汪林，陳艷云

（1.天津市測繪院，天津 300381； 2.國家海洋信息中心，天津 300171）

基于GIS的地鐵站步行可達(dá)性研究

汪林1*，陳艷云2

（1.天津市測繪院，天津 300381； 2.國家海洋信息中心，天津 300171）

城市快速軌道交通，特別是地鐵交通，對于改善城市交通運(yùn)輸，方便居民生活，減輕空氣污染，改善城市布局等方面起到巨大作用。由于城市地鐵交通樞紐工程建設(shè)周期長、造價(jià)高，建成后很難再進(jìn)行較大規(guī)模的改進(jìn)。因此，必須在設(shè)計(jì)階段需要對樞紐的服務(wù)水平進(jìn)行評估和預(yù)測，以求能夠滿足遠(yuǎn)期規(guī)劃的要求。進(jìn)行地鐵站步行可達(dá)性的研究，是為了用步行可達(dá)性指標(biāo)來量化鐵路樞紐的客流吸引區(qū)域和服務(wù)范圍，為地鐵的線網(wǎng)規(guī)劃提供參考標(biāo)準(zhǔn)，為規(guī)劃、設(shè)計(jì)人員提供一種定量的手段和依據(jù)。鑒于此，本文嘗試著利用GIS的技術(shù)，為地鐵站的步行可達(dá)性進(jìn)行計(jì)算，提供準(zhǔn)確的定量分析結(jié)果和可視化的評價(jià)結(jié)果，供地鐵的規(guī)劃者和決策者分析。

地鐵站；可達(dá)性；網(wǎng)絡(luò)分析；成本距離分析

1　引 言

地鐵以其快速、準(zhǔn)時(shí)、安全、污染少、運(yùn)量大、運(yùn)輸效率高、擺脫交通堵塞和事故困擾等優(yōu)勢，逐步成為世界各主要大城市中最重要的交通工具［1］，并在緩解城市交通瓶頸、緩和城市用地矛盾、優(yōu)化城市交通結(jié)構(gòu)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展等方面發(fā)揮了不可忽視的作用。

可達(dá)性作為交通及城市研究中的一個(gè)非常重要和基礎(chǔ)的指標(biāo)［2］，表征了一種特定的交通系統(tǒng)從某一給定區(qū)位到達(dá)活動(dòng)地點(diǎn)的便利程度。地鐵車站可達(dá)性服務(wù)范圍的確定，是地鐵車站客流量大小、客流性質(zhì)的重要判定依據(jù)，直接影響著車站規(guī)模的確定、車站設(shè)計(jì)、出入口分布以及車站周邊地區(qū)規(guī)劃。進(jìn)行地鐵站步行可達(dá)性方法的研究，是為了用步行可達(dá)性指標(biāo)來量化鐵路樞紐的客流吸引區(qū)域和服務(wù)范圍，為地鐵的線網(wǎng)規(guī)劃提供參考標(biāo)準(zhǔn)，為規(guī)劃、設(shè)計(jì)人員提供一種定量的手段和依據(jù)［3］。同時(shí)，還可以借此評估地鐵站周圍的附近設(shè)施的完善適宜情況，合理配置土地資源為公眾服務(wù)。

本文首先對常見的可達(dá)性度量方法進(jìn)行比較，并根據(jù)地鐵站的特點(diǎn)構(gòu)建適宜于評價(jià)地鐵的可達(dá)性度量方法，研究GIS中矢量和柵格兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的可達(dá)性計(jì)算方法，來考察路網(wǎng)中單個(gè)地鐵站點(diǎn)的步行可達(dá)性來進(jìn)一步確定整個(gè)地鐵路網(wǎng)的可達(dá)性，以便評價(jià)路網(wǎng)在空間布局及其分布上的合理性。重點(diǎn)解決以可視化的方式來描述地鐵站的步行可達(dá)性指標(biāo)，并給出統(tǒng)計(jì)指標(biāo)來供規(guī)劃者或決策者分析。本文擬實(shí)施的技術(shù)路線圖如圖1所示:

圖1　技術(shù)路線圖

2　可達(dá)性測度的理論與方法

2.1可達(dá)性含義

可達(dá)性的淵源久遠(yuǎn)。在古典的區(qū)位論中?？蛇_(dá)性被看做反映交通成本的基本指標(biāo)，旨在對空間上某一要素實(shí)體（點(diǎn)、線或面）的位置優(yōu)劣程度進(jìn)行度量。Hansen 在1959年首次提出了可達(dá)性的概念，將其定義為交通網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)相互作用的機(jī)會(huì)的大小，并利用重力模型法研究了可達(dá)性與城市土地利用之間的關(guān)系［4］。

自此之后，可達(dá)性受到不同研究領(lǐng)域?qū)W者的廣泛關(guān)注，也因此產(chǎn)生了對可達(dá)性概念的不同理解。其中比較有代表性的有:Vickerman認(rèn)為可達(dá)性是指在社會(huì)中產(chǎn)生的包括直接來源于個(gè)體作用和來源于整個(gè)社會(huì)如交通擁堵、環(huán)境污染等副產(chǎn)品作用的必然花費(fèi)［5］；Weibull J?rgen認(rèn)為可達(dá)性是個(gè)人參與社會(huì)相關(guān)活動(dòng)的自由度［6］；Geertman指出可達(dá)性是在合適的時(shí)間范圍內(nèi)選擇某種交通工具到達(dá)目的地的能力［7］；Morris將可達(dá)性定義為利用一種特定的交通系統(tǒng)從某一區(qū)位到達(dá)活動(dòng)地點(diǎn)的便利程度［8］；楊育軍認(rèn)為可達(dá)性是由土地利用和交通系統(tǒng)所決定的、人和貨物通過一定的交通方式到達(dá)目的地或參與活動(dòng)的方便程度［9］。

2.2可達(dá)性度量方法評述

可達(dá)性是居民從某一地區(qū)出發(fā)利用某一交通系統(tǒng)所能接觸到的發(fā)展機(jī)會(huì)數(shù)量或?qū)崿F(xiàn)目的的難易程度。地鐵線路對經(jīng)過地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有很大的影響，因此，地鐵線路走向應(yīng)盡可能有利于該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和擴(kuò)大吸引范圍，以更好地為顧客服務(wù)［10］。要使地鐵規(guī)劃比較合理，應(yīng)正確設(shè)置地鐵的線路同時(shí)還需考慮地鐵車站的出入口位置和數(shù)量，提高地鐵站的步行可達(dá)性。

可達(dá)性度量方法多種多樣，目前常用的可達(dá)性度量方法主要包括距離法、累積機(jī)會(huì)法、等值線法、重力模型法、概率法、頻率法、平衡系數(shù)法、時(shí)空法、效用法、基于矩陣的拓?fù)浞?、基于空間句法的拓?fù)浞ǖ鹊取Ｂ肪W(wǎng)規(guī)劃與交通系統(tǒng)評價(jià)中常用的有距離法、累積機(jī)會(huì)法、等值線法、重力模型法、效用法和時(shí)空法［11］。

地鐵步行可達(dá)性評價(jià)的準(zhǔn)確還需選擇合適的度量方法作為參照標(biāo)準(zhǔn)。最短距離法和加權(quán)距離法比較直觀，但是在涉及地鐵站出口多個(gè)源點(diǎn)，往往不能很好支持。尤其是最短距離法，考慮的因素太少，單獨(dú)用距離來度量可達(dá)性，會(huì)受到眾多的限制。重力模型法由于需要考慮距離的衰減，地鐵站到達(dá)附近周圍設(shè)施的衰減函數(shù)不好確定，難以考慮時(shí)空因素。效用法難以評估效益值，在考慮地鐵可達(dá)性需要大量的數(shù)據(jù)，且模型較難理解。時(shí)空法側(cè)重于個(gè)人行為的研究，工作量太大，可操作性不強(qiáng)。

而累積機(jī)會(huì)法和等值線法易于理解，不需考慮復(fù)雜的距離衰減因子，操作相對簡便；適宜于評價(jià)地鐵站周圍多個(gè)出口多重源點(diǎn)的情況；它在考慮空間距離因素的同時(shí)，將地鐵站周圍設(shè)施的分布情況（數(shù)量、規(guī)模等）納入可達(dá)性評價(jià)。

因此，本文將累積機(jī)會(huì)法和等值線法作為考慮地鐵步行可達(dá)性的首選方法。

3　地鐵站步行可達(dá)性實(shí)驗(yàn)及分析

在GIS的支持下，矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)分析中的服務(wù)區(qū)分析及其柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的成本距離分析為地鐵站步行可達(dá)性的計(jì)算帶來了便捷。下面將選取武漢地鐵站的虎泉站點(diǎn)及其附近周圍的地物數(shù)據(jù)作為案例，運(yùn)用GIS中的可達(dá)性分析方法評價(jià)地鐵站的步行可達(dá)性。數(shù)據(jù)范圍是武漢市魯巷廣場為中心方圓兩千米的區(qū)域。

3.1基于矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的可達(dá)性分析

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的可達(dá)性分析的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是包括重要地名地址圖層、行人道路圖層和房屋圖層的矢量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)格式是ArcGIS無拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的Shape格式。數(shù)據(jù)的預(yù)處理:由于服務(wù)區(qū)分析是基于交通網(wǎng)絡(luò)的，所以需要?jiǎng)?chuàng)建交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集格式的圖層。在創(chuàng)建過程中，應(yīng)充分考慮過街天橋和行人道路的鏈接過程，在本文的實(shí)驗(yàn)中，假設(shè)行人在一般的人行道路的速度為1 m/s，考慮到行人過街天橋會(huì)上樓梯或下樓梯，速度假定于0.5 m/s。

本節(jié)的實(shí)驗(yàn)是在Vistual Studio 2005環(huán)境下，用C# 和ArcGIS Engine作為基本的開發(fā)語言和平臺(tái)，采用組件開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的服務(wù)區(qū)分析?？蛇_(dá)性分析的可視化結(jié)果能夠很好地展現(xiàn)地鐵站的服務(wù)范圍及其附近設(shè)施的分布合理情況，能夠定量描述地鐵站的步行可達(dá)性。

使用ArcGIS網(wǎng)絡(luò)分析，可以查找網(wǎng)絡(luò)中任何位置周圍的服務(wù)區(qū)。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)區(qū)是指包含所有通行道路（即在指定的阻抗范圍內(nèi)的道路）的區(qū)域。試驗(yàn)中首先應(yīng)該創(chuàng)建服務(wù)區(qū)分析的上下文并綁定網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集。然后利用屬性查詢查找到地鐵站的入口位置，創(chuàng)建內(nèi)存圖層，并將地鐵站的點(diǎn)要素寫入到內(nèi)存圖層，然后轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)分析中的設(shè)施圖層。設(shè)置合適的阻強(qiáng)及其相關(guān)參數(shù)，調(diào)用網(wǎng)絡(luò)分析服務(wù)區(qū)分析算法得到服務(wù)區(qū)分析范圍圖層。然后將得到的服務(wù)區(qū)分析范圍圖層和房屋圖層進(jìn)行疊加分析，并按建筑使用功能的分類統(tǒng)計(jì)出房屋個(gè)數(shù)和面積。

圖2、圖3、圖4分別是從地鐵站出口出發(fā)步行時(shí)間為10 min、20 min、30 min的范圍圖層。范圍圖層中的陰影區(qū)域是地鐵站4個(gè)出口服務(wù)范圍的并集，表示行人從地鐵站出口出發(fā)沿著交通網(wǎng)絡(luò)中的道路行走，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)所能夠到達(dá)的最大范圍。

圖2　步行10 min的范圍圖層圖

圖3　步行20 min的范圍圖層圖

圖4　步行30 min的范圍圖層

對比圖2、圖3、圖4來看，隨著步行時(shí)間（10 min、20 min～30 min）的增大，圖層范圍面積在擴(kuò)大。總體來看，地鐵站步行可達(dá)性與行人道路（包括一般的人行道路和過街天橋）的密集程度密切相關(guān)，分布越密集的地區(qū)的步行可達(dá)性就越高。一個(gè)點(diǎn)沿某個(gè)方向步行出發(fā)，在給定的時(shí)間內(nèi)能夠到達(dá)的遠(yuǎn)近是與前進(jìn)方向的行人道路密切相關(guān)的。方向的道路設(shè)施越好、行走越方便，則在給定的時(shí)間內(nèi)，沿該方向就能到達(dá)越遠(yuǎn)的地方；反之，越近。因此，一個(gè)點(diǎn)的步行出行范圍是與該點(diǎn)周圍的道路交通方便程度成正相關(guān)的關(guān)系。

為便于統(tǒng)計(jì)建筑物，按照建筑物的使用用途，將建筑物分為居住建筑、公共建筑、工業(yè)建筑和農(nóng)業(yè)建筑四大類。其中公共建筑又包括行政辦公建筑、文教建筑、科研建筑、醫(yī)療建筑、商業(yè)建筑、觀覽建筑、體育建筑、旅館建筑、交通建筑等。

圖5　步行10 min到達(dá)的建筑物統(tǒng)計(jì)

圖6　步行20 min到達(dá)的建筑物統(tǒng)計(jì)

圖7 步行30 min到達(dá)的建筑物統(tǒng)計(jì)

圖5、圖6、圖7分別表示行人在10 min、20 min和30 min內(nèi)到達(dá)的建筑物統(tǒng)計(jì)圖。統(tǒng)計(jì)圖中的亮色區(qū)域表示行人在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)所能到達(dá)的建筑物。這些建筑物都處于服務(wù)區(qū)分析范圍圖層的包絡(luò)線范圍之內(nèi)。統(tǒng)計(jì)圖中的左側(cè)窗口給出了行人在 10 min、20 min和30 min內(nèi)所能到達(dá)的建筑物的個(gè)數(shù)和面積。為做進(jìn)一步分析，表1給出了建筑物分類下的可達(dá)性建筑物的個(gè)數(shù)和面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果，其數(shù)據(jù)來源于圖5、圖6、圖7的分析結(jié)果。

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的可達(dá)性的建筑物個(gè)數(shù)和面積（m2）統(tǒng)計(jì)表 表1

從表1中可以看出，地鐵站周圍處于非農(nóng)業(yè)區(qū)域，所以農(nóng)業(yè)類建筑個(gè)數(shù)和面積為零?？蛇_(dá)性范圍內(nèi)的居住類建筑、公共類建筑相對于工業(yè)類建筑較多，這說明地鐵站的行人能夠比較方便地到達(dá)居住場所和活動(dòng)場所。公共類建筑主要是指提供人們進(jìn)行各種社會(huì)活動(dòng)的建筑物。在公共類建筑中，商業(yè)建筑和文教建筑個(gè)數(shù)和面積最多，其次是行政辦公、科研類建筑和醫(yī)療建筑。這說明地鐵站周圍商業(yè)繁盛，行政辦公便捷，教學(xué)科研多，就醫(yī)方便。金融建筑、觀覽建筑、體育建筑、旅館建筑、交通建筑、通信廣播類建筑偏少，但也能滿足行人的基本需求。

對比步行10 min、20 min和30 min所到達(dá)的建筑物個(gè)數(shù)和面積來看，科研類建筑和文教類建筑增長較快。經(jīng)筆者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，附近有華中科技大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)、武漢科技學(xué)院、湖北廣播電視大學(xué)、武漢工程大學(xué)、湖北函授大學(xué)等著名學(xué)府和郵科院、湖北省化學(xué)研究所、華中光電技術(shù)研究所、七一七等科研類研究所。地鐵站能夠提高這些科研所和學(xué)府的可達(dá)性，為其生活帶來方便。從步行10 min～20 min的時(shí)間跨度內(nèi)，體育建筑和通信廣播建筑增長較慢且數(shù)量偏少，或許應(yīng)該增加它們的數(shù)量和面積，更好地滿足行人的出行要求。

3.2基于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的可達(dá)性分析

柵格數(shù)據(jù)的可達(dá)性分析更為復(fù)雜，需要考慮的因素更多，因此也需要更多的支撐數(shù)據(jù)。柵格數(shù)據(jù)可達(dá)性分析的數(shù)據(jù)源除了矢量數(shù)據(jù)所用的重要地名地址、行人道路、房屋圖層等矢量數(shù)據(jù)，還需車行道路、水域湖水和研究區(qū)范圍圖層。研究區(qū)范圍是沿著魯巷轉(zhuǎn)盤中心做緩沖區(qū)兩千米的面圖層，研究區(qū)范圍圖層恰好能覆蓋整個(gè)研究區(qū)。

數(shù)據(jù)預(yù)處理:本文的柵格數(shù)據(jù)可達(dá)性分析是利用GIS的成本距離分析來計(jì)算，成本距離分析的輸入數(shù)據(jù)涉及源柵格和成本柵格。源柵格主要由地鐵站站點(diǎn)的出口構(gòu)成，創(chuàng)建時(shí)需先從重要地名地址圖層中選出地鐵站出口，然后轉(zhuǎn)換為柵格圖層，即得到源柵格。

成本柵格主要是定義穿越每個(gè)柵格所需的成本值，用像元值來表示成本。行人離開地鐵站出口需要經(jīng)歷不同的地域及其路段，其成本值都不完全相同。成本柵格的生成主要包括成本的設(shè)定和柵格圖的創(chuàng)建。

行人所經(jīng)過不同圖層時(shí)，所消耗的距離成本值不一樣。成本值的設(shè)定對地鐵站可達(dá)性的結(jié)果起著決定性的作用。在本文的實(shí)驗(yàn)中，為便于計(jì)算，柵格單元的采樣間隔為1 m。這意味著現(xiàn)實(shí)中的1 m×1 m的區(qū)域?qū)?yīng)著一個(gè)柵格值。對于行人道路圖層，如果是一般的行人道路，則設(shè)定其權(quán)值為1，意味著沿著橫鏈經(jīng)過相鄰的柵格時(shí)，其成本距離仍然是1 m；如果是人行天橋，由于人行天橋在數(shù)據(jù)中是橫跨車行道路描述的，而經(jīng)過人行天橋?qū)嶋H行走的距離大概是橫跨車行道路距離的兩倍，所以設(shè)定成本權(quán)值為2。對于水域湖水圖層，考慮到行人在行走過程中幾乎不會(huì)在水域上行走，但是為了計(jì)算方便，考慮到水域湖水依然有一定的通行能力，但是相對速度很慢，所以經(jīng)歷相同的路程，需要消耗比較多的成本，在實(shí)驗(yàn)中設(shè)定水域湖水的權(quán)值為10。對于車行道路和房屋圖層，離開車站的行人在經(jīng)過這些圖層時(shí)，一般都不會(huì)直接穿越，通常的處理辦法是設(shè)定一個(gè)比較大的權(quán)值或者直接忽略該圖層。為了制圖的美觀和統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確，本文選擇后者，因?yàn)楹笳咴诔杀緰鸥駡D的創(chuàng)建中，車行道路和房屋所在的區(qū)域會(huì)生成NoData的數(shù)據(jù)，可以不參與成本加權(quán)柵格圖的重分類和統(tǒng)計(jì)，這樣制圖更加美觀。同時(shí)在對重分類的成本加權(quán)距離柵格圖進(jìn)行柵格計(jì)算查詢后，再轉(zhuǎn)換矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)時(shí)，矢量數(shù)據(jù)能夠完整的包含這些房屋和道路信息，統(tǒng)計(jì)更加準(zhǔn)確。在現(xiàn)實(shí)中，行人的行走除了在以上圖層中進(jìn)行，還會(huì)在沒有道路的陸地上進(jìn)行，并且行人可以沿著陸地上任意方向出行?？紤]到行人大部分時(shí)間是沿著行人道路行走，而且陸地會(huì)有坡度、阻礙物等限制，實(shí)際通行距離相比于行人道路有所延長，本文的實(shí)驗(yàn)中設(shè)定陸地的成本權(quán)值為1.2。

柵格數(shù)據(jù)成本距離分析可以計(jì)算成本柵格每一單元到指定源的最低累加通行成本的值。由于得到成本加權(quán)距離柵格到達(dá)源的成本值種類繁多，為便于統(tǒng)計(jì)和分析，需要進(jìn)行重分類操作。

為了對地鐵站周圍的設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，由于需要涉及空間關(guān)系而且矢量數(shù)據(jù)相比于柵格數(shù)據(jù)更利于進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，需要將重分類后的成本加權(quán)距離柵格圖查詢特定的時(shí)間值所對應(yīng)的范圍并轉(zhuǎn)換為矢量圖。本文的實(shí)驗(yàn)選定10 min、20 min、30 min作為分析和統(tǒng)計(jì)。然后利用空間查詢，選出房屋圖層中與轉(zhuǎn)換后的矢量圖所相交的房屋，并將查詢后的房屋按照建筑物的使用用途進(jìn)行分類，利用屬性查詢得到建筑分類表。

圖8為重分類后的成本加權(quán)距離柵格圖，從中可以看出隨著時(shí)間成本的增大，行人的行走范圍是沿著地鐵站點(diǎn)向外擴(kuò)張的趨勢，可達(dá)性的范圍也越來越廣。方圓兩千米的研究區(qū)域從地鐵站出發(fā)步行60 min基本能夠覆蓋絕大部分區(qū)域，但是由于水域湖水有較大的阻礙，所以60 min以內(nèi)無法達(dá)到的區(qū)域其實(shí)就在湖水中央。

圖9為虎泉地鐵站步行可達(dá)性分配圖，通過對整個(gè)研究區(qū)域的劃分確定每個(gè)成本柵格所屬的最近源。從中可以看出紅色、黃色、綠色、藍(lán)色的區(qū)域分別到達(dá)1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)站臺(tái)比較近。

圖10為虎泉地鐵站步行可達(dá)性方向圖，象征從每一單元出發(fā)，沿著最低累計(jì)成本路徑到達(dá)最近源的路線方向。

圖8　重分類后的成本加權(quán)距離柵格圖

圖9 成本加權(quán)分配柵格圖

圖10　成本加權(quán)方向柵格圖

柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的可達(dá)性的建筑物個(gè)數(shù)和面積統(tǒng)計(jì)表　表2

表2為對10 min、20 min、30 min可達(dá)性范圍內(nèi)的建筑物按照建筑物分類統(tǒng)計(jì)個(gè)數(shù)和面積所得。從表2中可以看出，地鐵站周圍處于非農(nóng)業(yè)區(qū)域，居住類建筑和公共類建筑較多，工業(yè)類建筑次之。在公共類建筑中，商業(yè)建筑、文教建筑個(gè)數(shù)和面積最多，可以看出地鐵站周圍商業(yè)繁華，學(xué)校眾多。而行政辦公、科研類建筑和醫(yī)療建筑次之，金融建筑、觀覽建筑、體育建筑、旅館建筑、交通建筑、通信廣播偏少?？傮w來看地鐵站周圍建筑的類型和功能多樣，能夠滿足地鐵站行人的出行要求。

對比步行10 min、20 min、30 min所到達(dá)的建筑物個(gè)數(shù)和面積來看，科研類建筑和文教類建筑增長較快，可以看出地鐵站行人隨著行走時(shí)間的增大能到達(dá)大范圍的學(xué)校和科研類場所。而體育建筑和通信廣播建筑增長較慢尤其是10 min～20 min內(nèi)，體育類建筑并未增加。

圖11、12、13分別為地鐵站在10 min、20 min和30 min范圍內(nèi)矢量和柵格可達(dá)性分析結(jié)果疊加顯示的圖。其中亮色區(qū)域?yàn)槭噶靠蛇_(dá)性結(jié)果圖，暗色的為柵格可達(dá)性結(jié)果圖?？梢钥闯鰱鸥駭?shù)據(jù)可達(dá)性分析統(tǒng)計(jì)的結(jié)果基本與矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可達(dá)性分析分析的結(jié)果一致，但是在各類建筑統(tǒng)計(jì)面積上依然有一些出入。查看圖11、12和13以及對比表1和表2可以看出柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的步行可達(dá)性在相等的時(shí)間內(nèi)可以到達(dá)更多的建筑物，這是因?yàn)槭噶繑?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)分析中，行人是沿著人行道路圖層進(jìn)行計(jì)算統(tǒng)計(jì)的，而柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分析中，既可以行人沿著人行道路行走，還可以在陸地區(qū)域甚至在河流水域區(qū)域穿過。相對來說，行人有了更多的選擇，所以能夠在相等的時(shí)間內(nèi)能夠到達(dá)更多的區(qū)域和范圍。

圖11　10 min矢量和柵格可達(dá)性疊加圖

圖12　20 min矢量和柵格可達(dá)性疊加圖

圖13　30 min矢量和柵格可達(dá)性疊加圖

3.3矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)可達(dá)性分析的比較

上述兩種基于GIS的可達(dá)性計(jì)算方式分別測度了現(xiàn)有供給條件下的基于行人出行范圍的個(gè)體活動(dòng)可達(dá)性和出行范圍內(nèi)的建筑物的可達(dá)性分布情況。這兩種分析結(jié)果對于地鐵站的交通規(guī)劃和城市功能布局提供了較好的科學(xué)依據(jù)。下面就它們之間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)差異、計(jì)算方法以及分析結(jié)果等方面進(jìn)行比較。

矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的可達(dá)性分析相當(dāng)于柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的可達(dá)性分析的優(yōu)勢有:

（1）矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對點(diǎn)、線、面實(shí)體的空間位置、長度和面積等幾何要素表達(dá)精確，而柵格結(jié)構(gòu)則是一種采樣后的抽象表達(dá)，精度取決于柵格單元的大小和顯示器的分辨率。在可達(dá)性分析中，矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能夠精確地表達(dá)地鐵站的位置信息以及人行道路、車行道路、房屋、水域河流等信息。而柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是上述矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)換得到的，一旦地理實(shí)體的大小不夠柵格單元的大小，則容易忽略這些要素信息，從而對后面的可達(dá)性分析結(jié)果產(chǎn)生影響。

（2）矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以方便地對地理實(shí)體實(shí)現(xiàn)目標(biāo)化地表達(dá)、存儲(chǔ)和管理，能夠顯示地表達(dá)實(shí)體之間的關(guān)聯(lián)、鄰接關(guān)系，便于實(shí)現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)的導(dǎo)入，并采用成熟的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理和處理屬性數(shù)據(jù)；而非目標(biāo)化地柵格結(jié)構(gòu)在拓?fù)潢P(guān)系的表達(dá)上往往存在一定的困難，柵格結(jié)構(gòu)采用基于圖層的屬性數(shù)據(jù)表達(dá)，存在對屬性數(shù)據(jù)管理和操作的困難，在可達(dá)性分析中往往意味著跨越很多層次的復(fù)雜運(yùn)算。這樣在求算可達(dá)性范圍區(qū)域內(nèi)所包含的房屋信息需要使用空間查詢，柵格數(shù)據(jù)難以表達(dá)；在統(tǒng)計(jì)步行可達(dá)性范圍內(nèi)的房屋按照建筑類型分類，查詢房屋的面積和個(gè)數(shù)時(shí)需要使用屬性查詢，柵格數(shù)據(jù)難以描述。

（3）矢量結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)模型能夠詳細(xì)描述網(wǎng)絡(luò)要素的信息，而柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一種簡單的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)難以描述網(wǎng)絡(luò)要素這種復(fù)雜的信息。網(wǎng)絡(luò)模型中的交通網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)Φ缆废到y(tǒng)設(shè)定詳細(xì)的參數(shù)，如單向通行情況，轉(zhuǎn)彎信息，可以描述不通行或者跳躍式的通行，而這在柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中都難以進(jìn)行設(shè)定。

（4）矢量結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)分析是基于邏輯網(wǎng)路進(jìn)行，與分析的可視化分辨率無關(guān)；而柵格結(jié)構(gòu)的可達(dá)性分析實(shí)質(zhì)是對柵格圖像的運(yùn)算，因而分析的精度、效率與柵格圖形可視化的分辨率有關(guān)。

柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的可達(dá)性分析相當(dāng)于矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的可達(dá)性分析的優(yōu)勢有:

（1）柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，對源數(shù)據(jù)的精度要求不高，可以通過地理對象的疊合，描述較為復(fù)雜的面域可達(dá)性特征而矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，即使使用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型也難以界定面域的可達(dá)性。如果地鐵站在空間刻畫上是面狀數(shù)據(jù)，則矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的可達(dá)性分析就顯得無能為力，而柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將連續(xù)連續(xù)空間離散化，能夠有效地進(jìn)行面域可達(dá)性分析。

（2）柵格數(shù)據(jù)有利于描述具有空間連續(xù)特征的地理要素，而矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)側(cè)重于表達(dá)離散的地理實(shí)體。在進(jìn)行可達(dá)性分析中，現(xiàn)實(shí)中行人行走的區(qū)域具有連續(xù)性地特征。基于柵格的可達(dá)性分析能夠考慮到行人道路（包含一般行人道路和過街天橋）、陸地區(qū)域、車行道路、水域等特征，考慮的因素更加全面且符合現(xiàn)實(shí)中的模型，而可達(dá)性的大小是這些綜合因素決定的。而基于矢量的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型難以描述連續(xù)特征的陸地區(qū)域，矢量結(jié)構(gòu)的可達(dá)性分析也就沒法考慮到陸地區(qū)域，對可達(dá)性大小起決定性作用的還是道路交通本身，道路越密集，可達(dá)性一般越大。

（3）柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)獲取相對簡單，相比于構(gòu)建矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型更為簡單?？蛇_(dá)性分析中，構(gòu)建矢量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型需要大量精細(xì)的數(shù)據(jù)，完善的可達(dá)性網(wǎng)絡(luò)不僅需要道路路段的數(shù)據(jù)，還需要完備的交叉點(diǎn)、轉(zhuǎn)彎、單行道等各種數(shù)據(jù)，且對數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和精度要求很高。而柵格數(shù)據(jù)構(gòu)建可達(dá)性分析中的源數(shù)據(jù)和成本數(shù)據(jù)既可以從矢量轉(zhuǎn)換獲取，還可以從影像中獲取，精度要求相對不高。

可以看出，矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的可達(dá)性分析和柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的可達(dá)性分析各有優(yōu)缺點(diǎn)，在研究中，需針對研究的區(qū)域范圍、數(shù)據(jù)的獲取情況、研究可達(dá)性的側(cè)重點(diǎn)、考慮的因素及其精度要求等方面綜合考慮，選擇合適的方法進(jìn)行分析。

4　結(jié) 語

本文通過對現(xiàn)有的可達(dá)性測度方法進(jìn)行比較，結(jié)合地鐵站的修建要求及其地鐵站的特點(diǎn)，給出適合于評價(jià)地鐵站步行可達(dá)性的測度方法。本文從矢量和柵格兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)探討了地鐵站的步行可達(dá)性。以可視化的方式展現(xiàn)地鐵站的矢量和柵格兩種不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)下的可達(dá)性分析結(jié)果，并對可達(dá)性結(jié)果進(jìn)行比較。得出了矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的地鐵站步行可達(dá)性大小的決定因素是行人的步行道路交通系統(tǒng)，而柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的可達(dá)性大小的決定因素是人行道路、陸地區(qū)域、車行道路、水域等因素的綜合影響。矢量數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)下對單個(gè)出口的可達(dá)性范圍進(jìn)行疊加求并得到地鐵站的服務(wù)范圍，柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對將多出口進(jìn)行分解為多源進(jìn)行分析。

在討論地鐵站的可達(dá)性時(shí)，由于地鐵站一般位于地下，地鐵站的行人理論上的出發(fā)點(diǎn)是地鐵站的站臺(tái)，而非出口。如何將地鐵站的下面復(fù)雜情況納入考慮，需要構(gòu)建更加精密的地鐵站三維模型，值得進(jìn)一步的研究。在進(jìn)行地鐵站可達(dá)性研究時(shí)，本文僅從單個(gè)地鐵站點(diǎn)的步行可達(dá)性作為樣例，未考察多個(gè)地鐵站的可達(dá)性結(jié)果，應(yīng)綜合考慮綜合分析才能使得可達(dá)性的結(jié)果更具有科學(xué)性和參考性。

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GIS-Based Metro Station Walking Accessibility Research

Wang Lin1，Chen Yanyun2
（1.Tianjin Institute of Surveying and Mapping，Tianjin 300381，China；2.National Marine Data and Information Service，Tianjin 300171，China）

Urban High-speed rail transport，especially metro traffic，plays a great role in improving the municipal transportation，benefiting the people's everyday life，reducing the air pollution，improving the layout of the city and so on.As we all know，the urban metro transport，whose engineering construction period is long and cost is high，is very difficult to carry on the big scale again the improvement as long as it is built.So in order to meet the requirements of long-term planning，it is necessary to assess and forecast the service level of the metro when in the design stage.Conducting a study on the walking accessibility of the MTR station is to measure passenger flow attention area and the service level of the MTR station，which can provide the reference standard for subway's wire plan and provide a quantitative means and basis for the designers.This article attempts to use GIS technology for the walking accessibility of the MTR station，the results provide an accurate quantitative analysis and visualization of the evaluation results，for planners and designers of the MTR.

MTR station；accessibility；network analysis；cost distance analysis

1672-8262（2016）04-50-07

P208.2

A

2016—02—20

汪林（1985—），男，碩士，工程師，主要從事地理信息系統(tǒng)的開發(fā)工作。