基于客流集聚點之間連通度的軌道交通線網(wǎng)規(guī)模測算模型

基于客流集聚點之間連通度的軌道交通線網(wǎng)規(guī)模測算模型

1線網(wǎng)規(guī)模的測算方法較多。在文在城市公路網(wǎng)的規(guī)劃中，如何根據(jù)城市發(fā)展水平控制軌道交通網(wǎng)的合理規(guī)模是非常重要的。所謂合理規(guī)模,是在一定的發(fā)展階段、一定的城市規(guī)模及經(jīng)濟發(fā)展水平上,建立一個經(jīng)濟、有效的線網(wǎng)。合理規(guī)模是對一個城市軌道交通線網(wǎng)進行總量的宏觀控制。在軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃中對其合理規(guī)模進行框定有著重要的作用和意義,一方面,通過尋求經(jīng)濟有效的規(guī)模,可以防止規(guī)劃與建設的盲目性;另一方面,確定合理規(guī)模是構建一個高效線網(wǎng)的前提,是進行多方案比選的基礎,因此合理規(guī)模是線網(wǎng)規(guī)劃中一個重要的質量控制點。目前,我國許多城市在進行軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃時,對線網(wǎng)合理規(guī)模的推算主要采用以下4種方法。(1)按出行需求推算線網(wǎng)規(guī)模。這是目前最常用的一種方法,其難點是對未來出行總量和交通結構的把握,該方法中采用的交通結構往往具有策略性和目標性。(2)按線網(wǎng)服務覆蓋面推算線網(wǎng)規(guī)模。該算法簡單易行,但是各圈層區(qū)域的軌道交通線網(wǎng)密度這一關鍵參數(shù)是以車站吸引范圍為基準確定的,而車站的吸引范圍大多靠主觀定性分析,缺乏理論依據(jù)的支撐。(3)從財政實力“可能”的角度分析線網(wǎng)建設規(guī)模。由于該方法對遠景年的經(jīng)濟發(fā)展和造價等難以把握,一般僅用于對近期建設規(guī)模的估算。(4)回歸分析法。孫有望和陸化普利用世界上軌道交通系統(tǒng)發(fā)展比較成熟的幾座城市的有關數(shù)據(jù)分別得到不同的回歸模型,但是,由于國外城市的線網(wǎng)建設機制和發(fā)展歷程,以及城市經(jīng)濟條件等,與我國存在明顯差異,我國城市軌道交通尚處于發(fā)展的初步階段,還沒有達到合理規(guī)模,因此,很難獲得合適的擬合樣本,因此該方法僅停留在理論研究層面,很少在實踐中用于估算軌道交通線網(wǎng)規(guī)模。軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃是一個龐大而復雜的工程,目前線網(wǎng)構架多采用“點”、“線”、“面”要素層次分析法。其中,“點”即客流集散點,是軌道交通設站服務、吸引客流的發(fā)生點。本文從軌道交通線網(wǎng)所需要連接的客流集散點入手,通過網(wǎng)絡連通度推算未來年軌道交通線網(wǎng)的合理規(guī)模。2網(wǎng)絡聚集點與網(wǎng)絡連接2.1城市大型客流擴散點的確定客流集散點是指客流產(chǎn)生、吸引或換乘的點。一般將城市大型客流集散點按功能分為中心商務區(qū)(CBD)、商業(yè)服務中心、居住區(qū)、工業(yè)區(qū)、科教區(qū)、文化娛樂體育設施、交通港站樞紐等類別,在一些行政用地比較集中的城市還可以包括行政中心。城市大型客流集散點是研究軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃的基礎。軌道交通線網(wǎng)的合理布局在很大程度上取決于其是否覆蓋一定數(shù)量的大型客流集散點。因此,城市大型客流集散點的確定與軌道交通線網(wǎng)規(guī)模有密切關系。大型客流集散點的確定主要采用兩種方法:①根據(jù)城市交通現(xiàn)狀和城市規(guī)劃確定客流集散點;②根據(jù)交通小區(qū)的客流發(fā)生量和吸引量確定客流集散點。實際操作中可結合兩種方法進行,具體步驟如下。(1)將遠期OD矩陣對角線上元素置0,剔除交通小區(qū)內(nèi)部出行。(2)對矩陣各行各列分別求和,得到交通小區(qū)區(qū)外出行的發(fā)生量和吸引量。(3)按交通小區(qū)區(qū)外出行量進行排序,按一定比例取前若干小區(qū)作為客流集散點。(4)通過定性分析,按非客流集散點的區(qū)位和城市規(guī)劃中的重要程度判定是否遺漏了若干重要的客流集散點。2.2節(jié)點數(shù)的比值找到大型客流集散點后,需要布設合理的軌道交通線路來連接這些大型客流集散點。其連通狀況可以通過網(wǎng)絡連通度表示。網(wǎng)絡連通度定義為構成線網(wǎng)的邊數(shù)與節(jié)點數(shù)的比值,記為DN:式中:DN為網(wǎng)絡連通度;LN為網(wǎng)絡線路總里程,km;H為相鄰兩個節(jié)點之間的平均空間直線距離,km,;A為城市連片發(fā)展區(qū)面積,km2;N為城市連片發(fā)展區(qū)應連通的節(jié)點數(shù),即客流集散點數(shù);ξ為網(wǎng)絡線路的展線系數(shù),與線路彎曲情況及客流集散點分布的幾何形狀有關,其含義為線網(wǎng)各節(jié)點間實際線路總里程與直線總里程之比。網(wǎng)絡連通度從整體上表達了線網(wǎng)中各節(jié)點的連通和通達狀況,其值從平均意義上反映了線網(wǎng)節(jié)點間的連通強度。3基于連接度計算的鐵路線網(wǎng)的合理規(guī)模根據(jù)公式⑴可以得出軌道交通網(wǎng)絡總里程的測算公式:3.1節(jié)點通達性的計算節(jié)點的通達性是指與該節(jié)點銜接的邊的數(shù)目,從一個側面反映了節(jié)點的可達性。若某節(jié)點只有一條邊與之相接,則該節(jié)點的通達性為1,稱其為懸點;若某個節(jié)點沒有邊與之相連,則該節(jié)點的通達性為零,稱其為孤點。根據(jù)節(jié)點的通達性和軌道交通網(wǎng)絡的特點,可以將網(wǎng)絡節(jié)點分為懸點、一般節(jié)點和交叉點,分別對應于軌道交通線網(wǎng)中的線路起終站點、一般中間站點和換乘站點。按照節(jié)點通達性的定義,一般節(jié)點的通達性為2,懸點的通達性為1,交叉點的通達性為4(只考慮換乘站均為2線交叉的情況)。懸點一般選擇連片區(qū)域內(nèi)靠近內(nèi)側邊緣的節(jié)點,由于軌道交通線路大多為直徑線路,因此連片區(qū)域內(nèi)其線路的起終站點一般會落在懸點上,故選點的數(shù)目基本上可以確定直徑線路的條數(shù),即為懸點數(shù)的1/2左右。在理論上,對線網(wǎng)結構要求每一條線均應與其他線有相交換乘點,使乘客在每一條線路上僅需換乘一次即可到達目的地。因此,在理想情況下,對于無環(huán)形線的放射型線網(wǎng),應作到線線相交,其換乘節(jié)點合理數(shù)量的計算如公式⑶所示,有環(huán)形線的放射型線網(wǎng)的換乘節(jié)點合理數(shù)量的計算,如公式⑷所示。式中:N3為換乘節(jié)點數(shù);NL為線網(wǎng)中直徑線路條數(shù);N1為懸點數(shù)。于是,一般節(jié)點的數(shù)量為:式中:N為網(wǎng)絡節(jié)點總數(shù);N1為懸點數(shù);N2為一般節(jié)點數(shù);N3為換乘節(jié)點數(shù)。網(wǎng)絡連通度DN為構成路網(wǎng)的邊數(shù)與節(jié)點數(shù)的比值,即為網(wǎng)絡節(jié)點通達性平均值的1/2,具體計算如公式⑹所示。式中:i為節(jié)點類型,i=1代表懸點,i=2代表一般節(jié)點,i=3代表交叉點;di為第i類節(jié)點的連通性,其中d1=1,d2=2,d3=4;Ni為第i類節(jié)點的數(shù)目;N為節(jié)點總數(shù)。3.2城市主要河流流域在設計規(guī)劃城市軌道交通線路時,要盡量沿城市干道布設,并且要以最短捷的線路連接較大交通樞紐(包括對外交通中心,如火車站、碼頭和長途汽車站等)、商業(yè)中心、文化娛樂中心、大的生活居住小區(qū)等客流集散量大的場所,以減小線路的非直線系數(shù)和縮短居民出行時間。此外,為了避免交通資源的浪費,軌道交通線路要避免與城市快速路重合距離過長,因此,展線系數(shù)ξ采用城市主干路和次干路組成的路網(wǎng)平均展線系數(shù)。由于城市道路普遍比較平直,因此ξ一般都接近于1.0,在南方多水多山的城市,由于道路受河流山川的限制,變形彎曲程度比較嚴重,其ξ則相對較大。4膠片區(qū)域的測量根據(jù)西安市第四次城市總體規(guī)劃,結合城市交通調查,《西安市城市快軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃》編制課題組繪制的主要客流集散點如圖1所示。圖1中共有客流集散點61個,其中55個在連片區(qū)域。連片區(qū)域的55個客流集散點中,邊緣懸點有11個。西安市城市道路很少有彎曲,因此取展線系數(shù)ξ=1.0;根據(jù)規(guī)劃,連片區(qū)域用地面積A=600km2。(1)無環(huán)形線的放射型線網(wǎng)。如果采用無環(huán)形線的放射型線網(wǎng),根據(jù)公式⑶求得換乘點約為12個,根據(jù)公式⑸求得一般節(jié)點為32個,于是線網(wǎng)的連通度為:最后,得到連片發(fā)展區(qū)軌道交通線網(wǎng)的合理規(guī)模為:(2)有環(huán)形線的放射型線網(wǎng)。如果采用有環(huán)形線的放射型線網(wǎng),根據(jù)公式⑷求得換乘點約為23個,根據(jù)公式⑸求得一般節(jié)點為21個,于是線網(wǎng)的連通度為:最后,得到連片發(fā)展區(qū)軌道交通線網(wǎng)的合理規(guī)模為:《西安市城市快軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃》中提出的線網(wǎng)推薦方案,共由6條線路組成,為一典型的無環(huán)形線的放射型線網(wǎng),其線路總長度為251.80km,其中在主城區(qū)(即連片發(fā)展區(qū))的線網(wǎng)長度為202.80km,與上述無環(huán)形線的放射型線網(wǎng)的測算結果十分接近。5客流擴散點數(shù)量的市場特征基于連通度的軌道交通線