基于轨道交通的区域枢纽机场可达性研究

 汪淳，雷曾翔，段征宇

 (同济大学交通运输工程学院，上海201804)

【摘要】随着长三角经济一体化的发展，区域轨道网络日趋完善，为扩大区域枢纽机场的腹地提供了良好的机遇。为了定量研究轨道交通对区域枢纽机场可达性的影响，以杭州萧山机场为例，利用ArcGIS和改进的交通成本加权平均值法，从市域和区域两个方面，对基于轨道交通的机场可达性进行分析。结果表明，基于轨道交通的机场有效服务范围能够覆盖所在城市大部分地区；加强机场与区域轨道网络的衔接，有利于提升机场的可达性，扩大辐射范围。

【关键词】区域枢纽机场；轨道交通；可达性

1  引言

 我国初步形成了长三角、珠三角和环渤海三大城市经济圈。长三角地区经济一体化发展较快，都市圈内轨道网络不断完善，城市间空间联系逐步增强。长三角地区机场众多，密度较大，机场竞争日益加剧。区域枢纽机场应辐射区域内大部分地区，这不仅是提升机场竞争力的要求，而且是区域经济一体化趋势的必然要求。

 轨道交通具有的运量大、速度快、舒适性好、准时可靠等优点，在枢纽机场集疏运体系中的作用得到越来越多的重视。在长三角地区，随着城市轨道网络和区域轨道网络的完善，已经初步形成了不依赖于小汽车的区域轨道出行模式。因此，有必要研究轨道交通对机场可达性及腹地变化的影响。

 可达性是指借助特定的交通系统从某一给定位置到达目的地点的便捷程度。1959年，Hansen首次提出可达性概念，将其定义为交通网络中各节点相互作用的机会大小。民用机场作为服务端，其可达性反映了服务端与需求端的连通性，是分析机场腹地范围及机场综合竞争力的重要因素。

 国外学者对机场可达性研究起步较早，大多数利用非集计理论进行的可达性研究。Skinner( 1976)利用多项Logit模型(MNL)对华盛顿地区的3个机场间的竞争关系进行了研究，Harvey(1987)采用MNL模型对旧金山地区机场的竞争力进行了比较。Hess(2004)使用混合Logit模型，将人群进一步细分讨论，其选择因素也更加注重各类人群的偏好等。Paul Koster等(2011)以个体到达机场耗时的可靠性为指标对可达性进行了分析，结果表明到达机场的可靠性是衡量机场服务能力的重要因素。Tiziana D'Alfonso等(2015)利用非参数前沿分析法对意大利各机场间的竞争关系进行了分析。

 基于非集计理论的机场可达性研究主要关注个体旅客到达机场的方便程度，在国内，应习文(2006)从快捷性、经济性、舒适性三个方面计算通达成本，利用通达成本描述机场可达性。而基于空间分析理论(GIS)的机场可达性研究更多从机场角度出发，利用可达性分析机场的辐射范围和服务能力。在国内，基于GIS对机场可达性的研究较多，徐涛等(2008)利用可达性分析方法和地理信息技术，研究2005年中国民用航空机场的可达性及其服务水平，研究范围大，数据精度不够而且没有考虑与实际路网运行情况。姜海宁(2010)基于江苏省的公路路网结构和最短时间路径选择算法，运用ArcGIS对江苏省民用机场可达性进行了实证研究，对“7+2”民用机场形成前后的可达性进行分析。贾鹏等(2013)不仅分析了陆域可达性而且提出了空域可达性概念，计算并分析了空域可达性对机场服务水平的影响。

 以上机场可达性研究，主要关注市域范围的机场可达性，在区域范围主要关注公路网对机场可达性的影响。

 因此，本文将以区域枢纽机场为研究对象，基于轨道交通从市域和区域两方面分析机场的可达性。

2  研究范围及研究方法

2.1  研究范围概况

 杭州萧山国际机场位于浙江省杭州市东部，距市中心27公里，是重要的区域枢纽机场。杭州萧山国际机场位于杭州都市圈内，杭州都市圈位于长江三角洲经济圈的南翼，其范围是以杭州市区为中心，湖州、嘉兴、绍兴市市区为副中心。除了杭州都市圈城市，杭州周边的地级以上城市还包括：金华、宁波、上海、苏州、无锡、常州、镇江和南京。县级市主要包括：余姚和昆山。

 本文将以杭州萧山机场为例，研究范围分为市域和区域两个方面，其中市域指杭州市区，区域指上述杭州周边15个城市。

2.2  研究方法

 本文首先利用ArcGIS软件中的空间分析方法对机场的可达性进行定量测算。再采用交通成本的加权平均值对可达性范围进行进一步研究。

 (1)等时线构建

 对于市域可达性分析，通过基于地铁站点在市域范围内构建至机场的等时线。

 首先根据远期地铁网络规划，利用Dij kstra算法计算市域内各个地铁站点至萧山机场的最短时间，其中将需要换乘的站点看作两个站点，这两个站点间所消耗的时间为换乘时间，其他站点间消耗时间为地铁实际运营时间。算出各个站点至萧山机场最短时间后，将杭州市底图导入ArcGIS中，赋予各站点时间属性，再进行分级栅格符号设置，以20min为间隔分为6个时间等级分别赋予不同颜色。

 获取各个地铁站点的空间数据之后，通过建立数字高程模型(DEM)绘制市域至机场的等时线。典型的数字高程模型有规则网格模型(Gird DEM)和不规则三角网模型(TIN DEM)，两种模型都可以根据离散数据点建立等值线。但有规则网络模型要求原始数据点分布较为均匀，对于分布不均的地铁站点利用不规则三角网( TIN)绘制等值线更加精确。

 TIN表示法利用所采集的离散点数据，按照优化组合原则，把这些离散点连接成相互连续的三角面网络。区域中任意点落在三角面的顶点，边上或三角形内。如果点不在顶点上，该点的高程值通常通过线性插值的方法得到（在边上，用边的两个顶点的高程；在三角形内，则用三个顶点的高程）。本文取轨道站点至机场最短时间为高程，结合计算所得离散站点数据，利用ArcGIS软件绘制等时线图。根据中国民航总局将距离机场1.5h交通旅行覆盖的范围作为航空运输服务的有效覆盖范围，利用等时线图分析机场市域可达性。

(2)区域可达性评价指标建立

对于区域可达性分析，首先利用上述方法绘制区域范围内至机场等时线图后，再考虑到连通区域的人口以及经济条件对机场可达性进一步研究。传统的交通成本加权平均值法中，交通成本以及服务节点质量都与目标点的可达性呈正相关，但交通成本越小可达性应该越好而服务节点质量越大可达性越好，两者不能都呈正相关，因此改进传统的交通成本加权平均值法，其基本公式为：

式中：A为机场A的可达性；Tf为节点f通过轨道交通网络到达机场所消耗的最短时间（单位：min）；M/为节点i的质量（节点城市市区常住人口，单位：百万）；k为比例系数，这里取90min。

 利用以上方法分析加强机场与区域轨道网络衔接后，机场到周边城市的可达性变化。通过计算优化机场与区域轨道网衔接后所节约的时间，定量分析机场的可达性变化。

3  市域可达性分析

 目前杭州仅有3条轨道通车运营，而根据“杭州市城市总体规划(2001～2020年)修改（草案）”，到2019年轨道交通1、2、4、5、6号线将投入运营，至2050年（远期）将形成包括城际轨道在内的共计13条线路的轨道网络。这将对萧山机场在杭州市的交通区位产生巨大影响，下面就城市轨道远期建设对萧山机场与市区的空间联系影响进行分析。

3.1  基于城市轨道网的空间联系

参考杭州现有轨道的运营周期及上海郊区轨道时间计算的经验，基于远期轨道规划网络，估算7号线投入运营后，以轨道交通各站点为起点，到达萧山机场的时间，得图1。

 由图1可知，从主城及江南副城的轨道站点至萧山机场的时间在1小时以内，而根据2014年修订的杭州市2011～2020年总体规划，至2020年，这两个地区将包含70%以上的市区常住人口和50%的市域常住人口。下沙副城和临平副城到机场时间也显著缩短，所以七号线开通以后，萧山机场的可达性有较大提高，能够有效辐射杭州市大部分地区。

3.2  与城市中心和副中心的轨道联系

 上一节中分析了近期和远期机场与城区之间的轨道联系，本节将目光转向城市内各个公共中心，城市的公共中心承载着城市的各项功能，往往集中体现了城市的特性和风貌，考察机场与未来城市公共中心的联系有利于进一步发现机场在未来可能面临的问题。

为了直观表明轨道覆盖后机场与这些公共中心之间的联系，可以使用等高线图表示一定时间内由机场可以覆盖的市域范围，如图2。

 由图2可知，萧山机场通过轨道交通能够在40内分钟内覆盖的城市公共中心仅有下沙副城。对于延安路及金湖地区、钱江新城和钱江世纪城这几个未来主要的城市中心，它们通过轨道到达萧山机场的时间在40～60分钟左右。通过轨道交通能够在1小时内到达城市主中心，对于西北部的城市副中心到达机场所消耗的时间均在1小时以上。

 基于轨道交通从萧山机场出发能够在1.5小时内到达杭州市区大部分区域，即杭州市去大部分地区都是萧山机场的有效服务区。轨道交通在保证机场可达性的同时，不仅有利于缓解机场地面交通通行压力而且更加安全、可靠。因此轨道交通在大型枢纽机场的集疏运体系中发挥着重要作用，应该着重发展。

4  区域可达性分析

 本节将首先分析萧山机场区域可达性现状，然后分析机场与轨道网络优化衔接后对机场区域可达性的影响。

4.1  萧山机场区域可达性现状

萧山机场目前没有直接与高铁线路连接，只能通过杭州市两大主要高铁枢纽对外接送旅客。杭州市与周边城市联系不仅应该考虑出行消耗的时间，而且应该考虑出行班次。高铁班次越多同时消耗时间越短，说明该城市与杭州市联系越紧密。将高铁班次和消耗的时间进行归一化处理得到相对班次和相对时间，其比值度量各城市与杭州市的联系程度，得与杭州市联系较紧密的城市如表1所示。

由表1可知，与杭州市联系紧密的城市有绍兴、嘉兴和上海。目前连接萧山机场轨道7号线还没建成，所以机场与杭州城站和杭州东站的衔接主要靠机场大巴。综合考虑区域铁路和机场大巴的行程时间，得到萧山机场的2小时、3小时交通圈覆盖范围如图3所示。

 由图3可见，从萧山机场出发，1个小时以内很难到达其他周边城市；2小时交通圈能够覆盖的范围也相当有限。属于杭州都市圈的嘉兴、湖州等城市并不在2小时交通圈内；苏州、无锡等省外城市，需要3小时以上才能到达机场，萧山机场对于这些城市相当缺乏吸引力。在目前的轨道环境下，萧山机场的对外交通耗时较长，制约了萧山机场的区域辐射范围。

4.2  改善后萧山机场可达性对比分析

 根据上节分析，有必要对机场与周边轨道网络衔接进行优化。根据杭州市铁路枢纽总图规划方案，杭州市拟在大江东地区规划新建沪杭城际铁路，另在沪杭城际铁路中段设置江东站作为客运枢纽辅助客站。

如果考虑江东站作为萧山机场对外交通方案，将大幅度缩短机场到铁路站的换乘时间，目前从机场到杭州城站和东站耗时约110分钟，而如果通过机场大巴到江东站消时约为10分钟。萧山机场通过城际铁路方式对外运输的辐射范围如图4所示。

 由图4可知，江东站建成后，萧山机场辐射范围明显扩大，原先两小时交通圈都不能覆盖杭州都市圈内所有城市，现在一小时交通圈就能完全覆盖。两小时交通圈能够覆盖省外长三角重要城市（如上海、无锡和苏州），三小时交通圈基本能够覆盖长三角所有城市。由于高铁线路限制，虽然苏州、无锡离杭州相对于上海、金华更近，但耗费时间反而更长。整体而言，江东站建成后，萧山机场到各区域时间的时间都明显减少，对外交通效率将会有很大提高。

江东站建成后，再将杭州萧山机场、上海虹桥机场和南京禄口机场的辐射范围进行对比，以高铁作为对外交通衔接方式，如图5所示。

 江东站建成后，萧山机场的2小时交通圈覆盖范围明显扩大，与上海虹桥机场的覆盖范围相当，而且存在很大一部分重叠。在腹地竞争较为激烈的几个城市中，如从无锡、苏州出发的旅客，在上海虹桥机场饱和的情况下，去杭州萧山机场比南京禄口机场更为方便。

 考虑周边城市的常住人口数量不同，机场服务的潜在客户数量也将不同，常住人口越多，机场服务的潜在客户也就越多，对可达性的影响就会越大，所以在评价可达性时不能仅仅考虑时间还应该考虑节点城市的常住人口。利用公式(1)计算江东站建成前后萧山机场区域可达性的变化。江东站建成前可达性为0.64，建成后可达性为2.11。（值2.11表示以90分钟为标准，萧山机场服务杭州周边15城市常住人口的平均时间将比90分钟缩短2.11倍）

 综合以上分析，机场如果没有与区域轨道网络建立高效连接，机场辐射范围有限。机场与轨道网络建立快速连接以后，机场对外交通可达性得到明显提升，而且服务的城市人口越多可达性提升越明显。

5  结论

 将机场辐射范围分为市区和区域两个方面，利用ArcGIS软件基于实际轨道交通网络对机场可达性进行了分析。为评价区域枢纽机场的可达性提供了一种新的角度和思路。

 轨道交通相对于小汽车在客运能力、舒适度、便捷性和时间可靠性等方面具有优势，实现轨道交通与市区的有效连接，可以大幅缓解机场集疏运道路的交通压力。

 如果机场与区域轨道网络缺乏高效衔接，机场辐射范围有限，对周边城市缺乏吸引力。在建立有效连接以后，机场到周边城市的可达性得到明显提升。重视区域枢纽机场与高铁枢纽间的有效连接，不仅有利于增强区域枢纽机场综合竞争力，而且有利于区域经济一体化发展。