发展公共交通是永恒的话题。轨道公交和常规公交各有优势、劣势，应相互补充。道路规划、公交线路规划、公交运营规划三者不能相互替代，前者是后者的基础，后者依托前者。道路系统好，公交线路规划有基础，企业运营有弹性、主动性。道路系统差，公交线路规划陷被动，企业运营受限制。
根据经验，步行、自行车、小汽车中，仅适合某一种交通方式的道路，往往不适合公交。对步行、自行车、小汽车都适合的道路，也不一定适合公交。反过来，仅适合公交，不适合小汽车的道路，不可能存在（除非有特殊管理措施）。仅适合公交，对步行、自行车不一定非常适合，但是不会排斥。对于各种交通方式的道路，最难满足的是公交，满足了公交再满足其他，相对容易，满足了其他再满足公交，会有诸多困难。可以认为，道路系统优先满足公交，是城市规划对公交的最大支持，符合可持续发展理念。
道路网络结构可分解为四要素：（1）宽度（等级、功能）、（2）密度、（3）走向、（4）路段之间的相互连接（网络拓扑关系）。本文侧重于网络拓扑结构，对宽度、密度、走向，暂不深入讨论。
网络拓扑结构表示不同路段是如何连接起来的，例如，是方格网，还是树枝状，是自由式，还是规整式，讲起来简单，分析起来比较抽象。目前有少量学者用数学方法，从宏观角度分析道路拓扑结构对公交的适宜性，一般结论为，方格网道路使得公交布线比较均匀，树枝状道路容易导致公交线路集中在少数主要干道上。本研究侧重于微观拓扑结构，对网络中的每条路段均给予评价指标，判断他们对公交的适宜性，为规划设计提供指导。
市民出行距离有长有短，公交线路如果较短，就要增加换乘次数。公交线路如果较长，相对容易满足出行距离不同、出行地点不同的众人，减少换乘。较多城市，市内公交采用统一票价，不分乘距，这会导致短途乘客偏少，短线公交需求量偏低。线路过长也有弊病：（1）因路况复杂，车速不均匀，提高误点率，调度不方便；（2）沿线需求密度不均匀，难以控制班次、间隔；（3）统一票价，乘距过长的乘客影响到企业营收。如果道路结构能适宜长线，公交企业可以按市场需求调整长度。反过来，道路结构适宜不了长线，企业布线就相对被动。
对乘客个人来说，希望以较短的路径，尽快到达目的地，但是不同乘客每人的出发地、目的地不同、乘距不同，路径要求也不同，如果线路转弯多，较曲折，离开多数乘客期望的最短路径差异较大，整体满足程度较低。相反，线路直，转弯少，容易接近多数乘客的最短路径。对公交企业来说，线路直，可节省运营里程，降低成本。
公交线路由两个起终点站、众多经停站串联而成，后者的比例远大于前者，也承担着主要的上下客源。容易经过的路段适合经停，不容易经过的路段，特别是尽端路，只能布置起终点站。
不宜过短、比较顺直、适合经停是三个经验假设，可以看成道路网络适宜公交的三个条件：
如果上述三个条件满足较好，道路网络就为公交布线提供了较适宜的物质环境，企业根据市场需求，既灵活，又有针对性地布线，调整走向、班次，提高服务水平，和私人机动交通展开竞争。如果道路网络满足条件较差，企业布线受限，公交的竞争力也受限。
社会学领域大约在1960年代出现了社会网络分析方法，然后不断改进、发展，将人和人、组织和组织的相互关系抽象成社会网络，有多种计算方法、指标来描述网络结构，解释社会人（或组织）的行为，在社会学领域得到了应用。和道路网络相似，社会网络也用节点（node）和连线（relation）表示网络。网络的中间中心度（betweenness centrality，可简称为中间度，betweenness）是社会网络分析中的常用指标，该指标表示某结点在社会网络中是否有较强（或较弱）的中介地位，反映某社会人（或组织）能起到的联络、传递信息、经纪人的作用。以贸易网络为例，中介人、经纪人对贸易流通具有重要的促进或阻碍作用。受到这个概念和计算方法的启发，道路网络中，中间度较高的路段可能公交容易经过，适合经停，中间度较低的路段可能不易经过，不适合经停。
空间句法（Space Syntax），最早（1980年代）将社会网络分析方法引入建筑、实体空间，最初针对建筑室内空间。2006年以后有一次明显改进，目的是为了更加适应街道网络，但是视线、视域依然是重要因素，步行空间依然是主要应用对象，它将中间度称为choice（选择度、穿越度）。目前，空间句法对应的软件为Depthmap。
sDNA（Spatial Design Network Analysis，空间设计网络分析）也吸取了社会网络分析中的典型概念和指标，调整了空间句法的计算方法、数据结构，相对适合较大尺度的车行空间。经比较后，本研究选用sDNA。
在道路网络中任取两个节点，产生最短路径，一条路径所经过的路段都有一次记录，遍历全网络，所有两个结点之间最短路径经过的路段，产生的记录次数累加起来，转变为中间度（betweenness），经过次数相对较多的路段，中间度取值较高；经过次数相对较少的路段，中间度取值较低。
计算最短路径必须要度量距离，sDNA对路径距离有多种定义方式，较常用的是欧氏距离和角度距离。欧氏距离和通用地理信息系统类似，道路路段几何长度较短，成本较低，角度距离按道路路段和交叉口引起的转向角度来定义成本，转向角度较大，成本较高，转向角度较小，成本较低，完全直行，成本最低。本研究选用角度距离。
网络分析方法中有参数搜素半径，其含义是当网络涉及的空间范围很大时，用搜索半径来限定分析的空间尺度。搜索半径较大，分析者关注的空间尺度较大，反之较小，这一参数可以和公交线路的长度对应起来，关注较小范围内的道路对公交的适宜性，可以缩小搜索半径，评价道路网络结构是否适合较长的公交线路时，可加大搜索半径。
按上述规则，预设搜索半径，按角度度量距离，产生的最短路径，获得中间度指标，用于评价网络对公交的适宜性。计算过程中，道路网络结构适宜公交的三假设、三条件，得到体现：
（1）中间度—易经过—宜经停；
（2）角度距离—少曲折—较顺直；
（3）搜索半径—较连贯—能长线。
上述假设可用统计方法来验证。
本研究将山东省济南市作为典型案例，至2018年，中心城区大约有470万常住人口。为了保护地下泉脉，济南的城市轨道交通建设相对谨慎，目前仅有两条线路，而且避开了人口密集的中心区，因此轨交客运量在公共交通中的比重很低。本研究重点关注成熟发展区，由济南市规划院划定，东西向长度约19.3km，南北向宽度约7-14km，面积大约为195km²，涉及2172条道路路段。为了减弱拓扑分析的边缘效应，将计算范围向外扩大约2km，称扩展计算区，面积大约为340km²，涉及2638条路段（图1）。
图1 济南中心城区的道路网络
进入成熟发展区运营的公交线路有311条，没有公交经过的路段大约占41.8%，有公交的路段平均有6条线路，重复系数较高，最多的是经十东路，局部达到26条。
济南公共交通公司提供2017年5月乘客IC刷卡记录（不含其他企业运营的线路），根据卫星定位数据和刷卡的时间，可知该车辆当时的经纬度，从而判断该乘客大约是在哪个路段上车。
在扩展计算区，定义不同的搜索半径，按角度距离，计算路段的中间度（图2）。将成熟发展区内的道路中间度为自变量，每条道路上运营的公交线路条数（含城乡公交）为因变量，做线性相关检验，中间度和公交线路条数呈强强线性相关（n=2172，表1）。按统计学原理，可以认为，中间度较高的路段，相对适宜公交运营，中间度较低的路段，相对不适宜公交运营。
图2 成熟发展区的中间度
表1 路段中间度和经过的公交线路数线性相关检验（n=2172）
当搜索半径为12km时，中间度和公交线路条数的相关性最强，如果非直线系数为1.2，隐含了单条公交线路大约在14.5km比较合适。排除行驶到郊区、周边城镇的线路，完全行驶在扩展计算区范围内的公交线路有180条，实际平均长度为 14.25km，非常接近搜索半径的计算结果，虽然这是一种间接的、粗略的估计，但至少可以说明中间度的计算过程隐含了公交线路的长度。
表2 路段中间度和路段刷卡记录数线性相关检验（n=2172）
将成熟发展区内的道路中间度为自变量，每条道路上公交IC刷卡记录数为因变量，做线性相关检验，结果也是强强线性相关（n=2172，表2），当搜索半径为12km时，线性相关也最强。按统计验证，可以认为，中间度较高的路段，乘用公交的市民较多，中间度较低的路段，乘用公交的市民较少。
线性相关同时得到线性回归函数，即使强强相关，也会有少量样本偏离回归函数的估计值，本研究将线性回归中预测区间估计方法反过来使用，在预测区间之外的样本点，认为他们明显偏离了回归函数，残差显著。取路段的中间度为自变量，路段公交线路数、刷卡记录数为因变量，p=0.001，搜索半径12000m，可得出公交线路数明显偏低的有10条路段，明显偏高的有17条路段，刷卡数明显偏低的有10条路段，明显偏高的有29条路段。对此可凭经验判断这些路段的公交线路数、刷卡记录数出现异常的原因。
公交线路条数、刷卡记录偏低。主要原因是某些路段沿线正在修建人防设施，公交线路不得不临时改道，造成线路数、刷卡记录数偏低。
公交线路条数、刷卡记录偏高。原因较复杂（因受篇幅限制，无法详细给出路段的位置、路名），例如：（1）某些路段是成熟发展区对外联系的重要通道，城乡公交和市内公交混行；（2）某些路段附近有火车站、长途汽车站，对公交有特别需求；（3）某些路段附近为市级商业、商务中心，或者有大型批发市场、重要医院、重点中小学、幼儿园、重要旅游景点；（4）某些路段是某个方向的重要通道，两侧同方向的其他道路不但相距过远，贯通性也较差。
以济南中心城区为例，借助软件平台sDNA，路段公交线路数为主、公交刷卡次数为次，从定量（强强线性相关）、定性（残差原因解释）两方面验证了经验假设：
由此说明，中间度的计算过程、计算结果，可以评价道路网络对公交的适宜性。
规划设计人员可运用中间度指标，根据当地的公交需求，来考虑网络的拓扑结构。对公交需求较大的地区，满足这三假设、三条件的路段应该较多、较均匀，公交企业可以投入较大的运能，来均布线路，使得公交服务也比较均衡。对公交需求较小的地区，满足这三假设、三条件的路段可较少，但是应相对集中，有针对性，便于公交企业将较小的运能集中在关键路段、主要方向上，形成自己的局部优势。
用网络分析软件做计算，获得评价指标，有一定工作量，还有网络边界效应、细节效应，规划设计人员要熟悉它，会有一个过程。拓扑关系较抽象，讨论时所用词语过于专业，公众较难理解。对此，下阶段可提出一些一般规划设计人员容易掌握，比较简单的原则、导则来指导规划设计，使得抽象的网络拓扑结构理论隐含在原则、导则中，便于操作，也容易向公众宣讲。
原文始发于微信公众号（同济规划TJUPDI）：【科研创新】适宜常规公交的城市道路网络结构评价方法
规划问道
