基于GIS技术的智慧街道应用研究：以邯郸市中心区为例

白 梅，刘 洋，朱永强，陈 剑

(河北工程大学 建筑与艺术学院，河北 邯郸 056038)

智慧街道的概念来源于智慧城市，是智慧城市的子集.它以物联网智能感知设备和网络为基础，与先进云计算等技术相结合，并以此提高街道智能化程度，建立一种基础设施高端、环境智慧友好的新型街道，从而促进街道使用者和街道环境之间的互动[1].郑迪等[2]提出建立智慧街道服务平台，从生活便利、安全保障、智行辅助和环境治理4 个方面提出智慧手段.缪明等[3]提出构建智慧街道应急管理平台，对街道的突发事件进行监督和管理.李雯[4]对智慧街道中人的移动性、机动车、街道使用者的出行活动等做了技术分析.

现阶段利用大数据对智慧街道的研究较多，主要通过新技术手段对使用者的行为方式进行分析，总结出智慧化特征，形成街道交互式设计.但针对街道分析以及智慧化应用的研究相对较少.本文以街道作为研究对象，依托GIS 技术平台，按照时间成本对居住区至紧急型、非紧急型服务设施的最短路径进行分析及统计，提取公共路径街道，对其提出智慧化更新策略，以期提高街道运行效率，更加方便居民的出行.

1 研究区概况和数据来源

1.1 研究区概况

邯郸市位于河北省南部，总面积为1.2 万km2.研究围绕邯郸市中心区展开，其中包含29个街道(包括3 区：复兴区、邯山区和丛台区)，研究区域总面积为90.10 km2，地势平坦、路网发达，见图1.

图1 邯郸市中心区行政区分布

1.2 数据来源与预处理

1.2.1 数据来源

研究区域路网数据来源为OSM(open street map)空间数据.将道路按照主干道、次干道和支路3 种级别进行划分，并针对不同等级道路的速度属性进行赋值，确定主干道通行速度为60 km/h，次干道通行速度为30 km/h，支路通行速度为20 km/h[5].对于紧急型、非紧急型服务设施的界定，参照周卫等[6]对街道公共服务设施能力的维度划分和宋正娜等[7]对公共服务设施时效性分类，提取出紧急型服务设施为医院和消防站；非紧急型服务设施为便利服务设施(商场、银行)和环境区域(公园).本文所选取的服务设施主要有消防站(不含社区内微型消防站)、综合性医院、大型商场、各大银行营业厅及营业网点(不含社区内部及街道小型自助设施点)和城市综合公园绿地(不含社区公园、游园、专类公园).

1.2.2 数据预处理

根据路网数据，对邯郸市中心区内相邻居住区进行筛选与合并，共提取104 个居住区研究样本.对紧急型服务设施和非紧急型服务设施进行细类筛选并对相邻设施进行合并处理，选取消防站9 个，综合性医院47 个，大型商场29 个，大型银行营业厅74 个，城市综合公园绿地5 个.基于城市区域的中心区路网系统，居民点与设施点之间的出行成本是以机动车或步行方式计算的两地间最短路径的出行时间成本作为研究依据，排除其面积规模、级别等属性，以此模拟城市中心区街道使用状况.

2 研究方法和实现路径

2.1 研究方法

针对居住区至服务设施的路径分析研究方法主要有最近距离法、核密度法、重力模型法、胡佛(Huff)模型、两步移动搜索法等[8].本文选择最近距离法，它假设居民选择服务设施过程中优先选择最邻近的服务设施，其中包括直线距离、基于路网的道路距离或时间距离[7].

2.2 实现路径

对于消防站、综合性医院、大型商场、大型银行营业厅和城市综合公园绿地建立最近距离模型，分析每个居住区位置点到最近公共设施位置点的最短路径及时间成本.具体操作步骤为：1)将路网数据和各设施POI 数据导入GIS 中，构建交通网络模型；2)使用Netword Analyst 创建网络位置，利用新建设施点工具，将服务设施位置点导入设施点，居住区位置点导入至事件点；3)将阻抗属性设置为时间成本，测算出居住区至最近服务设施的最短时间路径.

3 现状评价

3.1 居住区至紧急型设施路径分析

紧急型服务设施一般都有相对严格的时效要求.最近距离法在居住区至时效性要求较高的紧急型设施中有广泛研究[7]，其中医疗设施和消防设施在紧急型设施中最为重要.本文对其最短路径进行分析，以花费的时间来衡量，暂不考虑设施环境、设施条件、选择偏好、服务质量等非空间因素.

3.1.1 居住区至医疗设施路径分析

邯郸市中心区医疗设施供给水平较高，总体呈现由中间向东西方向逐渐降低的趋势.医院在中心区中部数量较多，东部次之，西部相对较少，依照居住区邻近医疗设施的最近距离进行分析，居民使用频率较高的主干道为浴新北大街、滏河南大街、人民路和联纺东路；次干道为丛台路和水厂路.由图2 可知，居民出行时，85%的街道可使居民在4 min 内到达就近医疗设施点，在8 min 内能到达就近医疗设施点的街道占95%以上.

图2 居住区至最近医疗设施公共路径及时间成本

3.1.2 居住区至消防设施路径分析

消防设施的布局代表了其实际有效责任区，在一定程度上可反映消防站布局的合理性.本文筛选出邯郸市中心区大型消防站，其主要分布在北部和中部，依照居住区邻近消防设施的最近距离，居民使用频率较高的道路有浴新北大街、中华街、滏河北大街、滏河南大街、人民西路、陵园路等.根据“五分钟消防”原则，中心区内大型消防站可满足基本要求(见图3).

图3 居住区至最近消防设施公共路径及时间成本

3.2 居住区至非紧急型设施路径分析

对居住区至非紧急型设施路径进行分析时，发现人们在2 个场所等级差距不大的情况下，会选择距离近的进行日常生活、消费等行为[9].

3.2.1 居住区至商业设施路径分析

商业区位主要特征之一是具有较好的交通环境条件，以便购物者方便快捷的到达商业中心.本文选取中心区美乐城、天鸿商场、万达商场等大型商业设施.依照居住区至邻近商业设施的最短时间成本，居民使用频率较高的主干道为人民路、浴新北大街、联纺路、滏河北大街和滏河南大街；次干道为果园路、丛台路、水厂路等.大部分居住区居民到达就近商场时间在6 min 以内，仅西部居住区居民主要通过人民西路到达就近商场，时间多为6～10 min(见图4).

图4 居住区至最近商业设施公共路径及时间成本

3.2.2 居住区至公园场所路径分析

城市公园的可达性能够客观地反映城市公园绿地空间分布情况，并且可以用来评价居民能否公平、方便地享用城市公园绿地[10].本文研究场所主要选取赵苑公园、丛台公园、龙湖公园、滏阳公园和罗城头公园5 处规模相对较大的城市公园，其分布于中心区中部和南部.居民到达就近公园，主要通行的道路为联纺路、丛台路、人民路、中华北大街、中华南大街、浴新北大街等，且多在7 min 之内即可到达上述所指的城市公园(见图5).

图5 居住区至最近公园场所公共路径及时间成本

3.2.3 居住区至银行设施可达性评价

银行设施空间网络的平均路径距离整体偏短.居住区居民到达邻近银行多使用支路通行，主干道主要有浴新北大街、联纺路、人民西路等，次干道主要有果园路、丛台西路等，时间基本控制在5 min 以内(见图6).

图6 居住区至最近银行设施公共路径及时间成本

4 街道智慧优化策略

本文利用GIS 技术平台对居住区至紧急型、非紧急型最近服务设施及最短时间成本的公共路径进行提取(见图7 和图8)，并利用智慧化理念针对选取的公共路径街道进行模拟优化.

图7 居住区至紧急型服务设施公共路径

图8 居住区至非紧急型服务设施公共路径

4.1 居住区至紧急型服务设施公共路径街道

首先，针对公共路径街道信息数据进行采集，利用自动感应设备、路面传感器设备及移动设备采集街道中机动车出行数据以及行人出行活动信息数据；其次，对数据进行筛选及处理并传输至街道数据分析平台，对数据进行分析；最后，将车流量、停车状况、通勤模式以及车辆移动速度等信息传输至街道使用者(见图9).由此，街道使用者可快速发现街道系统问题，并采用相应的应急预案应对路段出现的突发情况，达到利用已获悉的数据提高紧急型车辆及行人通行效率的目的.

图9 智慧街道模拟优化过程

4.2 居住区至非紧急型服务设施公共路径街道

增加街道中智慧设施，促进居民在进行非紧急型活动时能够享受到街道中智慧化服务，增强人与街道之间的互动，例如增加自动售卖亭，并在其顶部加装太阳能电池板，为消费者免费提供手机充电服务；增加包裹自提柜、生活信息显示屏、智慧路灯等，让居民可享受一键叫车、一键求助以及地图查询，获得周边各类信息服务.

5 结语

本文对邯郸市中心区街道及服务设施信息进行爬取及量化分析，并结合服务设施的功能及居民需求，分析计算居住区与紧急型设施和非紧急型设施之间的时间成本，对其路径街道提出智慧优化建议，以期提高街道运行效率，更加方便居民出行.本研究主要关注多种服务设施可达性的路径，在一定程度上为城市街道提供了更新思路，但由于研究数据受限，各类设施缺少规模、级别等属性，数据有待进一步完善.