軌道網絡中的環線作用，是許多正在進行軌道系統建設的城市所思考的問題，對于整體軌道網絡構架有很大的影響。曾經在討論中有專家認為由于在大半徑環線上繞行距離太長，因此在距離城市中心半徑為30公里左右位置修建城市軌道外圍環線并不合適；上海市中長期軌道網絡規劃中，也曾經面臨在道路中環線左右的位置是修建連續的軌道環線，還是采用多條線路相互連接替代的問題。通過對發達城市軌道網絡客流的實證分析，將有助于我們深入了解軌道環線的功能，以指導我國城市的軌道網絡規劃。為此，選擇與我國特大城市同等規模的日本東京都市圈軌道網絡為研究對象，通過環線軌道上的客流結構分析來對其運輸組織功能進行實證研究。
1. 日本東京軌道的內外環線簡介
日本東京軌道交通系統包括三部分：地鐵、JR和私有鐵路系統。在其軌道網絡中，有兩條環線發揮著重要的作用。具有內環作用的山手環線位于以東京站為圓心15km左右半徑的位置，進入東京中心區的放射形軌道交通線路大部分連接在山手線上；在30km半徑位置有武藏野線和南武線連接成的軌道交通外部環線（參見題圖，早期是貨運鐵路，而后改為客運，但實際上是一條在東京灣存在缺口的U形線）。
作為客流結構分析的背景，首先需要了解的是東京軌道網絡中兩條環線沿線的人口密度情況。東京內環線（山手線）和外環線（武藏野-南武）沿線各站點1km范圍內的人口密度（2010年）情況如圖1所示，其站點編號與車站名的對照如表1。
圖1 東京軌道交通內外環線沿線人口密度分布
表1 內外環線站點編號
從人口密度統計中可以看出，山手線處于高度開發的中心城區內部，其人口密度普遍高于外環線武藏野線的人口密度。山手線沿線包括了居住人口密集度很大的幾個區域，例如池袋站、西日暮里站，大塚站，人口密度高達10萬人/平方公里；有人口密度較低的地區，例如原宿，僅2.5萬/平方公里。而相比之下在城市外圍的武藏野線各個站點周邊的人口密度比較均衡。
在圖2所顯示的山手線和武藏野線沿線人口密度變化情況，從中則可以看出中心城區的人口增長快于外圍地區，仍然處于人口集聚的發展階段。
圖2 東京軌道交通內外環線沿線人口密度分布
2. 日本東京山手線和武藏野線客流構成分析
為了判斷東京內環線（山手線）和外環線（武藏野-南武線）的功能，根據相關統計數據，研究不同類型客流（本線直達、換乘）的比例關系，以及不同類型客流在環線上的乘坐距離分布。
對山手線、武藏野線所有站點的全天上/下客流量，全天換乘量進行統計如圖3、4所示。
圖3 山手線站點全天客流量統計
圖4 武藏野線站點全天客流量統計
通過數據可以得知，兩條環線的一個重要功能是銜接換乘。山手線29座車站中，24座為換乘站，武藏野線全線一半為換乘站點，兩條線路的換乘站的換乘客流量均遠大于上下客流量。
進一步研究外圍地區的武藏野線客流結構（參見圖5），從中可以明顯看到起終點均在該線路上的客流比例很小，更多的是利用該線路與其他線路接駁完成出行的客流，這是造成換乘客流遠大于上下客流的原因所在。
圖5 武藏野線所承擔客流的起終點構成
為了研究由于半徑環線大小對于乘客的影響，利用相關數據具體分析乘客在環線上的乘坐距離，在圖6中說明了武藏野線和山手線不同類型乘客乘坐站點數量的情況。
圖6 在兩條環線上乘坐不同距離旅客的累計概率
從圖6中可以看到，半徑較大的武藏野線乘客相比而言短距離乘車比例更高。對此可以從圖7中顯示的環線上乘坐5站以內乘客比例的對比情況更加清楚地看到。
圖7 環線軌道上乘坐距離在5站以內乘客所占比例對照
為了更好的了解武藏野線在城市外圍區發揮的連通功能，選取東京都市圈北部的埼玉縣和南部的神奈川縣間的往返客流為研究對象（參見圖8），分析選擇在內外環換乘的客流比例。
圖8 相關地區位置示意
調查數據中所反映出來的從埼玉縣到神奈川縣的客流為30072人次/日，從神奈川線到埼玉縣的客流為17601人次/日，在環線換乘的客流約占總客流的比例為35%。根據首末站間不同徑路的統計情況，最后得出，兩方向的客流在武藏野線和南武線、山手線換乘的比例情況，如表2所示。
表2 琦玉縣和神奈川縣間客流內外環換乘對比
由表2可以看出，埼玉縣與神奈川縣的往返客流選在在外環武藏野線換乘的客流比例要大于選擇在山手線換乘的客流比例。同時據東京客流量調查統計分析，山手線主要換乘方向客流，60%在山手線站點上及其內部站點出站，40%在山手線外圍站點出站，而武藏野線主要換乘方向的客流，39%進入了東京都中心區部，61%在東京都中心區部外圍站點出站。
3. 啟示與思考
在東京的軌道網絡中，內外環線在軌道交通線網中主要承擔放射線路之間客流轉換銜接功能，武藏野線還很好的誘導了過境客流繞過中心區利用外環線完成出行，縮短了外圍區域間的出行距離，并緩解了內部環線的換乘壓力。
由此可見，城市軌道網絡中的環線軌道與道路網絡中的環線功能有很大的差異，其主要功能是銜接，而非城市道路內環線所承擔的屏蔽中心城區過境交通功能。在外部環線位置軌道線路是否應該拆分為多條線路，則需要具體看在網絡中放射線路間所需要的橫向連接需求，避免增加換乘次數（根據東京相關調查數據，增加一次換乘將增加出行時間接近10分鐘）造成服務質量下降。
此外還需要注意的是，城市軌道交通的過軌互通運行是日本軌道交通的一種發展趨勢，在此背景下更加需要從運輸組織的角度，而非環線沿線土地功能互補角度考慮問題。
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