基于空間句法的城市慢行交通需求預(yù)測(cè)

袁 飛，馬曉旦，夏曉梅

(上海理工大學(xué) 管理學(xué)院，上海 200093)

隨著我國(guó)交通規(guī)劃的發(fā)展以及低碳環(huán)保、交通安全、出行便捷等的客觀需求，慢行交通逐步被交通規(guī)劃者列入考慮范疇[1-2]，特別是日益擁堵的機(jī)動(dòng)車(chē)交通、嚴(yán)重的霧霾等都提醒著我們，在物質(zhì)生活水平不斷提高的今天，慢行交通在日常出行中的重要性，因此準(zhǔn)確預(yù)測(cè)慢行交通需求量非常重要。

我國(guó)交通規(guī)劃起步較晚，交規(guī)人員在實(shí)際工作中，難以獲得慢行交通數(shù)據(jù)，慢行交通意識(shí)落后以及慢行交通整體發(fā)展環(huán)境的弱勢(shì)等原因，使得其預(yù)測(cè)方法沒(méi)有得到與機(jī)動(dòng)車(chē)同步發(fā)展的水平。近年來(lái)綠色交通理念逐步深入人心，交規(guī)人員逐漸接觸到慢行交通規(guī)劃項(xiàng)目，如慢行區(qū)域交通規(guī)劃、 慢行交通路線規(guī)劃、 換乘接銜區(qū)域自行車(chē)停放車(chē)位規(guī)劃等。因此，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)慢行交通需求變得尤為重要。

1 空間句法的基礎(chǔ)理論與方法

1.1 空間句法理論

空間句法最初起源于建筑學(xué)，在20世紀(jì)70年代，Bill Hiller首次提出空間句法[3]。空間句法理論提出，人的活動(dòng)或行為受空間形態(tài)或者結(jié)構(gòu)影響較大，以此為基礎(chǔ)，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，分析城市環(huán)境及路網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，用形態(tài)分析變量描述城市空間形態(tài)，是一種建立在“圖底關(guān)系理論”和“社區(qū)分析”基礎(chǔ)上的城市空間形態(tài)分析方法[4]。

1.2 空間句法的分析方法

(1)確定空間句法的研究區(qū)域[5-8]。通常意義上的研究區(qū)域，并不是空間句法合理的研究區(qū)域，根據(jù)慢行交通的不同出行特性，空間句法的研究區(qū)域是指：不管是自行車(chē)或者步行，都以研究區(qū)域?yàn)閳A心，30 min步行距離為半徑劃分研究區(qū)域。

(2) 空間句法的空間分割。確定了研究區(qū)域后，要對(duì)空間進(jìn)行分割，一般選用軸線法，以一條軸線代替道路，不計(jì)道路的寬度與道路兩側(cè)的土地性質(zhì)等因素，對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。

(3)空間句法的軸線圖轉(zhuǎn)化為連接圖。將空間用軸線分割之后轉(zhuǎn)化為連接圖，每條軸線用節(jié)點(diǎn)代替，節(jié)點(diǎn)之間用直線表示它們之間的相關(guān)關(guān)系，兩節(jié)點(diǎn)之間的距離為空間單元的拓?fù)渚嚯x。

(4)空間句法形態(tài)分析變量的計(jì)算。

①連接度(Connectivity)Ci，表示與第i個(gè)節(jié)點(diǎn)直接相連的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。計(jì)算公式為：

Ci=k。

(1)

式中：k為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)直接相連的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。

②控制值(Control value)ctrli，表示一個(gè)空間對(duì)與之直接相交空間的控制程度。

計(jì)算公式為：

(2)

式中：Cj為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)直接相連的第j個(gè)節(jié)點(diǎn)的連接程度。

③深度值(Depth value)，表示某一節(jié)點(diǎn)距剩下所有節(jié)點(diǎn)最短距離。

總深度值(Total depth)Zi，深度值之和。公式為：

(3)

平均深度值(Mean depth)MDi，是總深度值除以節(jié)點(diǎn)數(shù)。計(jì)算公式為：

(4)

式中：n為節(jié)點(diǎn)總數(shù)；dij為任意兩點(diǎn)i與j間的最短距離。

④集成度(Integration)，表征一個(gè)空間與其他空間的關(guān)系程度。

全局集成度RAi表示一個(gè)空間與剩下所有空間的關(guān)系。公式為：

(5)

局部集成度RRAi表示一個(gè)空間與最短距離之內(nèi)空間關(guān)系。公式為：

(6)

2 基于空間句法的慢行交通需求預(yù)測(cè)模型

2.1 交通分析變量

人們的慢行出行行為受慢行出行空間和環(huán)境影響很大。安全和順暢的出行環(huán)境一定會(huì)刺激交通潛在需求的增長(zhǎng)，相反則降低了人們的慢行出行需求。

空間句法對(duì)路網(wǎng)的空間形態(tài)進(jìn)行量化，只考慮了城市的道路空間布局對(duì)慢行交通流量的影響，但實(shí)際上影響慢行交通流量預(yù)測(cè)的相關(guān)因素除了道路的空間布局外，還包括道路寬度、道路等級(jí)等因素。因此，需要加入一些交通分析變量對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充。

慢行交通的基礎(chǔ)設(shè)施如道路等級(jí)、道路分隔、道路質(zhì)量以及非機(jī)動(dòng)車(chē)道數(shù)等的現(xiàn)狀對(duì)慢行交通流量的影響較大[9]。

我國(guó)城市中單一的自行車(chē)道寬度為1.5 m，兩條自行車(chē)道的寬度為2.5 m，n條車(chē)道的寬度為(n+0.5)m。如果某一城市自行車(chē)道總寬度為Wm，則它包含的自行車(chē)道條數(shù)：

(7)

2.2 模型的建立

根據(jù)ArcGis10.0中空間句法分析模塊axwoman6.0，除了畫(huà)出軸線圖外，還可以計(jì)算出空間分析變量(連接度、控制值、平均深度、全局集成度、局部集成度)的值。通過(guò)分析空間路網(wǎng)的形態(tài)分析變量與交通分析變量，建立這些變量與調(diào)查實(shí)際流量的關(guān)系，建立模型，來(lái)預(yù)測(cè)慢行交通的流量。

應(yīng)用SPSS軟件相關(guān)性分析中計(jì)算形態(tài)分析變量與流量值的相關(guān)關(guān)系，根據(jù)相關(guān)系數(shù)R2值，找出與流量相關(guān)系數(shù)較大(大于0.5)的分析變量。將已知分析變量當(dāng)做自變量，建立模型，進(jìn)行其它路段慢行交通量的預(yù)測(cè)。

y=a*r1+βr2+χr3+δr4+ε。

(8)

其中，α、β、χ、δ是系數(shù)，ε是常數(shù)。

3 案例分析

本文基于空間句法以北京市部分區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象進(jìn)行自行車(chē)流量預(yù)測(cè)，應(yīng)用Arcgis 10.0的空間分析加載模塊axwomen 6.0，將路網(wǎng)圖轉(zhuǎn)換為軸線圖，如圖1所示。

圖1 空間句法軸線圖

根據(jù)軸線圖，計(jì)算該路網(wǎng)的形態(tài)分析變量(連接度、控制值、全局集成度、局部集成度、平均深度值)，見(jiàn)表1。

表1 形態(tài)分析變量

分別列出這些道路的等級(jí)、分隔方式、路面質(zhì)量以及非機(jī)動(dòng)車(chē)車(chē)道數(shù)，見(jiàn)表2。

表2 交通分析變量

對(duì)路網(wǎng)的部分路段廣渠路、垂楊柳路、勁松路、勁松東街、武圣北路、八棵樹(shù)南街、勁松西街、勁松中街進(jìn)行高峰小時(shí)的自行車(chē)交通流量調(diào)查。經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算后，得到的交通流量見(jiàn)表3。并以交通量數(shù)據(jù)為依據(jù)建立模型。

表3 部分路段高峰小時(shí)自行車(chē)流量調(diào)查

根據(jù)形態(tài)分析變量和自行車(chē)高峰小時(shí)流量調(diào)查的數(shù)據(jù)，進(jìn)行相關(guān)性分析，得到下列相關(guān)性系數(shù)見(jiàn)表4。實(shí)際的自行車(chē)交通流量與連接度、控制值、全局集成度、平均深度、非機(jī)動(dòng)車(chē)車(chē)道數(shù)的相關(guān)系數(shù)較大(大于0.5)，因此用以上分析變量進(jìn)行回歸分析，得到自行車(chē)交通量的預(yù)測(cè)模型，多元線性回歸方程：

y=107.27x1-179.59x2-215.2971x3+446.418x4+114.969。

相關(guān)系數(shù)R2=0.966。

式中：y為自行車(chē)流量；x1、x2、x3、x4分別為連接度、控制值、平均深度、非機(jī)動(dòng)車(chē)車(chē)道數(shù)。

表4 變量相關(guān)性分析

用以上模型預(yù)測(cè)廣和東里中街、九龍山路、西大望路路段自行車(chē)流量與實(shí)測(cè)流量進(jìn)行對(duì)比來(lái)驗(yàn)證模型的適用性，見(jiàn)表5。

表5 預(yù)測(cè)流量與實(shí)際流量比較

從表5自行車(chē)流量預(yù)測(cè)值與自行車(chē)流量實(shí)際調(diào)查值對(duì)比，可知慢行交通需求預(yù)測(cè)存在10%左右的誤差，說(shuō)明預(yù)測(cè)方法具有較好的適用性。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上可知，空間句法可以量化路網(wǎng)空間特性，將道路的空間特性量化為連接度、控制值、全局集成度、局部集成度、平均深度，利用空間句法的形態(tài)分析變量，加上交通的分析變量，構(gòu)建基于空間句法的慢行交通需求預(yù)測(cè)模型，以北京市的一部分區(qū)域?yàn)榘咐?，建立了模型，并預(yù)測(cè)其中幾條道路的慢行交通需求量，并與實(shí)際值做了比較，相對(duì)誤差在10%左右，證明了基于空間句法預(yù)測(cè)城市道路慢行交通需求的可行性。此預(yù)測(cè)為未來(lái)慢行路網(wǎng)規(guī)劃提供依據(jù)，也為慢行交通系統(tǒng)與公交、軌道交通系統(tǒng)的接駁提供有力的支撐。

【參 考 文 獻(xiàn)】

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[4]付博峰，吳嬌蓉，陳小鴻.空間句法及其在城市交通研究領(lǐng)域的應(yīng)用[J].國(guó)際城市規(guī)劃，2009，24(1)：79-83.

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