停車換乘系統

停車換乘系統是指在城市中心區以外軌道交通車站、公交交通首末站以及高速公路旁設定停車換乘場地，低價收費或免費為私人汽車、腳踏車等提供停放空間，輔以優惠的公共運輸收費政策，引導乘客換乘公共運輸進入城市中心區，以減少私人小汽車在城市中心區域的使用，緩解中心區域交通壓力。

基本介紹

• 中文名：停車換乘系統
• 外文名：Park and Ride Facility,P&R
• 對象：停車換乘
• 方法：低價收費或免費為私人汽車
• 目的：緩解中心區域交通壓力
• 學科：交通規劃

研究背景

當今世上，大城市區域用地開發密度差異較大，交通問題顯得極為頭痛。人口密度高的區域，交通需求量大，而且分布複雜，公共運輸以大容量、低資源消耗等優勢成為最佳的交通方式，能夠緩解區域交通擁堵、保護環境；人口密度低的地區，交通需求分散，無法支撐公共運輸系統建設，小汽車方式則具有便捷靈活的特點，’能夠實現門對門的高質量服務。因此，如何結合上述兩種最重要交通方式的優點，是大城市各區域間順暢溝通的關鍵，也成為規劃現代成功城市交通系統的命題之一。

P&R設施(Park and Ride Facility,P&R)，能夠將小汽車方式與公共運輸方式連線起來，揚長避短，在提高大城市區域間交通可達性的同時，將部分車輛攔截在擁堵區域之外，促使出行者換乘公共運輸到達城市中心區域。追溯歷史，P&R設施第一次興起是在上世紀60s-70s。西方城市，在機動化的首個高峰期，第一次遇到了道路擁堵、油價攀升、古城保護等問題。英國、美國、新加坡等國紛紛將目光投向了公共運輸，興建了初期的一批P&R設施，以擴展公交市場。

傳統上，P&R設施僅被視作城市公交(Transit)、合乘車(Carpool/Vanp001)或城際大巴交通(Intercity Bus Transit)的組成部分，是多種交通方式間進行轉換的一個驛站。最早的一批P&R設施中，不乏少數成功的案例，甚至個別設施至今仍在繁忙運營中。但是，絕大部分P&R設施，並沒能成功地吸引足夠的客流，在隨後不到10年的時間內幾乎消聲匿跡。然而，並未隨之一併消散的道路擁堵、環境污染等交通問題，仍在困擾著世界上所有城市。

時至今日，P&R設施的交通功能和形式，經歷了深刻變遷。上世紀90s以來，人們通過調查分析和經驗總結，開始普遍認識到，對於規模越來越大的城市而言，P&R是緩解其交通擁堵、保護生活環境的最有效策略之一。近20年來，各國政府和私人團體紛紛投資興建P&R設施，在實踐中證明了P&R是一種卓有成效交通發展模式。2000年以來，我國少數城市，如香港、北京和上海也開始了P&R設施的規劃與建設。

形式與功能演變

P&R設施是一組交通設施，一般包括公車站、停車場、步行連線通道等設施，它實現出行者在獨占交通方式(Single Occupancy Vehicle)和大眾交通方式(High Occupancy Vehicle)間相互轉換的功能。

理論上，P&R設施潛在的服務對象非常廣泛，包括，步行、腳踏車、機車、合乘車、通勤公車、公共汽車、城市軌道交通、甚至飛機和城際列車等。

因此，依據設施服務對象和布設區位，P&R具有多種表現形式。Spillar R．J．II uJ按照功能定位，將P&R設施分為6類，分別是簡易型(Informal Park and RideLot)、共用型(Joint Use Lot)、停車合乘點(Park and Pool Lot)、郊區P&R點(Suburban P&R Lot)、客運中心(Transit Center)、邊緣停車場(Satellite ParkingLot)；按照選址區位，P&R設施又可以分為4類，分別是郊區P&R點(SuburbanP&R Lot)、遠郊P&R點(Remote Long．Distance Lot)、區間P&R點(Local UrbanP&R Lot)、邊緣P&R點(Pefipheral P&R Lot)；Bos I．D．M．博士按照P&R在出行鏈所處階段，將其類型簡化為3種：近起點型(Origin functionality)，近終點型(Destination functionality)和區間型(Field functionality)。眾多分類方法，各有千秋，不一而足。實際上，P&R設施從出現至今，其交通形式和功能是一直在發生變化。

最初，在上世紀30s的時候，英國一些大城市，出於保護古城遺蹟的需要開始限制市中心的交通量，並在城市郊區臨近公交或鐵路車站的位置建設停車場以方便小汽車用戶停車轉乘公交或鐵路。這是最早出現的P&R設施。

到了1960s，英國更多的城市，如牛津城(Oxford)、萊斯特(Leicester)等，也興建了一批P&R設施。然而好景不長，這些設施到70s初就幾乎全部銷聲匿跡了。只有個別非常成功，運營至今，例如，牛津城的P&R設施。

美國興建P&R設施最早可以追溯到1955年的克利夫蘭(Cleveland)。到了全球油價攀升的1970s，美國城市開始重視發展公共運輸方式，並興建了一批早期的P&R設施，以拓展公交市場，主要吸引部分通勤客流，隨著石油危機的過去，美國的P&R建設也陷入了一段時期的低潮。

在亞洲，新加坡是最早嘗試興建P&R設施的國家。早在1975年，新加坡就嘗試在城市郊區主要交通出入幹道附近建設停車場，吸引小汽車用戶換乘公交快線進入市中心區，以期控制交通壓力保護城市環境。但由於停車場位置及其銜接公交系統設計不當等原因，該項政策僅運行數月即告失敗。

總的來看，世界上投資興建P&R設施的第一波熱潮，始於上世紀6、70年代，但在隨後十餘年內迅速地轉入低潮。早期P&R設施的形式多為小汽車與通勤公車或公共汽車的組合形式，功能定位在於拓展公交市場或轉移部分進入市中心的小汽車交通流。

到了上世紀90年代，現代城市機動化程度繼續加劇，城市空間和人口規模急劇擴張、土地被高密度開發以及組團式大都市區也已形成。城市所受的交通擁堵壓力前所未有的日益沉重。這時，人們開始對P&R設施重新審視，進行了最初的調查與分析。在爭論得失和總結經驗的過程中，我們得到了諸多啟發性結論：

作為世界上發展P&R最早，經驗也最豐富的國家之一，英國長期以來開展了豐富的政策分析、實證調查以及理論方法等專題研究。其中代表性有，倫敦大學Parkhurst的系列調查與分析報告。Parkhurst通過對英國已經實施了P&R策略的8個城市的調查與分析，指出P&R政策的實際效果並沒有減少道路交通流量，但影響了道路交通流量的分布，從而起到均衡網路交通負荷的作用。

但是，同樣針對英國城市P&R相關措施，Martin Lucas Smith提出了不同的看法。Smith以劍橋為例證明了P&R無論從經濟效益上還是環境保護方面上都不具備可持續發展性。其中指出了P&R措施帶來一些負面效應，包括P&R設施引起的部分小汽車無效繞行里程、高昂的建設成本以及由於大多數P&R設施提供免費服務導致的政府財政支出增加等問題。

P&R行為模型

目前P&R行為模型多為基於期望效用理論(Expected Utility Theory，EUT)的隨機型模型，它假設決策者感受到的備選方案價值(稱為效用)是不確定性，並且服從某種隨機分布(例如，極值分布和多元常態分配)。決策者按照數學期望效用最大的原則進行旅行選擇決策。

經典的隨機選擇行為模型有Logit模型和Probit模型。前者按照決策結構的不同又分為，多項式Logit模型(Multinomial Logit Model)、層次Logit模型(Nest Logit model)。另外考慮決策個體屬性分布，可以構建得到混和多項式Logit模型(MixedMultinomial Logit Model)等。由於具有簡潔的形式和強大的可擴展性，Logit的模型在P&R行為及其他交通行為建模研究得到了最為廣泛的套用。

隨機期望效用模型的關鍵是效用函式(Utility Function)的構造，但實際中影響方案效用值的因素數不勝數，不可能全部涵蓋。因此，最常見的做法是選取最重要和最直接的影響指標，例如‘時間’和‘成本’。到目前為止，幾乎所有的P&R行為模型皆如此。

近年，決策行為科學理論的前沿研究，揭示了更深層的現象規律，例如，情形依賴效應(context dependent effects)、學習效應(1earning mechanism)以及損失規避效應(10ss aversion)等。交通行為研究也迅速跟進了這個新的研究方向。

Bosl考慮情景相關因素(Context Variable)，例如設施安全水平、是否攜帶行李、天氣狀況等對P&R行為影響，設計了問卷調查，利用多級信息融合技術(Hierarchical Information Integration，HII)模擬決策認知過程，構造效用函式，建立了Logit形式的隨機選擇模型，並進一步驗證了模型的普遍有效性。

P&R行為分析

從方法論上，目前的P&R行為分析文獻分為2類：個體選擇行為分析法(Discrete Choice Analysis)和網路均衡分析法(Network EquilibriumAnalysis)。前者關注於個體P&R行為的影響因素及其分布規律；後者側重於在網路均衡態下揭示P&R行為規律以及網路性能等。

1、個體選擇行為分析法

個體選擇行為分析法，通過科學合理的問卷調查2獲取受訪者的偏好信息，統計歸納得到P&R行為影響因素的分布規律，並評價各因素對選擇行為的影響程度(一般為序列形式)。進一步，按照抽樣調查理論(Sampling Theory)3能夠標定出某種形式的選擇行為模型。因此，該方法能夠最直接地揭示用戶個體的P&R行為特徵。按照分析影響因素的不同，相關研究可分為以下6部分內容。

（1）用戶特性因素(personal characteristics)

P&R行為受到用戶特性因素的影響，例如性別、收入、年齡等。但是，世界各地的研究結論卻不盡一至，甚至截然相反，究其原因應該是各地P&R系統的形式及功能的差異所引起。儘管如此，仍然足以說明一個結論：用戶特性對P&R行為有重要影響。

（2）情景有關因素(contextual factors)

情景有關因素是指與出行直接有關因素，如出行目的、出行時刻、是否攜帶行李、有否出行同伴以及天氣狀況等。許多調查均表明，英國、葡萄牙和新加坡等地的P&R用戶絕大多數以通勤為出行目的。不同的是，荷蘭P&R用戶中以娛樂為出行目的占多數。

此外，一些研究指出天氣、出行時間、行李重量等情景因素也對P&R用戶有一定影響，並揭示了一些規律。

（3）P&R設施屬性(P&R facility attibutes)

英國牛津和約克兩城的調查表明P&R設施位置、停車泊位容量和安全程度是影響P&R使用率的重要因素【lJ。美國和加拿大的研究表明自由流下到達P&R設施所需時間是用戶的首要考慮指標之一。

Caroline J．Rodier博士對海灣地區快速公交站點的實地調查後討論了P&R設施位置、容量等與公交分擔率之間的定量關係。David Merriman通過對芝加哥捷運站點附近的停車泊位容量與捷運分擔量相關數據研究，得出結論每增加一個停車泊位將會提高0.6—2.2個捷運乘客量提出了‘成功泊車的可能性’來描述P&R設施服務水平對用戶行為的影響。

其他與P&R設施有關的影響因素還有，停車費用以及換乘公交的票價等，與之相關的定價策略及其最佳化是當下的研究的熱點之一。

（4）公共運輸系統銜接性能(Public Transport Connection Attributes)Smith和Palme英國分析指出，P&R設施只有在所銜接公交系統在擁堵區域的運行速度大於小汽車速度的情形下，才能吸引到用戶。而高質量的公共運輸性能也成為現代P&R系統的必要組成部分。

（5）目的地的小汽車方式可達性(CarAccessibilityAt Destination)基於對牛津城(Oxford)和約克(York)的調查統計，倫敦大學Parkhurst指出，市中心停車泊位缺乏和停車收費高時用戶選擇P&R方式的主要原因，因此提高中心區停車成本和限制小汽車使用措施對提高P&R的使用效率是最有效的措施之一瞄J。荷蘭的研究也表明，小汽車可達性的降低，例如，限制中心城區的停車容量、提高停車收費水平等，可以促進用戶轉移至P&R方式或公共運輸方式。

（6）交通信息影響(Information Effects)

許多研究指出，交通信息對小汽車方式出行用戶行為有重要影響。Stienstra調查發現，很多P&R用戶依賴出行前信息進行了出行選擇決策。BosI．et a1．通過問卷調查方式，研究交通信息對P&R用戶行為的影響，結果顯示，與時間、費用等因素相比，交通信息有影響但程度有限。Caroline J．Rodier博士對海灣地區實地調查，也討論了P&R信息服務等對公交分擔率的影響。

綜上所述，個體選擇行為分析法顯示了對P&R用戶行為特徵的強大分析功能，取得了豐富的結論。然而，該方法存在的不足，也不容忽視：它無法描述網路上用戶間相互競爭作用，也難以準確描述網路性能，例如擁擠效應、能力限制等重要現象。由於無法反映出上述網路上用戶行為的反饋作用，這限制了該方法在交通系統分析與最佳化層面上的進一步套用。

2、網路均衡分析法

網路均衡分析法起源於上世紀50s，其均衡的概念是指交通流在網路上的一種分布狀態，其中假設出行者總是尋求旅行阻抗最低，而當均衡狀態達到時任何人都無法通過主動調節其旅行選擇而獲利。

網路均衡分析法顯式地考慮網路拓撲結構及其上的交通流特性(例如，擁擠效應、排隊現象等)，考慮出行者的選擇行為包括方式選擇(小汽車方式、P&R方式以及公共運輸方式等)、路徑選擇、設施選擇等旅行行為，並按照用戶均衡準則進行交通流分配，最終獲得網路均衡狀態下系統各項性能指標，例如，交通需求、路段流量、路勁旅行時間、網路擁擠水平、設施利用率等等。幾十年來，基於網路均衡的方法將在交通政策分析與評價方面得到了廣泛的套用，取得了豐碩的成果。因此，將之套用於現代P&R系統分析與最佳化研究，能夠得到更科學的結論，更好地指導政策制定與系統最佳化。相對單一出行方式(Pure Mode)的網路，P&R交通網路為一種多方式網路(Multi．modal network)，其出行者旅行行為建模更為複雜。此研究方向的大多數文獻，一般是假設起訖點間通勤者使用的出行方式是單一的，即或小汽車或公共運輸等。對於駕駛小汽車到達換乘點，停車並換乘公共運輸到達目的地的組合方式出行行為(Combmed Modes Trip/Multi-Modal Trip)，相關研究十分有限。

Fernandez et a1．M在“路段相互影響是對稱的’’嚴格假設下，建立了與網路均衡條件等價的數學規劃模型，其中假設需求固定。Garcia和Marint65J將Fernandez的模型擴展至路段費用函式不對稱的情形。Yang Wang利用均衡方法分析了一個線性城市中P&R行為，研究中僅考察了一條路徑，而且假定交通需求均勻分布於幹道兩側。黃海軍課題組16 7j研究了瓶頸處P&R的L09it隨機均衡選擇模型。

Lo H．K利用‘狀態擴展建模技術’(State—Augmented Multimodal，SAM)技術研究了多方式網路中非線性票價下的P&R行為，顯式地考慮網路中換乘點類型和數量以及其公交線路的非線性收費結構，算例驗證了模型和算法的有效性。

Li Z．C．研究了彈性網路P&R措施對P&R行為的影響，建立了等價的供需相互作用的不動點模型，其中同時考慮了方式選擇、路徑選擇以及停車場選擇、P&R點選擇等行為。算例分析指出，網路中引入P&R系統的政策，可能帶來正面、中立甚至負面的效益。

Tan Z．J．考察了多方式交通信息系統(MTIS)對P&R行為的影響，提出了基於Probit的P&剛逛擇模型，建立了與隨機用戶均衡條件等價的不動點模型，設計了啟發式算法進行求解。算例分析了不同市場占有率和網路擁擠水平下，M11S對網路性能的影響。

上述開拓性的研究工作，得到了一些頗具啟發性的結論，初步顯示了網路均衡分析法的可取之處。不過，到目前為止，基於網路均衡分析法進行P&R行為分析及其系統最佳化，仍然不夠系統。總體來說，該方向還未受到國內外P&R研究者的廣泛關注，相關文獻不算多見。

交通設施能力約束

實際中，交通需求受交通設施能力的限制，在能力限制下可能促使交通需求在不同的交通方式之間轉移，特別是在早晚上下班高峰期。因此，為模擬出行者對交通擁擠和交通設施能力限制所做出的反應，在進行出行行為分析時有必要考慮交通設施能力限制這一約束條件。關於此主題的研究，有助於我們更深入地探討交通供需之間的相互影響。

交通設施能力，包括道路路段通行能力、公交線路運載能力以及停車場和P&R設施能力等，其中相關的最為廣泛的研究是道路路段能力約束下交通流分配問題。

無能力約束的交通流分配問題(Traffic Assignment Problem，TAP)可利用Frank．Wolfe算法得到‘最短路’線形子問題，從而有效地求解。但是，引入路段能力約束破壞了TAP的可行解的‘笛卡爾乘積’結構(The Cartesian ProductStructure)，使得能力約束下交通流分配問題(The Capacitated Traffic AssignmentProblem，CTAP)模型變得更複雜了，計算規模更大了。現有2種經典的方法處理這個困難：1、利用漸進式路段時間函式(Asymptotical Link Travel TimeFunctions)描述能力約束下的交通擁堵效用；2、通過懲罰策略(Penalty Schemes)將能力約束問題轉化為普通問題。

其他交通設施能力約束研究還有，考慮停車場能力約束下網路交通流分配問題。但此主題文獻還不多見，李志純瑙sJ建立了道路路段和停車設施能力約束下的旅行和停車行為模型，模型同時考慮了出行者對交通方式、旅行路徑和停車設施的選擇行為。能力約束下的多方式網路均衡條件被闡述為一等價的凸數學規劃模型，並使用增廣的拉格朗日對偶算法(Augmented Lagrangian dualalgorithm)結合部分線性化算法(Partial Linearization Approach)來求解該模型。到目前為止，還沒有P&R研究文獻考慮其網路能力約束問題。停車換乘網路能力包括，路段能力、P&R設施能力和公交線路能力等，將導致供需間更複雜的相互作用。因此，進行網路能力約束下的P&R行為分析和配流研究，是令人期待的課題。

交通信息系統評價

在交通資訊時代，智慧型交通系統(Intelligent Transportation System，ITS)是最具發展前景的交通方向之一，其核心部分，是先進的旅行者信息系統(Advanced Traveler Information System，ATIS)。ATIS包括路徑誘導系統(RouteGuidance System,RGS)和停車信息系統(ParkingInformation System，PIS)。它們通過向出行者及時提供方式分擔、路徑選擇、停車設施狀態等信息，引導出行者選擇效用最大的方案。一直以來，進行ATIS效用評價，是重要的研究課題。

目前研究主要集中在RGS下的路徑選擇方面，其研究方法主要包括實證法、計算機模擬法和分析性建模法。ATIS作用下網路上出行者的路徑選擇行為，與其是否有信息裝備、所接受信息的質量及個體的理解誤差有關。Harkerll和Bennet叫認為網路上裝備有信息系統的出行者會受到交通管理者的引導，導致其路徑選擇行為滿足系統最優準則(Systme Optimal，SO)，而未裝備信息系統的出行者僅考慮個人的出行阻抗，服從用戶均衡準則(User Equilibrium，UE)。Ben—Akiva et a1．等則認為裝備信息系統得出行者只會選擇能夠輔助自己做出更有利決策的交通信息，而無信息裝置的出行者只能根據自己的理解做出選擇。因此，網路上有無信息裝置出行者行為應分別滿足確定用戶均衡準則和隨機用戶均衡準則(Stochastic User Equilibrium，SUE)。

駕駛員對PIS的反應也已有大量研究。Allenoll]和Kurauchi et a1研究了改變可變信息板的位置後，PIS對停車行為的影響。近來，Lam和Tam研究了靜態交通網路中PIS對停車搜尋時間和停車可靠度的影響。實際中RGS與PIS同為ATIS的重要組成部分，同時引導出行者做出出行路徑和停車設施的選擇決策。因此，一些學者指出在評價信息影響時，應將二者統一起來進行研究。近年，Lam和Chantl研究了路徑和停車信息提供下的路網性能，建立了靜態網路均衡模型。

值得一提的是，在分析交通信息影響及評價收益時，市場占有率(MarketPenetration)是個重要的概念，它被定義為有裝置出行者占總出行者的比例。市場占有率的大小將影響出行者的旅行行為和整個系統的性能。許多研究將市場占有視為一個外生常量(Exogenous Constant)，即事先給定的常數。

但有證據表明，過高的給定市場占有率可能會導致過度反應和集中，從而不但沒有改善網路性能，相反還使其惡化。實際上，信息質量的好壞直接關乎ATIS用戶的旅行收益，這反過來又決定了ATIS裝備的市場占有率的高低，外生地給定市場占有率是不盡合適的。

交通系統可靠性研究

交通系統可靠性研究，起步於上世紀80年代，是可靠性工程(ReliabilityEngineer)研究的引申。其中，可靠性的概念是指，系統在規定條件(時間)下達到目標或完成任務的機率。評價路網可靠性的指標是可靠度(Reliability)，它不僅可用於衡量突發災害情況下網路的連通性，也可評價交通阻塞、事故、惡劣天氣等對出行行為和網路性能的影響。隨著社會經濟發展對交通系統的依賴日益顯著，出行者對交通服務水平的要求也越來越高，交通系統可靠性分析引起了廣泛的研究興趣。

其中，最受關注的課題是道路網路(Road Network)可靠性分析。到目前為止，路網可靠性概念的內涵已十分豐富，目前評價指標主要有：

（1）連通可靠度(Connectivity Reliability)用以評價地震等突發災害對路網節點連通可能性的影響，並通過找出和改善關鍵路段，提高路網的連通可靠度，從而保障救援等活動的順利展開。

（2）通行能力可靠度(Capacity Reliability)。通行能力可靠度為一定服務水平下路網能夠承載交通需求的可能性。可以發現，連通可靠度是通行能力可靠度的特例，即通行能力的可能取值為‘0或全部’兩個離散狀態。這一指標適用於評價交通衝突或事故、道路施工、天氣等事件對道路網路的影響。

（3）旅行時間可靠度(Traavel Tune Reliability)指出行者能夠在給定時間內從起點到終點完成出行或或在某時刻附近到達終點的機率。作為評價路網服務水平的重要指標，旅行時間可靠度研究備受研究者關注，按照不同視角可細分為OD旅行時間可靠度、方式旅行時間可靠度、計畫可靠度、基於出行活動的旅行時間可靠度等。