内部 中心区内部形成以常规公交为主题的线路布局，特点与单中心城市类似。将 中心区单独考虑的时候，可以考虑将其进一步细分为内部核心区和内部外围区。 就中心区内部而言，其出行规模、出行性质、地域面积决定了其不能或不能完全 依赖轨道交通等长距离运输方式，而常规公交作为经济、灵活、便捷的交通方式 无疑是首选。线网布局与道路布局有很大的关系，中心区内部的线路主要可分为 普线和支线。普线主要可用于内部核心区域，或其与内部外围区之间的联系，可 呈环形或放射形。支线主要用于增强普线的连通性，加强外围区域之间的联系。 内部核心区与外围区交界处设置交通枢纽，用于常规公交的集散，枢纽规模依客 流量大小确定。布局示意图如下图2 7 。 第二章多中心城市的公交客流特点 图2 7 中心区内部常规公交线网模式示意图 f i g 2 7c i t ym o r p h o l o g ya n db u sp a s s e n g e rf l o w 中心区之间 中心区之间客流出行距离大、客流量较大，中心、组团之间适合发展较大运 量、快速的交通方式，如轻轨、快速公交。我国的重庆、南通、秦皇岛在交通规 划中都提出以轻轨连接城市各中心、组团【1 9 】。 中心区之间的交通建设应发挥交通对城市空间结构调整的带动和引导作用， 积极推广以公共交通为导向的城市开发模式( t o d ) ，以大运量快速交通为先导 引导沿线的土地开发，优先建设联系中心城区的轨道交通。科学制定交通设施的 建设和土地开发利用最佳的建设时序，建设片区间连通性道路。在开发模式上采 用综合、立体、集约化方式，最大程度地发挥土地利用效能，结合交通设施的布 局，重点针对轨道和快速公交沿线、公交枢纽和主要站点周边地区的开发建设划 置交通引导建设区。中心之间用轨道交通或快速公交连通，服务城市居民需求的 同时引导城市发展，是最经济、科学的交通发展模式。如图2 8 。 1 6 第二章多中心城市的公交客流特点 图2 8 多中心、组团式城市公交发展模式 f i g 2 8b u sn e t w o r km o d e lo fm u l t i c e n t e r & g r o u pc i t i e s 可见，无论从交通现状分析还是从交通规划的角度来说，多中心城市的居民 出行都体现以中心为单元，中心之间以内部枢纽为节点，连接线路层次分明，交 通压力分散且不高的特征。 2 5 本章小结 本章主要概括了多中心城市的路网特征、公交线网特征、交通流特征，提出 了多中心城市公交模式发展的方向。 多中心城市公交客流特点为总体流量分散于各中心、组团，中心、组团内部 客流占主导，全日持久负荷但压力分散且不高，其公交客流具有独立性、层次性 及差异性等特征。 对多中心、组团式城市而言，中心、组团问路网结构简单(