摘要
为明确影响轨道交通客运分担率的关键因素,基于我国14个城市2010—2021年的轨道交通客运分担率数据,针对涉及常规公交、轨道交通、社会经济的6个指标,构建了考虑城市与年份影响的Beta随机效应模型以量化识别影响轨道交通客运分担率的关键因素,采用积分嵌套拉普拉斯逼近方法进行模型拟合及参数估计. 研究发现,万人拥有公共汽(电)车车辆数、万人拥有轨道交通运营线路长度和轨道交通网络连通度对轨道交通客运分担率有显著正向影响,而万人拥有公交运营线路长度、人均生产总值和人均城市道路面积则未呈现显著影响. 此外,城市和年份均展现出了显著的随机效应,不同城市的轨道交通客运分担率差异较大,但在调查期间整体呈上升态势.
随着我国社会经济的快速发展,城市人口及汽车保有量迅速增长,交通拥堵问题越发严重. 由于轨道交通具备运量大、速度快、准时舒适等优点,轨道交通建设成为缓解城市交通拥堵的重要途径之
众多国内外学者已针对城市轨道交通客运分担问题开展了一些研究,现有研究主要分为两大类. 第一类是基于对乘客的问卷调查数据,利用非集计模型探讨影响个体出行方式选择的因素. 过秀成
第二类则是基于站点、线路或者网络的客流数据,利用集计模型识别影响轨道交通客流量的宏观社会经济因素. Kuby
可以发现,现有针对轨道交通客流宏观影响因素的研究多针对某一个城市,考虑到城市间的巨大差异,其结论可能并不适用于其他城市. 此外,现有研究分析对象多为轨道交通客流量,然而考虑到其他因素对公共交通系统的影响,仅分析轨道交通客流量并不能全面体现轨道交通的发展特点.
轨道交通客运分担率是指轨道交通客运量占城市公共交通客运量(轨道交通客运量+常规公交客运量)的比例. 作为衡量城市轨道交通发展水平的关键指标,轨道交通客运分担率被广泛应用于指导城市轨道交通的规划与运营管理. 基于此,本文通过分析我国14个典型城市2010—2021年的面板数据,利用统计建模精确识别影响轨道交通客运分担率的关键因素,为未来制定宏观轨道交通发展战略提供理论与技术支持.
1 数据准备与指标选取
本文选取了国内14个城市作为研究对象,包括成都、大连、广州、杭州、南京、青岛、深圳、苏州、天津、武汉、长沙、重庆、沈阳和西安,涵盖了我国东部、中部和西部地区,具有较强的代表性.

图1 2010—2021年各城市轨道交通线路长度
Fig.1 Lengths of urban rail transit lines of the studied cities from 2010 to 2021

图2 2010—2021年各城市轨道交通客运分担率
Fig.2 Shares of the urban rail transit ridership in the total public transit ridership from 2010 to 2021
1)各城市轨道交通客运分担率一直呈稳步增长态势. 其中,成都、广州、杭州、南京、深圳、武汉、西安和长沙等8座城市2021年的轨道交通客运分担率均已超过50%,其公共交通出行结构已由常规公交为主转为轨道交通为主;
2)不同城市的轨道交通客运分担率存在巨大差异. 其中,2021年,广州和深圳的轨道交通客运分担率均已超过65%,而青岛和大连的轨道交通客运分担率尚不足25%;
3)不同城市的轨道交通客运分担率增长速度也有巨大差异. 广州、深圳、南京、成都等城市一直保持高速增长,而沈阳等地增长则较为缓慢.
影响公共交通方式选择的因素众多,参考现有研究,本文主要从常规公交、轨道交通、社会经济等3个方面选择了可能的影响因素,具体指标如
类别 | 变量 | 变量描述 | 最小值 | 均值 | 最大值 | 方差 |
---|---|---|---|---|---|---|
常规公交 | 万人公共汽(电)车车辆数 | 常规公交运营车辆数/城市常住人口,辆/万人 | 2.618 | 8.238 | 14.679 | 5.837 |
万人公交运营线路长度 | 常规公交运营线路长度/城市常住人口,公里/万人 | 2.299 | 9.410 | 21.885 | 22.432 | |
轨道交通 | 万人轨道交通运营线路长度 | 轨道交通运营线路长度/城市常住人口,公里/万人 | 0.006 | 0.143 | 0.453 | 0.009 |
轨道交通网络连通度 | 轨道交通路段数×2/轨道交通总车站数 | 1.800 | 1.980 | 2.214 | 0.008 | |
社会经济 | 人均生产总值 | 万元 | 2.760 | 10.459 | 20.349 | 12.934 |
人均城市道路面积 |
城市道路总面积/城市常住人口, | 1.925 | 9.096 | 18.956 | 7.995 |
2 研究方法
2.1 模型建立
现有研究多采用简单线性回归模型来量化识别影响轨道交通客流量的关键因素,其默认假设条件为轨道交通客流量呈正态分布. 然而,本文的研究对象为轨道交通客运分担率,其取值范围为(0, 1),并非正态分布,因此线性回归模型并不适用. Beta回归模型是广义线性回归模型的一种,适用于对取值范围在(0, 1)区间内的比例数据进行建模分析. Beta回归模型在交通领域已经有了较多应用,比如针对滴滴对公共交通的替代率(0, 1),Kong
(1) |
(2) |
(3) |
(4) |
(5) |
式中:表示城市,;表示年份,;是城市在第年的轨道交通客运分担率;是的平均值,;为精度参数,;表示自变量,;即城市在第年的第个自变量;为截距;为第个自变量的回归系数;表示城市的随机效应,来表征各城市的异质性;表示年份的随机效应,来表征各年份的异质性;表示城市和年份的交互效应;表示城市随机效应的精度参数;表示年份随机效应的精度参数;表示交互效应的精度参数.
2.2 模型计算与比较
本文采用贝叶斯方法来估计参数值. 贝叶斯模型通常使用马尔可夫链蒙特卡罗(Markov Chain Monte Carlo,MCMC)方法进行抽样估计参数值,但这种方法通常耗时较长. 基于此,Rue
此外,本文采用偏差信息准
(6) |
式中:表示使用后验参数的均值()计算的偏差;表示偏差的后验均值;表示有效的模型参数数量.
(7) |
式中:表示第个观测值;表示第个数据的模型预测值;表示观测值的总数.
3 结果分析
3.1 模型对比
为了选择最优模型,本研究构建了5个模型进行对比分析. 如
序号 | 模型结构 | DDIC | ERMSE |
---|---|---|---|
模型1 | -271.763 | 0.141 | |
模型2 | -387.572 | 0.118 | |
模型3 | -272.015 | 0.141 | |
模型4 | -453.982 | 0.115 | |
模型5 | -453.756 | 0.115 |
变量 | 估计值 | 标准差 | 95%可信区间 |
---|---|---|---|
常数项 | -8.521 | 1.464 | (-11.404,-5.657)* |
万人公共汽(电)车 车辆数 | 0.103 | 0.037 | (0.030, 0.176)* |
万人公交运营 线路长度 | -0.024 | 0.021 | (-0.065, 0.016) |
万人轨道交通运营 线路长度 | 1.968 | 0.804 | (0.394, 3.552)* |
轨道交通网络连通度 | 3.251 | 0.716 | (1.848, 4.658)* |
人均GDP | 0.019 | 0.030 | (-0.039, 0.078) |
人均城市道路面积 | -0.041 | 0.029 | (-0.098, 0.017) |
51.190 | 6.680 | (39.120, 66.060) | |
2.720 | 1.110 | (1.130, 5.410) | |
3.730 | 1.940 | (1.260, 8.690) |
注: *为在95%可信区间上具有统计学上的显著性差异.
3.2 固定效应分析
3.2.1 常规公交因素
模型结果表明,万人公共汽(电)车车辆数对轨道交通客运分担率呈显著正向影响,回归系数为0.103. 也就是说,万人公共汽(电)车车辆数每增加1辆,轨道交通客运分担率概率将提高10.8%. 这表明,常规公交的发展是可以促进轨道交通的发展的,两者是存在显著合作关系的. 事实上,已有研究表

图3 2010—2021年各城市常规公交运营线路长度
Fig.3 Lengths of conventional bus lines of the studied cities from 2010 to 2021
3.2.2 轨道交通因素
模型结果表明,万人轨道交通运营线路长度对轨道交通客运分担率有显著的正向影响,其回归系数为1.968. 也就是说,万人轨道交通运营线路长度每增加0.1 km,轨道交通客运分担率概率将提高21.8%. 分析认为,轨道交通运营线路越长,覆盖的人口和工作岗位也就越多,因此也就能够吸引更多客流. 轨道交通网络连通度也呈现显著正向影响,其回归系数为3.251. 也就是说,轨道交通网络连通度每增加0.01,轨道交通客运分担率概率将提高3.3%,这证明了良好的轨道线网设计对于提升轨道交通运营效能的重要性. 在相同的轨道交通线路长度下,网络连通度越高意味着轨道交通线网的可达性和便利性就越高,也就越能吸引客流. 虽然两者都具有显著正向影响,然而考虑到轨道交通建设投资巨大,特别是国家近期对于轨道交通建设申报条件的提高,大规模建设新的线路在很多时候并不现实. 相比之下,通过优化规划线路走向或者小规模的建设连接线以提高轨道交通网络连通度,进而吸引更多客流,可能更容易实施,且效果也更加显著.
3.2.3 社会经济因素
模型结果表明,人均GDP对轨道交通客运分担率并无显著影响,这与Yang
此外,人均城市道路面积也并未呈现显著影响. 分析认为,人均城市道路面积虽然在一定程度上反映了城市交通的拥堵程度,但城市道路面积的扩大一般出现在城市新区,对城市内部的交通模式选择产生的影响相对有限.
3.3 随机效应分析
各城市对轨道交通客运分担率的影响结果如

图4 城市随机效应卡特彼勒图
Fig.4 Caterpillar diagram of random effects on cities
年份随机效应的估计结果如

图5 年份随机效应的卡特彼勒图
Fig.5 Caterpillar diagram of random effects of years
4 结 论
过去十余年,随着我国城市轨道交通网络的快速发展,许多城市的轨道交通客运量不断增加,其在公共交通总客运量(包括常规公交和轨道交通)中的比重超过50%,凸显了其在城市交通体系中的重要地位. 本文基于14个代表性城市的面板数据,考虑城市轨道交通发展随城市和年份的变化,采用Beta随机效应回归模型从常规公交、轨道交通和社会经济等3个方面量化识别了影响轨道交通客运分担率的关键因素. 得到以下结论:
1)在常规公交方面,万人公共汽(电)车车辆数对轨道交通客运分担率有显著正向影响,但万人公共交通运营线路长度并无显著影响. 这表明常规公交与轨道交通可以协调发展,但重点应该是增大常规公交发车密度,而非增加更多线路.
2)在轨道交通方面,万人轨道交通运营线路长度和轨道交通网络连通度均对轨道交通客运分担率呈现显著正向影响. 由此可见,轨道交通建设依然是提高轨道交通客运分担率的重要手段,但考虑到轨道交通建设的巨大投入,未来各城市应着重优化轨道交通布局、提高轨道交通网络的连通度.
3)在社会经济方面,人均GDP和人均城市道路面积对轨道交通客运分担率均未呈现显著影响,表明生活水平并不是影响人们选择轨道交通出行的重要因素,且私家车客流与轨道交通客流可能并不一致.
4)城市和年份均展现出显著的随机效应. 不同城市的轨道交通客运分担率差异较大,但在调查期间整体呈现增长态势.
受客观条件和数据采集条件限制,本研究仅从宏观层面分析了城市公共交通出行结构的变化及其影响因素,没有结合衡量微观层面的数据如个人特征、土地利用形式等因素. 在后续研究中,有必要结合微观层面的影响因素进行分析,有助于更科学地规划轨道交通. 此外,本研究着重考虑的是常规公交与轨道交通两者之间的客运分担率,在多模式交通发展的情况下,其他交通方式可能对轨道交通客流也会产生相应的影响,后续有必要结合其他公共交通方式共同探究.
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