基于POI数据的城市中心区步行网络规划方法研究——以南京新街口地区为例

费 跃，温旭丽，刘 云，毛盈盈

(东南大学成贤学院土木与交通工程学院，南京 210088)

0 引言

步行是一种低碳、环保、健康的出行方式，是城市居民出行方式结构的重要组成部分，良好的步行交通网络有利于提高步行出行分担率，有助于碳中和以及城市可持续发展目标的实现，并能促进社区交往[1]. 由于步行出行半径较小(一般500～800 m范围内)，且步行需求分析需要高精度的交通调查数据，城市步行规划实践一般在考虑各个步行分区用地类型、面积、人口、就业岗位等因素的基础上计算某一分区内的步行出行总量. 国内学者主要从城市用地开发和整体路网功能角度入手，结合慢行分区、步行单元等相关理念[2-5]对城市步行网络进行分级和合理密度研究.

既有步行网络规划方法的研究以定性分析为主，定量分析也缺少针对具体路段步行需求强度的研究，使得步行网络规划方案的生成与实际需求存在一定偏差. 论文基于POI(兴趣点)数据，计算路段潜在步行需求强度，形成一种不依赖交通出行调查数据、计算简单、适合城市中心区使用的步行网络规划方法，为完善步行网络规划方法提供参考.

1 研究方法

1.1 数据获取与处理

POI数据具有细粒度、更新快、连续性好和信息丰富的特点. 论文通过Python编程从高德地图Web服务的API接口获取POI数据，POI数据包括兴趣点名称、经纬度、类型等字段. 结合我国居民步行出行特点，在《城市用地分类与规划建设用地标准(GB50137—2011)》的基础上，将POI数据分为15类(见表1)，包括住宅、办公、中小学校、高校、超市、菜场、银行、公园、便利店、政府服务、医院、公交站点、轨道交通站点、餐厅、宾馆等. 在分类中增加了轨道交通站点、公交站点两类在市中心步行需求较大的设施类型，同时细化了学校、购物等类型设施的分类. 使其能更好的反映居民日常步行出行的起讫点分布.

表1 POI数据分类

步行网络主要依托城市主干路、次干路和支路进行构建，从OpenStreetMap获取城市路网图作为研究底图. 为便于潜在步行出行的分配，以交叉口或道路方向发生变化的转向点作为节点，划分基本路段(见图1). 利用QGIS软件将路网图转换为.shp格式，导入ArcGIS软件中，获取基本路段端点的坐标，以及基本路段的长度，构建基本路段数据集.

图1 基本路段划分示意图

1.2 步行出行权重计算

由于计算过程中不涉及实际的步行发生吸引量，为了反映步行出行需求的强度，对不同用地类型的POI数据点设置相应的步行出行权重. 既有的研究表明，不同用地间的步行需求强度首先与自身用地类型相关. 同时，在一定的步行范围内用地混合度越高，步行交通需求越大[6]. 因此，在计算步行权重时主要考虑以下因素：一是作为日常步行出行起讫点的POI数据点本身的步行出行权重；二是起讫点周边的用地混合度. 其中，不同用地类型的POI数据步行出行权重表征了不同用地类型的潜在步行出行需求，由20位具有交通规划专业背景和步行规划工作经验的专家根据实践经验，按照0～1的权重评分，得分越高代表潜在步行出行需求越高. 综合专家评分得到POI数据步行出行权重如表2所示.

由表2可知，不同用地类型的POI数据步行出行权重最高的为轨道交通站点，达到了1.00，最低为餐厅，为0.10，均值为0.48. 实际交通出行中，以轨道交通站点、公交站点、住宅、大中小学校、办公、超市、菜场、医院等用地作为出行起讫点的步行出行量较大，因此在评分中得到了较高的步行权重，表明此类用地的POI数据具有较高的潜在步行出行需求.

表2 兴趣点步行出行权重

用地混合度方面，通常采用土地利用混合熵指数来表达[7-13]. 熵指数一般以不同用地面积占比来计算，这样做存在如下问题：一是忽视了配套用地的影响，特别是居住用地的沿街配套商业，对于营造步行环境具有比较大的作用；二是没有考虑同一用地类型的不同业态用地对步行的影响，如市中心是商业用地为主的区域，按照面积计算出来的混合熵指数表示的用地混合度是比较小的，但由于存在不同的商业业态，其周边的实际步行需求是很大的. 因此，有学者[11,14]对混合熵指数做了改进，将面积指标替换为POI个数指标，计算方法如下：假设日常步行起讫点半径800 m范围内的POI总数量为S，共有m种类型的POI，每种类型的POI数量为Si(i=1,2,…,m)，则用地混合熵指数J：

(1)

式中，用地混合熵指数J是实际城市用地结构信息熵与最大值之比，其取值范围为[0,1]，用于描述城市各类POI数据点数量多少的差异，混合熵指数越大，表明各类POI数据点数量相差越小，混合熵指数越高.则任意兴趣点i、j之间的潜在步行需求强度可表示为：

Wij=wiJi+wjJj

(2)

式中，Wij为兴趣点i与j之间的潜在步行需求强度；wi为兴趣点i的步行权重；wj为兴趣点j的步行权重；Ji为兴趣点i的用地混合熵指数；Jj为兴趣点j的用地混合熵指数.

1.3 路段潜在步行出行需求强度计算

步行出行主要是近距离的全程出行，也包括长距离出行两端或中途的换乘衔接. 论文将出行中以步行为交通方式完成的出行路段均视为从某个POI开始到另1个 POI结束的独立的步行出行. 例如，从住宅出发步行换乘地铁到站后再步行到达办公地点，可视为从某个住宅类POI到某个轨道交通站点类POI，以及从某个轨道交通站点类POI到某个办公地类POI 这2个独立的步行出行. 因此，不同用地类型的POI可视为潜在的步行出行起讫点，任意2个POI可视为1个潜在步行出行起讫点对. 通过POI数据和路网数据中包含的经纬度信息，利用最短路算法计算各潜在步行出行起讫点对之间的出行路径，考虑到全过程的步行出行或作为出行链一部分的步行出行，其出行距离主要集中在800 m范围内，若出行路径长度不大于800 m，则将该潜在步行出行起讫点对的潜在步行需求强度叠加到各个途径的路段. 最终得到路网的潜在步行需求强度并进行归一化处理.

2 实例应用

2.1 研究范围

新街口位于南京的中心区域，以新街口广场为标志，是中国著名的商业中心，拥有百年历史，被誉为“中华第1商圈”. 新街口地区用地类型多样，日常步行出行需求旺盛. 论文以新街口地区为研究区域，东至太平南路—太平北路，南至建邺路—白下路，西至莫愁路—上海路，北至广州路—珠江路，如图2所示.

图2 研究范围及建设用地现状图

2.2 潜在步行需求强度计算

从OpenStreetMap获取地图，结合实际道路建设情况，对部分路段进行修正，共构建178条基本路段. 通过高德地图提供的API接口，抓取到研究范围内部及周边3 426个兴趣点数据. 对兴趣点数据进行清洗、整合、筛选，分配步行权重，并计算用地混合熵指数J进行权重修正，通过最短路计算，共得到2 220 076对潜在步行出行起讫点对，将潜在步行需求强度叠加到出行路段上，经过可视化处理后得到步行网络潜在步行需求强度分布，如图3所示.

图3 路网潜在步行需求强度分布图

图4 步行道网络规划图

2.3 步行网络规划方案

《南京市慢行(步行与自行车)系统规划》[15]中按照道路等级将部分次干路和支路作为步行次通道和连接径(见图4). 由计算结果可知，许多支路、街巷的潜在步行需求强度也很高. 在潜在步行需求强度的基础上，将步行网络划分为一级步行道(潜在步行需求强度0.5～1.0)、二级步行道(潜在步行需求强度0.3～0.5)、三级步行道(潜在步行需求强度<0.3)，如图5(a)所示，考虑到城市中心区道路设施用地较为紧张，综合实际情况，提出步行道宽度建议指标，如表3所示.

考虑到步行网络应形成连续、全覆盖、多层次的格局，为确保步行网络的连续性和完整性，并考虑到建设投资成本，对一级步行道和二级步行道间的具有一定步行需求(需求强度0.2～0.3)的三级步行道，可按照二级步行道的等级标准进行规划建设，如图5(b)所示.

图5 研究范围内步行网络规划图

表3 行人道宽度建议取值(m)

一些步行需求较高的道路，由于空间有限、以及沿街商铺占道经营、非机动车停放不规范、机动车停车等问题，不能有效满足步行需求，需要对这类道路的步行环境进行品质提升. 将此类道路分为2种类型，提出有针对性的改善措施建议.

1)支路或街巷道路. 这类道路沿线用地类型较为综合，机动车、非机动车和步行交通出行方式的需求都较大，受限于道路等级和建设年代，步行空间往往较为局促或缺少专用步行道，加之非机动车停车、行道树池、电线杆、配电箱等设施以及沿街商铺的占道经营等占用了较多的步行道空间，也影响了步行安全性. 城市中心区的这类支路和街巷改扩建难度较大，建议在树池处铺筑透水砖，扩展人行道空间，对非机动车停车采取集中管理，选取合适的位置统一设置停车设施. 对电线杆、配电箱等公用设施位置进行适当的调整，并规范沿街商铺的经营行为.

2)次干路以及部分条件较好的支路. 这类道路一般步行环境较好，但由于市中心停车泊位的短缺，存在道板停车和非机动车停车不规范占用步行空间的情况，造成步行路径的中断. 需要进一步规范车停车行为，并结合公共停车场的建设，返还步行空间，保障步行空间.

2.4 步行环境设计指引

步行空间和环境设计对于提高步行出行比例具有重要的促进作用，特别是在城市中心区，应考虑日常步行道周边的城市用地类型，充分结合建筑退界空间，构建交通功能与城市活力相融合的“完整街道”. 将建筑前区融于道路工程建设，实现一体化的步行空间，面向人行道的商业、零售等土地利用开发应尽可能多设行人出入口，同时避免机动车出入对行人的横向干扰.

对各级步行道的行道树绿化带/设施带、建筑退让融合、街道家具、景观小品等提出设计指引(见表4). 一级步行道应注重与两侧用地的友好衔接，提升街道活力和步行趣味；二级步行道应保证步行道的空间连续性，合理安排景观、街道家具，不挤占步行区通行空间；三级步行道应优先保证步行的基本空间，选择性设置相关设施.

表4 步行道设施设计指引

3 结束语

论文基于POI数据，为城市中心区步行网络规划提供了1种简便可行的定量化分析方法，解决了以往步行网络规划以定性分析为主、深度有余而广度不足的问题. 以南京新街口地区为案例进行了应用研究，得到的潜在步行需求能很好地支撑步行网络规划方案的生成，并针对规划方案提出了步行空间改善措施建议和步行环境设计指引. 因为计算的是潜在步行需求，论文采用了定性方法确定POI步行权重，存在一定的主观性；同时，由于数据获取的难度，仅使用了开放平台的POI数据，在相关数据可获得的前提下，可利用手机信令数据、或结合公交(地铁)刷卡数据进行相关的分析研究，以获得更为精确的步行出行需求，为规划方案提供更充分的量化支撑.