CN110648019A - 基于改进型空间句法的小型民生设施选址方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于改进型空间句法的小型民生设施选址方法，包括步骤：S1导入研究区域的道路路网图；S2绘制出入口轴线段连接道路轴线图；S3对每个出入口点的人流初始值计为O_j；S4将出入口点j的人流初始值分布在轴线任意点i上，计算初始整合度Q_ij＝O_j*S*Z*J；S5以轴线为路径，遍历计算所有出入口的人流初始值分布在轴线任意点i初始整合度Q_iA，S6计算同类设施互斥力W、交通设施吸引作用力T在轴线任意点i上的分配值，遍历所有同类设施及交通设施；S7计算修正后的轴线整合度Q_zi＝Q_iA+W_i+T_i；S8将整合度最高区域作为新建小型民生设施的建议范围。本发明对城市道路及其两侧用地的可达性进行精确模拟，增强了空间句法在设施选址，特别是小型设施选址中的适应性。

Description

基于改进型空间句法的小型民生设施选址方法

技术领域

本发明属于计算机辅助规划选址技术领域，具体地是指一种基于改进型空间句法的小型民生设施选址方法。

背景技术

居民日常生活中所使用的公共设施中，除了就业、教育、医疗等“刚需”场所，还包括一类使用频率高、规模小、分布广的设施，即本文所指的小型民生设施，较典型的包括便利店、小型蔬菜水果店、五金店、小型药房等，一般位于临街建筑一层，规模较小，不单独占地。这类设施一般分布在居民15分钟生活圈步行范围内，且与居民生活最密切相关，其分布的合理性直接影响到居民日常生活的质量和幸福感。根据《城市居住区规划设计标准》GB50180-2018》，十五分钟生活圈居住区定义为：以居民步行十五分钟可满足其物质与生活文化需求为原则划分的居住区范围；一般由城市干路或用地边界线所围合、居住人口规模为50000人～100000人(约17000套～32000套住宅)，配套设施完善的地区。

目前，小型民生设施在规划选址中多按照相关规范(如《城市居住区规划设计标准》)进行空间布局，采用服务半径法(300-500米)，传统方法从定性的角度确定了一个粗略的选址范围。其不足在于小型民生设施布局密度往往较高，300米至500米的范围差无法提供精确的选址参考。因此，现行小型民生设施的选址大多依赖于实践经验，缺乏可量化的选址模型。为了提高设施选址科学性，有学者尝试使用多重量化方法为辅助设施选址提供参考，其中空间句法是其中相对有效的方法之一。

空间句法是1970年代由英国伦敦大学学院Hillier和Hanson发明的一种网络分析方法，其中提到的整合度指标可以用来度量城市道路及其沿线地区的可达性程度，因此近年来空间句法得到城市规划领域关注，并广泛应用于城市规划理论和实践探索之中。国外有学者从不同方向对空间句法进行了改进，增强了空间句法理论在城市规划中应用的适应性，主要分为以下几个方向：针对轴线并非唯一，有学者定义了轴线的唯一性画法；考虑到道路的距离，提出了米制分段道路法；考虑到道路的方向性，在传统拓扑关系计算深度的方式稍加改良，加入角度加权，可以更有效地捕捉城市空间布局的细小差异性；SDNA 用道路中线代替传统轴线画法，将对偶拓扑转换为典型拓扑，可更为精确描述大尺度的城市空间，也排除了轴线图是否唯一带来的困扰。

但是，目前空间句法的改进侧重于从拓扑关系本身进行改良，以更加准确的对空间关系进行抽象和描述。这些传统空间句法(如图5 所示)是以道路段为最小计算单元，其精度取决于路网密度的大小，路网密度越小，计算误差越大。另一方面，传统的空间句法是基于“可见即可达”的原理，无法对城市中最重要的两个要素——人的活动(出行特征、人流量等)和不同的用地布局带来的需求差异进行分析，其准确度和科学性有待提升。因此，目前空间句法的各类改进方法无法支撑更为精准小型民生设施选址。

发明内容

针对上述背景技术存在的不足，本发明提出一种基于改进型空间句法的小型民生设施选址方法，对城市道路及其两侧用地的可达性进行更为精确的模拟，实现基于空间可达性的量化选址，增强了空间句法在设施选址，特别是小型设施选址中的适应性，为小型民生设施选址提供了一种新的技术方法。

为实现上述目的，本发明所设计的基于改进型空间句法的小型民生设施选址方法，其特殊之处在于，所述方法包括以下步骤：

S1导入研究区域的道路路网图，并根据人行实际情况绘制道路轴线图、出入口点；

S2根据研究区域每一个建筑出入口位置，绘制出入口轴线段连接道路轴线图；

S3对每个出入口点进行赋值，即将建筑内的人口数作为出入口人流初始值，计为O_j，j＝1……A，A为大于0的自然数，表示研究区域内所有建筑出入口的个数；

S4将出入口点j的人流初始值分布在轴线任意点i上，i为大于0 的自然数，并计算任意点i上出入口点j的初始整合度Q_ij＝O_j*S*Z*J， S为距离系数、Z为阻力系数、J为角度系数；

S5以轴线为路径，遍历计算所有出入口的人流初始值分布在轴线任意点i初始整合度Q_iA，Q_iA＝Σ(Q_i1+Q_i2+Q_i3+……+Q_iA)；

S6计算每一个同类设施互斥力W以及每一个交通设施吸引作用力T在轴线任意点i上的分配值，遍历所有同类设施及交通设施，W_i＝Σ(W_i1+W_i2+……+W_im)，T_i＝Σ(T_i1+T_i2+……+T_in)，m为同类设施的数量；n为交通设施的数量；

S7计算最终修正后的轴线整合度，Q_zi＝Q_iA+W_i+T_i，作为轴线上任一点i的最终整合度；

S8将整合度最高区域作为新建小型民生设施的建议范围。

优选地，所述出入口轴线段包括普通人行步道轴线段B₀、斑马线轴线段B₁、立体交通设施轴线段B₂。

优选地，所述距离系数S的计算方法为：

式中，x为任意点i到出入口点j的距离，σ²为方差，μ为预计发生最高人数衰减的距离值。

优选地，所述阻力系数Z与该轴线段的类型对应，包括普通人行步道阻力系数Z₀、斑马线阻力系数Z₁、立体交通设施阻力系数Z₂，且Z₀>Z₁>Z₂。

优选地，所述角度系数J根据道路夹角设置，0＜J≤1。

优选地，所述轴线任意点i上第m个同类设施互斥力W_im的计算公式如下：

W_im＝-e^-x1*K₁*M_m

其中，M_m为第m个同类小型民生设施的日均人流量，K₁为互斥力折算系数，取值范围为0.3-0.5，x₁为轴线任意点i距离第m个同类小型民生设施的距离。

优选地，所述交通设施吸引作用力T_i的计算公式如下：

T_in＝e^-x2*K₂*N_n

其中，N_n为第n个交通设施的日均人流量，K₂为吸引力折算系数，取值范围为0.1-0.3之间，x₂为轴线任意点i距离第n个交通设施的距离。

优选地，所述任意点i到出入口点j的距离x为0.1～3公里。

优选地，所述普通人行步道阻力系数Z₀＝1、斑马线阻力系数 Z₁＝0.98、立体交通设施阻力系数Z₂＝0.96。

优选地，道路夹角α＝180°时，J＝1；道路夹角α＝90°时，J＝0.5 与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

1.基于人的实际出行特征，改进空间句法中“可见即可达”的基本方法，采用出行概率等方法，加入出行距离、出行特征等出行要素，模拟人在实际生活中的出行规律，使得计算更加准确；

2.改进空间句法中对于整合度(可达性)的计算方法，原空间句法采用轴线拓扑关系对整合度进行计算，本次发明则通过对出行人流的分配，使得整合度计算精确到无极变化的点上，提高了计算的精度；

3.由于本发明采取了矢量计算的方法，因此可直接获取选定范围内整合度最高的点，作为设施选址的推荐点，使得选址更加简便；

4.考虑了同类设施互斥力以及其他设施吸引力的影响，提高了选址的科学性；

5.该方法不仅可以用于本次发明所设场景，具有以下条件的设施选址中也具有优势：一是位置确定与流量多少存在显著关系；二是设施服务效能随服务距离存在衰减效应；三是设施之间存在一定的关联性。此外，当流量对象为私家车、公交等其他出行方式时，随着出行效率的提升和出行范围的增大，该模型适用尺度随之可拓宽至区域尺度乃至中观尺度。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为道路路网图。

图3为道路轴线图。

图4为改进型空间句法计算结果

图5为计算结果图(传统空间句法)。

图4-1为改进型空间句法计算结果总体区位示意图。

图4-2为图4-1的区域计算结果放大图(1)。

图4-3为图4-1的区域计算结果放大图(2)。

图4-4为图4-1的区域计算结果放大图(3)。

图4-5为图4-1的区域计算结果放大图(4)。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示，本发明提出的一种基于改进型空间句法的小型民生设施选址方法，所述方法包括以下步骤：

S1在软件系统ArcGIS中导入研究区域道路路网图，并根据人行实际情况绘制道路轴线图、出入口点。考虑过街天桥、地下通道、斑马线等过街设施，并增加相应的属性字段“轴线类型”，其中：普通人行步道轴线记为B₀，斑马线若遇到红灯则对人通行有一定阻力，也应区分开，记为B₁，过街天桥和地下通道为立体交通设施需与普通人行道予以区分，记为B₂，如图2所示。

S2在ArcGIS中根据建筑出入口位置，绘制出入口轴线段连接步骤S1中的道路轴线图，如图3所示。

S3在ArcGIS中新建出入口点的属性字段“人流初始值”，并对每个出入口点进行赋值，即将建筑人口数设置为出入口的人流初始值 O，人流初始值O可按照不同类型建筑性质，参考《武汉城市圈建设项目交通影响评价技术规范》中确定的“出行发生率”进行设定。第 j个建筑内的出入口人口数计为O_j，j＝1……A，A为大于0的自然数，表示研究区域内所有建筑出入口的个数。

S4将出入口点j的人流初始值分布在轴线任意点i上，计算第j 个出入口的人流初始值分布在轴线任意点i的初始整合度Q_ij＝ O_j*S*Z*J，S为距离系数、Z为阻力系数、J为角度系数。

距离系数S：考虑到人步行时，距离超过15min则出现疲劳期，距离越远，人到达的可能性越低。采用正态分布(Normal distribution) 进行计算，具体公式为：

其中x为任意点i到出入口点j的距离，单位为公里；σ²为方差，根据本次计算场景，假设人的舒适步行距离为约1.5公里，即很少有人愿意为了去便利店步行超过该1.5公里，本次计算设定为0.2，根据不同的场景，该值可以进行调整；μ为预计发生最高人数衰减的距离值，本次计算以便利店为例，其人数衰减与距离呈负相关，因此取值为0，但用于其他场景如小区人口到达社区医疗设施的人数衰减计算时，由于医疗设施与居住小区的邻避关系，则可根据情况设定初始值。

阻力系数Z：阻力系数Z与该轴线段的类型对应，考虑不同轴线的阻力系数，包括普通人行步道阻力系数Z₀、斑马线阻力系数Z₁、立体交通设施阻力系数Z₂。一般而言，行人在步行道上行走时阻力最小 (对应轴线B₀)，当遇到斑马线由于有红绿灯控制(对应轴线B₁)，有一定的阻力，当遇到过街天桥或地下通道时(对应轴线B₂)，阻力更大，因此Z₀>Z₁>Z₂。可根据城市具体情况对阻力系数进行设定。本实施例设定为，Z₁＝0.98，Z₂＝0.96,Z₀＝1；

角度阻力系数J：考虑人行过程中，直行通达率比转弯更占优势，赋予轴线交汇的角度阻力系数J，J＝α/180，即：道路夹角α＝180°时， J＝1，通行率最高，道路夹角α＝90°时，J＝0.5，以此类推。

S5以轴线为路径，遍历计算所有出入口的人流初始值分布在轴线任意点i初始整合度Q_iA，Q_iA＝Σ(Q_i1+Q_i2+Q_i3+……+Q_iA)。

S6为了更精确描述人流分布情况，加入同类设施互斥力W和交通设施吸引作用力T，对步骤S5中的Q_iA进行修正，得到修正后的整合度Q_z＝Q_iA+W_i+T_i。

互斥力的产生是由于同类小型民生设施会与新建小型民生设施选址就客户展开竞争，而吸引力的产生是由于公交站、地铁等交通设施会吸引更多人流前往，为沿途的新建小型民生设施带来更多客户经过的可能性。互斥力和吸引力对新建小型民生设施的可能停留人流均有影响，且需满足以下条件：一是两者的影响都不能太强以至于对人流一般的分配规律产生颠覆性影响；二是根据选取的设施类型的不同，吸引力和互斥力作用范围可以进行调整；在本场景中，吸引力(公交站、地铁站)作用范围应大于互斥力(已建便利店)作用范围。

S61导入已有小型民生设施位置，将1号小型民生设施其转换为相邻轴线上的一点，该点在轴线任意点i上的互斥值W_i1计算公式如下：

W_i1＝-e^-x1*K₁*M₁

其中，M₁为1号已建小型民生设施的日均人流量，K₁为折算系数，本场景中取0.3-0.5之间，x¹为轴线任意点i与1号已建小型民生设施中之间的距离。

S62遍历所有同类小型民生设施，计算轴线任意点i上所有设施的互斥作用力W_i＝Σ(W_i1+W_i2+……+W_im)，m为同类设施的数量。

S63由于已有公交站点、地铁出入口对于人流有吸引力作用，导入现状公交站点、地铁出入口位置，将1号公交站点转换为相邻轴上的一点，该点在轴线任意点i上对于人口的吸引力T₁计算公式如下：

T_i1＝e^-x2*K₂*N₁

其中，N₁为1号公交站点(地铁口)的日均人流量，K₂为折算系数，本场景中取0.1-0.3之间，x₂为计算点距离1号公交站点(地铁口) 的距离。

S64遍历所有公交站点、地铁出入口，计算轴线任意点i上所有交通设施的吸引力T_i＝Σ(T_i1+T_i2+……+T_in)，n为交通设施的数量；

S7计算最终修正后的轴线整合度，Q_zi＝Q_iA+W_i+T_i，作为轴线上任一点i的最终整合度。

S8将整合度最高区域作为新建小型民生设施的建议范围，如图4 所示。

本方法中S4-S8均在Java语言环境中予以实现。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡任何背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化均应为等效的置换方式，都包含在本发明要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于改进型空间句法的小型民生设施选址方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

S1 导入研究区域的道路路网图，并根据人行实际情况绘制道路轴线图、出入口点；

S2 根据研究区域每一个建筑出入口位置，绘制出入口轴线段连接道路轴线图；

S3 对每个出入口点进行赋值，即将建筑内的人口数作为出入口人流初始值，计为O_j，j＝1……A，A为大于0的自然数，表示研究区域内所有建筑出入口的个数；

S4 将出入口点j的人流初始值分布在轴线任意点i上，i为大于0的自然数，并计算任意点i上出入口点j的初始整合度Q_ij＝O_j*S*Z*J，S为距离系数、Z为阻力系数、J为角度系数；

S5 以轴线为路径，遍历计算所有出入口的人流初始值分布在轴线任意点i初始整合度Q_iA，Q_iA＝Σ(Q_i1+Q_i2+Q_i3+……+Q_iA)；

S6 计算每一个同类设施互斥力W以及每一个交通设施吸引作用力T在轴线任意点i上的分配值，遍历所有同类设施及交通设施，W_i＝Σ(W_i1+W_i2+……+W_im)，T_i＝Σ(T_i1+T_i2+……+T_in)，m为同类设施的数量；n为交通设施的数量；

S7 计算最终修正后的轴线整合度，Q_zi＝Q_iA+W_i+T_i，作为轴线上任一点i的最终整合度；

S8 将整合度最高区域作为新建小型民生设施的建议范围。

2.根据权利要求1所述的基于改进型空间句法的小型民生设施选址方法，其特征在于：所述出入口轴线段包括普通人行步道轴线段B₀、斑马线轴线段B₁、立体交通设施轴线段B₂。

3.根据权利要求1所述的基于改进型空间句法的小型民生设施选址方法，其特征在于：所述距离系数S的计算方法为：

式中，x为任意点i到出入口点j的距离，σ²为方差，μ为预计发生最高人数衰减的距离值。

4.根据权利要求2所述的基于改进型空间句法的小型民生设施选址方法，其特征在于：所述阻力系数Z与该轴线段的类型对应，包括普通人行步道阻力系数Z₀、斑马线阻力系数Z₁、立体交通设施阻力系数Z₂，且Z₀>Z₁>Z₂。

5.根据权利要求1所述的基于改进型空间句法的小型民生设施选址方法，其特征在于：所述角度系数J根据道路夹角设置，0＜J≤1。

6.根据权利要求1所述的基于改进型空间句法的小型民生设施选址方法，其特征在于：所述轴线任意点i上第m个同类设施互斥力W_im的计算公式如下：

W_im＝-e^-x1*K₁*M_m

其中，M_m为第m个同类小型民生设施的日均人流量，K₁为互斥力折算系数，取值范围为0.3-0.5，x₁为轴线任意点i距离第m个同类小型民生设施的距离。

7.根据权利要求1所述的基于改进型空间句法的小型民生设施选址方法，其特征在于：所述交通设施吸引作用力T_i的计算公式如下：

T_in＝e^-x2*K₂*N_n

其中，N_n为第n个交通设施的日均人流量，K₂为吸引力折算系数，取值范围为0.1-0.3之间，x₂为轴线任意点i距离第n个交通设施的距离。

8.根据权利要求3所述的基于改进型空间句法的小型民生设施选址方法，其特征在于：所述任意点i到出入口点j的距离x为0.1～3公里。

9.根据权利要求4所述的基于改进型空间句法的小型民生设施选址方法，其特征在于：所述普通人行步道阻力系数Z₀＝1、斑马线阻力系数Z₁＝0.98、立体交通设施阻力系数Z₂＝0.96。

10.根据权利要求5所述的基于改进型空间句法的小型民生设施选址方法，其特征在于：道路夹角α＝180°时，J＝1；道路夹角α＝90°时，J＝0.5。

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