王振報(bào)，龔 鑫，肖冀星

(1.河北工程大學(xué) 建筑與藝術(shù)學(xué)院，河北 邯鄲 056038；2.上海精典規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)有限公司，上海 200235)

提高居住區(qū)至各類設(shè)施的可達(dá)性是方便人們?nèi)罕娚?、增加其獲得感和幸福感的有效手段之一.目前可達(dá)性的相關(guān)研究仍然是研究熱點(diǎn)之一，一些研究人員對(duì)出發(fā)點(diǎn)或目的地至城市設(shè)施的可達(dá)性進(jìn)行了分析，例如公共文化設(shè)施[1]、商業(yè)中心[2]、養(yǎng)老設(shè)施[3-8]、醫(yī)藥零售店[9]、城市醫(yī)療設(shè)施[10-13]、軌道站點(diǎn)[14-16]和停車設(shè)施[17].一些研究也集中在居住區(qū)至多種設(shè)施的可達(dá)性綜合分析，例如：文獻(xiàn)[18]進(jìn)行了住宅小區(qū)到各類公共服務(wù)設(shè)施的綜合可達(dá)性分析和平均數(shù)值排序；文獻(xiàn)[19]度量了居住單元與中心商業(yè)區(qū)(CBD)、行政服務(wù)中心、大型醫(yī)院、火車站和飛機(jī)場的可達(dá)性，著重對(duì)比分析了2 種公交模式(有/無地鐵)下公共服務(wù)設(shè)施可達(dá)性的差異；文獻(xiàn)[20]對(duì)1 km×1 km 格網(wǎng)尺度的北京城市公共服務(wù)設(shè)施可達(dá)性進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)；文獻(xiàn)[21-22]考慮供給和需求計(jì)算城市設(shè)施可達(dá)性并分析了空間均等性.這些成果針對(duì)一種或多種設(shè)施對(duì)城市的不同區(qū)位進(jìn)行可達(dá)性對(duì)比分析，但均采用同樣的可達(dá)性定量方法.另外，也有研究人員分析了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)或自然條件變化對(duì)可達(dá)性產(chǎn)生的影響，例如：交通基礎(chǔ)設(shè)施如鐵路或地鐵建設(shè)[14,16,23]、海平面上升[24]對(duì)可達(dá)性產(chǎn)生的影響.而以居住區(qū)為中心分析其到達(dá)不同類別公共服務(wù)設(shè)施的可達(dá)性，并對(duì)可達(dá)性結(jié)果進(jìn)行空間分布特征分析以及非空間分布的均衡性差異性分析方面的成果較少.可達(dá)性分析模型和方法主要包括兩步移動(dòng)搜索法(2SFCA)[1,4-6,17]、改進(jìn)潛能模型[3,10]、改進(jìn)引力模型[11]、核密度估計(jì)法及歐氏距離分析[14]、最鄰近設(shè)施時(shí)間[7]和累積機(jī)會(huì)成本法[18-20].可達(dá)性計(jì)量方法的合理選擇對(duì)于評(píng)價(jià)結(jié)果具有重要的影響.

本文以邯鄲市主城區(qū)為例，針對(duì)不同類別的公共服務(wù)設(shè)施，采用合適的可達(dá)性計(jì)算模型，利用POI(point of interest)數(shù)據(jù)并結(jié)合設(shè)施規(guī)模調(diào)查數(shù)據(jù)，進(jìn)行居住區(qū)至公共服務(wù)設(shè)施的可達(dá)性計(jì)算和分析.對(duì)可達(dá)性結(jié)果進(jìn)行歸一化和自然間斷點(diǎn)法聚類分析后，強(qiáng)調(diào)居住區(qū)至不同類別設(shè)施的可達(dá)性對(duì)比和均衡性評(píng)價(jià)，確定可達(dá)性在空間上的差異以及不同設(shè)施可達(dá)性在非空間上的差異.研究結(jié)果可為居住區(qū)配套設(shè)施現(xiàn)狀評(píng)價(jià)和均衡性改善規(guī)劃提供依據(jù)，進(jìn)而有利于縮小差距、實(shí)現(xiàn)公平、構(gòu)建配套設(shè)施完善的居住區(qū)生活圈.

1 相關(guān)概念及模型

1.1 可達(dá)性計(jì)算模型

綜合可達(dá)性是指某一點(diǎn)至區(qū)域中所有位置點(diǎn)的空間阻隔.計(jì)算空間阻隔的總和或均值，其基礎(chǔ)計(jì)算公式為

其中，Ai為出發(fā)點(diǎn)i的空間綜合可達(dá)性；n為目的地點(diǎn)j的數(shù)目；dij為出發(fā)點(diǎn)i到目的地點(diǎn)j的交通阻抗.

基于空間阻隔的評(píng)價(jià)方法中還依據(jù)其測度的方法延伸出3 類測度模型.第1 類為最短距離評(píng)價(jià)模型，其定義為從出發(fā)點(diǎn)至最近的公共服務(wù)設(shè)施點(diǎn)間的最短距離或時(shí)間，因其評(píng)價(jià)方法較為簡潔，所以運(yùn)用范圍較廣.第2 類為平均時(shí)間模型，其含義為從出發(fā)點(diǎn)到所有目的地點(diǎn)公共設(shè)施的平均花費(fèi)時(shí)間或路程，模型公式為

第3 類為加權(quán)最小阻抗模型，其利用目的地的設(shè)施規(guī)模對(duì)居民出行的概率進(jìn)行預(yù)測，通過匯總計(jì)算出發(fā)點(diǎn)居民至每個(gè)目的地公共服務(wù)設(shè)施點(diǎn)的出行阻抗與其線路的出行概率乘積的和來表示可達(dá)性結(jié)果，具體模型公式為

其中，pij為出發(fā)點(diǎn)i至設(shè)施點(diǎn)j的出行概率；Mj為公共服務(wù)設(shè)施點(diǎn)j的規(guī)模.計(jì)算出的Ai值越小，則出發(fā)點(diǎn)i的空間綜合可達(dá)性越高.

潛能模型，主要來源于物理中的萬有引力定律，起初由法國學(xué)者拉格朗日提出，后被地理學(xué)引用.其主要運(yùn)用設(shè)施間的相互潛能作為指標(biāo)來評(píng)價(jià)空間可達(dá)性，而潛能是指一個(gè)物體對(duì)另一個(gè)物體產(chǎn)生的引力，其基礎(chǔ)表達(dá)式為

其中，β為交通摩擦系數(shù).

改進(jìn)潛能模型引入了需求點(diǎn)的人口規(guī)模及分類、設(shè)施等級(jí)及規(guī)模等影響因素后，對(duì)潛能模型的公式進(jìn)行改進(jìn)，其人口規(guī)模的影響因素公式為

結(jié)合潛能模型一般公式，改進(jìn)的潛能模型可達(dá)性為

其中，n為目的地的總數(shù)；m為需求點(diǎn)數(shù)量；Vj為設(shè)施j的服務(wù)水平；Pk為需求點(diǎn)k的人口數(shù).

利用改進(jìn)潛能模型測度的空間可達(dá)性Ai值越高，則出發(fā)點(diǎn)i的空間綜合可達(dá)性越好.

1.2 均衡性測度方法

采用基尼系數(shù)來衡量并分析范圍內(nèi)居住區(qū)至各類公共服務(wù)設(shè)施可達(dá)性標(biāo)準(zhǔn)化值的均衡程度.基尼系數(shù)計(jì)算公式為

其中，GS為居住區(qū)至S類公共服務(wù)設(shè)施可達(dá)性的基尼系數(shù)；Pi為從1～i個(gè)居住區(qū)的累積數(shù)量比例；

Pi+1-Pi是第i個(gè)居住區(qū)占總居住區(qū)數(shù)量的比例；為從1～i個(gè)居住區(qū)的累積可達(dá)性值占可達(dá)性總和的比例.

1.3 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化與自然間斷點(diǎn)分級(jí)

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化主要是運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)化方法，在不改變數(shù)據(jù)性質(zhì)的前提下對(duì)數(shù)據(jù)整體進(jìn)行擴(kuò)大或縮小操作，使其統(tǒng)一落在一個(gè)指定的范圍中，一般將其標(biāo)準(zhǔn)化在[0,1]的區(qū)間上，所以在一定程度上又可以叫做歸一化.可達(dá)性測度過程中，由于采用測度的方法不同，所以在各類設(shè)施可達(dá)性的結(jié)果中會(huì)出現(xiàn)較大的差距，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化操作.標(biāo)準(zhǔn)化方法可以選取離差標(biāo)準(zhǔn)化法，其正相關(guān)數(shù)據(jù)與負(fù)相關(guān)數(shù)據(jù)分別為

自然間斷點(diǎn)分級(jí)法的概念是運(yùn)用聚類的思想，通過保障每組數(shù)據(jù)內(nèi)部的相似度最高及最大程度地與其他組數(shù)據(jù)相異，對(duì)整組數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分類，并在統(tǒng)計(jì)過程中適當(dāng)調(diào)節(jié)每組數(shù)據(jù)取值范圍和數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，使其盡量保持個(gè)數(shù)相近.在尋找斷點(diǎn)上，通過迭代計(jì)算最佳分類進(jìn)行確定，即通過比較各數(shù)據(jù)集和其中數(shù)據(jù)的均值與觀測值之間的方差和來計(jì)算.其在ArcGIS 軟件中已有完善的計(jì)算方法，可對(duì)可達(dá)性計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分級(jí).本研究將可達(dá)性分析結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后，運(yùn)用自然間斷點(diǎn)分級(jí)法將其分為1～5 由低到高的5 個(gè)等級(jí).

2 居住區(qū)至公共服務(wù)設(shè)施可達(dá)性及其均衡性分析

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文研究對(duì)象為邯鄲市主城區(qū)，分析范圍內(nèi)共有571 個(gè)居住區(qū)，見圖1.居住區(qū)和公共服務(wù)設(shè)施數(shù)據(jù)主要來源于POI 數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)大部分是利用Python工具結(jié)合百度地圖API開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行收集得來的，主要包含名稱、類別、經(jīng)度、緯度等基礎(chǔ)地理信息.另外，可達(dá)性模型中需要的居住區(qū)居住人口、公共設(shè)施規(guī)模等數(shù)據(jù)通過相關(guān)官方網(wǎng)站查詢，并配合一定的現(xiàn)場走訪調(diào)查獲得；平峰期間路段公交車輛平均運(yùn)行時(shí)間是通過百度地圖和高德地圖獲取，其可作為相關(guān)可達(dá)性模型計(jì)算的交通阻抗.

圖1 邯鄲市主城區(qū)分析范圍

2.2 可達(dá)性模型選擇

對(duì)于不同種類的公共服務(wù)設(shè)施至居住區(qū)的可達(dá)性，選取不同的可達(dá)性計(jì)算模型(見表1)，其主要考慮因素也見表1.

表1 居住區(qū)各類公共服務(wù)設(shè)施可達(dá)性分析模型及其考慮因素

對(duì)各居住區(qū)至各類公共服務(wù)設(shè)施的可達(dá)性進(jìn)行分析計(jì)算，并對(duì)其進(jìn)行歸一化后利用自然間斷點(diǎn)法分級(jí).采用的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表2.

表2 公共服務(wù)設(shè)施可達(dá)性標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果對(duì)應(yīng)的分級(jí)結(jié)果

2.3 可達(dá)性空間分布

居住區(qū)至小學(xué)設(shè)施的可達(dá)性等級(jí)結(jié)果見圖2(a).由圖2(a)可知，可達(dá)性相對(duì)較高的區(qū)域面積占比較低，呈分散組團(tuán)式特征，擁有多個(gè)相對(duì)高水平的可達(dá)性核心，且南部和東部城區(qū)優(yōu)于北部和西部城區(qū).居住區(qū)至中學(xué)設(shè)施的可達(dá)性測度結(jié)果見圖2(b).由圖2(b)可知，可達(dá)性相對(duì)較高的區(qū)域面積占比較低，呈現(xiàn)圈層結(jié)構(gòu)分布特征，可達(dá)性由中心向外圍逐漸降低.居住區(qū)至綜合醫(yī)院設(shè)施的可達(dá)性等級(jí)結(jié)果見圖2(c).由圖2(c)可知，可達(dá)性相對(duì)較高的區(qū)域面積占比較低，呈現(xiàn)從中心向外逐漸降低的特征.居住區(qū)至?？漆t(yī)院設(shè)施的可達(dá)性等級(jí)結(jié)果見圖2(d).由圖2(d)可知，可達(dá)性相對(duì)較高的區(qū)域面積占比很低，在東部區(qū)域中存在2 個(gè)高水平區(qū)域.居住區(qū)至社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心設(shè)施的可達(dá)性等級(jí)結(jié)果見圖2(e).由圖2(e)可知，可達(dá)性相對(duì)較高的區(qū)域面積占比較低，具有點(diǎn)狀分布特征.居住區(qū)至政府設(shè)施的可達(dá)性等級(jí)結(jié)果見圖2(f).由圖2(f)可知，可達(dá)性相對(duì)較高的區(qū)域面積占比較高，外圍個(gè)別地區(qū)存在相對(duì)較低的分布特征.居住區(qū)至文化設(shè)施的可達(dá)性等級(jí)結(jié)果見圖2(g).由圖2(g)可知，可達(dá)性相對(duì)較高和較低的區(qū)域面積占比接近，總體上分布為圈層式由內(nèi)到外逐漸降低的分布特征.居住區(qū)至體育設(shè)施的可達(dá)性等級(jí)結(jié)果見圖2(h).由圖2(h)可知，可達(dá)性相對(duì)較高和較低區(qū)域面積占比接近，總體上分布為圈層式由內(nèi)到外逐漸降低的分布特征.居住區(qū)至社會(huì)福利設(shè)施的可達(dá)性等級(jí)結(jié)果見圖2(i).由圖2(i)可知，可達(dá)性相對(duì)較高的區(qū)域面積占比較低，呈現(xiàn)多核心組團(tuán)式的分布特征，可達(dá)性水平相對(duì)較高的區(qū)域與其他公共服務(wù)設(shè)施可達(dá)性不同，大多分布在外圍區(qū).居住區(qū)至郵局設(shè)施的可達(dá)性等級(jí)結(jié)果見圖2(j).由圖2(j)可知，可達(dá)性相對(duì)較高的區(qū)域面積占比較高，可達(dá)性相對(duì)較高的片區(qū)既相對(duì)分散但又存在連續(xù)的特征，整體上較為均衡.

圖2 居住區(qū)至各類公共服務(wù)設(shè)施可達(dá)性等級(jí)分布

對(duì)于每類設(shè)施，對(duì)居住區(qū)的可達(dá)性分級(jí)結(jié)果按比例進(jìn)行匯總，結(jié)果見表3.由表3 可知，在教育和醫(yī)療設(shè)施中，30%～40%的居住區(qū)設(shè)施可達(dá)性的分值等級(jí)大部分在2 分左右，僅有5%左右的居住區(qū)可達(dá)性等級(jí)為較好的5 分；在政府、文化、體育與郵局設(shè)施上，超過30%的居住區(qū)設(shè)施可達(dá)性處在相對(duì)較好的5 分，而較低的1 分等級(jí)中居住區(qū)占比最少.通過比較可以發(fā)現(xiàn)，在研究范圍內(nèi)居住區(qū)的政府設(shè)施、文化設(shè)施、體育設(shè)施和郵局設(shè)施的可達(dá)性分布情況要比教育設(shè)施及醫(yī)療設(shè)施好.

表3 各類設(shè)施可達(dá)性分值的居民點(diǎn)數(shù)量占比 %

2.4 可達(dá)性均衡性

對(duì)分析范圍內(nèi)的居住區(qū)各類設(shè)施可達(dá)性的基尼系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見圖3.

圖3 居住區(qū)至各類設(shè)施的可達(dá)性基尼系數(shù)對(duì)比

由圖3 可知，至?？漆t(yī)院和社區(qū)服務(wù)中心的可達(dá)性基尼系數(shù)最大，差異性明顯；綜合醫(yī)院、中學(xué)和小學(xué)的可達(dá)性基尼系數(shù)處于中等水平，結(jié)果分布較均衡；其他類的公共服務(wù)設(shè)施的可達(dá)性基尼系數(shù)較低，結(jié)果分布相對(duì)更加均衡.

3 結(jié)論

1)不同類別設(shè)施的可達(dá)性等級(jí)分布在空間上表現(xiàn)出不同的特征，主要有圈層式、組團(tuán)分散式和點(diǎn)狀分散式.對(duì)于處于相對(duì)可達(dá)性較低的居住區(qū)，從縮小差距和提高可達(dá)性角度考慮，應(yīng)優(yōu)先進(jìn)行公共服務(wù)設(shè)施規(guī)劃和建設(shè).

2)在教育和醫(yī)療設(shè)施中，大部分的居住區(qū)設(shè)施可達(dá)性的分值處于相對(duì)較低的等級(jí).在城市規(guī)劃或建設(shè)過程中，應(yīng)注重落實(shí)該類別設(shè)施的建設(shè)，特別是對(duì)于新開發(fā)地區(qū)，應(yīng)保證各類公共服務(wù)設(shè)施的同步建設(shè).

3)各類公共服務(wù)設(shè)施的基尼系數(shù)結(jié)果表明，一些類別設(shè)施(如?？漆t(yī)院和社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心)基尼系數(shù)偏大，說明居住區(qū)在這類設(shè)施可達(dá)性結(jié)果方面差異性大，通過對(duì)該類設(shè)施的進(jìn)一步規(guī)劃布局和建設(shè)，有利于縮小差距、體現(xiàn)公平和促進(jìn)均衡發(fā)展.