CN113379241A - 基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局方法与系统，属于城市规划领域，包括以下步骤：实测山地村镇不同坡度地形条件步行上下坡的速度，建立坡度‑速度的回归方程；利用回归方程，计算山地村镇路网每段道路上下行的实际速度；再将各类村镇公共服务设施建立等时圈模型，计算等时圈内建设用地覆盖率，根据占比的大小决定是否新建公共服务设施点；调整新建公共服务设施点布点位置。该方法通过一种存储介质和一种计算执行装置进行存储和计算。同时，该系统包括数据获取模块、计算处理模块、输出显示模块。如此可以提高山地村镇公共服务设施布局评价的针对性和准确性，为村镇公共服务设施的建设决策提供了理性支撑。

Description

基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局方法与系统
技术领域
本发明属于城市规划领域，具体涉及基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局方法与系统。
背景技术
在新时代背景下，建立健全村镇公共服务设施体系是提高国民整体生活水平的必要途径。在评价村镇公共服务设施布局合理性基础上进一步优化布局是城市建设精准配置村镇公共服务设施的重要环节。对设施使用者村民而言，村镇公共服务设施布局合理性不仅是设施的数量与质量，更是能否方便快捷地到达设施点，即时间成本成为衡量服务设施布局合理性的重要因素。然而现阶段对服务设施布局合理性的评价大多仍局限于人均设施规模、设施服务半径等指标，显然难以全面反映村镇公共服务设施空间分布格局的合理性，尤其在山地城市，地形地貌特殊，坡崖陡坎众多，需要克服上坡、下坡等空间阻碍，导致到达服务设施的平面距离与实际耗费的出行成本间并非成正比关系。其次，当前村镇公共服务设施的布局评价和优化方法针对传统平原地区为主，其规划经验对山地村镇公共服务设施布局规划的指导意义存在不适配问题。
发明内容
为了解决以上问题，本发明的目的在于提供基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局方法与系统,能够提高山地村镇公共服务设施布局评价的针对性和准确性，弥补山地村镇公共服务设施布局研究的不足，实现了设施布局合理性评价和设施布局优化的精准衔接，为山地村镇公共服务设施的建设决策提供了理性支撑，有效解决了山地村镇服务设施建设与村民日常生活需求不适应的矛盾。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局方法，其特征在于，所述方法包括：
根据不同坡度上下坡的步行速度变化并建立坡度-速度的回归方程；
利用坡度-速度的回归方程，计算路网中每段道路上下行的实际速度；
以公共服务设施点为中心，建立等时圈模型，将等时圈模型与村镇建设用地数据进行相交分析，筛选出等时圈覆盖范围内的建设用地，计算建设用地在等时圈覆盖范围内的面积占比，根据占比的大小决定是否新建公共服务设施点；
通过调整新建公共服务设施点布点位置，循环计算建设用地在等时圈覆盖范围内的面积占比，选取等时圈覆盖范围内的面积占比最高的方案。
进一步的，所述公共服务设施点数据根据设施功能类型分成5大类，分别为行政管理设施、教育服务设施、文化体育设施、医疗卫生设施、社会福利设施。所述行政管理设施下分党政、公安、城建3小类；教育服务设施下分幼托、小学、初中、高中4小类；文化体育设施下分文化娱乐、体育设施、图书科技设施、文物纪念设施4小类；医疗卫生设施下分医疗保健设施、防疫计生设施、疗养设施3小类。
进一步的，所述坡度-速度的回归方程的建立包括以下五个步骤：
步骤一、在目标山地村镇选择平坡和非平坡地形条件的样本地段多个；
步骤二、测量各样本路段上下行起终点的高程值，计算路段上下行平均坡度正负值；
步骤三、在选定的样本路段，同一健康青年实验者佩戴计时设备在各路段步行行进，分别测量上下行的时间；
步骤四、计算在不同坡度上下行的行进速度；
步骤五、将上下行平均坡度正负值及其对应速度值建立关系模型，即速度-坡度回归方程。
进一步的，所述步行实际速度的测定包括如下三个步骤：
步骤一、将目标山地村镇中地形数据、路网数据、公共服务设施点数据统一数据格式、坐标、高程，依次录入地理信息平台；
步骤二、基于空间位置关联地形和路网数据，基于获取每段道路起终点高程值，计算每段道路上下行高程差；
步骤三、通过速度-坡度回归方程结合每段道路坡度正负值，计算路网中每段道路上下步行实际速度。
进一步的，所述等时圈模型的建立包括如下四个步骤：
步骤一、在地理信息平台为路网层建构道路网络数据集，并为道路网络数据集指定各段道路上下步行对应的实际速度属性并计算时间；
步骤二、以公共服务设施点为中心，以相同的时间为间隔，分别计算每条道路的实际可达距离，并将同一时间范围内的可达距离点进行连接，形成以公共服务设施为中心的等时圈模型；
步骤三、将各类公共服务设施的等时圈模型的矢量数据文件，和村镇建设用地数据进行相交分析，计算在等时圈覆盖范围内建设用地面积占建设用地总面积比例Pu；
步骤四、判断Pu是否小于80％，若Pu数值不小于80％判定为合格的布局方案，若Pu数值小于80％，判定为需要优化的布局方案，通过调整新建公共服务设施点布点位置进行调整，直至Pu数值不小于80％。
进一步的，所述基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局系统，包括数据获取模块、计算处理模块、输出显示模块，其特征在于；
所述数据获取模块：用于获取目标山地村镇的公共服务设施点、交通路网数据、地形数据以及村镇建设用地矢量数据；
所述计算处理模块：用于建立坡度-速度的回归方程、计算路网中每段道路上下行的实际速度、建立等时圈模型、计算得出最优的新建公共服务设施点布点位置；
所述输出显示模块：对计算处理模块的计算结果进行显示输出。
进一步的，所述输出显示模块外接全彩色喷墨打印机以word形式打印输出该山地村镇公共服务设施布局方案。
进一步的，利用存储介质记录基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局方法。
进一步的，利用计算执行装置计算基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局方法。
本发明的有益效果：
本发明提高了山地村镇公共服务设施布局评价的针对性，传统的评价方法忽视了地形造成的时间成本的差异，评价分析结果误差较大，本发明考虑山地村镇的地形因素，更加准确地挖掘村镇公共服务设施布局问题；
本发明基于实测速度建立山地村镇坡度的速度方程，不同于传统研究的理论山地速度，更加真实地评价了山地村镇公共服务设施布局的服务水平；
本发明实现了山地村镇公共服务设施评价、优化布局的智能衔接，不同于传统山地村镇公共服务设施布局评价环节智能化、优化环节人工化的脱节，更加高效地实现了优化方案的智能生成，提高了村镇公共服务设施布局的科学性；
附图说明
图1为本发明实施例的整体方法流程图；
图2为本发明实施例行驶速度-坡度影响方程实测示意图；
图3为本发明实施例输出报告示意图；
图3-1为本发明实施例输出报告示意图中，教育服务设施小学的现状分布图；
图3-2为本发明实施例输出报告示意图中，教育服务设施小学的现状服务等时圈测算结果图；
图3-3为本发明实施例输出报告示意图中，教育服务设施小学的布局调整示意图；
图3-4为本发明实施例输出报告示意图中，调整过的教育服务设施小学的现状服务等时圈测算图。
具体实施方式
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本公开保护的范围。
本发明实施例公开了基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局方法与系统，以下某山地村镇地段的公共服务设施布局为案例和附图来详细说明本发明的技术方案，如图1所示，包括：
根据不同坡度上下坡的步行速度变化并建立坡度-速度的回归方程；
利用坡度-速度的回归方程，计算路网中每段道路上下行的实际速度；
以公共服务设施点为中心，建立等时圈模型，将等时圈模型与村镇建设用地数据进行相交分析，筛选出等时圈覆盖范围内的建设用地，计算建设用地在等时圈覆盖范围内的面积占比，根据占比的大小决定是否新建公共服务设施点；
通过调整新建公共服务设施点布点位置，循环计算建设用地在等时圈覆盖范围内的面积占比，选取等时圈覆盖范围内的面积占比最高的方案。
上述公共服务设施点数据根据设施功能类型分成如下表所示5大类，分别为行政管理设施、教育服务设施、文化体育设施、医疗卫生设施、社会福利设施。其中，行政管理设施下分党政、公安、城建3小类；教育服务设施下分幼托、小学、初中、高中4小类；文化体育设施下分文化娱乐、体育设施、图书科技设施、文物纪念设施4小类；医疗卫生设施下分医疗保健设施、防疫计生设施、疗养设施3小类。
Figure BDA0003108800370000061
Figure BDA0003108800370000071
上述坡度-速度的回归方程的建立包括以下五个步骤：
步骤一、在目标山地村镇选择1km长度的平坡和非平坡地形条件的样本地段各2个(其中平坡为0-7°、非平坡地形是7°以上)，分别编号为1-1、1-2、2-1、2-2、3-1、3-2、4-1、4-2；
步骤二、采用GPS定位设备测量各样本路段上下行起终点的高程值H(单位为m)，计算路段上下行平均坡度正负值sin︱W︱＝0.001*︱Hm起点-Hm终点︱(m为路段编号)，当Hm起点高于Hm终点，W记为负，当Hm起点低于Hm终点，W记为正；
步骤三、如图2所示，在选定的样本路段，同一健康青年实验者佩戴计时设备在各路段步行行进，分别测量上下行的时间Tm上行、Tm下行(m为路段编号)；
步骤四、用公式Vm上行＝1/Tm、Vm下行＝1/Tm下行计算在不同坡度上下行的行进速度；上述步骤实测结果记录如下：
Figure BDA0003108800370000072
步骤五、将上下行平均坡度正负值W及其对应速度值V建立关系模型，本实施例行驶速度的坡度影响回归方程为V＝5-0.2W-0.006W2(其中a、b、c是常数,V是速度，W坡度)；
上述步行实际速度的测定包括以下三个步骤：
步骤一、将目标山地村镇中地形数据、路网数据、公共服务设施数据统一数据格式、坐标、高程，依次录入地理信息平台；
步骤二、基于空间位置关联地形和路网数据，基于获取每段道路起终点高程值，计算每段道路上下行高程差以及坡度正负值；
步骤三、通过速度-坡度回归方程结合每段道路坡度正负值，计算路网中每段道路上下步行实际速度。
上述等时圈模型的建立包括以下四个步骤：
步骤一、在地理信息平台为路网层建构道路网络数据集，并为道路网络数据集指定各段道路上下行对应的实际速度属性并计算时间，其中FT方向时间属性指定为上行时间，TF方向时间属性指定为下行时间；
步骤二、以村镇公共服务设施点为中心，5分钟为间隔，分别计算每条道路的实际可达距离，并将同一时间范围内的可达距离点进行连接，形成以公共服务设施为中心、5分钟为间隔的等时圈模型，生成对应shp格式矢量文件；
步骤三、将各类村镇公共服务设施30min等时圈模型的矢量数据文件，和村镇建设用地数据进行相交分析，计算在等时圈覆盖范围内建设用地面积占建设用地总面积比例Pu(u为村镇公共服务设施分类代号)；
步骤四、判断Pu是否小于80％，若Pu数值不小于80％，判定为合格的布局方案，若Pu数值小于80％，判定为需要优化的布局方案，通过调整新建公共服务设施点布点位置进行调整，直至Pu数值不小于80％。
上述基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局系统，包括数据获取模块、计算处理模块、输出显示模块，其特征在于：
所述数据获取模块：用于获取目标山地村镇的公共服务设施点、交通路网数据、地形数据以及村镇建设用地矢量数据；其中，借助百度、Google两大网络开源平台获得村镇公共服务设施点数据(包括设施名称、设施类型、设施经纬度信息)和道路矢量数据(包括路网等级属性、路网长度信息)，并将村镇公共服务设施根据功能类型进行分类，通过无人机倾斜摄影技术测绘获取目标山地村镇的地形数据(包括高程信息)，以及山地村镇建设用地数据(包括建设用地边界、建设用地面积等信息)；
所述计算处理模块：用于建立坡度-速度的回归方程、计算路网中每段道路上下行的实际速度、建立等时圈模型、计算得出最优的新建公共服务设施点布点位置；
所述输出显示模块：对计算处理模块的计算结果进行显示输出(如图3所示，小学教育设施布局优化结果)，所述输出方案包括设施布局现状(如图3-1所示)、现状设施服务等时圈覆盖测算结果(如图3-2所示)、经调整的设施布局(如图3-3所示)、调整设施布局后的服务等时圈覆盖计算结果(如图3-4所示)。
上述基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局系统，其特征在于，所述输出显示模块外接全彩色喷墨打印机以word形式打印输出该山地村镇公共服务设施布局方案。
上述基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局系统，其特征在于，利用存储介质记录基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局方法。
上述基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局系统，其特征在于，利用计算执行装置计算基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局方法。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (10)

1.基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局方法，其特征在于，所述发明包括：
根据实测不同坡度上下坡的步行速度变化并建立坡度-速度的回归方程；
利用坡度-速度的回归方程，计算路网中每段道路上下行的实际速度；
以村镇公共服务设施点为中心，建立等时圈模型，将等时圈模型与村镇建设用地数据进行相交分析，筛选出等时圈覆盖范围内的建设用地，计算建设用地在等时圈覆盖范围内的面积占比，根据占比的大小决定是否新建公共服务设施点；
通过调整新建公共服务设施点布点位置，循环计算建设用地在等时圈覆盖范围内的面积占比，选取等时圈覆盖范围内的面积占比最高的方案。
2.根据权利要求1所述的基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局方法，其特征在于，所述村镇公共服务设施点数据根据设施功能类型分成5大类，分别为行政管理设施、教育服务设施、文化体育设施、医疗卫生设施、社会福利设施。
3.根据权利要求2所述的基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局方法，其特征在于，所述行政管理设施下分党政、公安、城建3小类；教育服务设施下分幼托、小学、初中、高中4小类；文化体育设施下分文化娱乐、体育设施、图书科技设施、文物纪念设施4小类；医疗卫生设施下分医疗保健设施、防疫计生设施、疗养设施3小类。
4.根据权利要求1所述的基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局方法，其特征在于，所述坡度-速度的回归方程的建立包括以下步骤:
步骤一、在目标山地村镇选择平坡和非平坡地形条件的样本地段多个；
步骤二、测量各样本路段上下行起终点的高程值，计算路段上下行平均坡度正负值；
步骤三、在选定的样本路段，同一健康青年实验者佩戴计时设备在各路段步行行进，分别测量上下行的时间；
步骤四、计算在不同坡度上下行的行进速度；
步骤五、将上下行平均坡度正负值及其对应速度值建立关系模型，即速度-坡度回归方程。
5.根据权利要求1所述的基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局方法，其特征在于，所述路网各段道路步行实际速度的测定包括如下步骤：
步骤一、将目标山地村镇中地形数据、路网数据、村镇公共服务设施点数据统一数据格式、坐标、高程，依次录入地理信息平台；
步骤二、基于空间位置关联地形和路网数据，基于获取每段道路起终点高程值，计算每段道路上下行高程差；
步骤三、通过速度-坡度回归方程结合每段道路坡度正负值，计算路网中每段道路上下步行实际速度。
6.根据权利要求1所述的基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局方法，其特征在于，所述等时圈模型的建立包括如下步骤:
步骤一、在地理信息平台为路网层建构道路网络数据集，并为道路网络数据集指定各段道路上下步行对应的实际速度属性并计算时间；
步骤二、以村镇公共服务设施点为中心，以相同的时间为间隔，分别计算每条道路的实际可达距离，并将同一时间范围内的可达距离点进行连接，形成以村镇公共服务设施为中心的等时圈模型；
步骤三、将各类村镇公共服务设施的等时圈模型的矢量数据文件，和村镇建设用地数据进行相交分析，计算在等时圈覆盖范围内建设用地面积占建设用地总面积比例Pu；
步骤四、判断Pu是否小于80％，若Pu数值不小于80％判定为合格的布局方案，若Pu数值小于80％，判定为需要优化的布局方案，通过调整新建公共服务设施点布点位置进行调整，直至Pu数值不小于80％。
7.一种基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局系统，包括数据获取模块、计算处理模块、输出显示模块，其特征在于；
所述数据获取模块：用于获取目标山地村镇的公共服务设施点、交通路网数据、地形数据以及村镇建设用地矢量数据；
所述计算处理模块：用于建立坡度-速度的回归方程、计算路网中每段道路上下行的实际速度、建立等时圈模型、计算得出最优的新建公共服务设施点布点位置；
所述输出显示模块：对计算处理模块的计算结果进行显示输出。
8.根据权利要求7所述的基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局方法，其特征在于，所述输出显示模块外接全彩色喷墨打印机以word形式打印输出占该山地村镇公共服务设施布局方案。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质记录有权利要求1所述的基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局方法。
10.一种计算执行装置，其特征在于，所述计算执行装置用于计算权利要求1所述的基于服务等时圈的山地村镇公共服务设施布局方法。
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