一种基于可达性的市域轨道交通换乘节点选址方法

技术领域

本发明属于交通技术领域，尤其涉及一种基于可达性的市域轨道交通换乘节点选址方法。

背景技术

市域铁路主要服务于城市与郊区、中心城市与卫星城、重点城镇间的通勤、通学及商务客流，为了保障旅客便捷出行，同时不影响市域铁路和城市轨道的运行，市域铁路线通常在城市边缘与地铁、有轨电车等城市轨道交通衔接，从城市外围到城市中心地带通勤旅客的出行过程如图1，当市域轨道与城市轨道交通有两个及以上的衔接点时，换乘节点的选择通过影响旅客的出行路径影响旅客的出行时间，换乘次数过多及出行时间过长均会降低旅客对市域铁路的选择意愿。在市域铁路与城市轨道换乘站点选择时，应保证换乘站点到城市轨道的其他所有站点的便捷性，即保证旅客换乘的便捷性。所选择的换乘节点的衔接线路数量越多，与其他节点间联络性越强，通达区域越广泛，到达其他所有节点的便捷程度也就越高，即该节点就具有突出的地位，市域铁路旅客在该点换乘到达城市内部各区域的困难程度越低。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于可达性的市域轨道交通换乘节点选址方法，解决了传统空间句法所得到的轨道交通节点可达性只考虑了站点之间的换乘次数，而忽略了各点连接线路上站点数量的影响的问题。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种基于可达性的市域轨道交通换乘节点选址方法，包括以下步骤：

S1、根据市域铁路规划线路以及轨道交通线路分布，确定市域铁路与城市交通的换乘点备选集；

S2、根据所述换乘点备选集绘制城市交通拓扑图；

S3、根据所述城市交通拓扑图，利用改进空间句法计算得到市域轨道备选换乘节点可达性；

S4、根据所述市域轨道备选换乘节点可达性，完成市域轨道交通换乘节点的选址。

进一步地，所述步骤S3包括以下步骤：

S301、根据所述城市交通拓扑图，确定两个换乘节点间的换乘次数；

S302、根据所述两个换乘节点间的换乘次数计算得到城市交通拓扑图中某换乘节点到其他所有换乘节点的平均深度值；

S303、根据途径站点数计算得到额外的换乘次数，并根据所述额外的换乘次数以及平均深度值计算得到修正后的平均深度值；

S304、对所述修改正后的平均深度值进行标准化处理，得到不对称值；

S305、根据所述不对称值计算得到市域轨道备选换乘节可达性。

再进一步地，所述步骤S303中额外的换乘次数的表达式如下：

f

其中，f

再进一步地，所述步骤S303中修正后的深度值的平均值的表达式如下：

其中，MD

再进一步地，所述步骤S304中不对称值的表达式如下：

RA′

其中，RA′

再进一步地，所述步骤S305中市域轨道备选换乘节可达性的表达式如下：

AI

其中，AI

本发明的有益效果：

(1)为解决传统空间句法所得到的轨道交通节点可达性只考虑了站点间换乘次数的问题，本发明对传统空间句法进行改进，考虑轨道交通途经站点数对平均深度值的影响，通过将途经站点数换算为额外的换乘次数对平均深度值进行修正，从而得到轨道交通节点可达性，并提出基于可达性的市域轨道交通换乘节点选址方法。

(2)为解决市域铁路与城市内部轨道交通换乘节点的选址问题，基于对可达性内涵及市域铁路乘客出行过程的分析，本文将改进空间句法得到的节点可达性用于市域铁路与城市轨道交通的换乘节点选址，提出了基于轨道交通节点可达性的市域轨道换乘节点选址模型，并用该模型解决成都市市域铁路与轨道交通换乘站点选址的问题，对市域铁路与轨道交通换乘站点选址具有参考价值。

附图说明

图1为背景技术中的通勤旅客出行过程图。

图2为本发明的方法流程图。

图3为本实施例中站点数与换乘次数的关系示意图。

图4为本实施例中成都市网络拓扑连通图。

图5为本实施例中成都轨道交通连接关系图。

图6为本实施例中备选换乘站点衔接线路情况图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例

节点可达性可以量化节点在交通系统中重要程度，但按照传统空间句法所得到的轨道交通节点可达性只考虑了站点之间的换乘次数，而忽略了各点连接线路上站点数量的影响。为解决市域铁路与城市内部轨道交通换乘节点的选址问题，对空间句法进行改进，提出基于可达性的市域轨道交通换乘节点选址方法。如图2所示，本发明提供了一种基于可达性的市域轨道交通换乘节点选址方法，其实现方法如下：

S1、根据市域铁路规划线路以及轨道交通线路分布，确定市域铁路与城市交通的换乘点备选集；

S2、根据所述换乘点备选集绘制城市交通拓扑图；

S3、根据所述城市交通拓扑图，利用改进空间句法计算得到市域轨道备选换乘节点可达性，其实现方法如下：

S301、根据所述城市交通拓扑图，确定两个换乘节点间的换乘次数；

S302、根据所述两个换乘节点间的换乘次数计算得到城市交通拓扑图中某换乘节点到其他所有换乘节点的平均深度值；

S303、根据途径站点数计算得到额外的换乘次数，并根据所述额外的换乘次数以及平均深度值计算得到修正后的平均深度值；

S304、对所述修改正后的平均深度值进行标准化处理，得到不对称值；

S305、根据所述不对称值计算得到市域轨道备选换乘节可达性；

S4、根据所述市域轨道备选换乘节点可达性，完成市域轨道交通换乘节点的选址。

本实施例中，问题假设：

(1)各换乘节点换乘方式、走行距离、换乘时间、换乘费用均保持一致，即在各换乘站点处换乘便捷程度一致。

(2)备选换乘节点有足够大的换乘能力。

(3)市域铁路与城市轨道交通线路运输能力匹配。

(4)市域铁路站点分布已知。

(5)所选换乘站点总数已知。

本实施例中，基于换乘站点可达性计算方法，空间句法中的不对称值可量化节点与节点、节点与系统之间的可达性关联特征，同时为了进一步量化分析网络的可达性以及扩大可达性的适用范围，利用了深度值、平均深度值、不对称性值、可达性评价指标等变量。

(1)深度值。两个节点间的深度值即两个节点间的最短路程，最短路路程主要表达为空间上需要转换的次数，而不是指实际距离。城市轨道交通节点的深度值可理解为两个节点间的换乘次数。

(2)平均深度值。网络中某个节点到其他所有节点的深度值的平均值，即称为该节点的平均深度值，某节点的平均深度值大小表示从该节点到其他所有节点需要转换的次数多少，从而体现从该节点到其他所有节点的平均便捷程度，即：

式中：n为拓扑图中所有点的个数；d

(3)不对称性值。由式(1)可知平均深度值大小由网络中节点联系情况及节点数量决定，为排除网络节点数量对深度值的影响，比较不同规模的网络中节点到达其他点的便捷程度，提出了相对不对称值，即对平均深度值进行标准化。计算公式为：

RA

(4)可达性评价指标。不对称值可作为可达性评价指标，但通常认为可达性数值越大，节点便捷程度越高，为了更直观的比较可达性的大小，以RA

AI

通过上述计算，可得到城市轨道交通线网中各站点的可达性，但分析式(1)可知，在任意轨道交通站点可达性的计算中只考虑到了该站点到其他站点所需要的换乘次数，没有考虑两点之间连接线路的站点数量，在实际的情况中，途经站点数，也会对可达性造成一定的影响，旅客在选择出行路径时，往往也会均衡考虑途经站点与换乘次数。因此，对空间句法进行改进，将任意两个节点间的站点数转换为额外的换乘次数，从而考虑站点数量对可达性的影响。

本实施例中，根据以往的研究可知可达性与出行时间和费用并非是简单的线性关系，因此以分段函数表示途径站点数与换乘次数之间的转换关系，在每一段中，可近似认为换乘次数为途经站点数的线性函数，且每段分段函数的斜率相同。将站点数折算成换乘次数的关系如图2所示。由站点数换算得到的额外换乘次数计算公式为：

f

式中：f

本实施列中，当途经站点数转化为额外的换乘次数之后，将其和实际换乘次数分别按照一定权重引入平均深度值的计算，改进后的平均深度值、不对称值和可达性计算公式分别为式(5)、(6)、(7)。

RA′

AI

式中：MD

本实施例中，以成都市市域铁路与城市轨道交通换乘站点选址为例。根据相关规划，成都枢纽环线将利用既有铁路资源开行高密度公交化列车，市域铁路全长55.13km，平均站间距3.9km，枢纽环线基本平行与地铁7号线与9号线，与城市轨道交通在城区多点换乘，已知市域铁路枢纽环线共设置站点14个，需要选择7个与城市内部轨道交通衔接的换乘站点。根据成都轨道交通线网规划与市域铁路规划站点分布，考虑线网衔接、功能定位地区经济发展等要素，确定成都环线市域轨道交通线网中基本满足换乘设置要求的节点共计10个，成都市域轨道交通备选换乘节点及其衔接情况如表1。表1为成都市域铁路与轨道交通备选换乘节点及衔接条件。

表1

本实施例中，基于成都市轨道交通线网规划图得出成都轨道13条线路的拓扑连通图如图4，通过对成都轨道交通线网规划图进行简化得到成都轨道各站点连接关系图，如图5。

本实施例中，根据成都市地铁收费标准，可知成都市票价变更点分别为4公里、8公里、12公里、18公里、24公里、32公里。根据成都地铁1号线平均站距为1公里，故将站台数量4站、8站、12站、18站、24站、32站作为票价变更的分界点，即确定参数w

修正的换乘次数为实际换乘次数和由换乘节点转化的换乘次数之和，在计算节点的可达性时，可认为旅客始终选择修正换乘次数最小的路径出行。取λ的值为0.5，故利用站点数修正后的换乘次数计算平均深度值的公式如下：

本实施例中，备选换乘站点衔接线路情况如图6。根据公式(6)、(7)、(8)(9)计算成都市域铁路与城市轨道交通备选换乘节点可达性结果如表2，表2为成都市市域铁路与轨道交通备选换乘节点可达性分析。

表2

本实施例中，火车北站、成都西站、火车南站、红牌楼站、洞子口站、驷马桥站、府青路站、四川师大站、武侯大道站分别位于图4中的点15、54、26、59、42与43之间、14与9之间、点16、点16与点17之间、点53与54之间、27与42之间。由表2的可达性指标可得出换乘节点选择方案，即选择火车南站、火车北站、成都西站、武侯大道站、成都东站、驷马桥站、红牌楼站共7个站作为成都市市域列车与城市轨道交通的换乘站点。

本实施例中，由图6可看出，洞子口站、四川师大站、府青路站不是轨道交通换乘站，且距离其最近的换乘站衔接线路的作用也并不突出。故不选择洞子口站及四川师大站作为市域铁路与城市轨道的换乘点。由表2可知，成都东站、武侯大道站、成都西站、火车北站、火车南站的可达性较好。在这四个成都客运站中、火车南站的可达性明显优于其他三个客运站，其原因是因为火车北站北侧、成都东站东侧、成都西站西侧轨道交通线路及换乘站点布设不完善火车南站的各个方向轨道交通线路布设及换乘站点都较为完整，但其南侧换乘站分布数量及紧密程度与其他方向相比较弱。

本实施例中，府青路站与武侯大道站均位于地铁7号环线上，前者位于环线东北方向，后者位于环线西南方向。府青路站两端最近的换乘点分别为距离其1站的驷马桥站及距离其3站的理工大学站(点17)，驷马桥站是从北到南地铁3号线与其他轨道线路的第一个交点，衔接线路为3号线与7号线；理工大学站衔接轨道7号线与8号线。武侯大道站两端最近的换乘站分别为距离1站的太平园(点42)及距离3站的文化宫(点27)，太平园衔接地铁3号线、7号线及10号线，文化宫衔接地铁7号线及4号线；总的来看，太平园和文化宫换乘其他线路的便捷程度优于驷马桥及理工大学站，因此造成了武侯大道站与府青路站的可达性差异较大。洞子口站可达性较差，分析其地理位置可知，洞子口站位于5号线北端，偏离成都市市中心，换乘条件差。向北即沿5号线行走，直至5号线端点，途中不可换乘其他线路。最近的换乘站为位于其南端，距离5站的北站西二路(点14)，在轨道西二路，轨道交通5号线与7号线衔接，标志着5号线开始连接成都市市区中心轨道交通。

本发明通过对传统空间句法进行改进，考虑轨道交通途经站点数对可达性的影响，将所选路线途经站点数换算为换乘次数，计算节点的可达性。基于对可达性内涵及市域铁路乘客出行过程的分析，将节点可达性用于市域铁路与城市轨道交通的换乘节点选址，提出了基于轨道交通节点可达性的市域轨道换乘节点选址模型，并用该模型解决成都市市域铁路与轨道交通换乘站点选址的问题。结果表明本发明所提的模型所得结果符合实际情况，对市域铁路与轨道交通换乘站点选址具有参考价值。