优化交通枢纽的按需求设置的支线公交停靠点位置：一种多目标方法

《Journal of Transport Geography》：Optimizing demand-responsive feeder transit stop locations for transportation hubs: A multi-objective approach

　　摘要：本研究构建了一个多目标停靠点选址优化框架，用于为面向需求的支线交通服务交通枢纽。首先，构建了一个负二项回归模型，整合历史出行数据与建成环境数据，以预测兴趣点级别的细粒度出行需求。其次，以预测得到的兴趣点级别需求作为输入，构建多目标优化模型，旨在最大化服务覆盖范围、最小化投资成本并提升公平性。该框架通过对中国上海市的全域大规模案例研究得到了验证。优化结果表明，这三个目标之间存在权衡关系：服务覆盖范围与成本呈正线性相关，而公平性与覆盖范围则呈现二次方关系。不同的规划偏好会带来不同的空间布局方案——以最大化覆盖和最小化成本为目标的方案主要通过调整停靠点数量来实现；而以最大化公平性为目标的方案则采取基于公平性的空间重新分配策略，在交通便利的市中心区域减少停靠点，而在交通不便的周边区域增加停靠点。此外，不同规划方案还与特定的土地用途存在关联：以最大化覆盖为目标的方案会优先考虑居住区和办公区，而以最小化成本为目标的方案则会降低对居住区和办公区的服务覆盖；以最大化公平性为目标的方案则会增加对机构区域的覆盖，同时减少其他区域的覆盖。

引言：铁路站和机场等城市交通枢纽是区域交通系统中的关键组成部分，公共交通的整体效率及其竞争力在很大程度上取决于“最后一公里”连接的优质程度（Yang和Huang，2022；Wang等人，2023b）。然而，固定路线的支线服务往往缺乏足够的覆盖范围和灵活性，导致在低密度或城郊地区的交通可达性较差（Wu和Han，2022）。这造成了公共交通供给方面的显著不公平现象，也限制了无缝多模式出行的实现可能性。面向需求的支线交通服务为传统公交服务提供了一种互补解决方案。具体而言，面向需求的支线交通是一种需求响应型交通服务，它通过灵活的路线规划和调度方式，将需求较低的地区与交通枢纽相连（Baier等人，2024）。简化的动态面向需求支线交通系统将一个中央交通枢纽（如铁路站、机场）与一组预定的固定停靠点相结合（Wei等人，2021），这些共同构成了系统的静态结构。在该框架下，运营方根据用户需求确定路线、时刻表或动态停靠顺序，从而在运营阶段形成动态结构（Zhang等人，2023；Nickkar等人，2022）。在面向需求的支线交通系统中，固定停靠点的布局决定了服务区域、服务密度以及用户的可达性，进而形成了作为运营基础的静态空间格局和规模。因此，确定固定停靠点的最佳位置是面向需求的支线交通系统战略规划中的关键要素，这也凸显出对停靠点选址优化进行研究的必要性。目前，关于面向需求的支线交通的战略研究主要集中在经济可行性和区域选择方面（Papanikolaou等人，2017）。现有研究通常通过可达性或公平性评估，在宏观层面判断部署面向需求的支线交通的必要性（El-Geneidy等人，2016；Jang等人，2017），或者根据出行活动及建成环境特征提出定性规划建议（Wang等人，2023a）。在这种背景下，区域规划通常被视为市场分析之后的次要步骤。数据驱动的方法则利用历史出行数据和空间信息，通过聚类技术识别潜在的部署区域（Mahfouz等人，2025；Galarza Montenegro等人，2022）。不过，由此得出的服务区域往往过于粗糙，无法反映最优决策，也不便于直接实施。模型驱动的方法则通过整合更小的空间单元，如交通分析区或街区，来划定服务边界（Bonner和Miller-Hooks，2023）。虽然模型驱动方法能够明确界定服务范围，但它们往往缺乏与现实出行需求的结合，也无法确定具体的停靠点布局。运营研究通常假设已有一组固定的停靠点，或者专注于生成动态的上下客点，以优化路线和调度（Chandra和Quadrifoglio，2013；Li和Cheng，2025；Qiu等人，2015）。然而，正是停靠点布局决定了面向需求的支线交通系统的具体静态结构，它将市场理论和区域理论转化为可操作的空间方案，同时为运营阶段提供关键输入。因此，停靠点规划研究的不足成为从战略规划走向实际运营过程中的重大瓶颈，这也凸显出对面向需求的支线交通系统中的停靠点布置进行系统研究的迫切需求。面向需求的支线交通的停靠点规划必须与特定的服务目标相契合，而这些目标中有一些已在战略层面被明确提出。鉴于许多需求响应型交通试点项目的失败率较高，运营可持续性至关重要（Currie和Fournier，2020），这就要求在控制成本的同时保持稳定的或不断增长的乘客流量，因此规划之初就必须重视服务覆盖范围和成本效益。公平性同样重要（Feitelson，2002；Jomehpour Chahar Aman和Smith-Colin，2020），因为面向需求的支线交通系统正是为了解决那些交通可达性较差的地区与交通枢纽之间的连接问题，填补交通供给上的缺口。此外，作为现有交通网络的补充，面向需求的支线交通必须与更广泛的城市交通系统相协调，以避免竞争、促进合作，并最大限度地利用现有资源（Mahfouz等人，2025）。这些目标之间存在的固有冲突表明，面向需求的支线交通规划是一个复杂的多目标优化问题。现有的规划研究往往只关注单一目标，比如服务覆盖范围（Delmelle等人，2012）或公平性（Bills等人，2022），或者通过加权目标来简化问题（Nourbakhsh和Ouyang，2012），从而忽视了决策过程本身的复杂性。此外，不同目标之间的权衡会导致多种潜在的解决方案，使得选择过程变得更加复杂。识别和理解这些权衡对于政策制定者选择稳健且有效的规划方案至关重要。为了解决这些问题，本研究构建了一个面向需求的支线交通停靠点选址的多目标优化框架。本研究的贡献主要有三点：首先，它解决了以往研究较少关注的面向需求的支线交通停靠点选址问题，填补了宏观战略规划与具体项目实施之间的重要空白；其次，它将多目标优化方法引入规划流程，并将交通枢纽的可达性作为优化目标之一。与现有面向需求的支线交通研究中使用的单目标规划或聚类方法相比，多目标优化能够同时考虑多个在维度或规模上可能存在显著差异的决策标准，从而为决策者提供多组可供评估的替代方案；第三，虽然以往的研究使用建成环境变量（如公交站或道路密度）作为可达性的简化替代指标，但本研究采用出行时间这一更为直接的指标来衡量交通枢纽的可达性。此外，它还考虑了公共交通与私家车出行之间的时间差异，以此体现面向需求的支线交通在提升特定区域可达性方面的潜力，从而强调了其与现有交通系统的整合。本文的其余部分结构如下：第2节介绍文献综述；第3节阐述多目标优化框架；第4节介绍研究区域和数据；第5节报告研究结果与发现；第6节探讨政策含义；第7节总结主要研究发现，并提出进一步的研究方向。

文献综述：需求响应型交通的规划是一项涉及多个方面的工作，包括战略市场分析、运输方式选择、功能定位、投资成本评估以及服务区域划定（Papanikolaou等人，2017）。对于面向需求的支线交通而言，这些规划因素同样具有决定性作用。尽管需求响应型交通的灵活性推动了大量关于运营优化的研究，但规划阶段的决策对于该系统的长远发展同样至关重要。

方法论：本研究提出了一个两阶段框架，用于确定面向需求的支线交通的停靠点位置，如图1所示。在第一阶段，运用负二项回归模型，将网格级别的出行需求数据分解为基于兴趣点的空间分布，从而有助于重建细粒度的出行需求。第二阶段则构建一个多目标优化模型，该模型综合考虑了服务覆盖范围、成本以及服务公平性等因素。

研究区域：本研究以中国东部的大城市上海作为案例，研究面向需求的支线交通的停靠点规划问题。研究以上海虹桥交通枢纽为对象，采用全市范围的调研范围，对上海市全域的停靠点位置进行优化，如图3所示。虹桥交通枢纽是一个大型综合交通枢纽，集机场和高铁站于一体，是上海城际交通网络中的关键节点。尽管其融合度很高……

基于兴趣点的需求建模估算结果：通过负二项回归模型对数据进行了估算，旨在分析当地兴趣点数量与前往虹桥交通枢纽的出行需求之间的关系。初步估算结果显示，商业类兴趣点的关联度较低，因此被排除在外，随后对模型进行了重新估算。最终的系数估算值和内部收益率列于表2中。所有类型的兴趣点都与客流量存在显著的正向关联。其中，休闲设施的估算影响最大（内部收益率为1.117），其次是办公区（1.089）……

政策含义：研究结果揭示了建成环境、出行需求与交通系统之间相互作用的机制，为决策者如何通过多目标规划中的权衡来影响这一机制提供了依据。基于这些见解，本研究提出了以下政策建议：面向需求的支线交通停靠点规划的决策过程应充分考虑因公平性考量而带来的投资效率的边际损失。研究结果表明，这一问题具有复杂的非线性特征……

结论：本研究为规划阶段服务于交通枢纽的面向需求的支线交通构建了一个多目标停靠点选址优化框架。该框架基于网格级别的出行需求数据与兴趣点数据构建了负二项回归模型，用以预测兴趣点级别的出行需求空间分布，从而为停靠点选址优化模型提供更精确的需求数据。此外，研究还设计了可达性差距指数，用于量化人们到达交通枢纽的便利程度，并结合多目标优化方法……

CRediT作者贡献说明：吴桐：撰写原始稿件、可视化处理、方法设计。滕静：监督工作、项目管理、数据整理、概念构思。陈 Enhui：可视化处理、结果验证、监督工作、相关研究开展。

资金来源：本研究得到了国家自然科学基金（52402388）、宁夏回族自治区重点研发计划（2026BEG02071）以及上海市交通运输委员会科研项目（JT2026-KY-009）的支持。

利益冲突声明：作者声明不存在任何可能影响本文研究成果的已知财务利益或个人关系。

吴桐|滕静|陈 Enhui
中国上海曹安路4800号，同济大学铁路基础设施耐久性与系统安全上海重点实验室，邮编201804