1、本科毕业论文（20 届）基于 GIS 的城市轨道交通对沿线交通可达性的影响研究以福州市轨道交通 1 号线为例所在学院专业班级 测绘工程学生姓名指导教师完成日期基于 GIS 的城市轨道交通对沿线交通可达性的影响研究以福州市轨道交通 1 号线为例【摘要】近年来,为适应城市发展的需要，福州城区着手轨道交通设施的建设。为了解轨道交通对城市交通状况是否具有改善作用，需要对其影响程度进行调查分析。本文围绕福州市轨道交通 1 号线的典型路段和站点，利用 GIS 软件的地图数字化和空间分析功能对研究区线路的数据进行处理，分析轨道交通沿线的交通区位现状及公交可达性的评价。通过对比 1 号线开通前后的交通状况，表
2、明轨道交通对沿线交通可达性具有促进作用。【关键词】城市轨道交通；GIS；交通可达性目录1. 引言 .11.1 研究背景 .11.2 研究目的和意义 .11.3 轨道交通 1 号线概况 .12. 数据资料 .12.1 数据来源 .12.2 数据预处理 .13. 以火车站-斗门站为例研究 1 号线对交通区位的影响 .33.1 站点附近交通区位的现状分析 .33.2 斗门站附近居民出行方式调查分析 .44. 1 号线对公交可达性的影响 .44.1 公交可达性及评价方法 .44.2 以火车站到达西湖站为例的公交可达性评价 .54.3 可达性变化率评价 .65. 结语与展望 .75.1 结语 .75.2
3、 展望 .7致谢语 .8参考文献 .911. 引言1.1 研究背景当前，伴随经济社会的高速发展，城市化水平的提高，人口压力不断增大，地面交通的负担也在日益加剧。轨道交通作为一种大容量、快捷、安全、环保的新型交通工具，逐步走入人们的视野。追溯到上个世纪末，国家着手在部分城市建设轨道交通设施。其中，福州市作为全国“十二五”规划落实的主要城市之一，发展重心落实到优势交通，益于城市发展。根据福州市城市综合交通规划(2010-2020)提出，福州交通发展的最终选择应以公共交通为主，构建集约化紧凑型的交通体系。同时借助自身优势，致力于实施沿海战略，打造以“一中心区三轴线八新城”的城市空间格局。结合海西规划
4、进一步推动轨道交通建设工作，实现格局的部署。1.2 研究目的和意义轨道交通可以有效地缓解交通的负担，提高沿线交通可达性，降低乘客的出行时间成本。可达性指通过一定类型的某种交通工具从某一区域到达目的区域的便利程度，反映出空间实体之间克服距离障碍进行交流的难易程度，表达了空间实体之间的疏密关系 1。结合互联网数据，借助 GIS 技术对福州轨道交通 1 号线沿线的交通状况进行分析，研究 1 号线对沿线交通可达性的影响，预测轨道交通建成后对交通区位和公交可达性的改善状况。1.3 轨道交通 1 号线概况福州市轨道交通 1 号线连接南北城区，全长 29.2 km，北起新店北部秀峰路，南至东部新城。其中包括
5、地下段 24.55 km，高架线段 4.0 km，敞开段 0.65 km。全线共设 24 座车站，其中地下 2 层站 17座，地下 3 层站 3 座，高架 3 层站 4 座。最大站间距为 1.896 km，最小站间距为 0.869 km，平均站间距为 1.237 km。本文研究主要截取福州火车站至火车南站段，共 18 座车站，路线穿过中心城区，连接鼓楼、台江、仓山三个区。2. 数据资料2.1 数据来源本研究所采用的数据是通过稻歌 V2.2 软件截取关于福州市城区的街道地图，空间分辨率为 1.19 m。2.2 数据预处理在 ArcMap 中添加福州市城区的街道地图作为数字化底图。参考互联网中关于
6、福州市轨道交通 1号线的资料分别建立站点和线路图层，之后在站点图层中标记出每个站点的位置。再在线路图层中将各点用线连接，并在属性表中添加站点名、线路名。对轨道交通 1 号线站点周围 500 m 范围内做缓冲区，将缓冲区范围内的道路分成主干路、次干路和支路三个等级，并分别使用不同粗细和不同的颜色样式在底图中标记，构成 1 号线沿线交通线路图，如图 1 所示。统计站点附近各等级道路数量，计算各站点道路密度 2，并得出 1 号线沿线总体道路密度为 6.82 km/km2,见图 2。2图 1 轨道交通 1 号线沿线交通线路图02468101214火车站斗门站树兜站屏山站东街口站南门兜站茶亭站达道站上藤
7、站三叉街站白湖亭站葫芦阵站黄山站排下站城门站三角埕站胪雷站火车南站道路密度/(km/km2)图 2 轨道 1 号线各站点 500 m 缓冲区道路密度33. 以火车站-斗门站为例研究 1 号线对交通区位的影响3.1 站点附近交通区位的现状分析福州站地处晋安区华林路终段，作为福建地区最大的客运枢纽站之一，每年旅客发送量可达 1300万人次。但是，随着城市的发展，人口的增加、车流量不断增多，福州站至斗门附近的道路时常发生交通滞留的状况，对进出火车站的客流造成严重的不便。1 号线建成后，轨道站点的设置是否会对附近的交通状况产生影响。因此，需要对站点附近交通区位的条件进行研究。以站点 500 m 缓冲区
8、内三个等级的道路作为影响因素赋予不同权重，对主干路、次干路、支路的250 m 缓冲区，依次赋值 3、 2、1。通过 ArcGIS 叠加分析，得到 1-2、3-4、5-6 三个范围数值，分别对应三级区位、二级区位、一级区位，数值越大交通区位条件越好，见图 3；对斗门站点 500 m 缓冲区中的居民点进行标记，了解其分布情况，见图 4。图 3 叠加分析处理后的交通区位 图 4 斗门站 500 m 缓冲区居民点分布情况从图 3 中可以看出，斗门站点周围的交通区位条件明显优于其他区域，而火车站交通区位条件一般。根据城市道路交通规划设计规范，人口数量在 200 万以上的城市三级道路总体密度应满足5.0-
9、6.6 km/km2 之间的要求。 2.2 中显示，1 号线沿线总体道路密度为 6.82 km/km2，略高于标准，而火车站的道路密度偏低，斗门站则超出标准水平，道路分布过于密集。从图 4 中看出，斗门站附近有 3 条主干路，5 条次干路，5 条支路；次干路的分布较离散，主干路承担的交通压力大；支路主要作为街巷连接居民点，用于居民进出，无法分担主干路大量的车流。而且，调查过程中，发现该地区居民主要的出行方式为步行与私人机动车，客流与车流混合汇入干路当中，将会加重目前道路堵塞的状况，也给居民的出行造成不便。火车站道路数量少，附近仅 1 条次干路与其支路用于引导车流通行。目前，该路段采取单行道的措
10、施来减少交通拥堵的情况。但通过实地考察，发现站前广场的交通情况比较复杂，接送车辆乱停车与营运车辆停靠点设置不当，占用主车道。整体车流的通行效率低下，高峰时期堵塞的情况仍有发生。私人机动车、公交车、进出站的客流共同交汇，极易产生严重的交通问题。4通过分析，认为火车站-斗门站段的道路通行能力较差，道路密度分布失衡，容易造成集中时间内主要道路车流和人流量的激增，导致交通拥堵。3.2 斗门站附近居民出行方式调查分析目前，轨道交通对其沿线交通区位的影响主要由客流出行方式的转化体现，通过吸引搭乘公交或者驾驶机动车的客流。在一定程度上，将减少地面上机动车的数量以及公交客流量饱和现象的发生。由于火车站附近多为
11、流动客流，居民点较少，不确定因素较多。故以下仅针对斗门站附近居民进行意向调查，研究 1 号线建成后是否会改变该地区客流的出行方式。将斗门站附近居民日常出行方式分为步行、自行车、常规公交、私人机动车。调查方法为问卷形式，共调查 100 位居民，实收 100 份，调查结果见图 5。 0%20%40%60%80%100%出行方式比例/(%)1号 线 开 通 前 40% 12% 22% 26% 0%1号 线 开 通 后 8% 0% 2% 3% 87%步 行 自 行 车 常 规 公 交 私 人 机 动 车 轨 道 交 通图 5 1 号线开通后斗门站附近居民出行方式比例的转变调查结果显示，1 号线建成后，
12、斗门站居民日常出行方式的比例均发生明显下降，接近九成的居民会选择直接或间接搭乘轨道交通出行。其中，私人机动车出行比例的下降，将减少斗门附近居民点汇入干路的车流量，从而恢复支路分担主路车流的功能，减轻主路的交通压力。轨道站点设置在地下，斗门站周围 500 m 区域内的居民可选择步行通过地下通道搭乘轨道交通，避免与地面车辆交汇，减少因人车混流造成交通拥堵的状况。而搭乘轨道交通前往火车站的旅客可以通过地下通道直接进入候车大厅，极大地缩短了乘车的时间成本。随着轨道交通设施的逐步完善，将改变目前沿线交通拥堵的常态。通过转变客流的出行方式，将有效地解决该地区因人员密集、车流量饱和造成的交通问题，提高道路通
13、行效率，改善交通区位的条件。通过地图的可视化，分析轨道站点的设置对周围交通区位的影响。并且，延伸至整条线路，如东街口、台江、三叉街等居民点密集、道路密度大的地区都可以应用斗门站的分析模式。1 号线将南北火车站、汽车站等交通枢纽连接起来，形成高效、便捷的交通网络，在提高其交通可达性的同时，也为大量流动客流提供了更为便捷的交通出行方式。4. 1 号线对公交可达性的影响4.1 公交可达性及评价方法5公交可达性指线路中任意站点到其他站点的最短时间成本。本文对可达性评价的方法是通过 GIS网络分析功能推算两点间最优路线，计算最短时间成本。参考黄晓燕等对可达性变化率的计算方法评价 1 号线对公交可达性的影
14、响 3。计算公式如下：(1)0R1PSAR 表示可达性变化率，A P 表示 1 号线建成前公交可达性的状况，A S 表示 1 号线建成后公交可达性的状况。另外，需要对公交可达性评价过程提出以下假设：(1) 忽略换乘等待的时间；(2) 轨道站点与公交接驳设施距离不超过站点 500 m 范围；(3) 忽略换乘过程中轨道站点与公交接驳设施间步行的时间；(4) 统计内容包括 1 号线任意两个沿线站点间的时间成本，以及任意沿线站点到达重点区域(商业中心和风景区)的时间成本。4.2 以火车站到达西湖站为例的公交可达性评价根据福州公交线路，推算出火车站到达西湖站间最优公交路线。图 6 火车站到达西湖站间公交
15、路线图从图 6 得出的 A、B、C 三条路线中， A 段到达市卫生厅后需要步行前往目的地，而 C 段路线长且站点多，故选择 B 段作为最优路径，线路长 4.6 km。考虑到该段公交线路经过繁华路段及多个红绿灯十字路口，一般情况下公交运行平均速度为 20 km/h，站点停靠时长平均为 0.25 min，则平均花费的时间约为 17 min。轨道交通运行过程主要在地下区域，可避免来自地面上各种因素造成的交通问题，包括红绿灯等待。减少了不稳定因素造成的时间成本。城市轨道交通运行速度可达 40 km/h 以上，考虑到停靠站点与进出站时需要减速，平均速度为 36 km/h，从火车站到达西湖站的搭乘选择可以
16、通过 1 号线火车站点到达屏山站，目前火车站到达屏山站的距离约为 3.6 km，则搭乘所花费的时间为 6 min。到达屏山站后换乘公交前往，花费的时间约为 13 min。此模型可运用于相同类型路线的计算，因此需要对火车站到其他站点进行统计，见表 1、2。6表 1 火车站到重点区域(商业中心和风景区)的最短时间成本重点区域(商业中心和风景区)金鸡山公园西湖东街口(三坊七巷)于山（五一广场）乌山宝龙城市广场中亭街台江步行街学生街城市广场金融街万达广场1 号线开通前时间成本/(min ) 13 17 17 20 20 32 37 32 45 441 号线开通后时间成本/(min ) 13 13 8
17、16 18 20 20 21 23 31表 2 火车站到沿线站点的最短时间成本轨道站点斗门站树兜站屏山站东街口站南门兜站茶亭站达道站上藤站三叉街站白湖亭站葫芦阵站黄山站排下站城门站三角埕站胪雷站火车南站1 号线开通前时间成本/(min)4 9 11 17 22 24 29 31 34 37 50 45 48 50 54 60 651 号线开通后时间成本/(min)2 6 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 344.3 可达性变化率评价通过 4.2 中表 1、2 统计数据的模式，对其他轨道站点进行统计，得出 1 号线开通后公交可达性变化情况。见表 3。
18、表 3 1 号线开通后公交可达性变化情况参数 时间成本(未开通轨道交通)/(min) 时间成本(开通轨道交通)/(min) 变化程度/(min ) 变化率 /(%)1 号线沿线站点到沿线站点 28.2 12.77 15.43 54.711 号线沿线站点到重点区域 25.88 16.88 9.0 34.78表 3 中可以看出，1 号线沿线站点到其他站点的变化率超出 50%，变化程度明显；沿线站点到重点区域的变化率达到 30%以上。因此， 1 号线运营后，将会有效地改善沿线的公交可达性。一方面在时间成本上大幅度地减少，会吸引沿线市民选择公交出行，提升其出行比例。另一方面，随着进出商业中心和风景区便
19、利程度的提高，将吸引大量客流涌入，刺激消费，带动经济的发展。同时，随着轨道交通的发展，与常规公交的衔接将更为紧密。换乘站点的设置、接驳公交网络的布设，都将为轨道交通站点附近的公交可达性带来显著提升。城区现期规划的路线也会逐步转变成与轨道交通相协调的方向，站点步行可达的范围附属有常规公交站点，方便市民的换乘。75. 结语与展望5.1 结语本文基于 GIS 技术对福州轨道交通 1 号线沿线的交通状况进行分析，得出轨道交通的建设对其沿线的交通可达性具有改善作用。由于本文主要依据地图数字化所呈现的结果对部分线路或站点的分析，分析过程存在不足，缺少对总体数据的统计与平均水平的准确了解，无法清晰描述每个站
20、点的情况。希望通过更深入的学习后对现有内容进行更全面的补充与创新。5.2 展望通过本次研究，展望福州城区的交通体系在未来发展的方向可分为以下两点：(1) 构建以轨道交通为核心的路网系统在轨道站点的影响范围内，以站点为核心，围绕周围各等级道路，强化主干路的骨干地位。并结合客流活动空间的建设，完善支路网，突出乘客与轨道站点的关系。构建客流通道与车流通道相互分离的路网系统。(2) 以优先发展公共交通为原则，强化轨道交通与其他出行方式的关系围绕站点核心区域，设计轨道交通与其他方式之间接驳设施的布局。根据客流主要换乘的交通方式，如步行、常规公交、个人机动车等，以类似“人行通道公交站台机动车停车场”的次序进行布局 4，保证大部分客流的通行效率。随着城市化进程的加快，轨道交通作为提高城市化水平的“名片” ，正逐步影响城市居民的日常生活。截止至 2015 年，1 号线全线竣工，南标段已进入试运营阶段。市区内轨道交通的建设正处在一个蓬勃向上的时期。研究的过程中发现，1 号线建成后虽然在一定程度上提升了城市交通可达性，但是其所服务的范围比较局限，轨道站点覆盖的范围小，轨道交通线路外围的交通可达性没有得到很明显的提升。因此，下一步需要加快建设其他轨道交通线路，完善福州城区整体的交通结构。
