基于空间句法的合肥市轨道交通网络特征研究

第４１卷第３期V o l ．４１N o ．３２０２０
青岛理工大学学报
J o u r n a l o fQ i n g d a oU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y
基于空间句法的合肥市轨道交通网络特征研究
张元龙,张㊀袁,王㊀方
(合肥工业大学建筑与艺术学院,合肥２３０６０１
)摘㊀要:城市轨道交通出行方式,以其运量大㊁速度快㊁价格便宜的优势,逐渐成为城市快速客运交通系统的主体．城市轨道交通的可达性与居民出行的便捷程度息息相关,运用空间句法模型结合合肥市中心城区空间发展结构,对合肥市近期轨道交通线路特征进行定量研究,并对重要站点的可达性进行微观精细的评价;在此基础上,考虑城市快速公交具有运行线路明确㊁受其他交通方式干扰小的特点,作为人们出行选择的重要地面交通方式,对其规划线路进行可达性分析,并从协调合作角度对近期合肥市轨道交通优化建设提出一定的建议．关键词:空间句法;城市轨道交通;网络拓扑结构;快速公交
中图分类号:T U ９８４㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀㊀文章编号:１６７３Ｇ４６０２(２０２０)０３Ｇ０１３０Ｇ０８
R e s e a r c ho n c h a r a c t e r i s t i c s o f r a i l t r a n s i t
n e t w o r k i nH e f e i C i t y b a s e d o n s p a c e s y
n t a x Z H A N G Y u a n Ｇl o n g ,Z H A N G Y u a n ,WA N GF a n g
(S c h o o l o fA r c h i t e c t u r e a n dA r t ,H e f e iU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y
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e l a t e d t o t h e c o n v e n i e n c e o
f r e s i d e n t s ＇t r a v e l ．T h e s p a t i a l s y n t a c t i cm o d e l i s c o m b i n e dw i t h t h e u r b a n s p a c e d e v e l o p
m e n t s t r u c t u r e o fH e f e i d o w n t o w n t o q u a n t i t a t i v e l y s t u d y t h e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e r e c e n t r a i l t r a n s i t l i n e s i n H e f e i ,a n d t h e a c c e s s i b i l i t y o f i m p o r t a n t s t a t i o n s i sc a r e f u l l y e v a l u a t e d ;o nt h i sb a s i s ,c o n s i d e r i n g
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o r t a t i o n m o d e ,t h i s p a p e r a n a l y z e s t h e a c c e s s i b i l i t y o f t h e p l a n n e d r o u t e s ,a n d p u t s f o r w a r d s o m e s u g g
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e r a t i o n ．K e y w
o r d s :s p a c e s y n t a x ;u r b a n r a i l t r a n s i t ;n e t w o r k t o p o l o g y ;B R T 收稿日期:２０１９Ｇ０７Ｇ２３
作者简介:张元龙(１９９３Ｇ㊀),男,安徽亳州人．硕士,研究方向为城市规划与设计．E Ｇm a i l :１６９３３９８１０６＠q q
．c o m．㊀㊀空间可达性是人文地理学的一个基本问题,
也是城市规划[１]㊁商业开发[２]㊁房地产投资[３]
㊁交通管理等领域必须考虑的重要因素．随着人们对出行便捷性要求的不断提高,城市轨道交通逐渐成为大㊁中城市人
们出行的主要方式,其网络特征与居民出行的便捷程度息息相关．基于此,近年来空间句法模型开始被应用于城市轨道交通网络特征研究中,如程昌秀等基于空间句法中平均深度值的概念探讨了北京市２００８年
地铁规划图中重要站点的可达性[４
];刘洋等基于平均深度值㊁不对称性值等形态变量的适当修正,对西安
第３期㊀㊀张元龙,等:基于空间句法的合肥市轨道交通网络特征研究市地铁远期规划中始发站和中转站的可达性进行定量研究[５]
;谢志祥等运用空间句法的连接值㊁集成度参数变量较为深入地分析了郑州市近期地铁规划线路的可达性[６]
．
综上所述,目前国内学者对于轨道交通网络的研究多侧重于单独从线路或站点进行单维度评价,且较少考虑与地面城市快速公共系统的衔接作用,加之合肥市轨道交通建设处于起步阶段,因此有必要开展这方面的定量研究．基于空间句法模型,以合肥市近期轨道交通规划网中８条线路为研究对象,通过相关参数变量对地铁
线路特征及重要站点的可达性进行评价,并考虑与近期城市地面快速公交线路的合力作用[７]
,结合城市空
间布局发展对合肥市近期轨道交通线网建设提供一定的建议．
图１㊀合肥市近期轨道交通系统规划
１㊀合肥市轨道交通发展概况
合肥在新一轮的评选中进入了第二批国家公交都市名单,为轨道和快速公交全面建设,公共交通迅速发展提供了良好的政策机遇．在合肥市近期轨道交通规划中共设有８条线路,总长度约３９４ ５k m ,
规划线路如图１所示,其中合肥轨道交通１,２号线目前已投入运营,在近期的开发时序上,合肥市轨道交通公司将在实现已开通的１,２号线安全㊁稳定营运的基础上,不断推进３,４,５号线施工,并做好６,７,８号线开工准备及策划工
作,确保合肥市近期轨道交通规划网络的落实．
２㊀空间句法与模型
２．１㊀基本原则和方法
空间句法就空间本身而言没有意义,重点落在反映整体连接关系的 句法 二字上,通俗地讲, 句法 是指网络拓扑结构．空间句法面对的是均等的空间,通过计算其拓扑学连接性使得差异涌现出来,根据近似的程度,这些空间可被图示为点㊁轴线㊁凸多边形和功能区域．
本文基于空间句法模型,运用与空间节点联通关系图和轴线图相对应的拓扑关系图论和轴线模型法,
以此来分析合肥近期轨道交通规划的线网特征以及快速公交线路的可达性．
２．２㊀主要形态变量
空间句法参数值包括连接度㊁深度㊁集成度㊁整合度等,在现实中,B i l lH i l l i e r 提出了 整合度核心 的概念,集成核是指拥有相对高集成度的城市空间句法轴线分布区,代表社会性最强的区域,一般为研究对象数量的前１０％．
１)连接度(C o n n e c t i v i t y )．连接度C i ,某个空间的连接值越高,则表示这个空间的空间渗透性越好．表达公式为
C i ＝k
(１
)式中:k 表示与第i 个节点相连的节点的个数．
２)深度(D e p
t hv a l u e )．深度值指标主要反映的是空间转换的次数,而不是指实际距离．平均深度MD i 是指在系统中某个节点到其他所有节点的最少步数的平均值,表示该节点所处位置便捷性的大小,如下式所示:
MD i ＝ðn
i ＝１d i j
/(n －１)(２
)式中:d i j 表示从研究节点
i 到研究节点j 的最短路程;n 为拓扑关系图中所有节点的个数．３)集成度R A i ．
又称为非对称性,表征１个空间与局部空间或整体空间的关系．计算公式为R A i ＝２(MD i －１)/(n －２
)(３
)式中:MD i 表示i 节点平均深度值;n 为拓扑连接图中所有节点的个数．
１
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４)整合度(I n t e r g r a t i o n )．整合度I i 能够衡量１个空间吸引到达交通的潜力,整合度越高,说明该节点的可达性越高．其计算公式为
I i ＝１/R R A i (４)式中:R R A i 是第i 节点的集成度R A i 与D k 的数学比值,D k 来自于钻石模型图,是与研究元素数量有关的变量,用来剔除同样节点数不同拓扑结构的影响．５)智能度(I n t e l l i g i b i l i t y
)．智能度是指某一空间的局部集成度与全局集成度的相关程度,空间结构局部和整体的信息关联度R ２,即这一空间的可被感知程度[８]
．智能度的指标I n 计算公式为I n ＝I (n )/I (３)(５
)图２㊀近期轨道交通线路拓扑关系
式中:I (n )是指整个拓扑结构的全局整合度;I (３)是指拓扑结构中取步数为３的局部整合度的值,其比值
反映的是系统 协同作用 的表征．
３㊀合肥市近期轨道交通网络特征评价
本文以合肥城市轨道交通有限公司公布的合肥市
区地铁近期线路规划图(图１)为研究对象,按照拓扑连接关系进行建模,其中１ ７号线均按原规划线路建模,８号线的南北向路段即长宁大道站至野生动物园站与７号线路重合,故８号线在与２,７号线相连的同时也实现了与４号线的连接．建立如图２所示的拓扑关系,导入到空间句法d e p t h m a p 中,
根据式(１) (４)进行参数变量计算,结果见表１(按整合度高低排序)．
表１㊀合肥地铁线路空间句法变量计算结果
序号线路号连接度平均深度全局集成度
全局整合度
道路等级１２７１．０００M a x M a x 第一等级
２４７１．０００M a x
M a x
３１６１．１４３０．０４８６．８９６４３６１．１４３０．０４８６．８９６第二等级
５５６１．１４３０．０４８６．８９６６７６１．１４３０．０４８６．８９６７６５１．２８６０．０９５３．４４８第三等级８
８
３
１．５７１
０．１９０１．７２４
３．１㊀线路等级评价
由表１连接度一栏的数值特征,按照中位数法将８条线路划分为３个等级,结合城市空间布局特征,发现合肥市地铁线路市中心线路的线路等级明显高于市区边缘,线路核心明确．１ ４号线排在道路等级的前４位,线路１位于第二等级且线路２位于第一等级,这是因为１,２号线与其他线路存在着较多的节点,其他节点线路间的交通往来需借助１,２号线来实现,进而增加了１,２号线的使用频率,这也与现实中把１,２号线形成的 十字骨架 作为整个线路的建设基础相吻合．其次,线路等级较高的地铁３,４号线,它们和地铁１,２号线共同形成了合肥市 两轴一环 的轨道交通核．而８号线路在道路等级上处于第三等级的末端,这是由于８号线处于合肥市区相对边缘的地带,造成了这条线路与其他线路之间连结过少,仅是连接通往市区外新桥机场的１条轨道干线,服务功能单一．
２
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第３期㊀㊀张元龙,等:
基于空间句法的合肥市轨道交通网络特征研究图３㊀合肥市主城区空间发展结构
３．２㊀线路可达性评价
由表１的整合度指标一栏反映出近期合肥市轨道交通规划网络中可达性指标值最高的是
２,４号线,可达性指标值为M a x
,表示在系统节点中可达性最高,它们与其他线路的步数距离均为一步之遥,即与其他所有线路直接相连,其次按照可达性指标值排序依次为１,３,５,７号线＞６号线＞８号线．结合图３合肥市主城区空间发展结构,可达性较高的地铁１,２号线经过城区的双心两扇空间的主城区和滨湖新区;３,４
号线分布在靠近两翼的四大外围组团,主要承接两翼上四大外围组团的空间发展要求,考虑到合肥中心城区空间发展结构正处于由传统
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模式向以主城区和滨湖新区为核心,结合生活和生产分工明确的北部㊁东部㊁西部和西南四大外围组团相互融合发展的东西两翼共同形成的 双心两扇两翼 空间结构衔接与演化阶段,因此在城市近期建设规划中优先建设在结构上呈现出 两轴一环 格局的可达性较高的
１ ４号线,能够促进主城区 双心两扇两翼 城市发展格局落实,优化空间结构,完善城市功能,提升综合服务水平,改善宜居环境,增强城市软实力和综合竞争力．３．３㊀线路智能度分析
以轨道交通线路规划图为基础,用最长且最少的轴线代表地铁的线路,直至用一系列相连接的轴线代表整个地铁线路图,然后在d e p t h m a p 软件中进行分析,得到图４整合度和图５轨道交通线路智能度拟合曲线．根据图４的计算结果,在S P S S 软件中进行相关性的量化分析,得到轨道交通线路I (n )与I (３)的相关性(表２),可知智能度拟合曲线的R ２为０．９６８,皮尔逊相关系数为０．９８４,说明地铁网络拓扑结构的智能度很高,交通网络空间整体性强,即从局部感知整体结构的能力强
．
图４㊀轨道交通线路全局整合度与局部整合度
由此可知,贯穿南北的地铁１号线和东西向的２号线以及３,４号线的中间段的全局整合度和局部整
合度均较高,为线路集成核的所在区域,１号线穿过合肥城区的南北连接主城南北轴,实现了对老城区中心㊁合肥南站地区中心㊁滨湖新区中心三大市级公共服务中心的连接,通过市区最繁华的地区和人口密度
３
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卷
图５㊀轨道交通线路智能度拟合曲线表２㊀轨道交通线路I (n )与I (３
)的相关性全局整合度I (n )局部整合度I (３
)全局整合度
I (n )
P e a r s o n 相关性１０．９８４∗
∗
显著性(双侧)
－
０．０００N
２９
２９局部整合度I (３
)P e a r s o n 相关性０．９８４∗
∗
１
显著性(双侧)
０．０００－
N
２９
２９
㊀㊀㊀㊀注:∗∗表示在０．０１水平(
双侧)上显著相关最大的地区;同时,位于集成核上的２,
３,４号线路将老城区市级公共服务中心以及合肥站地区㊁三里庵㊁西七里塘等几大区级公共服务中心等大型客流集散点串联起来．近期规划线路利用十字轴向发展模式拉开城市骨架,结合中间线路的环线,目前能够适应合肥城区的主要人流方向,支撑城市空间的放射发展,为城区向外围拓展形成一个合理的内部轨道交通网络．
３．４㊀重要站点可达性分析
轨道交通具有运量大㊁速度快的优势,相邻２个站点间的到达速度非常快,因此按照现在合肥的非单一票价运营方
式[９]
,若人们的出行过程中发生了换乘
则会造成１次出行中较大的时间和金钱的浪费,因此人们在乘坐地铁时更关心的是换乘的次数而不是实际距离．这就和空间句法建立拓扑关系网的思想是一致的,在起始站点和换乘站点之间根据交通网络建立拓扑关系．
本次研究范围内的８条地铁线路所包含的起始和换乘站点共３１个,
以合肥市近期轨道交通系统规划图为基础,绘制出３１个起始站㊁换乘站间的联通关系图,在空间句法中利用L i n k 键建立它们的拓扑连接关系如图６所示,根据式(１) (４)得出各站点连接值和可达性,见表３(按可达性高低排序)
．
图６㊀近期轨道交通规划重要站点拓扑结构
４
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５３１第３期㊀㊀张元龙,等:基于空间句法的合肥市轨道交通网络特征研究
表３㊀起始、换乘站点空间句法变量计算结果
序号站点编号站点名连接值平均深度集成度整合度可达性等级
１５高铁站６２．４６７０．１０１１．７５６
２１８翡翠路站４２．７６７０．１２２１．４５７最好
３４太湖路站４２．８０００．１２４１．４３０
４２６望江东路站４２．８３３０．１２６１．４０４
５６紫云路站４２．９０００．１３１１．３５５
６１１金寨路站４２．９０００．１３１１．３５５
７３大东门站４２．９３３０．１３３１．３３２
８１７望江西路站４２．９６７０．１３６１．３０９
９２３伊宁路站４２．９６７０．１３６１．３０９
１０１０潜山路站４３．０３３０．１４０１．２６６
１１２７上海路站４３．０６７０．１４３１．２４６
较好１２１６蒙城路站４３．１３３０．１４７１．２０７
１３２２刘湾站４３．１３３０．１４７１．２０７
１４１２东二环路站４３．１６７０．１４９１．１８８
１５１９翡翠中路站４３．２０００．１５２１．１７０
１６９长宁大道站３３．２３３０．１５４１．１５３
１７２合肥火车站４３．２６７０．１５６１．１３６
１８１３大众路站２３．５６７０．１７７１．００３
１９１５北二环路站４３．５６７０．１７７１．００３
２０７云谷路站４３．６６７０．１８４０．９６６
２１２９合肥西站１３．９３３０．２０２０．８７８
２２３０广东路站１４．０３３０．２０９０．８４９
２３２１侯店路站１４．１０００．２１４０．８３１
２４２５汲桥路站１４．１０００．２１４０．８３１
２５２０方兴大道站１４．１６７０．２１８０．８１３
较差２６３１新桥机场站１４．２０００．２２１０．８０５
２７１天水路站１４．２３３０．２２３０．７９６
２８１４相城路站１４．５３３０．２４４０．７２９
２９２４东方大道站１４．５３３０．２４４０．７２９
３０８徽州大道站１４．６３３０．２５１０．７０９
３１２８云南路站１４．６３３０．２５１０．７０９
根据拓扑关系的集成核,即位于 整合度核心 的前三位站点可达性最好,并参考相关文献[１０],一般认为整合度值大于１,说明可达性较好,各站点可达性等级划分结果如表３所示．由划分结果可知,同１条线路上的站点间的可达性并不相同,主要是由于站点间的连接方式不同于线路间连接方式,形成了新的拓扑结构,各站点的可达性是全部站点连接度和控制度的综合结果,且位于合肥市老城区内的站点可达性普遍较高,而位于城市市区边缘的站点可达性较低．
对于连接城市大型客流集散点的大东门站与城市客运枢纽站 高铁站㊁合肥火车站㊁合肥西站和新桥机场站而言,其可达性等级参差不齐,位于地铁１号线路上的高铁站㊁大东门站整合度值分别为１ ７５６和１ ３３２,位于可达性排序的前段,说明高铁站点和大东门站点的规划考虑了重要地段的交通需求,与现状人流流量的实际状况相吻合．然而位于１号线上的合肥火车站同样是交通需求旺盛的地区,其整合度值
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只有１ １３６,排在较好等级的末端,主要原因在于合肥火车站位于１,３号线的相对末端,其周边站点的连接值不高,换乘站点少,导致合肥火车站的可达性较低,交通便捷性有待提升．而作为城市重要的对外交通枢纽的合肥西站和新桥机场站的整合度值则处于较差等级,分别为０ ８７８和０ ８０５,这是因为２个重要站点都不是换乘站点且位于６,８号线的末端,可达性较差,难以满足作为城市对外集散中心的火车西站和机场站高人流量的交通需求,严重限制了地铁承担西北部地区交通流量的作用．
４㊀合肥市轨道交通线网优化建议
城乡统筹㊁城际协调㊁一体化的交通线网规划对于区域可持续发展具有重要意义,因此,城市轨道交通规划要在充分发挥地铁作用的前提下,尽力将地面公共交通线网整合运作,实现 方便换乘㊁点对点㊁门到
门 的交通服务[１１]．
合肥快速公交系统作为城市快速客运交通体系的主要组成部分,对城市中的客源具有重要的分流作用,因此本节在前文分析的基础上结合合肥市近期快速公交规划线路可达性评价,对近期轨道交通规划线网优化提出一定的建议．
以合肥市近期快速公共交通规划线路图为基础,采用轴线模型法进行分割和简化,导入空间句法
d e p t h m a p 软件中,
由公式(４)进行全局整合度和局部整合度分析,如图７所示
．图７㊀合肥市近期快速公交规划线路整合度
从协调合作角度分析两者的衔接性,通过与图７轨道交通线路整合度相对比,结合合肥市主城区空间
发展结构,可以发现快速公交线路的集成核和地铁线网的集成核分布相似,均是在中心地区的老城区附近可达性最好,这在一定程度上分担了地铁线路的部分客流,同时由于快速公交线路西南部的可达性较高,对于地铁可达性较差的明珠广场地区,大学城等区级公共服务中心,快速公交起到了很好的弥补作用．但是,对于中心城区两翼中分布有重要客运枢纽的西北组团,以及侧重于生产服务的东部新站的科研中心地区,快速公共交通网络并没有起到弥补作用,两者在可达性较差的区域出现了盲区,这２个片区如若出现大量人流涌现的情况,将无法达到利用城市快速客运交通迅速疏散的目的．
针对近期合肥市轨道交通线网优化建设,笔者给出以下建议:
１
)在近期合肥市轨道交通线网建设方面,考虑到整个主城区内地铁可达性差异明显,分布在 两翼 上的四大外围组团之间缺少线路连接的问题,如图８所示建议轨道交通线路增设连接 机场 合肥西站区 肥西片区 滨湖新区 老城区 肥东片区 和 高新区 老城区 肥东片区 ２条轨道线路,从而加强可达性较差 两翼区域 和可达性较好中心片区的交通联系,提高连接城市大型客流集散点和客运枢纽站附近重要站点的可达性;同时鉴于 两翼 上的西南组团和东部组团内的地铁线网密度过低的现象,应适时增加肥西片区㊁经济技术开发区和位于肥东的东部组团等处轨道局域线,以增加局部地区的线路可达性;
２
)在轨道交通和快速公共交通线路协调方面,考虑到两者在可达性较差的区域出现了共同的盲区,６
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第３期㊀㊀张元龙,等:
基于空间句法的合肥市轨道交通网络特征研究图８㊀轨道交通增设建议布局
建议在城市老城区内应适当取消与轨道交通线路分布重合的快速公交线路,增设在城市发展两翼上地铁线路服务功能较差的西北组团和东部组团上,但也要兼顾到两者的合作方面,对于城市人流量较大的地区,单靠轨道交通线路难以完全承担大量客流时,应保留快速公交线路,以保证两者快速输送的合力作用;
３
)在丰富轨道交通方式方面,随着城市轨道交通向着地铁系统㊁轻轨系统和有轨电车等多种方式协调发展的趋势,建议在城市远期的综合交通规划中要结合客流性质㊁客流规模等因素进一步发展城市现代有轨电车等中低运量轨道方式,完善合肥轨道交通网络体系,以适应城市空间结构发展．
５㊀结束语
以合肥市轨道交通规划为例,运用空间句法从其参数变量连接度㊁平均深度㊁全局集成度等指标对合肥市近期地铁规划线路和重要站点进行微观精细的评价,发现轨道交通线网存在的问题,在此基础上对同样具有大运量㊁速度快特点的地面城市快速公交线路可达性进行分析,结合合肥市主城区空间发展结构,从协调合作角度对可达性较差区域的轨道交通线路优化㊁多层次交通方式的合力作用发挥㊁丰富城市轨道交通体系等方面提出了建议．
对于存在的不足之处,本文尚未进行城市轨道交通站点方面的优化研究,随着城市交通系统的不断完
善,以城市轨道交通为主体的城市快速客运交通系统将更加复杂,在今后会统筹更多的城市客运交通方式,进一步优化交通空间分析技术以及大数据的分析方法,以此来进行更深入的研究．参考文献(R e f e r e n c e s
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青岛理工大学学报第４１卷４㊀结束语
本文介绍了１种由 中 国 梦 ３种形状的艺术贴片天线组成的三元圆极化线阵,这是第１个由２个以上不相同的C P单元组成的线性C P天线阵．仿真结果与实验结果相吻合,在２ ４G H z的W i F i频段,所获得的增益和带宽足以覆盖I E E E８０２ １１的１４个信道,因此中国梦阵列是无线局域网室内接入点的理想选择．
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