基于POI 數(shù)據(jù)的上海市交通設施空間分布研究

劉玉囡，閆國東，紀如雪

（上海工程技術大學 管理學院，上海 201620）

0 引言

城市交通建設是推進經(jīng)濟發(fā)展、開拓城市文明的脈絡和紐帶，是實現(xiàn)中國現(xiàn)代化的開路先鋒，根據(jù)國務院印發(fā)的《“十四五”現(xiàn)代綜合交通運輸體系發(fā)展規(guī)劃》，城市綜合交通運輸網(wǎng)絡到2025 年要基本實現(xiàn)一體化融合發(fā)展的目標，包括運輸服務更加高效、技術裝備更加先進、設施網(wǎng)絡更加完善、安全保障更加可靠、治理能力更加完備、發(fā)展模式更可持續(xù)等，充分滿足居民及游客對城市交通建設的強烈需求[1]。從交通建設與旅游業(yè)發(fā)展的關系角度，隨著游客需求的變化，旅游活動拓展到“吃、住、游、行、娛、購”的各個環(huán)節(jié)，交通建設在旅游活動中的地位顯著提升，作為兼具旅游出行與城市建設的交通設施，是“交通+旅游”發(fā)展模式的重要內(nèi)容，加強城市交通建設是推進交通與旅游融合、發(fā)展旅游產(chǎn)業(yè)的大勢所趨。城市交通設施作為居民及游客參與公共與旅游活動的重要載體，各類交通設施的空間分布狀態(tài)直接影響到居民及游客對公共交通服務的可獲得性以及出行的便捷性[2]。

分析現(xiàn)有文獻，當前有不少學者對城市交通發(fā)展基于不同視角展開了研究。從交通空間分布角度，潘海嘯等從城市公共中心以及軌道交通站點的空間耦合角度，分析評價城市交通建設對不同公共活動中心的支撐程度[3]；李國旗等基于核密度分析、產(chǎn)業(yè)集中度評價等方法，對北京市的物流空間格局展開了探討，揭示了資產(chǎn)、地租、交通對物流空間格局的作用機制[4]；戢曉峰等以昆明市主城區(qū)的城市交通設施為研究對象，基于核密度估計、標準差橢圓等空間分析方法，對城市交通設施的空間分布特征展開探討[2]；苗毅等基于出行感知以及服務功能構建高速交通發(fā)展評價體系，對山東省高速交通發(fā)展現(xiàn)狀進行分析，通過分析結果，對山東省高速交通網(wǎng)絡以及服務業(yè)分布的空間對應關系展開優(yōu)化。從交通建設與旅游發(fā)展的關系角度，卞顯紅全面闡述了旅游交通系統(tǒng)的概念，對城市交通建設在旅游目的地發(fā)展中的作用進行了分析與探討[5]；李如友等利用我國1999—2012年的省級面板數(shù)據(jù)，探討了城市交通建設在不同層次區(qū)制對旅游經(jīng)濟發(fā)展的推動作用，指出應避免在交通基礎設施領域的盲目投資建設[6]；郭向陽等以長江經(jīng)濟帶為研究對象，基于空間面板杜賓模型、雙變量關聯(lián)檢驗模型等探究了長江經(jīng)濟帶在2000—2018 年間的城市旅游經(jīng)濟以及公路交通發(fā)達度的空間格局，對交通發(fā)達度與城市旅游經(jīng)濟的空間關系展開分析[7]。

基于上述分析，本文以上海市交通設施為研究對象，基于平均最鄰近法、核密度分析等對上海市各類交通設施的空間分布特征進行分析，以此掌握上海市各類交通設施的規(guī)劃建設現(xiàn)狀，以上海市為研究案例，為其他城市的交通設施規(guī)劃提供科學、合理的決策依據(jù)。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域

上海市作為我國的經(jīng)濟與金融大都市，其人口密集程度較高、日常旅客運輸量較大，為滿足頻繁的人口流動需求，上海建設了多種交通基礎設施，如公交車站、地鐵站、停車場等，上海市在“十三五”規(guī)劃期間，港口建設不斷發(fā)展，航運水平逐步提升，公交建設穩(wěn)步推進，交通網(wǎng)絡不斷完善，獲首批“國家公交都市示范城市”稱號。根據(jù)上海市綜合交通發(fā)展“十四五”規(guī)劃，對上海市城市交通體系提出了更高的發(fā)展要求，上海市也將積極落實《交通強國建設綱要》，加快推進綜合客運樞紐建設、加強公交樞紐場站建設、打造優(yōu)質(zhì)可靠的地面公交系統(tǒng)、推動水路客運有序發(fā)展等。

1.2 數(shù)據(jù)來源

利用Python 采集上海市2020 年公共交通設施的POI 數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為點狀矢量數(shù)據(jù)，坐標轉(zhuǎn)化為WGS—1984 地理坐標，屬性內(nèi)容包含了經(jīng)度、緯度、省市、區(qū)縣、類別、名稱、詳細地址，將公共交通設施的POI 數(shù)據(jù)劃分為公交站、地鐵站、停車場、港口碼頭、道路附屬設施。其中“地鐵站”包括各個地鐵站以及地鐵站出入口；“停車場”包括公共停車場、專用停車場、路邊停車區(qū)；“港口碼頭”包括客運港、貨運港、車渡口、人渡口；“道路附屬設施”包括高速加油站、高速服務站、收費站等。各類公共交通設施POI 數(shù)據(jù)分類及比重如表1 所示。

2 研究方法

2.1 平均最近鄰指數(shù)

上海市交通設施的空間分布特征可以用隨機型、集聚型、均勻型三種空間分布態(tài)勢衡量，表現(xiàn)出公共交通設施的空間分布集聚程度[8]，最近鄰分析模型經(jīng)過調(diào)整與修正，能適用于點數(shù)據(jù)任何形式的空間分布類型[9]，其模型為：

式中：NNI 為最近鄰指數(shù)，反映了交通設施點狀要素的空間集聚程度，當NNI＞1 時，表明交通設施點狀要素的分布類型為均勻型，當NNI＜1 時，表明交通設施點狀要素的分布類型為集聚型；D0為交通設施點狀要素與最近鄰交通設施要素之間的觀察平均距離；Dr為隨機模式下的期望平均距離，a 為研究區(qū)域的面積，n 為研究區(qū)域內(nèi)交通設施點狀要素的數(shù)量。

2.2 核密度估計

核密度估計法主要是借助移動的單元格對交通設施點狀要素的密度進行估計[10]，核密度估計法的基本原理[11]為：定義固定搜索半徑的圓域，確定圓域覆蓋于各個交通設施點之上；基于密度精度要求，確定輸出柵格大?。挥嬎愠鼋煌ㄔO施點對圓域內(nèi)各個柵格的密度貢獻值；依據(jù)柵格搜索半徑范圍內(nèi)，各個交通設施點對圓域內(nèi)各個柵格密度貢獻值的累加，進行每個柵格密度值的賦值；輸出每個柵格的密度值。核密度估計法公式如下：

2.3 標準差橢圓

標準差橢圓最早由美國南加州大學社會學教授韋爾蒂·利菲弗于1926 年提出[1]，通過計算得到的短軸、長軸、面積、旋轉(zhuǎn)角四個參數(shù)度量POI 要素的空間分布特征[12]，橢圓的短軸表示交通設施點數(shù)據(jù)的空間分布范圍，橢圓的長軸表示交通設施點數(shù)據(jù)的空間分布方向，長短軸的差值越大，則表明數(shù)據(jù)的空間方向性越明顯，橢圓的大小表示交通設施點數(shù)據(jù)在空間格局的集中程度，公式如下：

式中：SDEx和SDEy表示計算得到的橢圓圓心，xi和yi是交通設施點要素的坐標，）表示交通設施點要素的平均中心，n 為研究區(qū)域內(nèi)交通設施點狀要素的數(shù)量。

3 結果分析

3.1 空間分布集聚性

通過Arc GIS 10.7 計算上海市各類交通設施點數(shù)據(jù)的平均最近鄰指數(shù)，計算結果見表2 所示，上海市所有交通服務設施的點數(shù)據(jù)，有NNI=0.333 0，|Z|=338.501 4＞2.58，P=0.000 0，通過99%顯著性檢驗，呈現(xiàn)出顯著集聚的空間分布特征。對于不同類型的交通設施，道路附屬設施的集聚特征最顯著，有NNI=0.074 5，|Z|=32.452 9＞2.58，P=0.000 0；排名第二的為地鐵站的空間集聚程度，有NNI=0.142 3，|Z|=73.639 9＞2.58，P=0.000 0；排名第三的為停車場的空間集聚程度，有NNI=0.250 1，|Z|=323.806 2＞2.58，P=0.000 0；排名第四的為港口碼頭的空間集聚程度，有NNI=0.464 8，|Z|=16.856 2＞2.58，P=0.000 0；排名第五的為公交站的空間集聚程度，有NNI=0.501 0，|Z|=123.744 3＞2.58，P=0.000 0，均通過99%顯著性檢驗。根據(jù)不同類型交通設施的平均最近鄰分指標結果可知，上海市公共交通設施具有顯著的集聚分布特征。

表2 上海市交通設施的平均最近鄰指數(shù)

3.2 空間分布不平衡性

為進一步探討上海市公共交通設施的空間分布特征，本文基于核密度分析對上海市公共交通設施的空間點狀數(shù)據(jù)進行空間分析，分析結果如圖1 所示，各類公共交通設施的空間分布差異明顯，布局不均衡，具體而言：（1）公交站的核密度高值集中于黃浦區(qū)、靜安區(qū)、徐匯區(qū)，由該核心區(qū)向外擴散，呈現(xiàn)片狀分布特征，輻射范圍廣泛，主要原因在于隨著城市建設規(guī)模的不斷擴大，上海市堅持公交優(yōu)先戰(zhàn)略，公共行業(yè)發(fā)展迅速，公交設施已基本實現(xiàn)上海市的無盲點全覆蓋。（2）地鐵站的核心區(qū)為黃浦區(qū)、靜安區(qū)、徐匯區(qū)，整體分布形態(tài)與地鐵線路分布一致，上海市的地鐵系統(tǒng)相對性健全，但城市邊緣仍然是上海市地鐵基礎設施建設的薄弱環(huán)節(jié)。（3）停車場在整體上呈現(xiàn)出從城市中心到城市邊緣的“核心—邊緣”擴散模式，高值集聚區(qū)有黃浦區(qū)、靜安區(qū)、徐匯區(qū)、長寧區(qū)、虹口區(qū)，原因是在核心區(qū)的商業(yè)發(fā)展水平較高、居民居住密度較高，建設停車場可以更好地為居民提供生活的便利，緩解人口集聚區(qū)的“停車難”問題，此外在松江區(qū)、嘉定區(qū)、奉賢區(qū)、浦東新區(qū)的學校、公園、商業(yè)密集區(qū)，有停車場次核分布。（4）上海市港口碼頭分布分散，城市內(nèi)部碼頭主要沿黃浦江分布，在黃浦區(qū)與浦東新區(qū)交界處的黃浦江沿岸存在集聚分布現(xiàn)象，三個主要港口吳淞碼頭、外高橋、洋山深水港均分布在城市沿海地帶。（5）道路附屬設施的核密度分布圖與高速公路收費站、服務站的點分布一致，高速公路收費站以及服務站的通行能力、服務水平與高速公路的社會形象息息相關[13]，為保證通行的暢通性，需在充分利用現(xiàn)有資源的基礎上保持一定的間距。（6）基于上述所有交通設施進行核密度分析可以發(fā)現(xiàn)，上海市總體的交通設施空間形態(tài)和空間擴展與公交站、停車場的分布特征較相近，其中與停車場的分布特征更相似，其次為公交站，主要原因是上海市停車場的POI 數(shù)量占整體公共交通設施的比例較高，比例達到了72.40%，上海市停車場的空間分布特征已成為影響整體公共交通設施分布特征的主導因素。

圖1 公共交通設施的核密度分析

3.3 空間分布方向性

為充分了解上海市公共交通設施點狀數(shù)據(jù)的方向分布特征，進一步對公共交通設施POI 數(shù)據(jù)進行標準差橢圓分析，比較標準差橢圓分布結果（如圖2 所示），（1）基于上海市各類公共交通設施的橢圓面積大小，服務范圍依次為道路附屬設施、公交站、港口碼頭、停車場、地鐵站，道路附屬設施的服務范圍最廣，以充分實現(xiàn)高速公路收費站以及服務站的快捷、高效服務；公交站的服務范圍次之，主要原因在于公交出行是居民以及游客參與公共交通活動最為普遍且方便的方式，盡管在數(shù)量以及占比上低于停車場，但公交的分布范圍優(yōu)于停車場；地鐵站的服務范圍最小，進一步說明了上海市地鐵建設在中心城區(qū)較為發(fā)達，而城市邊緣較為薄弱；上海市總體的交通設施分布范圍與停車場的分布范圍較為相似。（2）分析根據(jù)上海市各類公共交通設施長短軸計算的扁率，大小依次為地鐵站、道路附屬設施、港口碼頭、公交站、停車場，扁率表示各類公共交通設施的方向明確性程度，因此上海市地鐵站的方向趨勢更明顯，其次為道路附屬設施，停車場的方向趨勢最弱。（3）從各類公共交通設施的分布方向角度，上海市公交站向東北—西南方向拓展，地鐵站向東—西方向拓展，港口碼頭向南—北方向拓展，道路附屬設施向東—西方向拓展，停車場的方向分布特征不明顯。

圖2 標準差橢圓分布結果

4 結論與討論

4.1 研究結論

本文基于Arc GIS 空間分析工具，運用平均最近鄰指數(shù)、核密度分析、標準差橢圓分析對上海市公共交通設施的空間特征進行了分析與探討，研究結論如下：從平均最鄰近分析結果來看，上海市各類交通設施呈現(xiàn)集聚分布現(xiàn)象；從核密度分析結果來看，上海市公交站、地鐵站、停車場主核分布在主城區(qū)，呈現(xiàn)出“核心向邊緣擴散”的分布模式，其中公交站的空間分布更加平衡；從標準差橢圓分析結果來看，公交站呈現(xiàn)東北—西南方向分布格局，地鐵站、道路附屬設施呈現(xiàn)東—西方向分布格局，港口碼頭呈現(xiàn)南—北方向分布格局，公交車站方向分布面積最大。

4.2 研究討論

本文基于POI 數(shù)據(jù)對上海市公共交通設施的空間分布特征展開了探究，相較于以往對城市交通發(fā)展現(xiàn)狀展開的研究，本文基于不同的交通設施類型分析了上海市整體交通空間格局，針對研究結論，上海市應采取的以下優(yōu)化策略：（1）構建完善的城市交通網(wǎng)絡體系，加強上海市新城以及邊緣城區(qū)的地鐵基礎設施建設，實現(xiàn)上海市內(nèi)外交通的便捷高效換乘，優(yōu)化中心城區(qū)、上海新城、周邊城市的交通聯(lián)系。（2）繼續(xù)加強公交站的基礎設施建設，推動既有公交線路的完善，增強新公交站點的建設水平，優(yōu)化上海城市公交網(wǎng)絡，提升居民與游客的公交出行吸引力，打造多層次公交服務體系。（3）對于港口碼頭以及道路附屬設施，注重其建設水平，打造港口碼頭、道路附屬設施與其他各類交通設施的協(xié)調(diào)建設、協(xié)同規(guī)劃、穩(wěn)步發(fā)展。