城市地理与新型城镇化

“时距”视角下城市轨道线网的通勤效率——以天津市中心城区为例

  • 王宇宁 , 1 ,
  • 杨安娜 2
展开
  • 1.天津师范大学 地理与环境科学学院,中国 天津 300387
  • 2.西北师范大学 地理与环境科学学院,中国甘肃 兰州 730070

王宇宁(1985—),女,辽宁盘锦人,博士,副教授。主要研究方向为城市与区域交通。E-mail:

收稿日期: 2018-06-27

  修回日期: 2019-03-15

  网络出版日期: 2025-04-27

基金资助

国家自然科学基金项目(51608363)

Commuting Efficiency of Urban Rail Transit from the Perspective of Time-Distance:A Case Study of the Central City of Tianjin

  • WANG Yuning , 1 ,
  • YANG Anna 2
Expand
  • 1. School of Geographic and Environmental Sciences,Tianjin Normal University,Tianjin 300387,China
  • 2. Collage of Geography and Environment Science,Northwest Normal University,Lanzhou 730070,Gansu,China

Received date: 2018-06-27

  Revised date: 2019-03-15

  Online published: 2025-04-27

摘要

快速发展的城市轨道交通日益成为居民日常通勤的主要交通方式之一。通过构建“时间—距离”模型,基于天津城市轨道交通的现状及规划线网,分别开展主要职住节点的通勤时距仿真模拟,分析轨道交通通勤圈构建的可行性及城市职住功能空间组织架构的合理性。结果表明,至2020年,中心城区的城市轨道交通难以满足外围居住组团的45 min通勤要求,但60 min内可基本实现环外居住组团与城市主要就业中心的便捷联系。建议进一步提升天钢—柳林城市副中心的线网密度,使其更好地发挥城市核心的触媒带动作用;增加边缘组团与中心城区的换乘节点,设立快慢不同的列车运行层级,提高边缘组团与中心城区的连通效率;简化换乘流线设计,配备丰富的接驳方式,提升站点内外的换乘效率。

本文引用格式

王宇宁 , 杨安娜 . “时距”视角下城市轨道线网的通勤效率——以天津市中心城区为例[J]. 经济地理, 2019 , 39(7) : 67 -75 . DOI: 10.15957/j.cnki.jjdl.2019.07.009

Abstract

Urban rail transit has become one of the main transportation means for residents' daily commuting. Constructing the time-distance model and based on the situation and network plan of the urban rail transit, this article simulates the commute time and distance between the main workplaces and residences, and analyzes the feasibility of the construction of rail transit commute circle and the rationality of the functional distribution of residence and workplace. The results show that the planned urban rail transit network in the central city of Tianjin won’t meet the 45-minute commute requirements by 2020, but it can basically achieve the convenient contact between the residential groups and workplace centers within 60 minutes. It is recommended to further increase the density of the transit network in Tiangang-Liulin sub-center to fully play the core role. It puts forward to increase the transfer nodes between residential groups and the central city, set up different operation speeds of rail train to improve the connection efficiency between residential groups and the central city, simplify the design of transfer and provide other transport means to improve transfer efficiency.

面对日益严峻的环境和交通问题,城市轨道交通作为一种高效率、大运量、少占地、低排放的交通方式,已经日益成为诸多大城市落实公交优先、引导绿色出行的重要选择。伴随着轨道交通在城市公共交通体系中的主导地位逐步确立,其在便利居民日常出行的同时,也不断变革着城市的交通出行结构。与此同时,随着我国城市化进程的快速推进及城市规模的不断扩展,出现了居住郊区化、就业分散化的发展趋势,导致城市的平均通勤半径不断增大,对交通出行效率提出了更高要求。通勤出行作为居民日常出行最主要的类型之一,其起讫点、出行路径相对固定,对时间可靠性要求较高,而轨道交通的特点恰好能适应其出行需求,成为居民通勤的主要交通方式之一。
对于通勤效率的研究,国外起步较早,从通勤时间[1]、通勤成本[2]、接驳换乘[3]、职住平衡[4-6]、通勤方式[7]等方面进行了系统深入的分析。近年来,随着我国城市交通问题的不断突显和居民通勤负担的日益加重,国内学者对北京、上海、广州、成都、西安等城市[8-13]的居民通勤展开了调查研究,总结了城市通勤的组织特征,分析了城市通勤效率的影响因素。而具体到轨道交通领域,以往的研究多将关注点集中于单个换乘站和客流量预测方面。苏星燕从换乘站的设施和客流两个方面分析了影响城市轨道交通换乘站运营效率的因素[14]。丁丹丹等从换乘设备设施、换乘乘客特性和运营组织方案3个方面分析了对大客流换乘疏散的影响[15]。总体而言,就轨道网络的整体效率开展的相关研究相对较少。赵晖等以北京市轨道交通线网为例,分析了轨道沿线居民职住分布及通勤空间的组织特征[16]。蒋玉琨提出了轨道交通网络的通达性指数,并就不同形态线路对轨道网络通达性的贡献进行了研究[17]。姜军等以居民出行调查中采集的职住关系和通勤行为数据为研究对象,分析了通勤距离、通勤时间的特征及其与职住平衡的关系[18]。郭谦等通过构建换乘效率指数,对北京轨道交通网络的通达性进行了评价及成因分析[19]。张育南等则以乘坐轨道交通出行的时耗为切入点,对比分析了莫斯科、纽约、巴黎、东京等各具特色的城市轨道线网结构[20]
综上所述,国内外学者在研究轨道交通对城市通勤空间的影响方面,多从其对于城市居住人口、就业岗位分布、职住空间组织等内容进行阐述,而对整个轨道线网通勤效率的定量评估和模拟预测却较少涉及。轨道交通相较于传统交通方式而言,具有更为剧烈的时空收敛特性,缩小了相同空间距离所对应的时间距离,不仅延伸了城市经济发挥作用的空间范围,更拓展了人们对于通勤距离的时空认知。因此,对于城市轨道线网通勤效率的评估与预测更应从出发地与目的地之间的“时距”而非“行距”来展开。基于此,本文从城市轨道线网通勤效率的“时距”视角出发,通过构建“时间—距离”模型,以城市主要的居住地及就业中心开展轨道通勤范围的仿真模拟,分析轨道交通通勤圈构建的可行性及城市职住功能空间组织架构的合理性,从而为优化完善城市轨道交通线网规划、提升轨道交通通勤效率、构建公交都市提供理论参考。

1 “时距”分析模型的构建

从空间相对位置的角度来看,距离通常是指空间距离,即在同一坐标系下,两点在相对位置上的长度关系。如果在研究居民的通勤行为时仅考虑空间距离,则只停留在二维空间,考虑到通勤行为中克服空间距离时需要耗费时间,则可以综合考虑通勤过程中的时间维度和空间维度,即构建“时间—距离”模型。时距模型根据不同主体的出行诉求,计算整个出行链中各环节的时间分配,模拟不同个体的出行过程,进而评判个体的出行效率及轨道线网的运行效率。该模型基于“时距”而非“行距”的视角,更加贴合居民日常出行中的时间把控以及轨道实际运行中的效率评判,对于提升轨道交通的运行效率、优化完善线网规划具有重要意义。张育南根据个人活动对通勤效率的要求,对北京城市轨道交通时距进行了检验,并基于整合发展理念提出了时距分配的要求[21]。本文即是在其研究的基础上,对时距模型进行进一步的细化和深化。
通勤过程中的空间距离取决于居住地与工作地之间的相对位置,而时间距离不仅受制于相对位置,且与通勤方式、运输速度、运营水平等因素有关。
T A B = L A B / V A B
式中:AB分别表示居住地与工作地; T A B表示AB两地间的时间距离( T A B 0); L A B表示AB两地间的空间距离( L A B 0); V A B表示居民的通勤速度( V A B 0)。
对于轨道交通通勤者而言,时间距离即其在通勤过程中的全部时间耗费( T ),不仅包括乘车时间,还包括离家、进出站、候车和转换乘的时间。
T = T 1 + T + T 2
式中: T 1 T 2分别指自起点和终点达至城市轨道交通站点所耗费的时间,在出发地与目的地可能稍有不同,但大致统一; T 则表示通勤者进入轨道站到走出轨道站之间的时间耗费。
通勤者在节点处的时间消耗可分为两部分:
T i = T + T i = 1,2
式中: T 是指通勤者由出发地或目的地到达轨道站的时间,可以采用多种交通方式,因此该时间与地段距离、交通方式、道路情况等因素都有关系; T 是指通勤者利用两种以上的交通方式自出发地或目的地到达轨道站,这两种交通方式之间的接驳转换时间。如通勤者骑行公共自行车到达轨道站点,在站点处停车、锁车后步行至轨道站点,这期间的接驳转换时间。
通勤者在轨道站域内的时间消耗也可以分为两部分:
T = T + T
式中: T 指从进入轨道站到刷卡进入站厅的时间耗费,包括安检、排队购票等,与轨道站域内的客流量、流线设计等因素有关。
付费区的时间耗费主要包括三部分:
T = T + T + T
式中: T 指通勤者在车厢内的时间,即地铁的运行时间,与出发地到目的地之间的距离和地铁的运行速度有关; T 是乘车者刷卡进入站厅、候车和出站厅的时间,与站厅内的拥挤程度、运营管理水平、发车间隔等因素有关,在高峰时间段,部分站点可能要等候1~2次列车经过后才能上车; T 是指不同线路之间的转换时间,与站内拥挤程度、换乘距离和不同线路的发车间隔等有关。

2 天津市中心城区的轨道交通通勤时距

天津是中国四大直辖市之一,近年来面对交通拥堵、环境污染等城市问题的不断加剧,加快了城市轨道交通的建设进程。截至2017年底,已开通运营地铁1、2、3、9号线和6号线一期,共166 km、104座车站(图1),覆盖天津市10个市辖区,线路延伸至东西南北各个方向,连接机场、火车站等主要交通枢纽。
图1 2017年天津市中心城区轨道交通运营图

Fig.1 The urban rail transit operation map of the central city of Tianjin in 2017

《天津市市域综合交通规划(2008—2020)》确定中心城区的轨道交通线网为环放式结构,由10条城区线组成(图2)。届时,天津市中心城区的轨道交通总运营里程将达300多 km,轨道交通占公共交通的出行比例达到40%,从而构筑与城市发展定位相适应、基本覆盖中心城区、连接重要节点和重点地区的网络化轨道交通格局,形成45~60 min轨道交通通勤圈。
图2 2020年天津市中心城区轨道交通规划图

Fig.2 The 2020 urban rail transit planning map of the central city of Tianjin

要打造轨道交通通勤圈,提升其通勤服务效能,首先就需要对轨道线网的通勤效率进行定量评价。下文将分别对当前中心城区轨道线网的通勤效率和规划线网的通勤效率进行时距范围模拟,以分析轨交通勤圈构建的可行性及城市职住功能空间组织架构的合理性。

2.1 现状轨道线网的通勤效率分析

通勤效率反映的是城市居住地与就业地之间的“时空距离”,因此,将分别对当前天津市中心城区的主要职住节点进行45~60 min轨道交通通勤圈的时距模拟。

2.1.1 研究对象

长期以来,天津市中心城区的空间形态呈现为典型的单中心圈层式发展格局,市级中心在小白楼附近高度集中,缺少城市副中心。随着社会经济的不断发展,中心城区的人口密度和土地开发强度不断加大,出于级差地租的考虑,居住、教育、产业园区等功能组团不断向外迁移,城市空间逐步拓展,功能分区日益明显。《天津市城市总体规划(2005—2020年)》提出天津主城区将构建“中心城区+外围城镇组团”的布局结构。在外环线以外地区沿交通干线发展8个边缘组团和1个新城,即青双组团、大寺组团、双港组团、新立组团、空港物流园区组团、大毕庄组团、小淀组团、双街组团和西青新城(图3)。这些组团将在254 km2的用地规模内承载210万人,占主城区人口总量的30%。但目前,仅有大毕庄组团、小淀组团、新立组团和西青新城有轨道交通通达。由此,下面将选取城市主中心小白楼地区作为主要的就业端,大毕庄组团、小淀组团、新立组团和西青新城作为主要的居住端,基于当前轨道交通1、2、3、9号线和6号线一期的轨道网络开展45~60 min通勤圈的时距模拟。
图3 天津主城区“中心城区+外围城镇组团”的布局结构

资料来源:《天津市城市总体规划(2005—2020年)》。

Fig.3 The layout structure of “central city + peripheral towns” in central city of Tianjin

2.1.2 研究过程

根据天津地铁集团公布的部分数据及实地调研,目前地铁1号线共21站,全线运行时间为48 min,平均运行1站的耗时约为2.29 min。地铁2号线共20站,全线运行时间为41 min,平均运行1站的耗时约为2.05 min。地铁3号线共26站,全线运行时间为52 min,平均运行1站的耗时约为2.00 min。地铁6号线目前开通24站,运行时间为48 min,平均运行1站的耗时约为2.00 min。地铁9号线共21站,全线运行时间为64 min,平均运行1站的耗时约为3.05 min。
①主要就业中心的时距范围模拟。以小白楼城市主中心为出行基点,开展“45 min通勤”和“1 h通勤”的时距范围模拟。
根据上文提到的公式(2),首先需要计算出45 min通勤和1 h通勤总时长中,在轨道交通站域内的对应时间。假设通勤者的居住与工作地均可通过步行方式到达轨道交通站点,根据正常的平均行走速度4~6km/小时,则即使是能够方便到达轨道车站的社区(与站点出入口间距400~800 m),也需5~10 min的时间。当进入轨道站域后,需要经历安检、购票、站内行走等过程,而这与轨道站域内的客流量、流线设计等因素有关。经过天津市多个轨道交通站点的实地测算,非主要换乘站的站内流线设计相对简单,行走距离在1 min左右,而大型换乘站点因多条线路的立体布局,站内行走时间为1~3 min。非高峰时期,安检时间约需1 min,高峰时期则平均在2~3 min。对于购买车票,非高峰期约需1 min,高峰时期加之排队等候时间约需2~3 min。但就通勤者而言,多采用IC卡,从而减少了车票购买的时间消耗。因此,通勤者在非付费区内的时间花费平均约为3~5 min。而在付费区内,根据公式(5),乘客进站、候车和出站也需要耗费一定的时间,约2~5 min。也即是说,通勤者从居住地或工作地出发至轨道交通发车前或后的时间大约需要10~20 min。为方便计算,将其设定为10 min,即 T = 10 + T + T + 10,则45 min通勤和1 h通勤总时长中,在轨道交通线网上运行及转换乘的总时长分别为25 min和40 min。
计算过程分为三部分:
①计算其在单一线路上的运行时距(表1)。
表1 2017年城市主要就业中心和居住节点的轨道通勤时距覆盖率

Tab.1 Coverage rate of rail transit in urban main workplace centers and residential nodes in 2017

节点性质 节点名称 45 min时距
覆盖率(%)
60 min时距
覆盖率(%)
就业中心 小白楼 49.0 85.6
居住组团 小淀 17.3 58.7
大毕庄 21.2 60.6
西青 29.8 76.0
新立 15.4 30.8
②计算其换乘一次至其他线路的运行时距,其中线路间的换乘时间按5 min时距损失计算。
③计算其换乘两次至其他线路的运行时距。
图4所示,小白楼附近轨道交通线网密度较高,且可以实现多线路间的换乘,以其为出行基点的1 h通勤范围涵盖了中心城区的大部分地区,在1 h之内可以到达除新立组团之外的其它城市主要居住组团。
图4 2017年小白楼城市主中心45、60 min轨道交通通勤时距范围

Fig.4 Rail transit commuting scope from Xiaobailou to other places of the central city in 2017 based on 45-minute and 60-minute commute

②主要居住组团的时距范围模拟。根据当前城市轨道交通的运行情况来看,有线路经过的居住组团为小淀组团、大毕庄组团、西青新城和新立组团,因此以这4个居住组团为主要的居住节点开展时距分析。
图5所示,小淀组团、大毕庄组团和西青新城周边的城市轨道线网较密集,覆盖率较高,因此交通通达性较好。以这3个组团为出行基点的1 h通勤可以覆盖中心城区的大部分地区,且均可到达城市中心小白楼地区。其中,西青新城与市中心的空间距离最短,且靠近换乘站,可与多条线路相交换乘,因此,其轨道交通的通勤范围最大。而新立组团的周边线路单一,距离换乘站较远,交通通达度较差,以其为出行基点的45 min通勤时距范围明显较小,且局限在该节点所在的9号线上。即便将通勤时间增加至1 h,其覆盖范围依然较小,勉强可以到达城市主中心小白楼附近。
图5 2017年各居住组团45、60 min时距范围

Fig.5 Rail transit commuting scope of the residential groups in 2017 based on 45-minute and 60-minute commute

2.1.3 结论分析

截至2017年底,天津市中心城区共开通5条轨道交通线路,共计104个站点。将以城市主要就业中心和居住节点为出行基点所覆盖的轨道站点数与城市轨道站点总数的比值定义为轨道交通通勤时距覆盖率。由表1可知,选取的5个节点中,小白楼的时距覆盖率最高,1 h内可到达大部分居住组团;4个居住组团中,时距覆盖率最高的是西青新城,其1 h时距覆盖率可达76%,最低的是新立组团,1 h时距覆盖率仅为30.8%。但4个居住组团均可以在1 h内到达城市中心小白楼附近。整体而言,就业中心的轨道线网密度高于居住组团,时距覆盖率更高。

2.2 规划轨道线网的通勤效率分析

随着天津城市功能的日益完善及轨道交通体系的快速发展,城市空间结构及功能布局正在进行着重构,下面将分别对规划的中心城区主要职住节点进行45~60 min轨道交通通勤圈的时距模拟。

2.2.1 研究对象

为疏解天津市中心城区日益集聚的人口与产业,整合优化主城区的空间结构,《天津市空间发展战略规划》提出了“一主两副、沿河拓展、功能提升”的发展战略,旨在打造以小白楼为城市主中心、西站地区和天钢—柳林地区为副中心的城市多中心结构体系。而对于《天津市城市总体规划(2005—2020年)》提出的8个边缘组团和1个新城,根据《天津市市域综合交通规划(2008—2020)》,除大寺组团外,均有规划轨道交通线路通达。因此,下面将分别选取城市主中心小白楼、副中心西站和天钢—柳林为主要的就业端,青双组团、双街组团、小淀组团、大毕庄组团、空港物流园区组团、新立组团、双港组团和西青新城作为主要的居住端,基于《天津市市域综合交通规划(2008—2020)》确定的城市轨道交通线网开展45~60 min通勤圈的时距模拟。

2.2.2 研究过程

由于部分轨道交通线路尚未开通,无法基于其实际运行时间进行时距模拟,因此,以已开通运营的5条线路为依据,将运行时耗做平均处理,即规划轨道线路平均行驶1站将耗时2.28 min。线路间的换乘按5 min时距损失计算。
①主要就业中心的时距范围模拟。分别以小白楼、西站和天钢—柳林地区为出行基点,开展45 min通勤和1 h通勤的时距范围模拟。
图6所示,小白楼和西站两个就业中心附近的城市轨道线网密度较高,且可以实现多条线路间的方便换乘,以其为出行基点的1 h通勤几乎涵盖了中心城区的空间范围,在1 h之内可以到达绝大多数居住组团。相比之下,天钢—柳林副中心的城市轨道线网覆盖率明显偏低,其在1 h通勤时耗下仍然无法到达小淀、双街和青双三个居住组团。主要原因在于小白楼和西站更为靠近中心城区的几何中心,而天钢—柳林的位置相对较偏,且线路换乘略显不便。
图6 2020年城市就业中心45、60 min轨道交通通勤时距范围

Fig.6 Rail transit commuting scope of the workplace centers in 2020 based on 45-minute and 60-minute commute

②主要居住组团的时距范围模拟。根据《天津市市域综合交通规划(2008—2020)》,选取有轨道交通通达的城市外围组团,即青双组团、双街组团、小淀组团、大毕庄组团、空港物流园区组团、新立组团、双港组团和西青新城作为主要的居住端,分别计算45 min和60 min通勤时耗所覆盖的空间范围。
图7所示,小淀组团、大毕庄组团、西青新城、新立组团和空港组团周边的轨道线网较密集,覆盖率较高,因此交通通达性较好。以这5个组团为出行基点的1 h通勤可以覆盖中心城区的大部分地区。其中,大毕庄组团和西青新城的覆盖范围最大,可在1 h内到达小白楼、西站和天钢—柳林等主要就业中心。小淀组团、新立组团和空港组团均可在1 h内到达2个市级中心。而青双组团、双港组团和双街组团的交通便利性较差,以其为出行基点的45 min通勤时距范围明显较小,双港组团和双街组团甚至无法在45 min内到达任何一个市级中心,即便将通勤时间增加至1 h,这2个组团达到中心城区的范围也很有限。其中,双港组团的轨交线网覆盖率最低,与小白楼和天钢—柳林2个就业中心均无法实现1 h通勤。
图7 2020年城市主要居住组团45、60 min轨道交通通勤时距范围

Fig.7 Rail transit commuting scope of the residential groups in 2020 based on 45-minute and 60-minute commute

2.2.3 结论分析

通过计算2020年城市主要就业中心和居住组团的城市轨道交通通勤时距覆盖率(表2)可知,天津市中心城区的3个就业中心中,主中心小白楼的60 min时距覆盖率最高,可达87.3%,而西站的45 min时距覆盖率最高,达到40.1%。在8个居住组团中,60 min时距覆盖率最高的是西青新城,为58.6%,最低的则为双港组团,覆盖率仅为27.4%。整体而言,3个就业中心的平均1 h时距覆盖率为79.7%,而8个居住组团的平均1 h时距覆盖率为44.2%。
表2 2020年城市主要就业中心和居住节点的城市轨道交通通勤时距覆盖率

Tab.2 Coverage rate of rail transit in urban main workplace centers and residential nodes in 2020

节点性质 节点名称 45 min时距
覆盖率(%)
60 min时距
覆盖率(%)
就业中心 小白楼 37.6 87.3
西站 40.1 83.1
天钢—柳林 35.0 68.8
居住组团 青双 6.0 30.0
双街 7.6 30.0
小淀 11.0 40.1
大毕庄 17.7 55.7
空港 11.4 51.1
新立 19.0 57.0
双港 9.3 27.4
西青 16.5 58.6

3 结论与讨论

对于天津城市轨道线网通勤效率的研究,本文选取了中心城区“一主两副”的小白楼、西站和天钢—柳林3个就业中心,青双、双街、小淀、大毕庄、空港、新立、双港和西青8个环外居住组团,分别以当前的城市轨道交通线网和《天津市市域综合交通规划(2008—2020年)》确定的城市轨道交通线网为研究对象,通过构建“时间—距离”模型来开展轨道交通通勤范围的模拟,以探讨天津市规划的45~60 min轨道交通通勤圈构建的可行性及城市空间布局的合理性。研究结果显示,至2020年,中心城区的城市轨道交通难以满足外围居住组团的45 min通勤要求,但若将通勤时间增加至60 min,则可基本满足各环外居住组团与城市主要就业中心的便捷联系。此外,整体而言,就业中心的城市轨道交通通勤时距更大,覆盖率更高,通勤效率明显高于居住组团,尤其是远离中心城区的居住组团其通勤耗时明显过长。因此,建议进一步增加天钢—柳林城市副中心的线网密度,使其能够更好地发挥城市核心的触媒带动作用。而对于城市边缘的居住组团,由于轨道交通建设运营的高成本,其线网密度的规划设计需要充分结合各组团的经济发展水平、人口集聚程度、未来开发潜力等因素进行统筹考量。与此同时,可以借鉴巴黎近郊范围的市域快线(RER线),设立大站快车和站站停慢车两个层次,从而提高城市边缘组团与中心城区的连通效率。此外,可增加城市边缘组团与中心城区的换乘节点,拓展其出行的空间范围。但在进行换乘站点设计时,要尽量缩短换乘距离,提高换乘效率。
在提高城市轨道交通线网运行效率的同时,还应充分考虑非运行时间的效率提升。如对于非付费区,可以在高峰时期增加安检人员,加快安检速度,减少排队等候时间。而对于城市轨道交通站点与居住地及工作点之间的“最后一公里”,则可提供丰富的接驳方式,配备完善的停车场地,提高其与轨道交通的换乘效率,从而减少非运行时耗,增加轨道线网上的运行时间,构建更加合理高效的城市轨道交通通勤圈。
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