邯郸市主城区居住区公共服务设施可达性分析

2021-12-21王振报肖冀星

湖南城市学院学报（自然科学版） 2021年6期

王振报，龚鑫，肖冀星

(1.河北工程大学建筑与艺术学院，河北邯郸 056038；2.上海精典规划建筑设计有限公司，上海 200235)

提高居住区至各类设施的可达性是方便人们群众生活、增加其获得感和幸福感的有效手段之一.目前可达性的相关研究仍然是研究热点之一，一些研究人员对出发点或目的地至城市设施的可达性进行了分析，例如公共文化设施[1]、商业中心[2]、养老设施[3-8]、医药零售店[9]、城市医疗设施[10-13]、轨道站点[14-16]和停车设施[17].一些研究也集中在居住区至多种设施的可达性综合分析，例如：文献[18]进行了住宅小区到各类公共服务设施的综合可达性分析和平均数值排序；文献[19]度量了居住单元与中心商业区(CBD)、行政服务中心、大型医院、火车站和飞机场的可达性，着重对比分析了2 种公交模式(有/无地铁)下公共服务设施可达性的差异；文献[20]对1 km×1 km 格网尺度的北京城市公共服务设施可达性进行了综合评价；文献[21-22]考虑供给和需求计算城市设施可达性并分析了空间均等性.这些成果针对一种或多种设施对城市的不同区位进行可达性对比分析，但均采用同样的可达性定量方法.另外，也有研究人员分析了基础设施建设或自然条件变化对可达性产生的影响，例如：交通基础设施如铁路或地铁建设[14,16,23]、海平面上升[24]对可达性产生的影响.而以居住区为中心分析其到达不同类别公共服务设施的可达性，并对可达性结果进行空间分布特征分析以及非空间分布的均衡性差异性分析方面的成果较少.可达性分析模型和方法主要包括两步移动搜索法(2SFCA)[1,4-6,17]、改进潜能模型[3,10]、改进引力模型[11]、核密度估计法及欧氏距离分析[14]、最邻近设施时间[7]和累积机会成本法[18-20].可达性计量方法的合理选择对于评价结果具有重要的影响.

本文以邯郸市主城区为例，针对不同类别的公共服务设施，采用合适的可达性计算模型，利用POI(point of interest)数据并结合设施规模调查数据，进行居住区至公共服务设施的可达性计算和分析.对可达性结果进行归一化和自然间断点法聚类分析后，强调居住区至不同类别设施的可达性对比和均衡性评价，确定可达性在空间上的差异以及不同设施可达性在非空间上的差异.研究结果可为居住区配套设施现状评价和均衡性改善规划提供依据，进而有利于缩小差距、实现公平、构建配套设施完善的居住区生活圈.

1 相关概念及模型

1.1 可达性计算模型

综合可达性是指某一点至区域中所有位置点的空间阻隔.计算空间阻隔的总和或均值，其基础计算公式为

其中，Ai为出发点i的空间综合可达性；n为目的地点j的数目；dij为出发点i到目的地点j的交通阻抗.

基于空间阻隔的评价方法中还依据其测度的方法延伸出3 类测度模型.第1 类为最短距离评价模型，其定义为从出发点至最近的公共服务设施点间的最短距离或时间，因其评价方法较为简洁，所以运用范围较广.第2 类为平均时间模型，其含义为从出发点到所有目的地点公共设施的平均花费时间或路程，模型公式为

第3 类为加权最小阻抗模型，其利用目的地的设施规模对居民出行的概率进行预测，通过汇总计算出发点居民至每个目的地公共服务设施点的出行阻抗与其线路的出行概率乘积的和来表示可达性结果，具体模型公式为

其中，pij为出发点i至设施点j的出行概率；Mj为公共服务设施点j的规模.计算出的Ai值越小，则出发点i的空间综合可达性越高.

潜能模型，主要来源于物理中的万有引力定律，起初由法国学者拉格朗日提出，后被地理学引用.其主要运用设施间的相互潜能作为指标来评价空间可达性，而潜能是指一个物体对另一个物体产生的引力，其基础表达式为

其中，β为交通摩擦系数.

改进潜能模型引入了需求点的人口规模及分类、设施等级及规模等影响因素后，对潜能模型的公式进行改进，其人口规模的影响因素公式为

结合潜能模型一般公式，改进的潜能模型可达性为

其中，n为目的地的总数；m为需求点数量；Vj为设施j的服务水平；Pk为需求点k的人口数.

利用改进潜能模型测度的空间可达性Ai值越高，则出发点i的空间综合可达性越好.

1.2 均衡性测度方法

采用基尼系数来衡量并分析范围内居住区至各类公共服务设施可达性标准化值的均衡程度.基尼系数计算公式为

其中，GS为居住区至S类公共服务设施可达性的基尼系数；Pi为从1～i个居住区的累积数量比例；

Pi+1-Pi是第i个居住区占总居住区数量的比例；为从1～i个居住区的累积可达性值占可达性总和的比例.

1.3 数据标准化与自然间断点分级

数据标准化主要是运用标准化方法，在不改变数据性质的前提下对数据整体进行扩大或缩小操作，使其统一落在一个指定的范围中，一般将其标准化在[0,1]的区间上，所以在一定程度上又可以叫做归一化.可达性测度过程中，由于采用测度的方法不同，所以在各类设施可达性的结果中会出现较大的差距，需要对数据进行标准化操作.标准化方法可以选取离差标准化法，其正相关数据与负相关数据分别为

自然间断点分级法的概念是运用聚类的思想，通过保障每组数据内部的相似度最高及最大程度地与其他组数据相异，对整组数据进行统计分类，并在统计过程中适当调节每组数据取值范围和数据点数，使其尽量保持个数相近.在寻找断点上，通过迭代计算最佳分类进行确定，即通过比较各数据集和其中数据的均值与观测值之间的方差和来计算.其在ArcGIS 软件中已有完善的计算方法，可对可达性计算数据进行科学分级.本研究将可达性分析结果进行标准化后，运用自然间断点分级法将其分为1～5 由低到高的5 个等级.

2 居住区至公共服务设施可达性及其均衡性分析

2.1 数据来源

本文研究对象为邯郸市主城区，分析范围内共有571 个居住区，见图1.居住区和公共服务设施数据主要来源于POI 数据，该数据大部分是利用Python工具结合百度地图API开发平台进行收集得来的，主要包含名称、类别、经度、纬度等基础地理信息.另外，可达性模型中需要的居住区居住人口、公共设施规模等数据通过相关官方网站查询，并配合一定的现场走访调查获得；平峰期间路段公交车辆平均运行时间是通过百度地图和高德地图获取，其可作为相关可达性模型计算的交通阻抗.

图1 邯郸市主城区分析范围

2.2 可达性模型选择

对于不同种类的公共服务设施至居住区的可达性，选取不同的可达性计算模型(见表1)，其主要考虑因素也见表1.

表1 居住区各类公共服务设施可达性分析模型及其考虑因素

对各居住区至各类公共服务设施的可达性进行分析计算，并对其进行归一化后利用自然间断点法分级.采用的分级标准见表2.

表2 公共服务设施可达性标准化结果对应的分级结果

2.3 可达性空间分布

居住区至小学设施的可达性等级结果见图2(a).由图2(a)可知，可达性相对较高的区域面积占比较低，呈分散组团式特征，拥有多个相对高水平的可达性核心，且南部和东部城区优于北部和西部城区.居住区至中学设施的可达性测度结果见图2(b).由图2(b)可知，可达性相对较高的区域面积占比较低，呈现圈层结构分布特征，可达性由中心向外围逐渐降低.居住区至综合医院设施的可达性等级结果见图2(c).由图2(c)可知，可达性相对较高的区域面积占比较低，呈现从中心向外逐渐降低的特征.居住区至专科医院设施的可达性等级结果见图2(d).由图2(d)可知，可达性相对较高的区域面积占比很低，在东部区域中存在2 个高水平区域.居住区至社区卫生服务中心设施的可达性等级结果见图2(e).由图2(e)可知，可达性相对较高的区域面积占比较低，具有点状分布特征.居住区至政府设施的可达性等级结果见图2(f).由图2(f)可知，可达性相对较高的区域面积占比较高，外围个别地区存在相对较低的分布特征.居住区至文化设施的可达性等级结果见图2(g).由图2(g)可知，可达性相对较高和较低的区域面积占比接近，总体上分布为圈层式由内到外逐渐降低的分布特征.居住区至体育设施的可达性等级结果见图2(h).由图2(h)可知，可达性相对较高和较低区域面积占比接近，总体上分布为圈层式由内到外逐渐降低的分布特征.居住区至社会福利设施的可达性等级结果见图2(i).由图2(i)可知，可达性相对较高的区域面积占比较低，呈现多核心组团式的分布特征，可达性水平相对较高的区域与其他公共服务设施可达性不同，大多分布在外围区.居住区至邮局设施的可达性等级结果见图2(j).由图2(j)可知，可达性相对较高的区域面积占比较高，可达性相对较高的片区既相对分散但又存在连续的特征，整体上较为均衡.

图2 居住区至各类公共服务设施可达性等级分布

对于每类设施，对居住区的可达性分级结果按比例进行汇总，结果见表3.由表3 可知，在教育和医疗设施中，30%～40%的居住区设施可达性的分值等级大部分在2 分左右，仅有5%左右的居住区可达性等级为较好的5 分；在政府、文化、体育与邮局设施上，超过30%的居住区设施可达性处在相对较好的5 分，而较低的1 分等级中居住区占比最少.通过比较可以发现，在研究范围内居住区的政府设施、文化设施、体育设施和邮局设施的可达性分布情况要比教育设施及医疗设施好.