0 引言
《国家综合立体交通网规划纲要》中明确提出，政府将深入实施公交优先发展战略，将高效、密集的轨道交通作为城市综合交通运输系统的核心骨架支撑，并结合公共交通、慢行交通等多种交通接驳方式，为出行者提供便捷的“门到门”服务。这一举措将有助于实现城市综合交通运输系统的一体化发展，提高交通运输系统的效率和服务水平，促进城市可持续发展。要实现这一目标，就必须提高轨道交通站点与其他交通方式之间的衔接能力和便利性，最大化利用并发挥轨道交通资源的核心骨架作用。因此，开展轨道交通站点的服务范围识别和综合交通可达性研究具有重要意义。
对于轨道交通站点服务范围的识别问题，现有研究大多采用问卷调查的方式收集乘客的出行数据，并利用Logit模型[1-2]、距离衰减函数模型[3-4]等数学方法计算站点的服务半径，以站点为圆心估算站点的服务范围。然而，由于问卷调查样本量的限制，这些结果无法准确地反映轨道交通乘客的实际出行需求。此外，以固定半径的标准圆形区域来标识轨道交通站点的服务范围也不符合实际情况。另一方面，交通可达性通常指空间中两点之间的阻隔程度，可以表示起讫点之间交通出行的便利程度，而针对城市轨道交通站点的综合交通可达性，则可以表示为乘客在乘坐轨道交通出行过程中的接驳环节所花费的时间成本，反映了乘客使用轨道交通资源的难易程度，是评价轨道交通站点衔接便利性的重要指标。在针对轨道交通站点可达性的研究中，一些学者利用轨道交通站点与周边街道步行网络的连接关系[5]、轨道交通站点与城区居民之间的出行成本[6⇓⇓-9]研究站点的可达性水平。还有一些研究则关注站点可达性随步行距离的变化情况[10]。然而，上述轨道交通站点的可达性分析大多从供给端角度出发，即基于已有的交通网络和交通服务设施进行评估，忽略了乘客的实际出行需求，因此最终的分析结果并不能准确地反映轨道交通站点的可达性以及接驳便利性。
近年来，一方面，随着智能手机的普及和通信技术的快速发展，手机信令数据的采集与应用为获取轨道交通乘客的实际出行需求提供了可行性[11-12]。另一方面，互联网和地理信息技术的发展，使得利用互联网地图的路径规划应用程序接口（Application Programming Interface, API）能够基于实时路况获取实际的出行时间，为基于出行时间评价交通可达性的研究提供更准确的数据支持[13⇓-15]。在此背景下，本文将利用手机信令数据获取轨道交通乘客的实际出行需求，并识别轨道交通站点的实际服务范围。同时，结合高德地图API的路径导航数据，获取服务范围内乘客在轨道交通出行前后两端的实际接驳时间。最后，从实际出行需求的角度出发，分析轨道交通站点的综合交通可达性，为城市轨道交通的发展规划与综合交通运输网络协调衔接提供参考。
1 研究方法
1.1 研究框架
本文基于手机信令数据和高德地图路径规划API数据，从需求端的视角对轨道交通站点的综合交通运输接驳进行研究，具体研究框架见图1 。为获得更加符合实际的出行需求，利用手机信令数据获取轨道交通乘客完整的出行轨迹，并根据其出行起点和终点，采用置信椭圆方法计算出轨道交通站点的服务范围。随后，根据识别出的轨道交通站点服务范围，筛选出服务范围内的乘客出行行为，并调用高德路径规划API计算乘客到达或离开轨道交通站点的接驳时间。最后，以乘客实际需求为基础，考虑乘客接驳时间成本，计算每个轨道交通站点服务范围内的综合交通可达性、步行可达性和公交可达性，对站点可达性进行评价并提出相关的措施建议。
1.2 基于手机信令数据的轨道交通乘客出行OD识别
根据无线通信网络的覆盖特性，以及无线通信网络需具备为移动用户提供连续服务的功能，移动用户的手机终端会定期或不定期、主动或被动地与无线通信网络保持联系，即与网络覆盖区域内的信号基站发生联系，这些联系被无线通信网络识别成一系列的控制指令，即手机信令数据。手机信令数据的关键字段包括用户ID、时间、基站位置区码、基站经纬度信息以及信号强度，具体识别过程如下。
1）轨道交通乘客识别
轨道交通基站一般位于地下，与普通地面基站不同。当手机信号由地面基站切换至地下基站，且移动超过某个距离阈值，认定从第一个地下基站所属轨道站点为进站口;当手机信号由地下基站切换至地面基站，且地下移动超过某个距离阈值，认定最后一个地下基站所属轨道站点为出站口，以此识别轨道交通乘客以及进出站口。
2）轨道交通出行OD识别
针对已识别出的轨道交通乘客，提取其手机信令数据，并将其转换为个体的出行轨迹点来进一步分析。在此过程中，根据轨迹点之间的距离和时间进行轨迹点的合并和停留点的识别[17]。随后，通过遍历停留点判断轨道出行OD的起终点，获取轨道交通完整出行OD及进站口和出站口。
1.3 基于置信椭圆方法的轨道交通站点服务范围识别
本文利用手机信令数据获取轨道交通乘客实际的出行起点和终点，并结合轨道交通站点接驳情况进行聚类分析。通过聚类分析，得到每个轨道交通站点服务的乘客出行特征，包括起点位置、终点位置以及出行量权重。进一步，运用置信椭圆方法，确定轨道交通站点的服务范围，实现对轨道交通站点服务范围内乘客出行行为的筛选。该方法可有效识别轨道交通站点的服务范围，为后续研究提供基础数据支持。
置信椭圆代表的是一条二维高斯分布的等值轮廓线，其允许可视化一个2D置信区间，以便对样本数据进行二维空间估计。设一个均值为0的二维高斯分布的协方差矩阵为 ，对 进行特征值分解，并进行正交单位化，获得结果如下：
式（1）中： 和 分别为矩阵 的两个特征值; 和 （ ）分别为矩阵G的特征向量。
置信椭圆长半轴长 和短半轴长 分别可表示为：
式（2）~式（3）中： 定义椭圆的规模，大小与选择的置信度有关。本文以95%置信度的置信椭圆识别轨道交通站点服务范围，它所定义的区域包含了总体中95%的样本，见图2 。
1.4 数据融合、计算接驳时耗
根据手机信令数据识别出的轨道交通乘客出行起点和终点，以及进出站口信息，使用高德API进行路径规划，得到准确的接驳时间成本。考虑到大连市自行车出行比例较小，将站点接驳距离小于1 000 m的乘客划分为步行接驳人群，将站点接驳距离超过1 000 m的乘客划分为公交接驳人群。具体操作步骤如下。
步骤1：根据进出站口信息，将轨道交通乘客的出行轨迹划分为三部分：“出行起点—进站口”“进站口—出站口”和“出站口—出行终点”，并提取出“出行起点—进站口”和“出站口—出行终点”两段行程。
步骤2：使用高德测距API，输入出行起点和进站口（出站口和出行终点）的经纬度，获取“出行起点—进站口”（“出站口—出行终点”）的步行距离。
步骤3：根据步行距离是否超过1 000 m判断此次出行的方式，即步行或公交。
步骤4：使用高德路径规划API，输入出行起点和进站口（出站口和出行终点）的经纬度和出行方式，获取出行时间。
步骤5：整理并获取每一次接驳的轨道交通站点、出行起点（或终点）以及接驳时间成本。
1.5 可达性模型
2 研究数据
2.1 研究区域
大连市目前拥有五条正式营运的轨道交通线路，分别为1号线、2号线、3号线、12号线和13号线。其中，1号线和2号线贯穿主城区，且两条线路的日均客流量约占轨道交通总客流量的70%（如图4 所示）。因此，本研究选取1号线和2号线作为研究对象，这两条线路分别包含22个和21个站点，其中两条线路间存在1个换乘站点（如图5 所示）。
2.2 手机信令数据
本研究采用的手机信令数据为中国联通运营商提供的2022年5月1日—5月15日（15个自然日，包括8个工作日、3个周末以及4个节假日）的原始数据，覆盖了大连市全域范围内出现的所有中国联通用户（包括手机号码归属地不是上述范围的漫游用户），每日数据量达到2亿条。
通过手机数据与信号基站的交互，可以定位手机用户附近基站，并结合信号强度测量信息，根据手机信号-距离衰减规律，准确定位手机用户的位置，形成手机用户的轨迹点数据。将手机用户轨迹点数据按时间顺序排列，识别停留点和移动点，提取用户出行链，准确识别轨道交通的出行OD，OD数据关键字段包括轨道交通乘客的出行起点、进站口、出站口以及出行终点。
3 实例分析
3.1 轨道交通站点服务范围特征
针对大连市轨道交通1号线和2号线共42个站点的服务范围进行了识别和分析，结果见图6 。研究结果表明，轨道交通站点服务范围椭圆的长半轴长度均值为3 234 m，短半轴长度均值为1 557 m，相较于传统意义上800 m服务半径的圆形服务范围而言，轨道交通站点的服务范围更大，且识别结果更加精准。同时，根据图6 可以发现，轨道交通站点服务范围椭圆的长轴方向主要与轨道交通线路走向垂直，短轴方向主要与线路走向平行。大连市轨道交通线路整体呈现南北和东西两个主要走向，1号线大致呈南北走向，2号线呈东西走向。相应地，1号线站点的服务范围椭圆短轴大致呈南北走向，2号线站点的服务范围椭圆短轴呈东西走向，且在线路发生偏转时，站点对应的服务范围椭圆方向也会发生相应的偏转。
通常情况下，轨道交通站点之间的间距设置为1~2 km。随着城市居民出行需求的不断增长，轨道交通因其高效、快速、便捷等特点成为居民出行的首选。随着轨道交通站点周边接驳方式的不断完善，轨道交通站点在垂直线路方向的服务距离大大增加，因此轨道交通站点的服务范围呈一个短半轴平行轨道交通线路方向、长半轴垂直轨道交通线路方向的椭圆。
3.2 轨道交通站点综合交通可达性分析
3.2.1 站点可达性分布
根据统计数据，对轨道交通站点服务范围内所有乘客在出行起点（或终点）与轨道交通站点之间的可达性进行分析，并绘制可达性分布直方图（见图7 ）。由图7 可知，可达性值在0~15 min的乘客占比最高，达到了81%。这意味着81%的轨道交通乘客到达或离开轨道交通站点的接驳时间在15 min以内。而接驳时间超过15 min的乘客占比大约为19%。同时，可达性的统计直方图呈现“双峰”分布。其中，到达轨道交通站点（或离开轨道交通站点）的接驳时间在15 min以内，乘客主要采用步行的方式。而在接驳时间大于20 min时，乘客主要采取乘坐公交的接驳方式。
需要注意的是，步行和公交两种接驳方式中，采用步行方式的日均出行频次约为66 039次，占总出行的82.7%。而采用乘坐公交到达轨道交通站点的出行占比仅为17.3%，这表明轨道交通的主要使用人群仍然是站点附近可直接步行到达的人群，而稍远区域采用公交方式到达（或离开）轨道交通站点的乘客仍是少数，侧面反映了综合交通运输系统下的轨道交通与常规公交衔接不够紧密。
3.2.2 站点可达性分析
乘客在与轨道交通站点的接驳过程中，主要采用步行和公交两种接驳方式。本节从综合交通可达性、步行可达性以及公交可达性3个方面对轨道交通站点的可达性进行评价分析，深入剖析站点可达性优劣的原因，为以轨道交通为骨架的综合交通运输网络优化和一体化发展提供参考。为了更加直观、清晰地对比轨道交通站点之间的可达性差异，采用自然间断法对轨道交通站点的可达性值进行评级，分为好、较好、一般、较差和差5个等级。
1）综合交通可达性
综合交通可达性是指轨道交通乘客从出行起点到达轨道交通进站口（或者轨道交通出站口到达出行终点）所花费的时间成本，反映了轨道交通乘客到达或离开轨道交通站点的便利程度。它可以从一定程度上评价轨道交通站点周边接驳设施设置的合理性以及交通资源的分配情况，为轨道交通站点周边规划建设提供建议。轨道交通站点综合交通运输接驳可达性分级评价统计见表1 。轨道交通站点综合交通可达性空间分布见图8 。
表1 轨道交通站点综合交通可达性分级评价统计 |
| 可达性等级 | 可达性区间 /min | 轨道交通 总样本 | 轨道交通 1号线 | 轨道交通 2号线 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 站点数量 | 数量占比 （%） | 站点数量 | 数量占比 （%） | 站点数量 | 数量占比 （%） | ||
| 好 | 6.4~8.24 | 11 | 26.2 | 5 | 23.8 | 6 | 28.6 |
| 较好 | 8.24~10.27 | 11 | 26.2 | 4 | 19.0 | 7 | 33.3 |
| 一般 | 10.27~13.69 | 11 | 26.2 | 6 | 28.6 | 5 | 23.8 |
| 较差 | 13.69~16.3 | 6 | 14.3 | 5 | 23.8 | 1 | 4.8 |
| 差 | 16.3~29.28 | 3 | 7.1 | 1 | 4.8 | 2 | 9.5 |
由表1 可知，轨道交通站点的综合交通可达性均在6~30 min范围内浮动，不同站点之间的可达性悬殊。其中，可达性差和较差的站点共计9个，占比21.4%，而可达性好和较好的站点共计22个，占比超过50%。表明轨道交通站点的综合交通可达性总体情况较好，接近一半的站点可以在10 min内完成接驳。从图8 可以看出，可达性差和较差的站点均位于线路首尾端，且可达性差的3个站点均位于甘井子区。以上结果均说明轨道交通站点的综合交通可达性在空间上存在严重的不均衡。
2）步行可达性
步行可达性是指轨道交通乘客从出行起点步行到达轨道交通进站口（或者轨道交通出站口步行到达出行终点）所需时间成本，反映了轨道交通站点周边步行交通设施设置的合理性以及乘客的步行能力。轨道交通站点步行可达性分级评价统计见表2 。轨道交通站点步行可达性空间分布见图9 。
表2 轨道交通站点步行可达性分级评价统计 |
| 可达性 等级 | 可达性区间 /min | 轨道交通 总样本 | 轨道交通 1号线 | 轨道交通 2号线 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 站点数量 | 数量占比 （%） | 站点数量 | 数量占比 （%） | 站点数量 | 数量占比 （%） | ||
| 好 | 5.17~5.8 | 6 | 14.3 | 4 | 19.0 | 2 | 9.5 |
| 较好 | 5.8~6.71 | 9 | 21.4 | 2 | 9.5 | 7 | 33.3 |
| 一般 | 6.71~7.81 | 14 | 33.3 | 6 | 28.6 | 8 | 38.1 |
| 较差 | 7.81~8.99 | 8 | 19.0 | 4 | 19.0 | 4 | 19.0 |
| 差 | 8.99~10.07 | 5 | 11.9 | 5 | 23.8 | 0 | 0 |
由表2 可知，轨道交通站点的步行可达性基本在5~10 min范围内浮动，不同站点之间的可达性差距很小。轨道交通站点的步行可达性总体情况较好，其步行接驳基本能够在10 min内完成。值得注意的是，有5个站点的步行可达性差，且这5个站点均属于1号线。由图9 可知，1号线站点的步行可达性值相较2号线站点均偏大，即2号线的步行可达性优于1号线，说明1号线站点周边的步行接驳条件不足，部分站点需要有针对性地优化周边的步行接驳设施，以提高站点的步行可达性。
3）公交可达性
公交可达性是指轨道交通乘客乘坐公共汽车完成从出行起点至轨道交通进站口（或者轨道交通出站口至出行终点）的接驳过程所花费的时间成本，包括出行起点至公交站点（或者公交站点至出行终点）的步行时间、公交车的等待时间和行驶时间。用公交可达性在一定程度上可以评价轨道交通站点周边公交站点和公交线路设置的合理性，以及轨道交通乘客选择公交接驳方式的便利程度。轨道交通公交可达性分级评价统计见表3 。轨道交通站点公交可达性空间分布见图10 。
表3 轨道交通站点公交可达性分级评价统计 |
| 可达性等级 | 可达性区间 /min | 轨道交通 总样本 | 轨道交通 1号线 | 轨道交通 2号线 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 站点数量 | 数量占比 （%） | 站点数量 | 数量占比 （%） | 站点数量 | 数量占比 （%） | ||
| 好 | 23.98~25.62 | 10 | 23.8 | 6 | 28.6 | 4 | 19.0 |
| 较好 | 25.62~27.48 | 7 | 16.7 | 3 | 14.3 | 4 | 19.0 |
| 一般 | 27.48~30.29 | 10 | 23.8 | 5 | 23.8 | 5 | 23.8 |
| 较差 | 30.29~34.41 | 11 | 26.2 | 5 | 23.8 | 6 | 28.6 |
| 差 | 34.41~46.74 | 4 | 9.5 | 2 | 9.5 | 2 | 9.5 |
由表3 可知，轨道交通站点的公交可达性在23~47 min浮动，不同站点之间的可达性存在较大差异。从图10 可以看出，轨道交通线路的首尾端站点具有较高的公交可达性值，这说明在这些站点，乘客需要花费更长的时间进行公交接驳，反映了这些站点周围可用公交资源相对缺乏的情况。综合考虑轨道交通站点综合交通可达性范围很大，步行可达性范围很小，以及线路首尾端站点可达性差的结果，可以发现其综合交通可达性悬殊的主要原因在于公交可达性方面的差异。
因此，综合考虑综合交通可达性、步行可达性和公交可达性的结果，可以得出以下结论：①轨道交通站点之间的步行可达性差异并不明显，其综合交通可达性之间的差异主要由公交可达性导致;②轨道交通1号线的步行可达性比2号线更差;③线路首尾端站点的公交可达性普遍较差。
针对综合交通可达性较差的3个站点（姚家站、机场站和辛寨子站），需要结合站点服务范围内的乘客接驳需求和公交资源进行深入分析，以找出导致可达性差异的主要原因。轨道交通站点服务范围内乘客接驳需求与公交线路分布见图11 。
根据图11 ，可以发现以上3个站点的服务范围内并不缺乏公交线路，然而，直接与轨道交通站点相接的公交线路却很少，甚至有些站点如姚家站根本没有公交线路与其相连。这说明站点周边可利用的公交资源稀缺，导致大多数乘客需要步行长距离或者二次换乘公交，才能与轨道交通站点接驳。这进一步增加了接驳时间，导致站点的综合交通可达性值偏大。因此，针对这类轨道交通线路首尾端的站点，未来规划建设时应该注意公交与轨道交通的接驳，尽量使公交站点与轨道交通站点重合，以减少换乘乘客的不便，提高轨道站点的可达性，并增强轨道交通对周边居民的吸引力，提高轨道交通资源的利用效率，加强轨道交通与常规公交的衔接，以促进城市综合交通运输系统一体化发展。
4 结论与措施建议
4.1 结论
1）从乘客实际出行需求的角度，准确识别了轨道交通站点的服务范围。本研究采用手机信令数据和高德API的路径规划数据，准确识别了轨道交通乘客的完整出行行为。基于乘客的出行起点和终点，从乘客实际需求的角度，对每个轨道交通站点进行了识别。通过对轨道交通站点服务范围特征分析，发现轨道交通站点的服务范围近似于一个短半轴平行于地铁线路方向、长半轴垂直于轨道交通线路方向的椭圆。
2）轨道交通的接驳方式以步行方式为主、公交方式为辅。研究发现，步行方式是轨道交通站点的主要接驳方式，占总接驳次数的82.7%。而采用乘坐公交到达地铁站点的接驳占比仅为17.3%。这表明，轨道交通主要使用的人群仍然是站点附近可直接步行到达的人群，而稍远区域采用公交方式到达（或离开）地铁站点的乘客较少。这从侧面反映了步行范围外的居民对轨道交通资源利用率较低。
3）轨道交通站点综合交通可达性差异的主要原因是公交方式下的轨道交通站点可达性差距悬殊，而步行方式下的轨道交通站点可达性差异并不明显。具体而言，轨道交通站点的步行可达性基本在5~10 min范围内，而不同站点之间的可达性差距不明显。但是，轨道交通站点的公交可达性范围则在23~47 min，不同站点之间的可达性差距较大。因此，轨道交通站点综合交通可达性差距的主要原因是公交资源在不同站点的服务范围内分布不均，特别是一些位于线路首末端且远离中心城区的轨道交通站点，周边可利用的公交资源稀缺，与轨道交通站点的接驳不方便，从而导致了公交可达性值较高。
4）轨道交通线路首尾端站点可达性相对较差。一般来说，线路首尾端站点站间距较大，服务范围相对更广，因此出行需求也随之增加。同时，由于这些站点远离城市中心，周边可利用的公交资源相对较少，因此导致此类站点的接驳时间成本较高，可达性较差。
4.2 措施建议
为了优化大连市轨道交通的接驳环境，加强轨道交通在综合交通运输网络中的衔接，针对步行和公交两种主要接驳方式，本文提出了轨道周边规划建设措施，以减小不同人群在出行方面的差距，最大化利用轨道交通资源，促进城市综合交通运输系统一体化发展。
首先，建议优化轨道交通站点周边的步行接驳设施，保证轨道交通站点步行接驳方式的便捷。由于步行是轨道交通的主要接驳方式，应重点关注轨道交通站点周边的道路、天桥和地下通道等步行设施。这将保障轨道交通站点与周边的主要居民区和商业区之间的顺畅连接，使站点周边的居民能够轻松便捷地完成接驳过程，并吸引更多的居民使用轨道交通资源，缓解道路交通压力，促进城市的绿色发展和可持续发展。
其次，建议加快轨道交通站点周边公交系统的建设，保障公交线路与轨道交通站点的衔接，提升轨道交通站点的可达性。根据轨道交通乘客的实际出行需求，分析了轨道交通站点服务范围的特征，发现其服务范围近似于短半轴平行于地铁线路方向、长半轴垂直于地铁线路方向的椭圆。近20%的乘客使用公交方式完成与轨道交通的接驳，因此未来的城市交通系统规划中应更加注重公交线路与轨道交通站点的衔接，以确保服务范围内的居民能够便捷地使用公交完成与轨道交通系统的接驳，保证服务范围内居民获取轨道交通资源的公平性。具体建议包括：在服务范围的长轴方向进行公交线路的规划与设计，以确保公交接驳资源能够覆盖尽可能广的区域，使更多的乘客能够从中受益;在线路首末端站点附近增加更多的公交资源，以保证公交与轨道交通的无缝接驳，使轨道交通资源能够被服务范围内的居民充分利用。
5 结束语
本文主要从轨道交通乘客的出行需求出发，研究了轨道交通站点的服务范围识别以及服务范围内的可达性。未来，可以对乘客在轨道交通站点之间的出行进行内部可达性研究，以进一步完善轨道交通站点综合交通可达性的研究，为轨道交通的发展提供更加全面、详细的措施建议，更好地推动综合交通运输体系一体化协同发展。