邯鄲市主城區居住區公共服務設施可達性分析

王振報，龔 鑫，肖冀星

(1.河北工程大學 建筑與藝術學院，河北 邯鄲 056038；2.上海精典規劃建筑設計有限公司，上海 200235)

提高居住區至各類設施的可達性是方便人們群眾生活、增加其獲得感和幸福感的有效手段之一.目前可達性的相關研究仍然是研究熱點之一，一些研究人員對出發點或目的地至城市設施的可達性進行了分析，例如公共文化設施[1]、商業中心[2]、養老設施[3-8]、醫藥零售店[9]、城市醫療設施[10-13]、軌道站點[14-16]和停車設施[17].一些研究也集中在居住區至多種設施的可達性綜合分析，例如：文獻[18]進行了住宅小區到各類公共服務設施的綜合可達性分析和平均數值排序；文獻[19]度量了居住單元與中心商業區(CBD)、行政服務中心、大型醫院、火車站和飛機場的可達性，著重對比分析了2 種公交模式(有/無地鐵)下公共服務設施可達性的差異；文獻[20]對1 km×1 km 格網尺度的北京城市公共服務設施可達性進行了綜合評價；文獻[21-22]考慮供給和需求計算城市設施可達性并分析了空間均等性.這些成果針對一種或多種設施對城市的不同區位進行可達性對比分析，但均采用同樣的可達性定量方法.另外，也有研究人員分析了基礎設施建設或自然條件變化對可達性產生的影響，例如：交通基礎設施如鐵路或地鐵建設[14,16,23]、海平面上升[24]對可達性產生的影響.而以居住區為中心分析其到達不同類別公共服務設施的可達性，并對可達性結果進行空間分布特征分析以及非空間分布的均衡性差異性分析方面的成果較少.可達性分析模型和方法主要包括兩步移動搜索法(2SFCA)[1,4-6,17]、改進潛能模型[3,10]、改進引力模型[11]、核密度估計法及歐氏距離分析[14]、最鄰近設施時間[7]和累積機會成本法[18-20].可達性計量方法的合理選擇對于評價結果具有重要的影響.

本文以邯鄲市主城區為例，針對不同類別的公共服務設施，采用合適的可達性計算模型，利用POI(point of interest)數據并結合設施規模調查數據，進行居住區至公共服務設施的可達性計算和分析.對可達性結果進行歸一化和自然間斷點法聚類分析后，強調居住區至不同類別設施的可達性對比和均衡性評價，確定可達性在空間上的差異以及不同設施可達性在非空間上的差異.研究結果可為居住區配套設施現狀評價和均衡性改善規劃提供依據，進而有利于縮小差距、實現公平、構建配套設施完善的居住區生活圈.

1 相關概念及模型

1.1 可達性計算模型

綜合可達性是指某一點至區域中所有位置點的空間阻隔.計算空間阻隔的總和或均值，其基礎計算公式為

其中，Ai為出發點i的空間綜合可達性；n為目的地點j的數目；dij為出發點i到目的地點j的交通阻抗.

基于空間阻隔的評價方法中還依據其測度的方法延伸出3 類測度模型.第1 類為最短距離評價模型，其定義為從出發點至最近的公共服務設施點間的最短距離或時間，因其評價方法較為簡潔，所以運用范圍較廣.第2 類為平均時間模型，其含義為從出發點到所有目的地點公共設施的平均花費時間或路程，模型公式為

第3 類為加權最小阻抗模型，其利用目的地的設施規模對居民出行的概率進行預測，通過匯總計算出發點居民至每個目的地公共服務設施點的出行阻抗與其線路的出行概率乘積的和來表示可達性結果，具體模型公式為

其中，pij為出發點i至設施點j的出行概率；Mj為公共服務設施點j的規模.計算出的Ai值越小，則出發點i的空間綜合可達性越高.

潛能模型，主要來源于物理中的萬有引力定律，起初由法國學者拉格朗日提出，后被地理學引用.其主要運用設施間的相互潛能作為指標來評價空間可達性，而潛能是指一個物體對另一個物體產生的引力，其基礎表達式為

其中，β為交通摩擦系數.

改進潛能模型引入了需求點的人口規模及分類、設施等級及規模等影響因素后，對潛能模型的公式進行改進，其人口規模的影響因素公式為

結合潛能模型一般公式，改進的潛能模型可達性為

其中，n為目的地的總數；m為需求點數量；Vj為設施j的服務水平；Pk為需求點k的人口數.

利用改進潛能模型測度的空間可達性Ai值越高，則出發點i的空間綜合可達性越好.

1.2 均衡性測度方法

采用基尼系數來衡量并分析范圍內居住區至各類公共服務設施可達性標準化值的均衡程度.基尼系數計算公式為

其中，GS為居住區至S類公共服務設施可達性的基尼系數；Pi為從1～i個居住區的累積數量比例；

Pi+1-Pi是第i個居住區占總居住區數量的比例；為從1～i個居住區的累積可達性值占可達性總和的比例.

1.3 數據標準化與自然間斷點分級

數據標準化主要是運用標準化方法，在不改變數據性質的前提下對數據整體進行擴大或縮小操作，使其統一落在一個指定的范圍中，一般將其標準化在[0,1]的區間上，所以在一定程度上又可以叫做歸一化.可達性測度過程中，由于采用測度的方法不同，所以在各類設施可達性的結果中會出現較大的差距，需要對數據進行標準化操作.標準化方法可以選取離差標準化法，其正相關數據與負相關數據分別為

自然間斷點分級法的概念是運用聚類的思想，通過保障每組數據內部的相似度最高及最大程度地與其他組數據相異，對整組數據進行統計分類，并在統計過程中適當調節每組數據取值范圍和數據點數，使其盡量保持個數相近.在尋找斷點上，通過迭代計算最佳分類進行確定，即通過比較各數據集和其中數據的均值與觀測值之間的方差和來計算.其在ArcGIS 軟件中已有完善的計算方法，可對可達性計算數據進行科學分級.本研究將可達性分析結果進行標準化后，運用自然間斷點分級法將其分為1～5 由低到高的5 個等級.

2 居住區至公共服務設施可達性及其均衡性分析

2.1 數據來源

本文研究對象為邯鄲市主城區，分析范圍內共有571 個居住區，見圖1.居住區和公共服務設施數據主要來源于POI 數據，該數據大部分是利用Python工具結合百度地圖API開發平臺進行收集得來的，主要包含名稱、類別、經度、緯度等基礎地理信息.另外，可達性模型中需要的居住區居住人口、公共設施規模等數據通過相關官方網站查詢，并配合一定的現場走訪調查獲得；平峰期間路段公交車輛平均運行時間是通過百度地圖和高德地圖獲取，其可作為相關可達性模型計算的交通阻抗.

圖1 邯鄲市主城區分析范圍

2.2 可達性模型選擇

對于不同種類的公共服務設施至居住區的可達性，選取不同的可達性計算模型(見表1)，其主要考慮因素也見表1.

表1 居住區各類公共服務設施可達性分析模型及其考慮因素

對各居住區至各類公共服務設施的可達性進行分析計算，并對其進行歸一化后利用自然間斷點法分級.采用的分級標準見表2.

表2 公共服務設施可達性標準化結果對應的分級結果

2.3 可達性空間分布

居住區至小學設施的可達性等級結果見圖2(a).由圖2(a)可知，可達性相對較高的區域面積占比較低，呈分散組團式特征，擁有多個相對高水平的可達性核心，且南部和東部城區優于北部和西部城區.居住區至中學設施的可達性測度結果見圖2(b).由圖2(b)可知，可達性相對較高的區域面積占比較低，呈現圈層結構分布特征，可達性由中心向外圍逐漸降低.居住區至綜合醫院設施的可達性等級結果見圖2(c).由圖2(c)可知，可達性相對較高的區域面積占比較低，呈現從中心向外逐漸降低的特征.居住區至專科醫院設施的可達性等級結果見圖2(d).由圖2(d)可知，可達性相對較高的區域面積占比很低，在東部區域中存在2 個高水平區域.居住區至社區衛生服務中心設施的可達性等級結果見圖2(e).由圖2(e)可知，可達性相對較高的區域面積占比較低，具有點狀分布特征.居住區至政府設施的可達性等級結果見圖2(f).由圖2(f)可知，可達性相對較高的區域面積占比較高，外圍個別地區存在相對較低的分布特征.居住區至文化設施的可達性等級結果見圖2(g).由圖2(g)可知，可達性相對較高和較低的區域面積占比接近，總體上分布為圈層式由內到外逐漸降低的分布特征.居住區至體育設施的可達性等級結果見圖2(h).由圖2(h)可知，可達性相對較高和較低區域面積占比接近，總體上分布為圈層式由內到外逐漸降低的分布特征.居住區至社會福利設施的可達性等級結果見圖2(i).由圖2(i)可知，可達性相對較高的區域面積占比較低，呈現多核心組團式的分布特征，可達性水平相對較高的區域與其他公共服務設施可達性不同，大多分布在外圍區.居住區至郵局設施的可達性等級結果見圖2(j).由圖2(j)可知，可達性相對較高的區域面積占比較高，可達性相對較高的片區既相對分散但又存在連續的特征，整體上較為均衡.

圖2 居住區至各類公共服務設施可達性等級分布

對于每類設施，對居住區的可達性分級結果按比例進行匯總，結果見表3.由表3 可知，在教育和醫療設施中，30%～40%的居住區設施可達性的分值等級大部分在2 分左右，僅有5%左右的居住區可達性等級為較好的5 分；在政府、文化、體育與郵局設施上，超過30%的居住區設施可達性處在相對較好的5 分，而較低的1 分等級中居住區占比最少.通過比較可以發現，在研究范圍內居住區的政府設施、文化設施、體育設施和郵局設施的可達性分布情況要比教育設施及醫療設施好.

表3 各類設施可達性分值的居民點數量占比 %

2.4 可達性均衡性

對分析范圍內的居住區各類設施可達性的基尼系數進行計算，結果見圖3.

圖3 居住區至各類設施的可達性基尼系數對比

由圖3 可知，至專科醫院和社區服務中心的可達性基尼系數最大，差異性明顯；綜合醫院、中學和小學的可達性基尼系數處于中等水平，結果分布較均衡；其他類的公共服務設施的可達性基尼系數較低，結果分布相對更加均衡.

3 結論

1)不同類別設施的可達性等級分布在空間上表現出不同的特征，主要有圈層式、組團分散式和點狀分散式.對于處于相對可達性較低的居住區，從縮小差距和提高可達性角度考慮，應優先進行公共服務設施規劃和建設.

2)在教育和醫療設施中，大部分的居住區設施可達性的分值處于相對較低的等級.在城市規劃或建設過程中，應注重落實該類別設施的建設，特別是對于新開發地區，應保證各類公共服務設施的同步建設.

3)各類公共服務設施的基尼系數結果表明，一些類別設施(如專科醫院和社區衛生服務中心)基尼系數偏大，說明居住區在這類設施可達性結果方面差異性大，通過對該類設施的進一步規劃布局和建設，有利于縮小差距、體現公平和促進均衡發展.