許文秀，張珊珊，吳金卓

(東北林業(yè)大學(xué) 工程技術(shù)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

隨著城市化水平的快速提升，城市私家車保有量的迅速增加，城市中心外圍停車位供給不足、城市交通擁堵等現(xiàn)象十分嚴(yán)重[1]。與此同時(shí)，近年來(lái)的霧霾也給市民的生活及出行帶來(lái)嚴(yán)重影響。為緩解市中心的交通壓力，響應(yīng)綠色出行號(hào)召，合理布設(shè)城市停車換乘設(shè)施已勢(shì)在必行[2]。城市停車換乘設(shè)施可有效緩解城市中心“行車難、停車難”問(wèn)題[3]。對(duì)城市交通健康有序發(fā)展具有重要意義。

城市停車換乘設(shè)施，主要是在城市中心外圍結(jié)合城市公交車始末站點(diǎn)及地鐵站點(diǎn)等來(lái)建立停車場(chǎng)，供小型汽車、摩托車等停車換乘載客量大的公交車使用[4-5]。在國(guó)外較發(fā)達(dá)的國(guó)家，停車換乘系統(tǒng)早已被建立。Thomas[6]根據(jù)對(duì)英國(guó)人口流動(dòng)量較大的區(qū)域進(jìn)行全面交通調(diào)查與交通需求預(yù)測(cè)結(jié)果，有針對(duì)性地確立了適合悉尼的停車收費(fèi)、停車設(shè)施選址、停泊車位供給的相關(guān)決策。David[7]等建議按照需求停放車輛的駕車者選取停放車輛地點(diǎn)的機(jī)率來(lái)決定停車設(shè)施的布設(shè)。在國(guó)內(nèi)，周華珍[8]將GIS技術(shù)運(yùn)用于社會(huì)公共設(shè)施規(guī)劃布設(shè)方面，GIS與遺傳算法結(jié)合對(duì)公共停車場(chǎng)進(jìn)行選址。楊明[9]從P+R的角度出發(fā)，結(jié)合影響停車場(chǎng)選址的因素，把停車場(chǎng)建設(shè)作為目標(biāo)函數(shù)，建立了雙目標(biāo)規(guī)劃模型。目前，關(guān)于停車換乘設(shè)施選址模型的建立，很多方面已經(jīng)取得了很好的研究成果，但缺乏深入的地理理論模型和方法研究。地理信息系統(tǒng)具有強(qiáng)大的地理空間分析功能，常用于工廠選址問(wèn)題[10]。目前，用GIS進(jìn)行城市停車場(chǎng)選址的研究很少，并且學(xué)者將GIS技術(shù)與貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行設(shè)施選址更是鮮有。本文將GIS與貝葉斯網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合進(jìn)行兩階段停車換乘設(shè)施選址，有效地從地理空間模型出發(fā)進(jìn)行選址分析，建立決策模型對(duì)場(chǎng)址進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)。

1 停車換乘選址設(shè)施原則

城市停車場(chǎng)選址受多方面因素影響，不能單一為有位泊車而選址，選址的同時(shí)還要考慮周圍環(huán)境、交通狀況、社會(huì)經(jīng)濟(jì)及土地使用等多方面因素[11]。停車換乘設(shè)施選址是以城市中心外圍區(qū)域停車需求、周圍土地利用情況和周圍設(shè)施布局情況為基礎(chǔ)，結(jié)合影響停車設(shè)施選址因素對(duì)規(guī)劃區(qū)域進(jìn)行停車場(chǎng)的選址[12]。進(jìn)行停車換乘設(shè)施選址主要應(yīng)遵循以下原則：

1)鄰近城市市中心周圍出入口附近建設(shè)大規(guī)模的停車場(chǎng)，可以充分利用公共設(shè)施(大型商場(chǎng)、公園及廣場(chǎng)等)的地下空間[13]，建設(shè)地下停車場(chǎng)在有效緩解市區(qū)交通壓力的同時(shí)，還可以減小占地費(fèi)用及保護(hù)城市原有景觀。

2)為避免交叉口處交通組織發(fā)生混亂情況，停車場(chǎng)出入口應(yīng)盡量避開主干道，設(shè)置于次干道旁，如果必須在主干道上設(shè)置，應(yīng)盡量使出入口與交叉口之間保持一定距離[14]。

3)停車場(chǎng)應(yīng)與相關(guān)建筑保持適中的距離，且與相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施布局相配套[15]。

2 基于GIS的停車換乘設(shè)施選址

停車換乘設(shè)施選址的基本依據(jù)是城市中心外圍與城市公交車、地鐵等交通設(shè)施交界處的停車需求，需求量大的地方相應(yīng)建立停車場(chǎng)。基于GIS進(jìn)行選址研究具有客觀性、定量性、空間可視化以及多因素綜合決策等方面的優(yōu)點(diǎn)，其選址結(jié)果具有較高的參考價(jià)值和實(shí)踐指導(dǎo)意義[5]。

2.1 停車場(chǎng)選址數(shù)據(jù)

本文使用的數(shù)據(jù)是哈爾濱市全要素SHP數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理工作主要是在ArcGIS軟件中利用空間分析模塊對(duì)所有數(shù)據(jù)先進(jìn)行投影坐標(biāo)的統(tǒng)一，統(tǒng)一為WGS 1984 UTM Zone 50N，再進(jìn)行各單要素的空間分析，最后結(jié)合各單因素的權(quán)重進(jìn)行綜合分析。選出N個(gè)備選廠址，并進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，如果備選廠址處與原有停車場(chǎng)相重合，或備選停車場(chǎng)距離與已有停車場(chǎng)距離小于6 km，考慮到已有停車場(chǎng)可節(jié)約建設(shè)成本，則設(shè)定已有停車場(chǎng)為停車換乘設(shè)施點(diǎn)。處理要素主要是影響停車換乘選址的因素，如交通路網(wǎng)、居民區(qū)、人口分布、城市用地情況、原有停車場(chǎng)、加油站、醫(yī)療服務(wù)、綠地等相關(guān)地理空間數(shù)據(jù)。

2.2 影響因素權(quán)重評(píng)價(jià)

根據(jù)哈爾濱SHP數(shù)據(jù)全要素地圖及影響停車換乘設(shè)施選址的影響因素可獲得性，本文影響因素包括：城市規(guī)劃(A)、交通路線(B)、人口密度(C)、近鄰?fù)＼噲?chǎng)(D)、教育醫(yī)療機(jī)構(gòu)(E)及環(huán)境(F) 6個(gè)方面。對(duì)影響因素采用均方差方法進(jìn)行權(quán)重評(píng)定。均方差評(píng)價(jià)方法首先求出這些評(píng)價(jià)指標(biāo)的均方差，然后將這些均方差歸一化，其結(jié)果即為各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，具體公式為

(1)

(2)

(3)

根據(jù)上述各式計(jì)算，得出結(jié)果城市規(guī)劃(A)權(quán)重值為0.29、交通路線(B)權(quán)重值為0.23、人口密度(C)權(quán)重值為0.20、近鄰?fù)＼噲?chǎng)(D)權(quán)重值為0.08、教育醫(yī)療機(jī)構(gòu)(E)權(quán)重值為0.12、環(huán)境(F)權(quán)重值為0.08。

2.3 基于GIS空間分析的選址

在GIS環(huán)境中使用地圖代數(shù)技術(shù)進(jìn)行選址。在影響因素對(duì)停車換乘停車場(chǎng)選址分析模型中，利用ArcGIS 10.0平臺(tái)對(duì)各個(gè)因子分別進(jìn)行緩沖區(qū)分析、要素轉(zhuǎn)柵格、重分類、柵格計(jì)算器等空間分析處理，根據(jù)不同因子對(duì)停車換乘停車場(chǎng)的影響權(quán)重制定其影響范圍。本文對(duì)城市規(guī)劃、交通路線、人口密度、近鄰?fù)＼噲?chǎng)、教育醫(yī)療機(jī)構(gòu)及環(huán)境6個(gè)方面的影響因素進(jìn)行分圖層數(shù)據(jù)處理，每個(gè)因素為一個(gè)圖層，得到單因素適宜性，如圖1所示。值越大顏色越亮的地區(qū)越好，即顏色越淺表示適宜性越高，即越適合建設(shè)停車場(chǎng)。

圖1 單因素適宜性分布

對(duì)上述各個(gè)單因素根據(jù)已計(jì)算出的各個(gè)因素權(quán)重進(jìn)行圖層疊加處理，得到綜合分析的評(píng)價(jià)結(jié)果，如圖2所示。最后對(duì)圖2的結(jié)果進(jìn)行重分類，得出圖3，停車換乘設(shè)施適宜性最高的四處停車場(chǎng)為備選場(chǎng)址。其中顏色越淺，表示適宜性越高。

圖2 停車換乘設(shè)施適宜性示意圖

圖3 停車換乘設(shè)施備選場(chǎng)址

3 基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的城市換乘設(shè)施決策模型

根據(jù)GIS進(jìn)行空間分析，得出四個(gè)停車換乘備選廠址，從停車換乘設(shè)施選址的綜合評(píng)價(jià)最優(yōu)出發(fā)，以建設(shè)成本最小、及時(shí)達(dá)到停車換乘、停車場(chǎng)可達(dá)性最高等為目的，運(yùn)用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)建立決策模型，以期得出最優(yōu)場(chǎng)址。

3.1 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，又常被稱為概率網(wǎng)絡(luò)、信度網(wǎng)絡(luò)、因果圖等，是非常有效的決策理論模型[16]。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是由一個(gè)個(gè)代表變量的節(jié)點(diǎn)及一個(gè)節(jié)點(diǎn)連接到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)的有向連線組成，特點(diǎn)是有向、無(wú)環(huán)。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)是貝葉斯公式，式(4)中X，Y各代表一件事[17]。

(4)

假設(shè)有隨機(jī)變量集合X=(x1,x2,…,xn)，根據(jù)式(1)，得到式(2)

P(x1,x2,…,xn)=

P(x2|x1)…P(xn|x1,x2,…,xn-1)=

(5)

該式也稱為鏈規(guī)則，其中π(xi)表示所有父節(jié)點(diǎn)的集合[18]。

3.2 基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的選址決策模型

建立停車換乘設(shè)施選址的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)決策模型，其步驟如下：

1)描述準(zhǔn)則層和因素層。通過(guò)翻閱相關(guān)參考文獻(xiàn)及對(duì)相關(guān)專家進(jìn)行訪談，確定停車換乘停車場(chǎng)選址時(shí)所需要考慮的準(zhǔn)則。準(zhǔn)則層和因素層分別由24項(xiàng)準(zhǔn)則和10項(xiàng)因素組成。準(zhǔn)則層又稱為觀察變量層，用V表示，可直接觀察得到，H因素又稱為隱含變量，用H表示。如表1所示。

在分析和評(píng)估停車場(chǎng)選址適宜性指數(shù)時(shí)，將選址潛力分為不同的準(zhǔn)則層(第二層)和因素層(第三層及第四層)。因此，因素層的改變必將導(dǎo)致準(zhǔn)則層的明顯改變，最后會(huì)影響停車場(chǎng)場(chǎng)址適宜性的改變。所以這種方法可以從根源上解釋適宜性變化的原因，而且使領(lǐng)域?qū)＜覐恼w上評(píng)估適宜性時(shí)能更精確地給出評(píng)估方案。

2)建貝葉斯網(wǎng)絡(luò)。建立準(zhǔn)則層與因素層，因素層與選址潛力之間的層關(guān)系結(jié)構(gòu)。圖4表示基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的停車換乘設(shè)施選址決策模型結(jié)構(gòu)。

3)結(jié)合實(shí)際情況，根據(jù)式(5)計(jì)算準(zhǔn)則層與因素層之間的條件概率，即準(zhǔn)則層根據(jù)公式推出各因素層的條件概率。由于所有因素和準(zhǔn)則均為離散型變量，所以條件概率分布可以表示為條件概率表。且模型中的概率反映了決策者對(duì)事件發(fā)生的期望程度，概率越大表示對(duì)事件狀態(tài)的確定性越高，相反，事件發(fā)生的概率相近表明了決策者的模棱兩可和不確定性。用T1、T2、T3、T4代表GIS選出的4個(gè)備選停車場(chǎng)場(chǎng)址，下面例舉的實(shí)例中部分概率分布如表2所示。

表1 設(shè)施選址準(zhǔn)則、因素

圖4 基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的停車換乘設(shè)施選址決策模型

4)通過(guò)式(4)及表5對(duì)已建立的模型進(jìn)行求解。并做出決策，決策結(jié)果如圖5所示。

對(duì)GIS選出的四處備選停車換乘停車場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)其中T1處即是哈爾濱某處地下停車場(chǎng)，而T2、T3處在6 km范圍內(nèi)也有至少一個(gè)停車場(chǎng)，只有T4處6 km范圍內(nèi)不存在停車場(chǎng)，考慮到T4處布設(shè)停車場(chǎng)需要建設(shè)成本，所以T4相比T1、T2及T3處于劣勢(shì)，因此，本文決策時(shí)只考慮了T1、T2及T3處停車場(chǎng)的適宜性。由圖5可知適宜性由高到底為T1>T2>T3。故T1為最優(yōu)停車換乘停車場(chǎng)地點(diǎn)。決策結(jié)果與調(diào)查結(jié)果相符，證明了決策模型的正確性。

表2 選址準(zhǔn)則置信區(qū)間

4 結(jié)束語(yǔ)

本文將GIS與貝葉斯網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，建立停車換乘設(shè)施選址決策模型，將影響設(shè)施選址因素詳細(xì)分為準(zhǔn)則層和因素層，為決策者提供了精確的決策方法。采用GIS 空間分析功能進(jìn)行停車換乘設(shè)施選址更加客觀、定量，避免了傳統(tǒng)的建模選址中存在的缺乏必要地理空間分析、主觀性較大的缺點(diǎn)。利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)在不確定知識(shí)表達(dá)和推理方面的優(yōu)勢(shì)，將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用到選址決策中，并進(jìn)行了實(shí)例驗(yàn)證，將得出的結(jié)論與城市現(xiàn)狀進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了此方法的可行性和有效性。城市是一個(gè)復(fù)雜的體系，影響城市停車換乘設(shè)施選址的因素在本質(zhì)上還有很多無(wú)法定量化的因素，所以如何更加全面和科學(xué)地進(jìn)行停車換乘設(shè)施的選址還需進(jìn)一步的研究和解決。

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