基于LBS的城市公共服務設施可達性評估模型構建與應用＊

冀美多 馬琰

1 中國城市規(guī)劃設計研究院

2 北京創(chuàng)思智趣科技有限公司

1 文獻綜述

空間可達性評價方法能夠識別城市公共服務設施的稀缺區(qū)域，是衡量公共服務設施布局空間均衡性的有效方法[1]。其中，兩步移動搜索法是用于評估公共服務設施可達性最廣泛的使用方法。近年來，國內(nèi)外學者逐步將兩步移動搜索法（Two-Step Floating Catchment Area Method，2SFCA）應用于評估教育、醫(yī)療、養(yǎng)老、公園綠地等公共設施的資源空間布局規(guī)劃情況[2-6]，并在研究中形成了該模型的多種拓展形式[7-9]。目前，基于GIS網(wǎng)絡分析技術確定兩步移動搜索法可達范圍的研究方式，已經(jīng)得到了廣泛應用[10-12]。在可達性的研究中，城市道路網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的獲取是作為基礎數(shù)據(jù)研究不可或缺的部分。出行成本、服務范圍和出行距離的計算都需要路網(wǎng)數(shù)據(jù)進行空間網(wǎng)絡分析[13-16]。然而，隨著我國城市建設的迅速發(fā)展，研究人員獲取道路網(wǎng)絡數(shù)據(jù)往往具有一定滯后性，這直接影響了可達性評估結果的準確性。

基于位置的服務（Location-Based Services，LBS）通常是指圍繞地理位置數(shù)據(jù)而展開的服務。隨著互聯(lián)網(wǎng)地圖服務的發(fā)展與大數(shù)據(jù)技術的興起，基于道路網(wǎng)絡的實時出行規(guī)劃已作為一種基礎的LBS被開放使用，用戶可通過調(diào)取Web接口獲得通行時間和通行距離等信息。

商業(yè)互聯(lián)網(wǎng)地圖數(shù)據(jù)更新的時效性高、空間計算速度快，也被逐漸應用于可達性研究中，進一步提升了可達性評估所需道路數(shù)據(jù)的準確性。王燁等利用高德地圖的路徑規(guī)劃服務，計算了不同出行方式下的公園有效服務效率[17]；郭璇利用高德路徑規(guī)劃接口，獲取了不同時段的駕車通行成本，通過構建可達性模型的OD成本矩陣，分析了不同路況對公園可達性的影響[18]；黃應淮等利用高德API數(shù)據(jù)和微信宜出行人口數(shù)據(jù)，結合引力模型，分析了廣州市海珠公園多種交通方式下的可達性和供給狀況[19]。

北京市老年人口逐年增加，已步入老齡化社會。截至2018年底，北京市60歲及以上戶籍老年人口增至349.1萬人，占該市戶籍人口總數(shù)的25.4%[20]。每百名勞動人口撫養(yǎng)的老年人口從2012年的29.4人提高到2017年的39.7人，這意味著2017年北京市約2.5名勞動力在撫養(yǎng)1名老年人[21]。

面對嚴峻的老齡化形勢，北京市養(yǎng)老服務業(yè)近年來發(fā)展迅速，2019年《北京醫(yī)療和養(yǎng)老領域開放改革三年行動計劃》指出，建立區(qū)域養(yǎng)老服務聯(lián)合體，最大限度實現(xiàn)老年人就近養(yǎng)老，養(yǎng)老設施融入“15min生活圈”將成為今后北京市提升社區(qū)級養(yǎng)老服務水平的重要抓手。社區(qū)養(yǎng)老設施的合理配置直接影響老年人到養(yǎng)老設施的可達性。

1 北京市城六區(qū)及地塊劃分

2 北京市城六區(qū)社區(qū)養(yǎng)老服務驛站分布

3 北京市城六區(qū)社區(qū)衛(wèi)生機構分布

4 北京市城六區(qū)公園廣場出入口分布

5 北京市城六區(qū)居住人口分布

本文將老年人日常使用頻率較高的社區(qū)級公共服務設施統(tǒng)稱為社區(qū)養(yǎng)老服務設施，包括社區(qū)養(yǎng)老服務驛站、社區(qū)衛(wèi)生機構和公園廣場。參考國內(nèi)外已有的可達性研究理論和方法，基于LBS路徑規(guī)劃服務，構建等時圈算法模型，并在此基礎上結合兩步移動搜索法構建城市公共服務設施可達性評估模型。以此評估北京市城六區(qū)社區(qū)老年服務設施的空間可達性，為社區(qū)養(yǎng)老設施的空間配置提供參考。

2 研究區(qū)域概況

本文選取北京市城六區(qū)為研究區(qū)域，包括東城區(qū)、西城區(qū)、朝陽區(qū)、豐臺區(qū)、石景山區(qū)和海淀區(qū)。以地塊為單位分析可達性，共覆蓋840個地塊（圖1），人口總數(shù)約為1 282萬人，共有社區(qū)養(yǎng)老服務驛站324個、社區(qū)衛(wèi)生機構823個、公園廣場1 833個。

3 數(shù)據(jù)來源與研究方法

3.1 數(shù)據(jù)來源

社區(qū)養(yǎng)老服務驛站和社區(qū)衛(wèi)生機構空間點數(shù)據(jù)來源于北京市人民政府官方網(wǎng)站[22]（圖2，3），廣場出入口空間點數(shù)據(jù)來源于2019年導航地圖POI（圖4），居住人口空間數(shù)據(jù)來源于2019年11月百度地圖250m×250m網(wǎng)格居住人口數(shù)據(jù)（圖5）。本研究以地塊為統(tǒng)計單元，根據(jù)用地類型、街道形態(tài)和行政區(qū)邊界等要素將北京城六區(qū)用地劃分為多個面積約2km2的地塊。

3.2 研究方法

3.2.1 兩步移動搜索法（2SFCA）

2SFCA從供需兩個方面（供給點為社區(qū)養(yǎng)老服務設施，需求點為居住網(wǎng)格）計算分析了研究區(qū)域內(nèi)社區(qū)養(yǎng)老服務設施的空間可達性。具體過程分為兩步：

（1）以每個社區(qū)養(yǎng)老服務設施j為供給點建立搜尋域，搜索所有在供給點出行時間閾值范圍內(nèi)的居住網(wǎng)格k，計算供需比Rj，表達式為式（1）。

（2）對每個居民網(wǎng)格i，搜索所有在i距離閾值l0范圍內(nèi)的養(yǎng)老設施點j，將所有的供需比Rj加和，得到對i點的養(yǎng)老設施可達性，具體計算方式如式（2）。

3.2.2 等時圈算法

本研究提出的基于互聯(lián)網(wǎng)地圖服務的等時圈計算模型，選取高德地圖Web服務的路徑規(guī)劃接口和出行距離測量接口，計算每個供給點的M（建議M>5）分鐘步行、騎行及駕車的等時圈。老年人步行速度大約是1m/s，步距約60～75cm，頻率1.5步/s，速度約為60～75m/min。本研究假設最大的直線可達距離65×M為初始半徑R0，圍繞出發(fā)點選擇N（建議N>30）個方向角的終點坐標（每個方向角度相同），調(diào)用出行時間測量接口，計算出行時間。若某一點的時間超過M分鐘，則減小終點半徑R1=R0-Δr獲取新的終點坐標，重新計算出行時間。由外向內(nèi)直到該方向的出行時間≤M，獲取此時的終點坐標為該方向的最遠可達點。計算流程如圖6所示，依次計算每個方向的可達點并將結果連線，得到可達性的等時圈（圖7）。

此方法計算可達等時圈的精度與計算效率成反比，增加方向角N的個數(shù)或減少Δr的取值都可以提高計算結果的精度，但同時會增加計算出行時間的網(wǎng)絡請求次數(shù)，導致更多的耗時。圖8為M=30，N=50，Δr=15的計算結果，即計算30min步行可達等時圈，計算時間為1～2s，是本研究認為平衡精度和計算效率較適宜的結果。

3.2.3 構建基于LBS的社區(qū)養(yǎng)老服務設施可達性評估模型

本文結合2SFCA和基于互聯(lián)網(wǎng)地圖服務的等時圈計算模型，構建北京市城六區(qū)社區(qū)養(yǎng)老服務設施可達性評估模型。首先獲取的數(shù)據(jù)包括社區(qū)養(yǎng)老設施POI和地塊網(wǎng)格人口數(shù)據(jù)，根據(jù)等時圈計算流程分別計算養(yǎng)老設施15min步行可達范圍和居住網(wǎng)格15min步行可達范圍，統(tǒng)計加和每個養(yǎng)老設施和居住網(wǎng)格15min可達范圍內(nèi)每個養(yǎng)老設施的供需比，以此來評估該居住網(wǎng)格養(yǎng)老設施的可達性。按照地塊尺度聚類分析，繪制社區(qū)養(yǎng)老資源空間可達性地圖，建立基于LBS可達性評估模型技術路線（圖9）。

4 分析過程與結果

本文提出的LBS可達性評估模型通過調(diào)取互聯(lián)網(wǎng)地圖提供的時間測算接口，可計算任意居住網(wǎng)格中心點與社區(qū)老年服務設施POI點之間的步行距離。根據(jù)老年人步行速度，通過等時圈計算模型，得到基于導航路網(wǎng)的“15min步行可達圈”。與傳統(tǒng)基于GIS網(wǎng)絡分析法確定的可達范圍相比，該方法根據(jù)實際導航地圖中的人行道進行步行規(guī)劃，道路數(shù)據(jù)時效性和準確性較強，等時圈計算結果更準確。

6 等時圈生成原理示意圖

7 等時圈計算流程

8 步行30min等時圈返回結果圖

9 基于LBS可達性評估模型技術路線

10 北京市城六區(qū)地塊養(yǎng)老服務設施可達性分布

利用式（2）得到研究區(qū)內(nèi)各居住網(wǎng)格社區(qū)養(yǎng)老服務設施步行15min可達性Ai，再采用GIS空間連接（Spatial Join）法將居住網(wǎng)格可達性結果聚合在地塊尺度，得到地塊內(nèi)社區(qū)養(yǎng)老服務設施可達性均值，通過自然斷點法進行分級和渲染，得到北京市城六區(qū)2km2地塊尺度社區(qū)養(yǎng)老服務設施可達性分布（圖10）?？臻g可達性值越大，對應地塊的社區(qū)養(yǎng)老服務設施可達性越強，老年人更容易獲得社區(qū)養(yǎng)老服務。研究區(qū)內(nèi)地塊可達性總體上呈現(xiàn)中心弱、四周強的分布特征。東城區(qū)、西城區(qū)社區(qū)養(yǎng)老服務設施可達性較弱，海淀區(qū)、朝陽區(qū)、石景山區(qū)和豐臺區(qū)社區(qū)養(yǎng)老服務設施可達性較強。東城區(qū)和西城區(qū)雖然社區(qū)養(yǎng)老服務設施數(shù)量多，但由于人口密度較大，社區(qū)養(yǎng)老服務設施供不應求，居民在步行15min的可達范圍內(nèi)能到達的養(yǎng)老服務設施少。海淀區(qū)、朝陽區(qū)、石景山區(qū)和豐臺區(qū)的居住人口與社區(qū)養(yǎng)老服務設施在15min步行范圍內(nèi)的供需關系較為平衡。

5 結論與討論

隨著互聯(lián)網(wǎng)地圖位置服務范圍的擴展，利用路徑規(guī)劃等數(shù)據(jù)獲取居民出行成本，已經(jīng)成為更為便利、精確的出行成本確定方法，不僅免除了傳統(tǒng)網(wǎng)絡分析中構建路網(wǎng)拓撲信息的繁瑣過程，同時彌補了數(shù)據(jù)獲取困難、更新滯后等問題。本文基于LBS構建等時圈算法模型，在傳統(tǒng)兩步移動搜索法的基礎上提出一種新的城市公共服務設施可達性評估模型，并基于該模型對北京市城六區(qū)社區(qū)老年服務設施的空間可達性進行評估，得出以下結論：1）北京城六區(qū)內(nèi)社區(qū)養(yǎng)老服務設施可達性總體上呈現(xiàn)中心弱、四周強的分布特征；2）東城區(qū)、西城區(qū)的社區(qū)養(yǎng)老服務設施可達性較弱，存在居住人口與社區(qū)養(yǎng)老服務設施供需不平衡問題；3）海淀區(qū)、朝陽區(qū)、石景山區(qū)和豐臺區(qū)的社區(qū)養(yǎng)老服務設施可達性較強。因此，應適當提高東、西城區(qū)步行15min范圍內(nèi)的養(yǎng)老服務設施供給水平，以提高該區(qū)域養(yǎng)老服務設施的可達性。

由于本研究建立在互聯(lián)網(wǎng)地圖的LBS支持下，互聯(lián)網(wǎng)地圖數(shù)據(jù)在不同城市的更新實時性差異較大，尤其在中小城市，因而數(shù)據(jù)會有不同程度的滯后，會對空間可達性計算結果的準確性產(chǎn)生影響，這些不足有待在后續(xù)的研究中改進。