前沿熱點 | 公共交通可達性水平PTAL應用前瞻
引言
公共交通引導城市發展（TOD）的規劃理念自2000年左右開始，隨著國內城市軌道交通建設提速而進入公眾視野。但長期以來，TOD理念在國內缺乏配套制度支持和工具支撐，常用的站點覆蓋率、線網密度指標不足以為公交系統改善提供科學有效的調節依據。國內城市迫切需要更加先進的工具為公共交通設施建設及相關規劃、決策、評估過程提供支持。
公共交通可達性水平（PTAL）算法作為TOD理念指引下的量化分析工具，在世界范圍內獲得了廣泛研究和應用，其在用地和設施投放、區域中心等級評估、交通管理政策以及區域公交改善方案制定等多方面有著成功的落地經驗。相對同類型的評估方法，PTAL具備評估體系更綜合、數據需求更少、可視化效果更突出的優勢，其應用對于我國城鎮化過程擁抱精明增長和精細治理，實現城市交通可持續發展有著重要的價值。
本文從數據需求、計算流程、敏感性、應用場景等多個維度對PTAL進行了剖析。以深圳和武漢PTAL計算為例，重點分析了PTAL在公交改善、共享單車接駁評估方面的實用價值。提出通過打造一站式的PTAL評估分析工具，降低規劃決策成本，助力城市發展提質增效的愿景。
01 背 景
公共交通可達性水平PTAL（Public Transport Access Level）算法于1992年由倫敦Hammersmith and Fulham地區率先引入，并在2001年擴展到了整個倫敦市，作為大倫敦地區評估公共交通可達性水平的標準方法。目前，該方法已推廣到了荷蘭、澳大利亞、新西蘭、印度和新加坡等國家。國內部分城市，如北京、上海、天津、武漢也在積極探索使用PTAL作為控規編制以及城市交通建設運營過程中的參照指標。
PTAL能夠評估城市中任一地點獲取公共交通服務的便利程度，它一方面反映了評估點所在區域的公共交通線網密度，另一方面也將線網的服務能力，如發班間隔、線路的可靠性等納入了考量范圍。
在倫敦交通局（TfL）發布的《交通評估最佳實踐指導手冊》中，PTAL一共分為從0到6六個等級，等級越高表示可達性越好。其中等級1和等級6被進一步細分為1a、1b和6a、6b。結合TfL發布的分級設色標準，通過類似熱力圖的方式，可以清晰地展現一個地區的公共交通可達性水平。
圖1 TfL規定的PTAL分類標準
圖2 大倫敦地區PTAL示意圖
來源：Assessing Transport Connectivity in London
此外，倫敦交通局專門為開發了網頁端的“可達性評估工具箱”——WebCAT，基于PTAL向公眾開放面向公共交通可達性評估的定制化快速查詢體驗，該工具支持基于地址搜索以及現狀年和規劃年的比較查詢。在為城市規劃決策服務的同時，也為普通民眾的居住選址、公交出行評估提供了開放、專業的途徑。WebCAT有效降低了公共交通評估決策的成本和時間，通過用戶友好、簡潔清晰的可視化方式向規劃管理部門提供專業評估結果，是業務領域內的一大創新。
圖3 倫敦交通局開發的網頁端“可達性評估工具箱”——WebCAT
https://tfl.gov.uk/info-for/urban-planning-and-construction/planning-with-webcat/webcat
02 PTAL計算
TfL規定的PTAL評估時段主要在工作日的早高峰期，以測算可達性能夠覆蓋的最大范圍及程度。倫敦市目前采用08:15至09:15之間的數據進行評估。
計算PTAL需要準備4類信息：
1.期望評估PTAL值的全部地點位置：面向城市級別的評估，通常采用網格的形式對整個地區的公共交通可達性進行采樣和測算；也可以選擇一類特定興趣點（POI）進行聚焦研究，以結合精確的步行距離信息進行聚焦研究；
2.對應地區全部公交、軌道站點，也稱為公交服務獲取點SAPs：Service Access Points；
3.該地區的步行網絡，即所有可供行人步行使用的道路（包括非市政道路），用于計算從期望起始點到公交服務獲取點（SAPs）的時間；
4.與上述公交服務獲取點（SAPs）相對應的全部共公交、地鐵線路，以及相應的發車頻率。
圖3 面向PTAL評估的數據需求
計算流程如下：
1.確定全部的評估點，在對應的公交和軌道步行接駁距離限制內，獲取評估點到線路的最短步行時間。
2.計算全部線路的計劃等車時間SWT(Scheduled Waiting Time)和平均等車時間AWT(Average Waiting Time)，其中平均等車時間為計劃等車時間的基礎上增加可靠性（懲罰）因子RF（Reliability Factor）得到。
3.結合步行時間和平均等車時間計算總接駁時間TAT（Total Waiting Time）。
4.計算等效服務頻率EDF（Equivalent Doorstep Frequency），即將總接駁時間視為計劃等車時間的前提下，對應線路的車輛發班間隔。
5.對于每個評估點，分別計算城市軌道和公交對于該點的可達指數AI（Access Index）。
6.將不同方式的AI值加總，查對應表，得到最終表征PTAL的水平層級值。
圖4 PTAL計算流程
不同城市計算PTAL的模型參數應當本地化，本文使用的參數參考了地圖導航步行速度（70.2米/分鐘），而最大步行距離仍按照TfL手冊中規定的接駁半徑進行約束。
圖5 用于PTAL計算的模型參數
PTAL的核心優勢
相比其他類型的公共交通可達性評估方法，PTAL有兩大核心優勢：
一、數據需求少：國內城市可以充分結合開放的軌道、公交站點線路數據資源，輔以少量的公共交通本地營運資料，結合在線路徑規劃結果即可完成評估，同時計算流程便捷，容易推廣。
二、應用門檻低：不同于基于交通模型的用地、可達性評估，PTAL的可視化簡潔明晰，便于掌握與應用，尤其適合非交通專業領域的規劃決策者。
04 PTAL敏感性分析
通過單條軌道/公交線路在不同服務水平和步行接駁距離條件下計算AI值容易得到，影響PTAL值最主要的因素是步行距離，其次是發班間隔。軌道線路由于計劃等車時間和可靠性因子均較低，因而相對有更高的AI值，但單條軌道對鄰近地區AI的累計貢獻值很難超過15，即達到Level 4（良好）的水平。相對軌道交通，公交服務的PTAL值對于步行距離的敏感性更低，主要原因是常規公交總體的發班間隔較長。以發班間隔15min的公交線路為例，當步行距離從100m增加到640m時，PTAI值從2.79衰減到1.71，僅降低了38.7%。
圖6 不同發班間隔下步行距離對軌道和公交PTAI值的影響
此外，在平均發車間隔為3min的條件下，單個軌道站點對步行距離超過400m以上區域的PTAI貢獻值一般在5以內，而國內平均站間距基本在超過1km以上。通過構建一個三站點特殊場景來考察一個區域在多條軌道覆蓋情況下PTAI值的疊加結果，如下圖所示，在上述場景下，當評估點遠離任一站點中心200m以上時，對應的PTAI疊加值會迅速下降至10以內。
圖7 一個典型的三角排布軌道站點PTAI值疊加分析
綜合軌道和常規公交在對周邊區域PTAI的影響規律，城市軌道交通對于提升PTAL覆蓋范圍有重要作用。但由于國內絕大多數城市地鐵線網仍處于快速發展時期，線網密度與國外大城市如紐約、倫敦、巴黎等還有一定差距，單純依賴地鐵僅能實現PTALs達到3級（普通）水平。因此必須結合常規公交相對低成本的線網搭建和高密度的站點布設，與城市軌道交通充分銜接，才能驅動區域PTALs到5級（優良: Very Good）以上。
05 PTAL應用-以深圳和武漢為例
深圳為例
深圳基于TransPaaS™平臺開發了100m柵格精度的PTAL評估工具，結合全市1.3萬個公共交通站點（同線對向站點不做合并），2000余條軌道公交線路及超過1200萬條（1個月）的公交運營到站記錄數據，使用地圖引擎接口進行了超過200萬次路徑規劃采樣，結合本地化PTAL參數進行計算。最終成果在柵格和交通小區（TAZ）兩個層級進行了可視化。
圖8 基于TransPaaS的PTAL評估結果：100m網格（上）和交通小區（下）
結合深圳人口分布情況和圈層劃分，對各圈層內不同PTAL等級交通小區覆蓋人口比例進行統計?，F狀深圳二圈層（龍華、寶安、龍崗等）居住大量人口，其中相當部分在一圈層工作，職住用地分布不合理、公共交通服務水平不足，導致“英雄難過梅林關”；近期深圳可加快軌道建設、優化與軌道接駁公交線路、開通點到點班車，遠期應調整職住用地空間布局從根本上解決這些問題。
圖9 深圳市圈層劃分圖（五角星是市中心）
圖 10 深圳不同圈層PTAL與人口分布關系
武漢為例
武漢PTAL采用200m的網格，對全市9條軌道，3條有軌電車和784條公交線路，總計約1.7萬個站點進行處理，公交運營數據方面，以武漢公交、軌道時刻表數據為基礎、公交GPS和到發站數據作為補充，對不同線路服務水平進行計算。以傳統三鎮為區分，漢口地區較武昌、漢陽公共交通可達性水平明顯更優。主城（三環）范圍內江漢區公交可達性水平最高，PTALs平均達到了23.78。
圖11 武漢主城區PTAL計算結果
圖12 武漢主城區各行政區PTAL均值和人口對比
從邊際效用最大化的角度看，優先改善高人口密度地區的公共交通可達性是最具吸引力的針對性提升措施。結合PTAL和區域人口統計數據，能夠快速識別潛在高價值的改善區域。
圖13 交通小區PTAL-人口密度3D可視化
圖13柱形高度代表對應交通小區的相對人口密度，通過密度大于3萬人/平方公里同時PTAL<10的區域，篩選得到淺藍色高亮區域?，F狀武漢市二環以內的核心城區，在武昌、青山以及硚口區仍然存在公共交通服務明顯缺位的地帶，需優先改善。
06 自行車接駁對PTAL的影響
作為慢行交通方式的重要組成，將自行車接駁納入PTAL評估具有重要的現實意義。倫敦提出采用自行車接駁等級（CYTAL）來促進城市外圍PTAL為0到2級地區實施更具可持續性的高密度住宅開發。自行車接駁能從兩方面提升區域的公交可達水平：1、通過縮短評估點到站點的時間，使得對應的等效服務頻率EDF增大；2、增大站點覆蓋半徑，使在步行條件下站點可達范圍外的區域獲得額外的可達性。
研究分別以深圳前海和武漢光谷地區為例，計算了在共享單車接駁條件下該區域PTAL的變化。其中騎行速度被規定在12km/h，并將使用單車接駁距離控制在400m以上，同時參考TfL中地鐵接駁時間12min的限制，將共享單車的最大覆蓋半徑設置為2400m，并在首末端各增加了1分鐘的取車/停車懲罰時間（后續將針對國內特點進一步修正參數）。得到兩地PTAL和CYTAL對比結果見下圖。
圖14 前海地區PTAL(左)和CYTAL(右)對比
自行車接駁對前海地區公交可達性原1a，1b的地區起到了明顯改善作用。
圖15 光谷地區PTAL(上)和CYTAL(下)對比
考慮騎行接駁后，光谷核心區域等級為6a、6b的區域擴大了近一倍。對于到站點中長距離的區域，正常能夠使PTAL提升1個等級。
盡管上述計算過程僅為理想情況下，即人們能采用騎行方式不受限制且不考慮額外成本（如租賃共享單車的成本）時區域整體可達性變化情況。評估結果仍然展示了完善騎行環境和提升共享單車服務運營水平的條件下公共交通可達性的潛在提升空間。對量化自行車接駁改善價值，推廣“最后一公里”綠色出行具有重要的現實意義。
07 PTAL的應用價值
1.指導居住用地規劃以及配套公共設施供給
PTAL已經深入到區域發展策略以及規劃中。如在大倫敦規劃中PTAL被作為增加住房供應，優化居住用地密度的核心指標，明確規定現狀及規劃居住用地PTALs應達到3-6，或在軌道站點或城鎮中心區邊界800m范圍內。對應公共設施投放應當與PTALs適配，以滿足大容量和密集使用的需求。
2.為停車配建和停車政策制定提供借鑒依據
基于區域的公共交通可達性和連通性嚴格限制停車配建、管控開發強度，在可達性高的地區降低配建指標，以鼓勵公交出行。PTALs可以作為停車配建、停車收費等政策制定過程中的參照指標。在最新版的大倫敦規劃中，PTALs與包括居住、零售、酒店餐飲及娛樂設施用地的停車配建指標綁定。其中對于PTALs達到5-6的區域，配建指標降為0，從而向Car Free的目標邁進。國內這塊可以借鑒并應用于控規或土地出讓的技術指標當中。
3.評估區域人口、就業以及經濟增長潛力
結合區域規劃年人口、就業承載力及PTALs發展水平，科學評估地區增長潛力。遵循TOD的原則，城市優先發展高密度住宅和商業的地區首先應該具備良好的公共交通可達性。倫敦地區即根據PTALs來對城鎮中心劃分不同等級，其中主要市鎮中心應達到5，大都會中心和國際中心應達到6a、6b，并規定了對應的開發強度區間。上述以公交可達性水平為導向的集約化開發模式，有助于高效利用土地和公共交通設施資源。
4.識別潛在的公共交通可達性重點改善區域，促進公平發展
公共交通設施效用最大化的核心在于以有限的資源向盡可能多的人提供優質服務。良好的公共交通服務能有效擴大工作半徑，為低收入群體提供更多就業機會。結合PTALs和城市人口、崗位和收入分布，可以迅速識別公共交通服務缺位的地區以及其中的低收入區域，進行針對性改進，促進城市資源和機會均衡分配。
5.結合TransPaaS™之技術開放平臺，打造城市PTALs開放查詢分析工具集
根據PTALs分析工具，基于TransPaaS技術，建立覆蓋主要城市的PTAL評估應用平臺，并實現長期動態監測計算，向各規劃行業和社會公眾開放，為公眾生活提供應用服務。通過智能規劃平臺云端構建標準化的城市級PTALs分析工具，接入互聯網地圖數據和城市規劃數據，形成由規劃行業主導和共同維護的國內城市PTALs開放查詢分析服務。
08 PTAL作為靜態指標的局限性
PTAL將步行時間，可獲得公共交通方式的數量、服務水平（發車間隔）、可靠性納入評估范疇，是一種相對綜合、靈活的靜態指標，PTAL也有其自身的局限性，主要體現在：
1.、PTAL無法評估從通過公共交通方式可覆蓋的范圍，也無法反映出行過程中不同方式和線路的速度、舒適性、換乘便利性等效用因素；
2.模型對步行接駁時間和等車、乘車時間以及可靠性懲罰因子設置了相同的權重，沒有考慮出行者在各出行階段不同的時間價值；
3.對出行者設定了相同的步行速度和出行意愿，缺乏對不同出行群體的差異化考量。
4.PTAL目前僅面向早高峰計算一天中可達性水平的最大值，有待進一步拓展到其他時段，滿足全天候動態評估的需求。
PTAL在面向不同地區落地過程中，還有與本地公共交通發展及居民出行特性深度融合的定制化空間。在實際應用時，PTAL可以與人口、崗位、用地及相關社會經濟發展指標緊密結合，在分類精細化評估基礎上支撐公共交通規劃、運營、決策過程。
結語
我國目前仍然處于快速城鎮化時期，無論對于未來大城市群，中心城市亦或是中小型城市，合理構建、評估、改善城市公共交通體系，打破城市規劃和交通規劃間的藩籬，落實公共交通引導城市發展的理念依然任重道遠。國內不僅需要在技術層面上統一和發展公共交通服務水平評估標準體系，更應從法律規制層面對其應用和推廣予以支持。同時應充分借鑒倫敦WebCAT打造“網頁規劃工具箱”的成熟經驗，面向解決傳統公交規劃數據量化評估周期長、成本高、方案測試數量受限等一系列瓶頸，在不依靠精細化交通模型的條件下，打造一站式、低成本、高時效的可達性評估工具箱，為公共交通運營方案評估改善、公交接駁提供技術支撐，并加快融入各專業規劃決策中。
致謝
本文涉及的相關研究數據得到了武漢市交通發展戰略研究院的大力支持，在成文過程中亦獲得了研究室鄭猛主任和上海市城市規劃院張天然博士的寶貴建議；SUTPC數據模型中心為深圳本地公交運營數據提供了最新計算分析結果，在此一并感謝。
參考文獻
[1] TFL. Transport Assessment Best Practice Guidance Document [R]. Transport for London, 2010.
[2] TFL. Assessing Transport Connectivity in London [R]. Mayor of London, Transport for London, 2015.
[3] 張天然，朱春節. 倫敦公共交通可達性分析方法及應用[J]. 城市交通，2019, 017(001):70-76,13.
[4] GLA. The London Plan 2019: Spatial Development Strategy for Greater London [R]. Greater London Authority, 2019.
[5] Inayathusein A, Cooper S. London's Accessibility Indicators: Strengths, Weaknesses, Challenges[C]. International Transport Forum Discussion Papers. OECD Publishing, 2018.
撰寫：丁雪晴、劉 恒
審核：丘建棟
審定：向燕陵