基于社會網(wǎng)絡(luò)中心性模型的城市公園公交可達性研究
——以哈爾濱道里區(qū)為例

趙曉龍

楊 洋

朱 遜*

卞 晴

城市公園作為公共資源為居民提供了重要的游憩空間，其利用的快捷、均衡和公平特征也越來越受到人們的關(guān)注，可達性能夠直觀反映公園的空間分布合理性及便捷程度。隨著城市邊緣的不斷擴張，區(qū)位和交通條件成為決定可達性的重要影響因素，而城市綠地空間的便利條件在很大程度上取決于公共交通中心性[1]。近年來，隨著公交優(yōu)先發(fā)展政策的落實以及綠色出行理念的倡導(dǎo)，公交成為居民到達公園的主要公共交通方式，如何優(yōu)化城市公園與公交網(wǎng)絡(luò)布局的空間關(guān)系，提高公園公交可達性，成為城市建設(shè)過程中所面臨的現(xiàn)實課題。

目前綠地可達性的研究多以公園步行可達性為主，多采用時間[2]和距離[3]作為評價指標(biāo)，研究方法主要有引力模型法[4]、費用加權(quán)法[5]和網(wǎng)絡(luò)分析法[6]等。隨著城市快速擴張，城市人口數(shù)量急劇增加，面積較大的公園吸引了遠距離的居民，公交可達性的研究具有一定的現(xiàn)實意義。雷蕓等[7]通過實地問卷調(diào)查法，解析了大型城市公園公共交通利用者的空間分布、交通出行方式以及周邊公共交通利用狀況，探討了城市公共交通發(fā)展對城市公園使用率的影響。社會網(wǎng)絡(luò)中心性分析已經(jīng)應(yīng)用于城市公共交通與經(jīng)濟活動區(qū)位關(guān)系[8]、城市安全性[9]等方面。陳晨等[10]使用了多中心性評價模型對沈陽的交通網(wǎng)絡(luò)中心性和城市經(jīng)濟活動的空間耦合關(guān)系進行了分析，為城市第三產(chǎn)業(yè)布局提供了依據(jù)。城市安全性方面，Browning、Dietz和Feinberg[9]使用了社會網(wǎng)絡(luò)中心性模型對城市街道暴力犯罪進行了調(diào)查研究，為降低街道犯罪率提供了依據(jù)。陳晨等[11]使用介數(shù)中心性研究方法對沈陽避災(zāi)綠地公共交通可達性進行了分析，通過靜態(tài)道路網(wǎng)絡(luò)中心性分析了避災(zāi)綠地的區(qū)位條件。劉蔚丹[12]使用社會網(wǎng)絡(luò)分析法構(gòu)建了公園綠地與城市公交系統(tǒng)線路的聯(lián)系，對公園的公交可達性進行了研究。上述社會網(wǎng)絡(luò)中心性分析多以靜態(tài)道路網(wǎng)絡(luò)為研究對象，因此局限于理論階段，較難應(yīng)用于實際規(guī)劃當(dāng)中。

本文以動態(tài)公交網(wǎng)絡(luò)為載體，通過建構(gòu)公交網(wǎng)絡(luò)中心性模型，從可達性和連接性2個方面分析公園公交可達性，為其提供一個有效的分析方法。公交網(wǎng)絡(luò)相對于道路網(wǎng)絡(luò)是一個靈活的選擇，可以通過改變公交站線來改善公園區(qū)位條件，提高其可達性。研究以哈爾濱道里區(qū)的10個建成公園為例，通過分析公交中心性高值區(qū)及空洞區(qū)對公園公交可達性進行了分類，并對公交網(wǎng)絡(luò)與城市公園空間布局提出了建議。

1 公交網(wǎng)絡(luò)中心性模型建構(gòu)

“中心性”是社會網(wǎng)絡(luò)分析中的主要方法之一，針對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征的“權(quán)力”進行定量分析[13]。本文確立了社會網(wǎng)絡(luò)模型中的頂點和邊線，以度數(shù)中心度、中間中心度、接近中心度為指標(biāo)評價了公交可達性?？蛇_性指的是乘坐公交到達周邊及其他區(qū)域的便利程度[14]；較高的可達性指的是接入點在公交網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中具有較高的“權(quán)力”，處于整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的中心地位。以聚類系數(shù)為指標(biāo)評價公交連接性，連接性指的是如何使公交車站之間的連接有效；較高連接性在公交社會網(wǎng)絡(luò)中指的是頂點具有更多的公交線路連接或者頂點之間需要較少的站數(shù)連接，即公交站點之間的連接效率較高，不會有多余的重復(fù)現(xiàn)象發(fā)生。研究通過對公交網(wǎng)絡(luò)中心性模型的構(gòu)建，將公交系統(tǒng)抽象化后，使用公交可達性及連接性進一步分析公園在公交網(wǎng)絡(luò)中區(qū)位的好壞，從而對整體可達性進行評價。

圖1 接入點和連接點示意圖

圖2 公交網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型示意圖

1.1 公交網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型建構(gòu)及鄰接矩陣

典型的社會網(wǎng)絡(luò)模型由頂點和邊線組成，頂點通過邊線連接起來組成一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。本文將公交站點作為模型中的頂點，將站點劃分為2類(圖1)：第一類為接入點，即在公交站點100m緩沖區(qū)范圍有公園接入，居民下車后步行距離在可接受范圍內(nèi)；第二類是連接點，公交站點與公園入口超過100m[15]。不同種類的站點在ArcGIS 10.2中進行選取。頂點建立后，使用途經(jīng)的公交線路作為邊線連接，然后構(gòu)建矩陣。由于公交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)是對稱的，在社會網(wǎng)絡(luò)分析法中常對此類數(shù)據(jù)進行鄰接矩陣處理。鄰接矩陣根據(jù)數(shù)據(jù)間關(guān)系的有無進行建構(gòu)，在本研究中0表示2個頂點間不存在相同途經(jīng)公交線路，其他數(shù)值表示存在相同途經(jīng)公交線路的數(shù)量，頂點邊線和矩陣有效連接，初始化建構(gòu)公交網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型(圖2)。

1.2 公交網(wǎng)絡(luò)中心性模型的自變量因子篩選

通過建構(gòu)公交網(wǎng)絡(luò)模型對公園的可達性進行評價，自變量因子選取度數(shù)中心度、中間中心度、接近中心度和聚類系數(shù)[16]。使用4個自變量因子對公交網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征的中心性進行評價，通過公交可達性和連接性分析了公園公交可達性。

度數(shù)中心度(Degree Centrality)表示處于一定區(qū)域范圍內(nèi)“核心”位置的點，該點與其他點的直接聯(lián)系[13]是對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最為直觀的反映。接入點的度數(shù)中心度高低表明其是否可以與公交網(wǎng)絡(luò)中的連接點進行有效銜接，接入點的度數(shù)中心度越高，表明其相連的連接點越多，站點區(qū)位越接近公交網(wǎng)絡(luò)的核心。距離較遠的居民可以通過給定的公交站點到達公園，因此度數(shù)中心度可以通過合理增加公交線路來提高。度數(shù)中心度的計算公式為：

式中，D為度數(shù)中心度，Xi表示與頂點有直接關(guān)系的點的數(shù)目。

接近中心度(Closeness Centrality)表示一個點到其他點的捷徑距離之和[13]。接入點的接近中心度高低與公交社會網(wǎng)絡(luò)中的頂點及線路重復(fù)數(shù)量相關(guān)。接入點的接近中心度越高，表明公交網(wǎng)絡(luò)中的公交站點越多或到達接入點的公交線路重復(fù)越少，居民可以通過公交網(wǎng)絡(luò)有效地到達公園。接近中心度的提高可以通過合理增加公交站點或合理規(guī)劃公交線路來實現(xiàn)。接近中心度的計算公式為：

式中，C為第i個定點的接近中心度；N為網(wǎng)絡(luò)中的頂點數(shù)目；dij為測度路徑長度(在點i和點j之間邊線最小可能數(shù))。

中間中心度(Betweeness Centrality)是節(jié)點對于網(wǎng)絡(luò)的整體控制程度，往往起到溝通橋梁的作用[13]。接入點中間中心度的高低與其所處的公交站點相連的線路數(shù)目相關(guān)，中間中心度高，意味著該點擔(dān)任著幫助居民進入綠地空間和日常交通的雙重作用。因此，中間中心度在公交可達性的測度上起到了最重要的作用，中間中心度的提高可以通過合理移動公交站點來實現(xiàn)。中間中心度的計算公式為：

圖3 公交可達性及連接性象限圖(作者改繪自參考文獻[17])

式中，B為點i的中間中心度；為點j到點k經(jīng)過點i的測地路徑；pjk表示點j到點k的測地路徑。

聚類系數(shù)(Clustering Coefficient)是社會網(wǎng)絡(luò)中“物以類聚”特性的表現(xiàn)，即在朋友關(guān)系網(wǎng)絡(luò)中，一個人的2個朋友間關(guān)系也可能是朋友，這就是聚類性[13]。它代表了公交站點之間的連接性，即站點之間的轉(zhuǎn)換乘效率。接入點聚類系數(shù)的高低與其直接相連的公交線路呈現(xiàn)正相關(guān)，與總體的公交站點數(shù)量負(fù)相關(guān)。接入點的聚類系數(shù)越高，公交站點之間的連接效率越高，相對應(yīng)的所需要換乘的次數(shù)越少，居民到達公園的便利程度越高。聚類系數(shù)的提高可以通過合理減少不適當(dāng)?shù)墓徽军c或增加公交線路來實現(xiàn)。聚類系數(shù)的計算公式為：

式中，CC為頂點i的聚類系數(shù)；Ki為頂點i直接相連的頂點個數(shù)；Ei為Ki個頂點之間實際存在的邊數(shù)。

1.3 自變量因子權(quán)重確定及模型建構(gòu)

研究將4個自變量因子使用象限進行分析(圖3)，以此來確定權(quán)重值。中間中心度對公交可達性的影響最大，對連接性沒有影響；聚類系數(shù)對連接性影響最大，對可達性沒有影響；度數(shù)中心度及接近中心度對可達性及中間性都有影響，但對連接性的影響較低，可以忽略不計。

依據(jù)度數(shù)中間度、接近中心度、中間中心度和聚類系數(shù)4個指標(biāo)的相關(guān)研究[18-19]及象限研究確定了4個自變量因子的權(quán)重值。根據(jù)圖3的指標(biāo)影響因素大小確定了α、β、γ、δ為4個自變量因子的權(quán)重系數(shù)：中間中心度的權(quán)重系數(shù)β為0.4，其余3個自變量因子的權(quán)重系數(shù)都為0.2。本文依據(jù)4個自變量因子對公交網(wǎng)絡(luò)中心性的影響，確定了公交中心性評價模型如下：

式中，Mi為公交站點i的中心度水平；Di為公交站點i的度數(shù)中心度；Bei為公交站點i的中間中心度；Cei為公交站點i的接近中心度；CCi為公交站點i的凝聚子群(重要度)；Mi值越大，說明接入點中心性越高，相對應(yīng)的公園在公交網(wǎng)絡(luò)中的區(qū)位越好。

公交網(wǎng)絡(luò)中心性對公園區(qū)位影響評價模型如下：

式中，Uj為公園j的公交網(wǎng)絡(luò)區(qū)位水平；Mi為接入點i的中心度水平；n為公園j的接入點數(shù)量。

2 哈爾濱道里區(qū)實證研究

2.1 研究范圍與數(shù)據(jù)來源

圖4 公園分布現(xiàn)狀

圖5 公園與公交站點分布圖

圖6 道里區(qū)公交網(wǎng)絡(luò)中心性分布圖

圖7 公園可達性雷達圖

道里區(qū)位于哈爾濱西南部，區(qū)域內(nèi)有老城區(qū)和新開發(fā)區(qū)，公園具有明顯的圈層分布特征。研究選取了哈爾濱道里區(qū)三環(huán)以內(nèi)的公園及公交網(wǎng)絡(luò)進行實證研究。研究數(shù)據(jù)的獲取上，首先從OSM(Open Street Map)中獲取了哈爾濱2016年公園空間分布數(shù)據(jù)，然后利用Google Earth對圖像進行幾何校正處理，導(dǎo)入ArcGIS 10.2中，結(jié)合實地勘測和哈爾濱城市綠地規(guī)劃圖(2002—2020)確定了入口位置及周邊公交站點，選取了道里區(qū)面積大于2hm2的公園共10處(圖4)。通過高德地圖獲取了公交網(wǎng)絡(luò)POI數(shù)據(jù)，將其矢量化后錄入ArGIS 10.2，并進行實地勘測校準(zhǔn)。哈爾濱三環(huán)內(nèi)共1336個公交站點，選取道里區(qū)公交站點267個。公園的接入點選取如圖5所示，研究范圍內(nèi)共有19個接入點。

根據(jù)哈爾濱環(huán)區(qū)和公園分布將公園分為中心區(qū)公園、沿江區(qū)公園和新開區(qū)公園。中心區(qū)公園數(shù)量最少，只有兆麟公園和建國公園，但2個公園的接入點數(shù)量最多，分別有3個接入點；沿江區(qū)公園都為帶狀公園，其中斯大林公園和九站公園各有2個接入點，江畔公園有1個接入點；新開區(qū)公園數(shù)量最多，其中群力濕地公園和顧?quán)l(xiāng)公園各有2個接入點，金河公園、丁香公園和體育公園各有1個接入點。

2.2 道里區(qū)公園公交可達性分析

研究通過UCINET量化4個自變量因子，計算出哈爾濱三環(huán)以內(nèi)整體公交網(wǎng)絡(luò)中心性，將各頂點的中心性量化值導(dǎo)入到ArcGIS 10.2中，通過IDW(反距離權(quán)重法)空間插值法得到空間連續(xù)分布特征，該方法是根據(jù)離散點生成規(guī)則網(wǎng)格數(shù)據(jù)最常見的插值方法[14]，可以有效地對公交網(wǎng)絡(luò)中心性量化指標(biāo)進行可視化處理。之后裁剪出道里區(qū)的公交網(wǎng)絡(luò)中心性空間分布圖(圖6)，避免邊界區(qū)域數(shù)量的誤差。

哈爾濱道里區(qū)公交網(wǎng)絡(luò)中心性從中心區(qū)到新開區(qū)遞減，高值區(qū)和空洞區(qū)分布都比較集中。圖6中暖色區(qū)域表示在中心性較高的區(qū)域，總面積約為616.95hm2，占公交中心性總面積的67.7%，總體水平較高。研究發(fā)現(xiàn)，道里區(qū)公交網(wǎng)絡(luò)中心性有3個高值區(qū)，分別位于友誼路-尚志大街-田地街-一面街一帶、通達街-西大直街-教化街一帶、河松街-松發(fā)街-康安路一帶。公交網(wǎng)絡(luò)中心性空洞區(qū)分布集中，分布于道里區(qū)西北部區(qū)域。公園公交可達性變化趨勢與中心性變化趨勢相同，都表現(xiàn)為從中心區(qū)到新開區(qū)遞減，且中心區(qū)與新開區(qū)內(nèi)都有分布在中心性高值區(qū)的公園，這些公園的接入點與連接點具有良好的可達性和連接性，并且對公交線路的控制能力較強，在整個公交網(wǎng)絡(luò)中的作用和影響力大，居民使用公交方式到達這些公園較為便捷。

結(jié)合圖6～8可以看出，中心區(qū)及沿江區(qū)相較于新開區(qū)的整體可達性水平較高。中心區(qū)及沿江區(qū)的5個公園接入點中心性整體水平最高，兆麟公園、建國公園、斯大林公園和江畔公園的接入點都位于中心性高值區(qū)，在公交網(wǎng)絡(luò)中的區(qū)位較好。其中兆麟公園的接入點中心性量化值為2133.33，是道里區(qū)10個公園中可達性水平最高的。新開區(qū)的5個公園中群力濕地公園、體育公園和丁香公園的接入點位于公交中心性空洞區(qū)，在公交網(wǎng)絡(luò)中的區(qū)位較差，其中群力濕地公園的接入點中心性量化值為86.69，是10個公園中可達性水平最低的。此外，盡管兆麟公園中心性平均水平最高，但仍有1個接入點的中心性水平較低，九站公園中心性平均水平低于兆麟公園，但2個接入點的中心性均較高，公園公交可達性比較穩(wěn)定。

2.3 道里區(qū)公園公交可達性與連接性分析

道里區(qū)公交網(wǎng)絡(luò)中心性對公園可達性的影響由公交可達性和連接性兩方面決定。通過對公交可達性的3個自變量因子的綜合分析，并使用IDW空間插值得到其空間連續(xù)分布圖(圖9)?？梢钥闯觯枮I道里區(qū)公交可達性整體上呈現(xiàn)出從中心區(qū)到新開區(qū)逐漸降低的趨勢，公交可達性高值區(qū)基本與中心性高值區(qū)空間分布上相吻合，空洞區(qū)主要分布在城市新開區(qū)，公園可達性差。公交連接性通過聚類系數(shù)進行測度，使用IDW空間插值得到公交連接性空間分布(圖10)，高值區(qū)分布在群力大道-職工街-城鄉(xiāng)路-麗江路為主的新開區(qū)一帶，空洞區(qū)分布分散。

圖8 接入點中心性柱狀圖

中心區(qū)和沿江區(qū)接入點的中間中心度是新開區(qū)域的2倍左右(表1～3)，說明中心區(qū)接入點在幫助居民到達綠地空間的同時，也承擔(dān)著日常通勤的雙重角色。盡管新開區(qū)域的公園較多，但居民無法通過有效的公交方式到達公園，即缺乏合理的公交方式連接或公交網(wǎng)絡(luò)布置不合理都會阻礙居民進入公園空間。

哈爾濱道里區(qū)整體表現(xiàn)為中心區(qū)及沿江區(qū)公園少，公交可達性高，公交連接性差；新開區(qū)公園多，公交可達性差，公交連接性高。依據(jù)以上研究公園的公交區(qū)位可分為4類： 1)公交可達性和連接性都好的公園，以建國公園為代表；2)公交可達性好、連接性差的公園，主要為兆麟公園、斯大林公園、九站公園和江畔公園；3)公交可達性差、連接性好的公園，主要為顧?quán)l(xiāng)公園、金河公園和丁香公園；4)公交可達性和連接性都差的公園，主要為群力濕地公園和體育公園。不同類型的公園可達性和連接性的提高均可以通過合理調(diào)整公交網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。

在可達性自變量因子分析中發(fā)現(xiàn)(表1～3)，公園公交可達性較低的主要自變量因子為中間中心度和度數(shù)中心度，其中，中間中心度較差的公園以顧?quán)l(xiāng)公園和體育公園為代表，中間中心度和度數(shù)中心度都差的公園以群力濕地公園為代表。

3 結(jié)論與優(yōu)化導(dǎo)則

本文通過社會網(wǎng)絡(luò)分析法，依據(jù)公交網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征，建構(gòu)公交網(wǎng)絡(luò)中心性模型，從可達性和連接性2個方面分析公交網(wǎng)絡(luò)中心性對公園區(qū)位的影響，對公園選址布局和公交網(wǎng)絡(luò)改善提供了依據(jù)。

圖9 公交可達性空間分布圖

圖10 公交連接性空間分布圖

表1 中心區(qū)公園公交網(wǎng)絡(luò)自變量因子量化表

表2 沿江區(qū)公園公交網(wǎng)絡(luò)自變量因子量化表

表3 新開區(qū)公園公交網(wǎng)絡(luò)自變量因子量化表

研究選取了4個自變量因子對公交網(wǎng)絡(luò)中心性進行量化分析，可以針對每個自變量因子對現(xiàn)有的公交網(wǎng)絡(luò)提出改善策略，以促進其可達性和連接性的提高，實現(xiàn)公園與公交網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)發(fā)展，解決公園空間在資源分布上不平等的問題。從研究結(jié)果來看，哈爾濱道里區(qū)的公園公交可達性從中心區(qū)向新開區(qū)遞減，且公交中心性呈多中心分布，共有3個高值區(qū)域。高值區(qū)域內(nèi)公園的接入點對公交網(wǎng)絡(luò)的控制能力較強，居民可以通過公交網(wǎng)絡(luò)高效率地進入公園空間，公交網(wǎng)絡(luò)中心性空洞區(qū)集中分布在新開區(qū)西北部。研究通過對公交可達性和連接性高值區(qū)及空洞區(qū)的分析，對道里區(qū)的4類公園提出了具有實踐意義的改善建議：1)位于公交可達性空洞區(qū)的公園需要適當(dāng)降低連接點數(shù)量或規(guī)劃公交線路來提高；2)位于公交連接性空洞區(qū)的公園，需要增加或合理移動連接點或增加公交線路來提高；3)位于公交可達性及連接性空洞區(qū)的公園，需要對接入點進行重新規(guī)劃布置，以提高其可達性；4)公交可達性和連接性高值區(qū)，適當(dāng)增加公園。

本次研究利用社會網(wǎng)絡(luò)分析法分析了公交網(wǎng)絡(luò)對公園可達性的影響，但網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型和指標(biāo)量化上仍存在一定的缺陷。首先是居民對公交線路的選擇上還受公交站點到公園入口之間的步行空間舒適性的影響，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型未對其進行有效分析。第二，公交系統(tǒng)的冗余性除了公交線路重復(fù)影響外，還受道路通暢性、交通擁擠度、公交換乘等因素的影響。最后，城市公園公交可達性會由于公交站點較少出現(xiàn)車行服務(wù)盲點，或人口密度較高出現(xiàn)隱形盲點[20]。