人車路徑可達(dá)性評(píng)價(jià)方法綜述

李真

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司）

1 引言

可達(dá)性最早源于古典區(qū)位論，指對(duì)空間上某一要素實(shí)體（點(diǎn)、線或區(qū)域）的區(qū)位優(yōu)劣程度進(jìn)行的度量。1959年Hansen首次正式提出可達(dá)性，將其定義為“交通網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)相互作用的機(jī)會(huì)大小”。同時(shí)，他利用重力方法研究了可達(dá)性與土地利用之間的關(guān)系[2]。從此時(shí)起，可達(dá)性開始廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃、交通地理、區(qū)域和空間的研究中。

Bill Hillie（r1993）指出 ，60%的人行量和70%的車行量與城市網(wǎng)絡(luò)模式有關(guān)，即路徑的結(jié)構(gòu)性因素在可達(dá)性的評(píng)價(jià)中具有關(guān)鍵的影響效應(yīng)。那么，有哪些具體方法可以度量人車路徑可達(dá)性，這些方法的適用性又是怎樣的呢？

2 人車路徑可達(dá)性的定義及評(píng)價(jià)方法

2.1 人車路徑可達(dá)性的定義

2.1.1 人車路徑

路徑通常有兩種理解，一種是指道路，有寬度、長(zhǎng)度、品質(zhì)、綠化和界面等屬性；另外一種是指路線，即個(gè)體在時(shí)間和空間活動(dòng)的連續(xù)軌跡。本研究中的人車路徑，是指只包含路徑的結(jié)構(gòu)性屬性，例如，長(zhǎng)度、方向及其組成的網(wǎng)絡(luò)等。

2.1.2 可達(dá)性

對(duì)可達(dá)性概念的理解主要有客觀和主觀兩個(gè)方面：即空間可達(dá)性和心理可達(dá)性[3]。空間可達(dá)性又分為網(wǎng)絡(luò)空間配置和空間上兩點(diǎn)的相互作用。前者指到達(dá)網(wǎng)絡(luò)中某點(diǎn)的難易程度[4]。度量方法一種是通過網(wǎng)絡(luò)本身的屬性得出可達(dá)性，另外一種是在路網(wǎng)基礎(chǔ)上疊加物質(zhì)功能的數(shù)量來推出的可達(dá)性?？臻g上點(diǎn)的相互作用的評(píng)價(jià)方法與交通網(wǎng)絡(luò)空間形態(tài)無關(guān)，從地理學(xué)第一定律出發(fā)，是由兩點(diǎn)間的引力規(guī)模定義出的可達(dá)性[3]。

文章研究的可達(dá)性是基于人車路徑的結(jié)構(gòu)性作用而形成的可達(dá)性，即空間網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性中的網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性，不考慮功能使用和人的心理因素等對(duì)其的修正作用。

2.2 人車路徑可達(dá)性的評(píng)價(jià)方法

從路徑角度出發(fā)的可達(dá)性評(píng)價(jià)方法，首先，運(yùn)用圖論，將交通網(wǎng)絡(luò)歸納為幾何網(wǎng)絡(luò)或拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)；然后，從以下五個(gè)視角來構(gòu)建度量可達(dá)性的模型：空間阻隔、機(jī)會(huì)累積、空間作用、心理認(rèn)知和拓?fù)溥B接[5]，也有這幾種方法的集成和融合[6]。

通過對(duì)上述幾種方法的總結(jié)，基于空間阻隔和拓?fù)溥B接的方法都包含從網(wǎng)絡(luò)本身出發(fā)的可達(dá)性度量方法，而基于機(jī)會(huì)積累、空間作用和心理認(rèn)知三種方法均是在路網(wǎng)基礎(chǔ)之上加入了物質(zhì)功能等其他因素后產(chǎn)生的綜合可達(dá)性。因此，選擇基于空間阻隔和拓?fù)溥B接兩種視角下的可達(dá)性評(píng)價(jià)方法進(jìn)行具體度量和研究現(xiàn)狀的回顧。

3 人車路徑可達(dá)性評(píng)價(jià)方法的研究現(xiàn)狀

3.1 基于空間阻隔

19世紀(jì)50年代Pooler JA[7]最早提出了基于空間阻隔的可達(dá)性指標(biāo)；Ingram[8]于1971年最早提出了這種方法的可操作模型，并且提出了相對(duì)可達(dá)性和綜合可達(dá)性兩個(gè)概念。相對(duì)可達(dá)性是一點(diǎn)和另外一點(diǎn)的空間阻隔；綜合可達(dá)性是一點(diǎn)到區(qū)域中的所有點(diǎn)的空間阻隔的總和或均值。

Allen（1993）在綜合可達(dá)性的基礎(chǔ)上推導(dǎo)出整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性[9]，該方法計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中的每一點(diǎn)到所有目的地點(diǎn)的平均距離，將此作為該點(diǎn)的可達(dá)性指標(biāo)。由于在計(jì)算過程中用到矩陣，所以也稱為矩陣法[3]。除了整體可達(dá)性矩陣，也有通過最短距離矩陣運(yùn)算，獲取節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性[10，11]。

基于空間阻隔的研究視角中，除了上述最基本的方法外，在實(shí)際應(yīng)用中，也有三種相對(duì)簡(jiǎn)單的可達(dá)性度量方法。

1）直接距離測(cè)量法

這種方法顧名思義，直接利用物理距離來衡量可達(dá)性。Aultman Hall等(1997)在住區(qū)中選擇了三個(gè)目的地（分別是學(xué)校、最近的公共空間、最近的地鐵站），利用GIS測(cè)量了對(duì)于每個(gè)住戶來說到達(dá)目的地最近的路徑，在此基礎(chǔ)上計(jì)算住戶的平均步行距離、最大步行距離和最小步行距離，并統(tǒng)計(jì)出最小步行距離在400m以上的住戶所占的比例[12]。這個(gè)測(cè)量方法用于案例之間不同地點(diǎn)的可達(dá)性比較。

2）距離比值法（PRD、Circuity factor）

這種可達(dá)性評(píng)價(jià)方法主要是利用基于路網(wǎng)的實(shí)際距離和兩點(diǎn)間直線距離的比值來度量可達(dá)性。在步行路徑可達(dá)性評(píng)價(jià)中，稱之為步行非直線系數(shù)PRD（Pedestrian Route Directness），又稱繞路系數(shù)。PRD值越接近1，可達(dá)性越好[13]，在城市尺度度量車行路徑可達(dá)性時(shí)，這個(gè)比值被稱為Circuity factor，在實(shí)際操作中可以用來估算城市間的實(shí)際出行距離[1]。

Hes（s1997）比較了處在城市不同區(qū)域的居住社區(qū)內(nèi)部500f（t152m）、1000ft（304m）、1500f（t457m）、2000f（t610m）四種范圍圈上的住戶到達(dá)社區(qū)中心的PRD值，發(fā)現(xiàn)城市中心部位的密路網(wǎng)的住區(qū)可達(dá)性遠(yuǎn)比疏路網(wǎng)、盡端路多的城市邊緣部位的可達(dá)性好；前者的PRD值為1.2，后者為1.7[13]。

波特蘭（Portland）軌交站域的設(shè)計(jì)取PRD值作為設(shè)計(jì)街區(qū)尺度的備選標(biāo)準(zhǔn)之一，其上限是1.5[14]。Randall和Baetz發(fā)現(xiàn)方格網(wǎng)的街道鄰里和相對(duì)小的街區(qū)PRD值大概是1.4-1.5；而曲線的道路和含有盡端路的街區(qū)則為1.63～1.88。同時(shí)，PRD值在1.2～1.5之間的街區(qū)可達(dá)性較好，如果該值達(dá)到了1.6～1.8，則說明這個(gè)街區(qū)有些繞路[15]。

3）面積比值法（PCA）

面積比值法主要是步行吸引區(qū)（Pedestrian Catchment Area）的方法，指從某一固定點(diǎn)出發(fā)實(shí)際步行5min（400m）或10min（800m）可達(dá)的面積與該點(diǎn)輻射的直線距離可達(dá)面積的比值[16]。PCA也被稱為PED SHEDS，可以繪制一張步行實(shí)際范圍圖，從圖1中可以很清晰地看出區(qū)域內(nèi)到達(dá)鄰里中心或者公交站點(diǎn)是否便利（見圖1[17]）。這個(gè)指標(biāo)具有很好的可視性，可精確估算區(qū)域的步行可達(dá)性[17]。

圖1 PED SHEDS步行實(shí)際范圍示意圖

有研究指出，PCA值的指標(biāo)如果達(dá)到0.6或者以上，就證明步行網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性還不錯(cuò)，即大多數(shù)的理論可達(dá)區(qū)都可以通過實(shí)際的路網(wǎng)到達(dá)。PCA數(shù)值大于0.8則表明路網(wǎng)基本上是方格路網(wǎng)；如果PCA的數(shù)值小于0.3，則可以反映出這個(gè)區(qū)域的路網(wǎng)可達(dá)性非常不好[34]。

Schlossberg等人在2004年使用了PCA值對(duì)波特蘭11個(gè)TOD地區(qū)的可達(dá)性進(jìn)行了對(duì)比，在路網(wǎng)分類的情況下對(duì)幾個(gè)地區(qū)的1993年和2002年TOD規(guī)劃前后的PCA值分別進(jìn)行了計(jì)算，發(fā)現(xiàn)PCA值都有所增高，說明在規(guī)劃后該區(qū)域的可達(dá)性變好[18]。

3.2 基于拓?fù)溥B接

1）矩陣法

基于拓?fù)溥B接的矩陣法是將基于空間阻隔中的可達(dá)性計(jì)算公式中的物理距離替換成拓?fù)渚嚯x來計(jì)算。劉賢騰在一個(gè)抽象的城市分區(qū)模型基礎(chǔ)上，利用城市各區(qū)域間的拓?fù)渚嚯x，舉例計(jì)算了城市各個(gè)分區(qū)的綜合可達(dá)性和標(biāo)準(zhǔn)化后的網(wǎng)絡(luò)整體可達(dá)性，對(duì)比了整個(gè)城市不同區(qū)域之間的綜合可達(dá)性[19]。陳潔等詳細(xì)介紹了矩陣法基于拓?fù)渚嚯x的計(jì)算過程[3]。

2）空間句法

空間句法(space syntax)主要是利用軸線法（Axial）[20]、凸空間法（Convex）和可視性（Ⅴisibility）三種分析方法來對(duì)空間組構(gòu)引起的活力進(jìn)行研究。其中，軸線法較多地應(yīng)用于線性空間，而視域法與凸空間法則更多應(yīng)用在人的運(yùn)動(dòng)更具探索和即興性質(zhì)的非線性自由空間上。因此，在人車路徑可達(dá)性評(píng)價(jià)中，一般采用空間句法中的軸線法，并且該方法已經(jīng)有了較為成熟的研究成果。

在二維層面上，Bill Hillier等對(duì)空間整合度與人流量的關(guān)系進(jìn)行了一系列研究發(fā)現(xiàn)，在倫敦，60%的人行與70%的車行量的不同與城市網(wǎng)絡(luò)模式有關(guān)。在對(duì)倫敦King’s Cross車站區(qū)域及the City ofLondon兩個(gè)案例進(jìn)行軸線分析研究后發(fā)現(xiàn)，在局部整合度與人流的對(duì)數(shù)之間存在顯著的相關(guān)度（R2=0.547）[21]；此外 ，通過對(duì)倫敦邦斯貝瑞（Barnsbury）區(qū)的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)在人流的對(duì)數(shù)與局部整合度（R=3）之間存在很大的相關(guān)度（R2=0.734）[22]，這意味著大約有3/4的人流變化能夠通過整合度值直接預(yù)測(cè)得出。

在三維層面，直接通過某個(gè)空間句法變量對(duì)人流量進(jìn)行預(yù)測(cè)的能力會(huì)有所降低[21]。在D Chang及A Penn對(duì)倫敦巴比肯地區(qū)（Barbican）與南岸地區(qū)（South Bank）進(jìn)行的人流量調(diào)研及句法計(jì)算與相關(guān)性分析中，發(fā)現(xiàn)引入一些空間變量，例如，出入口、垂直交通等，對(duì)整合度進(jìn)行修正后，多層面空間系統(tǒng)的人流量將不再不可預(yù)測(cè)[23]。此外，王靜文、朱慶、毛其智等人將空間句法與凱文·林奇的城市意向理論進(jìn)行整合，通過對(duì)傳統(tǒng)句法軸線圖上存在意向點(diǎn)的區(qū)域進(jìn)行整合度的加權(quán)修正，建立了一套句法三維擴(kuò)展概念模型[24]。

近年來，空間句法也在軸線法（Axial）的基礎(chǔ)上發(fā)展出了角度分析法（Angular），在2005年Bill Hillier和Shinichi Iida的文章中，通過四個(gè)城市空間的案例證明，空間句法的角度分析與人流量的相關(guān)性比軸線法與人流量的相關(guān)性更高[25]。

4 結(jié)語

基于路徑的可達(dá)性評(píng)價(jià)方法中，主要是基于五種視角：空間阻隔、機(jī)會(huì)積累、空間作用、心理認(rèn)知和拓?fù)溥B接，其中基于空間阻隔和基于拓?fù)溥B接的評(píng)價(jià)視角可僅從路徑的角度對(duì)可達(dá)性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

在基于空間阻隔的可達(dá)性評(píng)價(jià)方法中，PRD法和PCA法都是衡量步行路徑可達(dá)性的方法，前者適用于衡量節(jié)點(diǎn)之間的可達(dá)性，PCA法適用于衡量區(qū)域的總體可達(dá)性；circuity factor[1]則可以應(yīng)用在城市兩點(diǎn)之間的車行路徑可達(dá)性的評(píng)價(jià)中；矩陣法不僅適用于網(wǎng)絡(luò)中不同節(jié)點(diǎn)之間的可達(dá)性比較，也可以對(duì)路網(wǎng)的總體可達(dá)性進(jìn)行評(píng)價(jià)?；谕?fù)溥B接的可達(dá)性評(píng)價(jià)方法在步行和車行路徑中均可應(yīng)用。矩陣法在這里使用的是節(jié)點(diǎn)間的拓?fù)渚嚯x，應(yīng)用于城際大尺度下的可達(dá)性評(píng)價(jià)中；空間句法中的軸線法（axial）在車行和人行中都有不錯(cuò)的預(yù)測(cè)結(jié)果，但在三維路網(wǎng)中，評(píng)價(jià)能力有所降低。近年來，角度分析法（Angular）在對(duì)路徑人流的預(yù)測(cè)中，呈現(xiàn)出比軸線法（Axial）更好的研究結(jié)果，這需要用更多的案例進(jìn)一步證明。