基于軌道交通的區(qū)域樞紐機場可達性研究
汪淳，雷曾翔，段征宇
(同濟大學交通運輸工程學院，上海201804)
【摘要】隨著長三角經濟一體化的發(fā)展，區(qū)域軌道網絡日趨完善，為擴大區(qū)域樞紐機場的腹地提供了良好的機遇。為了定量研究軌道交通對區(qū)域樞紐機場可達性的影響，以杭州蕭山機場為例，利用ArcGIS和改進的交通成本加權平均值法，從市域和區(qū)域兩個方面，對基于軌道交通的機場可達性進行分析。結果表明，基于軌道交通的機場有效服務范圍能夠覆蓋所在城市大部分地區(qū)；加強機場與區(qū)域軌道網絡的銜接，有利于提升機場的可達性，擴大輻射范圍。
【關鍵詞】區(qū)域樞紐機場；軌道交通；可達性
1 引言
我國初步形成了長三角、珠三角和環(huán)渤海三大城市經濟圈。長三角地區(qū)經濟一體化發(fā)展較快，都市圈內軌道網絡不斷完善，城市間空間聯(lián)系逐步增強。長三角地區(qū)機場眾多，密度較大，機場競爭日益加劇。區(qū)域樞紐機場應輻射區(qū)域內大部分地區(qū)，這不僅是提升機場競爭力的要求，而且是區(qū)域經濟一體化趨勢的必然要求。
軌道交通具有的運量大、速度快、舒適性好、準時可靠等優(yōu)點，在樞紐機場集疏運體系中的作用得到越來越多的重視。在長三角地區(qū)，隨著城市軌道網絡和區(qū)域軌道網絡的完善，已經初步形成了不依賴于小汽車的區(qū)域軌道出行模式。因此，有必要研究軌道交通對機場可達性及腹地變化的影響。
可達性是指借助特定的交通系統(tǒng)從某一給定位置到達目的地點的便捷程度。1959年，Hansen首次提出可達性概念，將其定義為交通網絡中各節(jié)點相互作用的機會大小。民用機場作為服務端，其可達性反映了服務端與需求端的連通性，是分析機場腹地范圍及機場綜合競爭力的重要因素。
國外學者對機場可達性研究起步較早，大多數(shù)利用非集計理論進行的可達性研究。Skinner( 1976)利用多項Logit模型(MNL)對華盛頓地區(qū)的3個機場間的競爭關系進行了研究，Harvey(1987)采用MNL模型對舊金山地區(qū)機場的競爭力進行了比較。Hess(2004)使用混合Logit模型，將人群進一步細分討論，其選擇因素也更加注重各類人群的偏好等。Paul Koster等(2011)以個體到達機場耗時的可靠性為指標對可達性進行了分析，結果表明到達機場的可靠性是衡量機場服務能力的重要因素。Tiziana D'Alfonso等(2015)利用非參數(shù)前沿分析法對意大利各機場間的競爭關系進行了分析。
基于非集計理論的機場可達性研究主要關注個體旅客到達機場的方便程度，在國內，應習文(2006)從快捷性、經濟性、舒適性三個方面計算通達成本，利用通達成本描述機場可達性。而基于空間分析理論(GIS)的機場可達性研究更多從機場角度出發(fā)，利用可達性分析機場的輻射范圍和服務能力。在國內，基于GIS對機場可達性的研究較多，徐濤等(2008)利用可達性分析方法和地理信息技術，研究2005年中國民用航空機場的可達性及其服務水平，研究范圍大，數(shù)據(jù)精度不夠而且沒有考慮與實際路網運行情況。姜海寧(2010)基于江蘇省的公路路網結構和最短時間路徑選擇算法，運用ArcGIS對江蘇省民用機場可達性進行了實證研究，對“7+2”民用機場形成前后的可達性進行分析。賈鵬等(2013)不僅分析了陸域可達性而且提出了空域可達性概念，計算并分析了空域可達性對機場服務水平的影響。
以上機場可達性研究，主要關注市域范圍的機場可達性，在區(qū)域范圍主要關注公路網對機場可達性的影響。
因此，本文將以區(qū)域樞紐機場為研究對象，基于軌道交通從市域和區(qū)域兩方面分析機場的可達性。
2 研究范圍及研究方法
2.1 研究范圍概況
杭州蕭山國際機場位于浙江省杭州市東部，距市中心27公里，是重要的區(qū)域樞紐機場。杭州蕭山國際機場位于杭州都市圈內，杭州都市圈位于長江三角洲經濟圈的南翼，其范圍是以杭州市區(qū)為中心，湖州、嘉興、紹興市市區(qū)為副中心。除了杭州都市圈城市，杭州周邊的地級以上城市還包括：金華、寧波、上海、蘇州、無錫、常州、鎮(zhèn)江和南京�？h級市主要包括：余姚和昆山。
本文將以杭州蕭山機場為例，研究范圍分為市域和區(qū)域兩個方面，其中市域指杭州市區(qū)，區(qū)域指上述杭州周邊15個城市。
2.2 研究方法
本文首先利用ArcGIS軟件中的空間分析方法對機場的可達性進行定量測算。再采用交通成本的加權平均值對可達性范圍進行進一步研究。
(1)等時線構建
對于市域可達性分析，通過基于地鐵站點在市域范圍內構建至機場的等時線。
首先根據(jù)遠期地鐵網絡規(guī)劃，利用Dij kstra算法計算市域內各個地鐵站點至蕭山機場的最短時間，其中將需要換乘的站點看作兩個站點，這兩個站點間所消耗的時間為換乘時間，其他站點間消耗時間為地鐵實際運營時間。算出各個站點至蕭山機場最短時間后，將杭州市底圖導入ArcGIS中，賦予各站點時間屬性，再進行分級柵格符號設置，以20min為間隔分為6個時間等級分別賦予不同顏色。
獲取各個地鐵站點的空間數(shù)據(jù)之后，通過建立數(shù)字高程模型(DEM)繪制市域至機場的等時線。典型的數(shù)字高程模型有規(guī)則網格模型(Gird DEM)和不規(guī)則三角網模型(TIN DEM)，兩種模型都可以根據(jù)離散數(shù)據(jù)點建立等值線。但有規(guī)則網絡模型要求原始數(shù)據(jù)點分布較為均勻，對于分布不均的地鐵站點利用不規(guī)則三角網( TIN)繪制等值線更加精確。
TIN表示法利用所采集的離散點數(shù)據(jù)，按照優(yōu)化組合原則，把這些離散點連接成相互連續(xù)的三角面網絡。區(qū)域中任意點落在三角面的頂點，邊上或三角形內。如果點不在頂點上，該點的高程值通常通過線性插值的方法得到（在邊上，用邊的兩個頂點的高程；在三角形內，則用三個頂點的高程）。本文取軌道站點至機場最短時間為高程，結合計算所得離散站點數(shù)據(jù)，利用ArcGIS軟件繪制等時線圖。根據(jù)中國民航總局將距離機場1.5h交通旅行覆蓋的范圍作為航空運輸服務的有效覆蓋范圍，利用等時線圖分析機場市域可達性。
(2)區(qū)域可達性評價指標建立
對于區(qū)域可達性分析，首先利用上述方法繪制區(qū)域范圍內至機場等時線圖后，再考慮到連通區(qū)域的人口以及經濟條件對機場可達性進一步研究。傳統(tǒng)的交通成本加權平均值法中，交通成本以及服務節(jié)點質量都與目標點的可達性呈正相關，但交通成本越小可達性應該越好而服務節(jié)點質量越大可達性越好，兩者不能都呈正相關，因此改進傳統(tǒng)的交通成本加權平均值法，其基本公式為：
式中：A為機場A的可達性；Tf為節(jié)點f通過軌道交通網絡到達機場所消耗的最短時間（單位：min）；M/為節(jié)點i的質量（節(jié)點城市市區(qū)常住人口，單位：百萬）；k為比例系數(shù)，這里取90min。
利用以上方法分析加強機場與區(qū)域軌道網絡銜接后，機場到周邊城市的可達性變化。通過計算優(yōu)化機場與區(qū)域軌道網銜接后所節(jié)約的時間，定量分析機場的可達性變化。
3 市域可達性分析
目前杭州僅有3條軌道通車運營，而根據(jù)“杭州市城市總體規(guī)劃(2001～2020年)修改（草案）”，到2019年軌道交通1、2、4、5、6號線將投入運營，至2050年（遠期）將形成包括城際軌道在內的共計13條線路的軌道網絡。這將對蕭山機場在杭州市的交通區(qū)位產生巨大影響，下面就城市軌道遠期建設對蕭山機場與市區(qū)的空間聯(lián)系影響進行分析。
3.1 基于城市軌道網的空間聯(lián)系
參考杭州現(xiàn)有軌道的運營周期及上海郊區(qū)軌道時間計算的經驗，基于遠期軌道規(guī)劃網絡，估算7號線投入運營后，以軌道交通各站點為起點，到達蕭山機場的時間，得圖1。
由圖1可知，從主城及江南副城的軌道站點至蕭山機場的時間在1小時以內，而根據(jù)2014年修訂的杭州市2011～2020年總體規(guī)劃，至2020年，這兩個地區(qū)將包含70%以上的市區(qū)常住人口和50%的市域常住人口。下沙副城和臨平副城到機場時間也顯著縮短，所以七號線開通以后，蕭山機場的可達性有較大提高，能夠有效輻射杭州市大部分地區(qū)。
3.2 與城市中心和副中心的軌道聯(lián)系
上一節(jié)中分析了近期和遠期機場與城區(qū)之間的軌道聯(lián)系，本節(jié)將目光轉向城市內各個公共中心，城市的公共中心承載著城市的各項功能，往往集中體現(xiàn)了城市的特性和風貌，考察機場與未來城市公共中心的聯(lián)系有利于進一步發(fā)現(xiàn)機場在未來可能面臨的問題。
為了直觀表明軌道覆蓋后機場與這些公共中心之間的聯(lián)系，可以使用等高線圖表示一定時間內由機場可以覆蓋的市域范圍，如圖2。
由圖2可知，蕭山機場通過軌道交通能夠在40內分鐘內覆蓋的城市公共中心僅有下沙副城。對于延安路及金湖地區(qū)、錢江新城和錢江世紀城這幾個未來主要的城市中心，它們通過軌道到達蕭山機場的時間在40～60分鐘左右。通過軌道交通能夠在1小時內到達城市主中心，對于西北部的城市副中心到達機場所消耗的時間均在1小時以上。
基于軌道交通從蕭山機場出發(fā)能夠在1.5小時內到達杭州市區(qū)大部分區(qū)域，即杭州市去大部分地區(qū)都是蕭山機場的有效服務區(qū)。軌道交通在保證機場可達性的同時，不僅有利于緩解機場地面交通通行壓力而且更加安全、可靠。因此軌道交通在大型樞紐機場的集疏運體系中發(fā)揮著重要作用，應該著重發(fā)展。
4 區(qū)域可達性分析
本節(jié)將首先分析蕭山機場區(qū)域可達性現(xiàn)狀，然后分析機場與軌道網絡優(yōu)化銜接后對機場區(qū)域可達性的影響。
4.1 蕭山機場區(qū)域可達性現(xiàn)狀
蕭山機場目前沒有直接與高鐵線路連接，只能通過杭州市兩大主要高鐵樞紐對外接送旅客。杭州市與周邊城市聯(lián)系不僅應該考慮出行消耗的時間，而且應該考慮出行班次。高鐵班次越多同時消耗時間越短，說明該城市與杭州市聯(lián)系越緊密。將高鐵班次和消耗的時間進行歸一化處理得到相對班次和相對時間，其比值度量各城市與杭州市的聯(lián)系程度，得與杭州市聯(lián)系較緊密的城市如表1所示。
由表1可知，與杭州市聯(lián)系緊密的城市有紹興、嘉興和上海。目前連接蕭山機場軌道7號線還沒建成，所以機場與杭州城站和杭州東站的銜接主要靠機場大巴。綜合考慮區(qū)域鐵路和機場大巴的行程時間，得到蕭山機場的2小時、3小時交通圈覆蓋范圍如圖3所示。
由圖3可見，從蕭山機場出發(fā)，1個小時以內很難到達其他周邊城市；2小時交通圈能夠覆蓋的范圍也相當有限。屬于杭州都市圈的嘉興、湖州等城市并不在2小時交通圈內；蘇州、無錫等省外城市，需要3小時以上才能到達機場，蕭山機場對于這些城市相當缺乏吸引力。在目前的軌道環(huán)境下，蕭山機場的對外交通耗時較長，制約了蕭山機場的區(qū)域輻射范圍。
4.2 改善后蕭山機場可達性對比分析
根據(jù)上節(jié)分析，有必要對機場與周邊軌道網絡銜接進行優(yōu)化。根據(jù)杭州市鐵路樞紐總圖規(guī)劃方案，杭州市擬在大江東地區(qū)規(guī)劃新建滬杭城際鐵路，另在滬杭城際鐵路中段設置江東站作為客運樞紐輔助客站。
如果考慮江東站作為蕭山機場對外交通方案，將大幅度縮短機場到鐵路站的換乘時間，目前從機場到杭州城站和東站耗時約110分鐘，而如果通過機場大巴到江東站消時約為10分鐘。蕭山機場通過城際鐵路方式對外運輸?shù)妮椛浞秶鐖D4所示。
由圖4可知，江東站建成后，蕭山機場輻射范圍明顯擴大，原先兩小時交通圈都不能覆蓋杭州都市圈內所有城市，現(xiàn)在一小時交通圈就能完全覆蓋。兩小時交通圈能夠覆蓋省外長三角重要城市（如上海、無錫和蘇州），三小時交通圈基本能夠覆蓋長三角所有城市。由于高鐵線路限制，雖然蘇州、無錫離杭州相對于上海、金華更近，但耗費時間反而更長。整體而言，江東站建成后，蕭山機場到各區(qū)域時間的時間都明顯減少，對外交通效率將會有很大提高。
江東站建成后，再將杭州蕭山機場、上海虹橋機場和南京祿口機場的輻射范圍進行對比，以高鐵作為對外交通銜接方式，如圖5所示。
江東站建成后，蕭山機場的2小時交通圈覆蓋范圍明顯擴大，與上海虹橋機場的覆蓋范圍相當，而且存在很大一部分重疊。在腹地競爭較為激烈的幾個城市中，如從無錫、蘇州出發(fā)的旅客，在上海虹橋機場飽和的情況下，去杭州蕭山機場比南京祿口機場更為方便。
考慮周邊城市的常住人口數(shù)量不同，機場服務的潛在客戶數(shù)量也將不同，常住人口越多，機場服務的潛在客戶也就越多，對可達性的影響就會越大，所以在評價可達性時不能僅僅考慮時間還應該考慮節(jié)點城市的常住人口。利用公式(1)計算江東站建成前后蕭山機場區(qū)域可達性的變化。江東站建成前可達性為0.64，建成后可達性為2.11。（值2.11表示以90分鐘為標準，蕭山機場服務杭州周邊15城市常住人口的平均時間將比90分鐘縮短2.11倍）
綜合以上分析，機場如果沒有與區(qū)域軌道網絡建立高效連接，機場輻射范圍有限。機場與軌道網絡建立快速連接以后，機場對外交通可達性得到明顯提升，而且服務的城市人口越多可達性提升越明顯。
5 結論
將機場輻射范圍分為市區(qū)和區(qū)域兩個方面，利用ArcGIS軟件基于實際軌道交通網絡對機場可達性進行了分析。為評價區(qū)域樞紐機場的可達性提供了一種新的角度和思路。
軌道交通相對于小汽車在客運能力、舒適度、便捷性和時間可靠性等方面具有優(yōu)勢，實現(xiàn)軌道交通與市區(qū)的有效連接，可以大幅緩解機場集疏運道路的交通壓力。
如果機場與區(qū)域軌道網絡缺乏高效銜接，機場輻射范圍有限，對周邊城市缺乏吸引力。在建立有效連接以后，機場到周邊城市的可達性得到明顯提升。重視區(qū)域樞紐機場與高鐵樞紐間的有效連接，不僅有利于增強區(qū)域樞紐機場綜合競爭力，而且有利于區(qū)域經濟一體化發(fā)展。
