基于GIS技術的智慧街道應用研究：以邯鄲市中心區為例

白 梅，劉 洋，朱永強，陳 劍

(河北工程大學 建筑與藝術學院，河北 邯鄲 056038)

智慧街道的概念來源于智慧城市，是智慧城市的子集.它以物聯網智能感知設備和網絡為基礎，與先進云計算等技術相結合，并以此提高街道智能化程度，建立一種基礎設施高端、環境智慧友好的新型街道，從而促進街道使用者和街道環境之間的互動[1].鄭迪等[2]提出建立智慧街道服務平臺，從生活便利、安全保障、智行輔助和環境治理4 個方面提出智慧手段.繆明等[3]提出構建智慧街道應急管理平臺，對街道的突發事件進行監督和管理.李雯[4]對智慧街道中人的移動性、機動車、街道使用者的出行活動等做了技術分析.

現階段利用大數據對智慧街道的研究較多，主要通過新技術手段對使用者的行為方式進行分析，總結出智慧化特征，形成街道交互式設計.但針對街道分析以及智慧化應用的研究相對較少.本文以街道作為研究對象，依托GIS 技術平臺，按照時間成本對居住區至緊急型、非緊急型服務設施的最短路徑進行分析及統計，提取公共路徑街道，對其提出智慧化更新策略，以期提高街道運行效率，更加方便居民的出行.

1 研究區概況和數據來源

1.1 研究區概況

邯鄲市位于河北省南部，總面積為1.2 萬km2.研究圍繞邯鄲市中心區展開，其中包含29個街道(包括3 區：復興區、邯山區和叢臺區)，研究區域總面積為90.10 km2，地勢平坦、路網發達，見圖1.

圖1 邯鄲市中心區行政區分布

1.2 數據來源與預處理

1.2.1 數據來源

研究區域路網數據來源為OSM(open street map)空間數據.將道路按照主干道、次干道和支路3 種級別進行劃分，并針對不同等級道路的速度屬性進行賦值，確定主干道通行速度為60 km/h，次干道通行速度為30 km/h，支路通行速度為20 km/h[5].對于緊急型、非緊急型服務設施的界定，參照周衛等[6]對街道公共服務設施能力的維度劃分和宋正娜等[7]對公共服務設施時效性分類，提取出緊急型服務設施為醫院和消防站；非緊急型服務設施為便利服務設施(商場、銀行)和環境區域(公園).本文所選取的服務設施主要有消防站(不含社區內微型消防站)、綜合性醫院、大型商場、各大銀行營業廳及營業網點(不含社區內部及街道小型自助設施點)和城市綜合公園綠地(不含社區公園、游園、專類公園).

1.2.2 數據預處理

根據路網數據，對邯鄲市中心區內相鄰居住區進行篩選與合并，共提取104 個居住區研究樣本.對緊急型服務設施和非緊急型服務設施進行細類篩選并對相鄰設施進行合并處理，選取消防站9 個，綜合性醫院47 個，大型商場29 個，大型銀行營業廳74 個，城市綜合公園綠地5 個.基于城市區域的中心區路網系統，居民點與設施點之間的出行成本是以機動車或步行方式計算的兩地間最短路徑的出行時間成本作為研究依據，排除其面積規模、級別等屬性，以此模擬城市中心區街道使用狀況.

2 研究方法和實現路徑

2.1 研究方法

針對居住區至服務設施的路徑分析研究方法主要有最近距離法、核密度法、重力模型法、胡佛(Huff)模型、兩步移動搜索法等[8].本文選擇最近距離法，它假設居民選擇服務設施過程中優先選擇最鄰近的服務設施，其中包括直線距離、基于路網的道路距離或時間距離[7].

2.2 實現路徑

對于消防站、綜合性醫院、大型商場、大型銀行營業廳和城市綜合公園綠地建立最近距離模型，分析每個居住區位置點到最近公共設施位置點的最短路徑及時間成本.具體操作步驟為：1)將路網數據和各設施POI 數據導入GIS 中，構建交通網絡模型；2)使用Netword Analyst 創建網絡位置，利用新建設施點工具，將服務設施位置點導入設施點，居住區位置點導入至事件點；3)將阻抗屬性設置為時間成本，測算出居住區至最近服務設施的最短時間路徑.

3 現狀評價

3.1 居住區至緊急型設施路徑分析

緊急型服務設施一般都有相對嚴格的時效要求.最近距離法在居住區至時效性要求較高的緊急型設施中有廣泛研究[7]，其中醫療設施和消防設施在緊急型設施中最為重要.本文對其最短路徑進行分析，以花費的時間來衡量，暫不考慮設施環境、設施條件、選擇偏好、服務質量等非空間因素.

3.1.1 居住區至醫療設施路徑分析

邯鄲市中心區醫療設施供給水平較高，總體呈現由中間向東西方向逐漸降低的趨勢.醫院在中心區中部數量較多，東部次之，西部相對較少，依照居住區鄰近醫療設施的最近距離進行分析，居民使用頻率較高的主干道為浴新北大街、滏河南大街、人民路和聯紡東路；次干道為叢臺路和水廠路.由圖2 可知，居民出行時，85%的街道可使居民在4 min 內到達就近醫療設施點，在8 min 內能到達就近醫療設施點的街道占95%以上.

圖2 居住區至最近醫療設施公共路徑及時間成本

3.1.2 居住區至消防設施路徑分析

消防設施的布局代表了其實際有效責任區，在一定程度上可反映消防站布局的合理性.本文篩選出邯鄲市中心區大型消防站，其主要分布在北部和中部，依照居住區鄰近消防設施的最近距離，居民使用頻率較高的道路有浴新北大街、中華街、滏河北大街、滏河南大街、人民西路、陵園路等.根據“五分鐘消防”原則，中心區內大型消防站可滿足基本要求(見圖3).

圖3 居住區至最近消防設施公共路徑及時間成本

3.2 居住區至非緊急型設施路徑分析

對居住區至非緊急型設施路徑進行分析時，發現人們在2 個場所等級差距不大的情況下，會選擇距離近的進行日常生活、消費等行為[9].

3.2.1 居住區至商業設施路徑分析

商業區位主要特征之一是具有較好的交通環境條件，以便購物者方便快捷的到達商業中心.本文選取中心區美樂城、天鴻商場、萬達商場等大型商業設施.依照居住區至鄰近商業設施的最短時間成本，居民使用頻率較高的主干道為人民路、浴新北大街、聯紡路、滏河北大街和滏河南大街；次干道為果園路、叢臺路、水廠路等.大部分居住區居民到達就近商場時間在6 min 以內，僅西部居住區居民主要通過人民西路到達就近商場，時間多為6～10 min(見圖4).

圖4 居住區至最近商業設施公共路徑及時間成本

3.2.2 居住區至公園場所路徑分析

城市公園的可達性能夠客觀地反映城市公園綠地空間分布情況，并且可以用來評價居民能否公平、方便地享用城市公園綠地[10].本文研究場所主要選取趙苑公園、叢臺公園、龍湖公園、滏陽公園和羅城頭公園5 處規模相對較大的城市公園，其分布于中心區中部和南部.居民到達就近公園，主要通行的道路為聯紡路、叢臺路、人民路、中華北大街、中華南大街、浴新北大街等，且多在7 min 之內即可到達上述所指的城市公園(見圖5).

圖5 居住區至最近公園場所公共路徑及時間成本

3.2.3 居住區至銀行設施可達性評價

銀行設施空間網絡的平均路徑距離整體偏短.居住區居民到達鄰近銀行多使用支路通行，主干道主要有浴新北大街、聯紡路、人民西路等，次干道主要有果園路、叢臺西路等，時間基本控制在5 min 以內(見圖6).

圖6 居住區至最近銀行設施公共路徑及時間成本

4 街道智慧優化策略

本文利用GIS 技術平臺對居住區至緊急型、非緊急型最近服務設施及最短時間成本的公共路徑進行提取(見圖7 和圖8)，并利用智慧化理念針對選取的公共路徑街道進行模擬優化.

圖7 居住區至緊急型服務設施公共路徑

圖8 居住區至非緊急型服務設施公共路徑

4.1 居住區至緊急型服務設施公共路徑街道

首先，針對公共路徑街道信息數據進行采集，利用自動感應設備、路面傳感器設備及移動設備采集街道中機動車出行數據以及行人出行活動信息數據；其次，對數據進行篩選及處理并傳輸至街道數據分析平臺，對數據進行分析；最后，將車流量、停車狀況、通勤模式以及車輛移動速度等信息傳輸至街道使用者(見圖9).由此，街道使用者可快速發現街道系統問題，并采用相應的應急預案應對路段出現的突發情況，達到利用已獲悉的數據提高緊急型車輛及行人通行效率的目的.

圖9 智慧街道模擬優化過程

4.2 居住區至非緊急型服務設施公共路徑街道

增加街道中智慧設施，促進居民在進行非緊急型活動時能夠享受到街道中智慧化服務，增強人與街道之間的互動，例如增加自動售賣亭，并在其頂部加裝太陽能電池板，為消費者免費提供手機充電服務；增加包裹自提柜、生活信息顯示屏、智慧路燈等，讓居民可享受一鍵叫車、一鍵求助以及地圖查詢，獲得周邊各類信息服務.

5 結語

本文對邯鄲市中心區街道及服務設施信息進行爬取及量化分析，并結合服務設施的功能及居民需求，分析計算居住區與緊急型設施和非緊急型設施之間的時間成本，對其路徑街道提出智慧優化建議，以期提高街道運行效率，更加方便居民出行.本研究主要關注多種服務設施可達性的路徑，在一定程度上為城市街道提供了更新思路，但由于研究數據受限，各類設施缺少規模、級別等屬性，數據有待進一步完善.