基于空間句法的城市慢行交通需求預測

袁 飛，馬曉旦，夏曉梅

(上海理工大學 管理學院，上海 200093)

隨著我國交通規劃的發展以及低碳環保、交通安全、出行便捷等的客觀需求，慢行交通逐步被交通規劃者列入考慮范疇[1-2]，特別是日益擁堵的機動車交通、嚴重的霧霾等都提醒著我們，在物質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，因此準確預測慢行交通需求量非常重要。

我國交通規劃起步較晚，交規人員在實際工作中，難以獲得慢行交通數據，慢行交通意識落后以及慢行交通整體發展環境的弱勢等原因，使得其預測方法沒有得到與機動車同步發展的水平。近年來綠色交通理念逐步深入人心，交規人員逐漸接觸到慢行交通規劃項目，如慢行區域交通規劃、 慢行交通路線規劃、 換乘接銜區域自行車停放車位規劃等。因此，準確預測慢行交通需求變得尤為重要。

1 空間句法的基礎理論與方法

1.1 空間句法理論

空間句法最初起源于建筑學，在20世紀70年代，Bill Hiller首次提出空間句法[3]。空間句法理論提出，人的活動或行為受空間形態或者結構影響較大，以此為基礎，借助計算機技術，分析城市環境及路網的結構，用形態分析變量描述城市空間形態，是一種建立在“圖底關系理論”和“社區分析”基礎上的城市空間形態分析方法[4]。

1.2 空間句法的分析方法

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

(2) 空間句法的空間分割。確定了研究區域后，要對空間進行分割，一般選用軸線法，以一條軸線代替道路，不計道路的寬度與道路兩側的土地性質等因素，對其進行簡化處理。

(3)空間句法的軸線圖轉化為連接圖。將空間用軸線分割之后轉化為連接圖，每條軸線用節點代替，節點之間用直線表示它們之間的相關關系，兩節點之間的距離為空間單元的拓撲距離。

(4)空間句法形態分析變量的計算。

①連接度(Connectivity)Ci，表示與第i個節點直接相連的節點個數。計算公式為：

Ci=k。

(1)

式中：k為第i個節點直接相連的節點個數。

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

計算公式為：

(2)

式中：Cj為第i個節點直接相連的第j個節點的連接程度。

③深度值(Depth value)，表示某一節點距剩下所有節點最短距離。

總深度值(Total depth)Zi，深度值之和。公式為：

(3)

平均深度值(Mean depth)MDi，是總深度值除以節點數。計算公式為：

(4)

式中：n為節點總數；dij為任意兩點i與j間的最短距離。

④集成度(Integration)，表征一個空間與其他空間的關系程度。

全局集成度RAi表示一個空間與剩下所有空間的關系。公式為：

(5)

局部集成度RRAi表示一個空間與最短距離之內空間關系。公式為：

(6)

2 基于空間句法的慢行交通需求預測模型

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境影響很大。安全和順暢的出行環境一定會刺激交通潛在需求的增長，相反則降低了人們的慢行出行需求。

空間句法對路網的空間形態進行量化，只考慮了城市的道路空間布局對慢行交通流量的影響，但實際上影響慢行交通流量預測的相關因素除了道路的空間布局外，還包括道路寬度、道路等級等因素。因此，需要加入一些交通分析變量對其進行補充。

慢行交通的基礎設施如道路等級、道路分隔、道路質量以及非機動車道數等的現狀對慢行交通流量的影響較大[9]。

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

(7)

2.2 模型的建立

根據ArcGis10.0中空間句法分析模塊axwoman6.0，除了畫出軸線圖外，還可以計算出空間分析變量(連接度、控制值、平均深度、全局集成度、局部集成度)的值。通過分析空間路網的形態分析變量與交通分析變量，建立這些變量與調查實際流量的關系，建立模型，來預測慢行交通的流量。

應用SPSS軟件相關性分析中計算形態分析變量與流量值的相關關系，根據相關系數R2值，找出與流量相關系數較大(大于0.5)的分析變量。將已知分析變量當做自變量，建立模型，進行其它路段慢行交通量的預測。

y=a*r1+βr2+χr3+δr4+ε。

(8)

其中，α、β、χ、δ是系數，ε是常數。

3 案例分析

本文基于空間句法以北京市部分區域為研究對象進行自行車流量預測，應用Arcgis 10.0的空間分析加載模塊axwomen 6.0，將路網圖轉換為軸線圖，如圖1所示。

圖1 空間句法軸線圖

根據軸線圖，計算該路網的形態分析變量(連接度、控制值、全局集成度、局部集成度、平均深度值)，見表1。

表1 形態分析變量

分別列出這些道路的等級、分隔方式、路面質量以及非機動車車道數，見表2。

表2 交通分析變量

對路網的部分路段廣渠路、垂楊柳路、勁松路、勁松東街、武圣北路、八棵樹南街、勁松西街、勁松中街進行高峰小時的自行車交通流量調查。經統計計算后，得到的交通流量見表3。并以交通量數據為依據建立模型。

表3 部分路段高峰小時自行車流量調查

根據形態分析變量和自行車高峰小時流量調查的數據，進行相關性分析，得到下列相關性系數見表4。實際的自行車交通流量與連接度、控制值、全局集成度、平均深度、非機動車車道數的相關系數較大(大于0.5)，因此用以上分析變量進行回歸分析，得到自行車交通量的預測模型，多元線性回歸方程：

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

相關系數R2=0.966。

式中：y為自行車流量；x1、x2、x3、x4分別為連接度、控制值、平均深度、非機動車車道數。

表4 變量相關性分析

用以上模型預測廣和東里中街、九龍山路、西大望路路段自行車流量與實測流量進行對比來驗證模型的適用性，見表5。

表5 預測流量與實際流量比較

從表5自行車流量預測值與自行車流量實際調查值對比，可知慢行交通需求預測存在10%左右的誤差，說明預測方法具有較好的適用性。

4 結束語

綜上可知，空間句法可以量化路網空間特性，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分析變量，加上交通的分析變量，構建基于空間句法的慢行交通需求預測模型，以北京市的一部分區域為案例，建立了模型，并預測其中幾條道路的慢行交通需求量，并與實際值做了比較，相對誤差在10%左右，證明了基于空間句法預測城市道路慢行交通需求的可行性。此預測為未來慢行路網規劃提供依據，也為慢行交通系統與公交、軌道交通系統的接駁提供有力的支撐。

【參 考 文 獻】

[1]高小林，李德龍.慢行交通需求預測方法研究[J].科技創新與應用，2013(4)：293-294.

[2]唐相龍.現代城市交通規劃的人本主義理念[J].城市道路與防洪，2008(11)：23-26

[3]Hillier B.Space is the Machine[M].Cambridge：Cambridge University Press，2007.

[4]付博峰，吳嬌蓉，陳小鴻.空間句法及其在城市交通研究領域的應用[J].國際城市規劃，2009，24(1)：79-83.

[5]李云飛.基于空間句法的網絡城市評價體系研究[D].長沙：中南大學，2009

[6]希利爾比爾，斯科茨克里斯.空間句法的新方法[J].世界建筑，2005(11)：54-55

[7]Jiang B，Claramunt.Topological analysis of urban street networks[J].Enviroment and P1anning B，2004，31(1)：151-162

[8]李聰穎.城市慢行交通規劃方法研究[D].西安：長安大學，2011.

[9]李 峰.我國城市道路自行車通行能力及服務水平的研究[J].中國市政工程，1995(4)：11-14.