目前学术界对公共交通的可达性进行了大量研究，国外关于可达性的研究趋向于数据驱动建模的定量研究［4-6］，国内则逐步由定性研究向定量研究与空间分析相结合的层面发展［7-9］。如Saghapour等［10］提出了一种衡量公共交通可达性的新方法，并用有序logit（Logistic）回归模型检验其度量效果；Ford等［11］介绍了一种内置于地理信息系统（geographic information system，GIS）的工具，使用广义成本矩阵衡量可达性，在伦敦的应用中，对整个城市不同模式下的可达性进行空间分析；郭瑞利等［12］以武汉市为例，利用成本加权距离分析方法，以步行、自行车、公交车三种接驳方式研究轨道接驳出行结构和接驳距离；裴玉龙等［13］选取平均出行时间、加权出行时间与出行范围为指标，衡量并比较分析哈尔滨中心城区轨道交通开通前后公共交通的可达性；魏薇等［14］则以山地城市为研究对象，基于道路坡度修正模型探究公交系统对于老年人群体的服务供给能力；周雨阳等［15］结合GIS技术，从公共交通出行时间和换乘次数两个层面，分析地形结构与土地利用因素对北京南站公共交通系统可达性的影响，为可达性的研究及地铁发展提供了实践经验与理论参考。
已有研究中对公共交通站点出行机动性和轨道交通与公交路网的综合可达性的关注较少。因此本研究以武汉市公共交通站点为研究对象，利用ArcGIS平台，结合地理空间统计分析等方法，以定性、定量分析相结合的方式对武汉市主城区的公共交通可达性空间布局进行研究，探索城市公共交通站点的服务水平及公共交通路网的合理程度，对城市公共交通服务设施规划和建设提供方法参考和借鉴。
1 研究区概况
武汉市作为中国中部地区的最大城市、长江经济带的核心和湖北省的省会，是我国的交通枢纽与工业重地。下辖13个行政区，全市土地面积约8 569 km2。武汉目前已拥有常规公交、无轨电车、有轨电车、地铁、城铁、BRT、出租车、轮渡、汽渡、共享汽车、共享单车等多种公共交通工具，而随着交通工具的发展，武汉市公共交通也随之产生了一些问题，如公交车又慢又挤、公交地铁换乘不便、地铁覆盖面不足等一系列问题。
据《2020年武汉市统计年鉴》，2019年武汉市运营的公共车辆数量为9 684台，每万人拥有公共车辆为13.5台；武汉市已建成并投入使用的轨道交通线路包括1号线、2号线、3号线、4号线、6号线、7号线、8号线、11号线、21号线共9条，涵盖228座轨道交通站点。2020年武汉市交通发展年度报告显示，2019年公共交通客运总量达29.9亿人次，其中公共车辆客运量为14.29亿人次，轨道交通客流达到12.29亿人次，由此可见地铁和公交依旧是武汉市公共交通的主体，且其站点固定有利于研究，因此本文以公交和地铁两种主要交通方式对武汉市主城区公共交通可达性进行分析。
2 数据来源及处理
本研究使用的数据主要包括武汉市城市道路网络数据、武汉市公交线路及站点数据、武汉市地铁线路及站点数据等相关资料。武汉市道路路网数据为现状路网矢量数据，初始数据来源于OSM（open street map）网站，并结合百度地图卫星位片进行补充与修正。公共交通站点数据是通过百度地图API（Application Programming Interface）获取的开源大数据，利用Python数据爬取工具，定向爬取带有空间位置信息的地理数据，经过筛选、矫正处理后得到研究所需的相关数据。由于数据来源不同，获取的3种数据坐标系各不相同，首先运用ArcGIS软件统一投影坐标系为武汉市所处地理分区WGS1984_UTM_50N。再将武汉市公共交通矢量数据导入地理数据库中，对交通路网进行拓扑验证，建立公共交通网络数据集。在属性表中添加道路长度、通行时间等字段，构建网络模型。然后借助网络分析工具中的起点-目的地成本矩阵分析以及服务区分析，分别以公交站点和地铁站点为起始点、目的点，基于时间阻抗进行两者的可达性分析。研究涉及的武汉市轨道交通运营速度取60 km/h，公交线路运营速度取30 km/h，人均步行速度取3.6 km/h（与后文步行距离900 m，步行时间15 min对应）。
3 公共交通网络可达性分析
3.1 公共交通站点空间分布特征
核密度估计方法能够反映点数据空间布局的相对集中程度。本研究通过对公交站点、地铁站点的核密度分析来估算公共交通站点空间分布的聚集程度。将武汉市公共交通站点及线路数据导入ArcGIS软件，生成主城区公共交通站点核密度分布图，如图1所示。
<G:\武汉工程大学\2022\2022-06工程\徐学娴-1-2.tif><G:\武汉工程大学\2022\2022-06工程\徐学娴-1-1.tif>[ a ][ b ] [0 5 10 km][江岸区][武昌区][汉阳区][硚口区][江汉区][青山区][洪山区][高
低][N][高
低][N] [0 5 10 km][江岸区][武昌区][汉阳区][硚口区][江汉区][青山区][洪山区]
图1 主城区公共交通站点核密度分布图：
（a）公交站点，（b）地铁站点
Fig. 1 Distribution maps of core density of public transport stations in main urban areas：（a）bus stations，
（b）subway stations
总体来看，核密度分布图显示武汉市公共交通站点分布具有明显的空间集聚特征，主要聚集在武汉中心的七大城区，其中江汉区、武昌区集聚程度最高，并沿此两区向周围逐级递减，由此形成了“中心集聚，外围分散”的总体空间布局结构。由此可见，江汉区、武昌区的公共交通服务能力最强，形成了武汉的两大核心区域。
3.2 基于最小阻抗的可达性评价
共获取到武汉市228条地铁站点、39 262条公交站点信息，由于公交站点数量过多、计算难度较大，因此使用100 m×100 m格网对其进行采样，得到主城区3 562个公交站点样本。利用ArcGIS平台建立起点-目的地成本矩阵，基于时间阻抗计算公共交通站点之间的可达性值，并生成研究区域的可达性分布图（图2）和主城区站点可达性排名前10的站点（表1）。
由图2可知，武汉市公共交通路网呈由中心向四周辐射的圈层格局，且在主城区范围内整个路网的可达性良好，地铁保持在26 min以内，公交保持在51 min以内。可达性等级为一级的区域主要分布于江汉区、江岸区、硚口区、汉阳区、武昌区、青山区以及洪山区的部分区域，由此中心区域向外延伸，可达性呈现出越来越低的趋势。与中心区域相比，四周的远城区道路较少，便捷程度较差。
<G:\武汉工程大学\2022\2022-06工程\徐学娴-2-1.tif>[可达性/min][N] [0 5 10 km][江岸区][武昌区][汉阳区][硚口区][江汉区][青山区][洪山区]<G:\武汉工程大学\2022\2022-06工程\徐学娴-2-2.tif>[30~35
36~40
41~45][46~51
52~57
58~62][63~68
69~73
74~80][ a ][ b ][可达性/min][N] [0 5 10 km][江岸区][武昌区][汉阳区][硚口区][江汉区][青山区][洪山区][14~18
19~20
21~23][24~26
27~29
30~32][33~35
36~38
39~42]
图2 基于时间阻抗的公共交通可达性（单位：min）：
（a）公交可达性，（b）地铁可达性
Fig. 2 Public transport accessibility based on time
impedance （unit：min）：（a）bus accessibility，
（b）subway accessibility
表1 公共交通站点可达性排名前十位
Tab. 1 Accessibility of top ten public transport stations
[地铁
站点 站间可达性 / min 站点
类型 公交站点 站间可达性 / min 江汉路 16.088 2 换乘站 江汉四路 28.324 3 大智路 16.308 7 换乘站 京汉大道地铁循礼门站 28.411 1 循礼门 16.385 9 换乘站 南京路武汉市中心医院 28.427 4 三阳路 16.584 5 换乘站 南京路胜利街 28.433 1 友谊路 16.766 2 中间站 江汉二路南京路 28.448 0 六渡桥 16.808 2 中间站 江汉二路江汉路 28.448 1 苗栗路 16.812 2 中间站 保华街南京路 28.476 1 积玉桥 17.027 7 中间站 铭新街南京路 28.480 8 香港路 17.033 7 换乘站 汇通路 28.481 1 钟家村 17.121 9 换乘站 保华街黄石路 28.509 2 ]
根据表1可知，地铁站点的站间可达性排名最高的依次为江汉路地铁站、大智路地铁站、循礼门地铁站，站间可达性较高的10个站点都位于人口密集、站点集中、换乘方便的主城区中心区，其中有6个是换乘站，且该10个站点的可达性都在18 min以内，出行非常便利；公交站点可达性排名前3的依次为江汉四路、京汉大道地铁循礼门公交站、南京路武汉市中心医院，排名前10的站点集中分布在江汉区与江岸区交界处、地铁2号线部分沿线、江汉路周边地区，该区域是武汉市最繁华、人口最密集的地区。
3.3 基于出行范围的可达性评价
使用ArcGIS网络分析中的服务区分析工具，研究各节点在给定距离或时间内的出行范围，利用反距离权重法或者克里金法生成可达性分布图，以评价公共交通站点的机动能力的强弱，出行面积范围越大，机动性越强。本研究将武汉市228个地铁站点以及主城区按格网采样的3 562个公交站点样本设为服务区设施点，利用网络分析方法，设置默认中断为1 000 m，以计算公共交通站点步行范围的可达性，结果如图3所示。
<G:\武汉工程大学\2022\2022-06工程\徐学娴-3-2.tif><G:\武汉工程大学\2022\2022-06工程\徐学娴-3-1.tif>[可达范围 / km2][N] [0 5 10 km][江岸区][武昌区][汉阳区][硚口区][江汉区][青山区][洪山区][ a ][ b ][N][江岸区][武昌区][汉阳区][硚口区][江汉区][青山区][洪山区]<G:\武汉工程大学\2022\2022-06工程\徐学娴-3-0.tif>[0.03~0.45
0.46~0.61][0.62~0.77
0.78~0.95][0.96~1.19
1.20~1.66][可达范围 / km2] [0 5 10 km]<G:\武汉工程大学\2022\2022-06工程\徐学娴-3-0.tif>[0.03~0.45
0.46~0.61][0.62~0.77
0.78~0.95][0.96~1.19
1.20~1.66]
图3 公共交通站点出行可达性：
（a）公交站点，（b）地铁站点
Fig. 3 Traffic accessibility of public transport
stations：（a）bus stations，（b）subway stations
由图3可知，主城区范围内，江汉区、江岸区、武昌区、硚口区、汉阳区的出行范围较大，机动性较好，主要原因是这些区域处于主城区的道路密集区，公共交通站点周边的道路较多，站点分布较为密集。排除城区中水系阻断造成的影响，临近主城区边缘的青山区东北部及洪山区东南部和西南部的可达性较差、交通便捷程度较低，主要由于这些地区的路网稀疏、交通站点分散，在未来的武汉市交通规划中需要对步行可达性程度低的区域进行线路调整和站点增设。
3.4 基于出行点的公共交通可达性
邻域分析工具用于挖掘要素之间的邻近关系。通过近邻分析，选择空间位置与其邻近的适宜选址区，计算各点与最近的适宜选址区之间的距离，以最近的点作为选址点。根据王慧等［16］的研究结果，距离在900 m以内，步行时间15 min，是大多数的步行者能接受的出行范围。因此选择距离地铁站点900 m以内的公交站点作为公交地铁换乘站点。利用近邻分析工具，选择距离出行点最近的公共交通站点并计算与其之间的距离，再根据人均步行速度计算可达时间。
在ArcGIS中创建100 m×100 m的覆盖主城区全域的要素格网，并提取格网中心点，视为居民出行点，则整个武汉市主城区包含96 047个出行点，去除水系后共有77 002个居民出行点。以主城区地铁站点为中心，生成900 m范围的缓冲区，提取出距离地铁站点900 m以内的公交站点2 037个，900 m以外的站点1 525个。在假设不考虑自行车、电动车、小汽车与公共交通接驳的前提下，从任意一个居民出行点X到另一个出行点Y的出行方式可以分为以下4种：
方式1：步行+地铁。此种出行方式条件为：居民出行起始点和目的地点到达地铁站点的距离≤900 m，假定出行者只选择地铁出行。从起始点、目的地点步行到达地铁站点的时间都为tw1，然后叠加地铁站点之间的通行时间ts，则：T1=2tw1+ts。
方式2：步行+公交+地铁。此种出行方式条件为：起始点到达地铁站的距离＞900 m，目的地点到达地铁站点的距离≤900 m，假定出行者选择公交和地铁换乘出行。从起始点步行到达最近公交站点（距离地铁站点900 m外）的时间为tw2，乘坐公交到达最邻近公交换乘站点的时间为tb，然后步行到达地铁的时间为tw3，搭乘地铁出行的时间为ts，最后从地铁站点步行到达目的地时间为tw，则：T2=tw2+tb+tw3+ts+tw1。
方式3：步行+公交+地铁+公交。此种出行方式条件为：起始点到达地铁站点的距离＞900 m，目的地点到达地铁站点的距离＞900 m，假定出行者选择公交-地铁-公交换乘两次出行。在出行方式2的基础上，搭乘地铁后，从地铁站点步行到最近公交站点的时间仍然为tw3，乘坐公交出行时间依旧是tb，最后步行到达目的地时间也为tw2，则：T3=2tw2+2tb+2tw3+ts。
方式4：步行+公交。此种出行方式条件同方式3，区别在于假定出行者只乘坐公交出行。居民从出行点步行到距离最近公交站点的时间为tw2，乘坐公交出行的时间为tb2，最后步行到目的地的时间仍旧为tw2，则：T4=2tw2+tb2。
根据上述4种情况，利用ArcGIS网络分析工具和近邻分析工具进行计算，再进行空间叠加分析得到基于出行点的4种出行方式可达性，结果如图4所示。
由于上述可达性均为基于最短时间计算所得，则武汉市主城区公共交通综合可达性T可由4种出行方式的最小值来度量。计算方法为：
T=min｛T1，T2，T3，T4｝
根据上述公式，利用像元统计工具取4种出行方式可达性的最小值，并以20 min作为出行时间成本阈值进行分割，得到主城区基于出行点的公共交通综合可达性，见图5。
由图5可知，公共交通可达性受轨道交通影响较为显著。地铁站点附近的出行点可达性最高，且沿地铁站点呈现带状分布特征，全局平均出行时间在40 min以内的城区面积为295.7 km2，在60 min以内的面积达到了653.07 km2，占整个主城区面积的68%。就区域分布而言，江汉区的公共交通综合可达性最好，平均出行时间为31.56 min，其次是武昌区、硚口区、江岸区，平均出行时间都在40 min以内；主城区边缘部分公交站点分布稀疏，尤其是洪山区东北部，由于东湖的分隔，公共交通站点分布密度低、可达性最差。
4 结 论
本文以武汉市228个地铁站点、主城区3 562个公交站点样本为研究对象，从公共交通站点空间分布密度、全局平均出行时间、站点出行机动性、最邻近站点距离4个角度进行研究，分析武汉市主城区公共交通服务能力及综合可达性。
研究结果表明，主城区整体交通可达性良好，城区中心可达性较好而外部较差，江汉区可达性等级最高，原因在于其地铁和公交分布密度最高；综合可达性的空间分布与轨道交通联系密切，地铁站点周围出行便捷度最佳，而城市边缘地区站点分布较少，可达性最差。公共交通站点可达性决定了其周边各种经济活动、公共设施的集聚程度，在一定程度上反映了城市的经济发展水平。本文通过对武汉市主城区公共交通可达性的综合分析，对我国都市的交通规划、尤其是交通站点的布局具有借鉴与指导意义。
本研究未考虑自行车、电动车、小汽车与公共交通的接驳方式，有待进一步完善。公共交通综合可达性与城市社会、经济活动具有密切联系，在今后的研究中构建交通站点步行可达范围与市民出行需求有机耦合的研究新思路，为城市公共交通服务设施规划和建设提供建议。