CN114723316B - 一种基于gis的城区公共设施的可达性评价方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价方法、系统及可读存储模块，涉及交通可达性评估技术领域，其包括获取基础地理信息数据，基础地理信息数据包括路网数据与街区数据；基于路网数据与街区数据采集需求点与公共设施之间的起讫点数据；基于起讫点数据，根据预设的出行模式，调用网络地图API，构建起讫点的OD成本矩阵；基于OD成本矩阵，通过GIS计算城区各公共设施的时间可达性数据和空间可达性数据；基于时间可达性数据和空间可达性数据，根据预设的评价算法，生成城区各公共设施的可达性评价结果。本申请具有提高城区公共设施的可达性评价结果准确性的效果。
Description
技术领域
本申请涉及交通可达性评估技术领域，尤其是涉及一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价方法、系统及可读存储模块。
背景技术
由于城镇化发展迅速、居民对文体设施、教育设施、医疗设施、交通设施以及商业设施等生活设施需求的提高，使得城市人口密集区域生活服务压力增大，因此进行城区公共设施的可达性分析具有重要意义。
地理信息系统(Geographic Information System，简称GIS)是在计算机软硬件资源的支持下，对地球表面事物或现象的地理属性数据进行采集、管理、分析、展示的计算机系统。GIS软件提供了专业的网络分析模块，用以实现对交通路网、设施网点等在内的网络分析功能。网络分析需要综合要素的空间数据、属性数据和拓扑关系等信息或数据，以实现对网络总体空间特征、数量特征、质量特征的分析计算，满足资源分配、设施选址、最佳路径分析等专业研究分析的需要。
交通网络可达性评价，是最佳路径分析原理的具体应用。对于区域交通网络“可达性”的衡量，是基于两个节点(或起讫点)及其之间的路线，计算阻力(出行时间或实际出行距离)最小的路径，区域内A点与其他所有节点的最短路径阻力(时间或距离)之和，理论上即为A点的可达性值。
目前，在基于GIS进行可达性评价时，多基于时间维度或空间维度进行评价，评价指标偏理论化与单一化，忽略了城市真实人口分布与复杂交通模式对各城市生活空间可达性的潜在影响，使得可达性评价结果准确性较为一般。
发明内容
为了提高城区公共设施的可达性评价结果的准确性，本申请提供一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价方法、系统及可读存储模块。
第一方面，本申请提供的一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价方法采用如下的技术方案：
一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价方法，包括，
获取基础地理信息数据，所述基础地理信息数据包括路网数据与街区数据；
基于所述路网数据与所述街区数据采集需求点与公共设施之间的起讫点数据；
基于所述起讫点数据，根据预设的出行模式，调用网络地图API，构建起讫点的OD成本矩阵；
基于所述OD成本矩阵，通过GIS计算城区各公共设施的时间可达性数据和空间可达性数据；基于所述时间可达性数据和空间可达性数据，根据预设的评价算法，生成城区各公共设施的可达性评价结果。
通过采用上述技术方案，本申请通过基础地理信息数据采集需求点(也就是现实生活中的居民点)与公共设施之间的起讫点数据，并以此起讫点为输入，根据预设的出行模式，调用网络地图的API接口，基于网络地图活动OD成本矩阵，并基于该OD成本矩阵进行各公共设施的可达性评价。利用网络地图API中的路径规划接口，获取起始点到终止点的旅行成本，这种方法可以根据实时路况，考虑多种交通方式以及换乘组合。因为网络地图云端数据包含了大量的高精度真实交通数据，考虑了道路的交通阻抗，例如道路的性质和质量，交通方式，转弯所需的时间，高峰时段的拥堵，交通信号灯和交通控制。从而使得起讫点之间的通行时间与通行距离计算更加贴合实际，进而提高城区公共设施的可达性评价结果的准确性。
可选的，方法还包括，获取各街区数据对应的常住人口数据，所述常住人口数据包括人口数量数据与人口年龄数据；基于所述常住人口数据，根据预设的供求算法，生成城区各公共设施的在预设的阈值内的资源可达性数据；
基于所述资源可达性数据，根据预设的融合算法，更新上述各公共设施的可达性评价结果。
通过采用上述技术方案，公共空间可达性评价与该公共设置周围的人口密度与人口年龄具有一定的关系，人口密度越大，人口平均年龄越大，对公共设施的需求量也就越高，周围公共设施的使用占比也就越大，其可达性也就随之降低，基于此隐含联系，发明人通过获取各街区数据对应的常住人口数据，生成各公共设施的资源可达性数据，并将此数据融合至可达性评价结果内，从而进一步提高城区公共设施的可达性评价结果的准确性。
可选的，所述基于所述常住人口数据，根据预设的供求算法，生成城区各公共设施的在预设的阈值内的资源可达性数据，包括，
获取各公共设施的供给量；
以各公共设施为中心，搜索所述阈值内的需求方集合；
基于所述人口数量数据与所述人口年龄数据，根据预设的需求推算模型，生成各需求方对应的需求量；
基于所述供给量与各所述需求量，生成供需比；
以各需求方为中心，搜索所述阈值内的各公共设施的集合，并汇总落入所述阈值内所有公共设施的所述供需比之和，得到所述资源可达性数据。
通过采用上述技术方案，对各公共设施的服务供给与各街区到的需求进行综合考虑，并进行量化计算，得到资源可达性数据。
可选的，所述基于所述人口数量数据与所述人口年龄数据，根据预设的需求推算模型，生成各需求方对应的需求量，进一步包括，基于各公共设施的所述空间可达性数据，根据预设的衰减函数，更新各需求方对应的所述需求量。
通过采用上述技术方案，在阈值内各公共设施点对各街区的可达性的影响程度是不同的，存在距离衰减效应。距离越远，该公共设施的服务对街区的服务能力也就越若，进而影响该公共设施的资源可达性。从而提高了资源可达性数据的定量准确性，并提高城区公共设施的可达性评价结果的准确性。
可选的，所述出行模式包括驾车模式、公交模块、骑行模式与步行模式。
通过采用上述技术方案，根据上述四种模式分别进行路径规划，进而对各出行模式对应的公共空间可达性进行全面评价，得出各出行模式对应的评价结果。
可选的，方法还包括，
建立各可达性评价结果对应的色块图；
基于GIS显示服务将所述基础地理信息数据以及所述可达性评价结果对应的色块图可视化显示。
通过采用上述技术方案，使用GIS服务将可达性评价结果对应的色块图显示在基础地理信息数据图上，实现数据可视化。同时，不同出现模式的可视化结果显示在不同图层上。
第二方面，本申请还提供了一种计算机可读存储模块，采用如下技术方案：
一种计算机可读存储模块，包括存储器，所述存储器存储有用于执行上述方法中任意一项所述的一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价方法所对应的程序数据。
通过采用上述技术方案，将上述方法所对应的程序数据存储至可读存储模块中，便于该方法的推广与使用。
第三方面，本申请还通过了一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价系统，采用如下技术方法:
一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价系统，包括：
数据采集模块，数据连接于云端数据库，用于获取基础地理信息数据与常住人口数据；
路径规划模块，数据连接于所述数据采集模块与网络地图API接口，用于获取OD成本矩阵；上述技术中所述的一种计算机可读存储模块；
数据分析模块，数据连接于所述数据采集模块、所述路径规划模块与上述一种计算机存储模块，接收所述数据采集模块的获取基础地理信息数据与常住人口数据与所述路径规划模块的OD成本矩阵，基于所述一种计算机存储模块中存储的一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价方法对应的程序数据，对上述基础地理信息数据、常住人口数据与OD成本矩阵进行处理，得到可达性评价结果。
通过采用上述技术方案，数据采集模块采集云端基础地理信息数据与常住人口数据，基于基础地理信息数据获取起讫点数据，路径规划模块基于起讫点数据并通过网络地图API接口获取OD成本矩阵。基于OD成本矩阵与常住人口数据。数据分析模块分析得到可达性评价结果。
可选的，系统还包括显示模块，数据连接于所述数据分析模块与外部GIS服务模块，用于显示所述可达性评价结果。
通过采用上述技术方案，便于对可达性评价结果进行可视化输出。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请通过基础地理信息数据采集需求点(也就是现实生活中的居民点)与公共设施之间的起讫点数据，并以此起讫点为输入，根据预设的出行模式，调用网络地图的API接口，基于网络地图活动OD成本矩阵，并基于该OD成本矩阵进行各公共设施的可达性评价。利用网络地图API中的路径规划接口，获取起始点到终止点的旅行成本，这种方法可以根据实时路况，考虑多种交通方式以及换乘组合。因为网络地图云端数据包含了大量的高精度真实交通数据，考虑了道路的交通阻抗，例如道路的性质和质量，交通方式，转弯所需的时间，高峰时段的拥堵，交通信号灯和交通控制。从而使得起讫点之间的通行时间与通行距离计算更加贴合实际，进而提高城区公共设施的可达性评价结果的准确性；
2.公共空间可达性评价与该公共设置周围的人口密度与人口年龄具有一定的关系，人口密度越大，人口平均年龄越大，对公共设施的需求量也就越高，周围公共设施的使用占比也就越大，其可达性也就随之降低，基于此隐含联系，发明人通过获取各街区数据对应的常住人口数据，生成各公共设施的资源可达性数据，并将此数据融合至可达性评价结果内，从而进一步提高城区公共设施的可达性评价结果的准确性；
3.在阈值内各公共设施点对各街区的可达性的影响程度是不同的，存在距离衰减效应。距离越远，该公共设施的服务对街区的服务能力也就越若，进而影响该公共设施的资源可达性。从而提高了资源可达性数据的定量准确性，并提高城区公共设施的可达性评价结果的准确性。
附图说明
图1是本申请实施例一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价方法的流程框图。
图2是本申请实施例一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价方法的更新可达性评价结果的流程框图。
图3是本申请实施例一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价方法中生成资源可达性数据的流程框图。
图4是本申请实施例一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价系统的结构框图。
附图标记说明：1、数据采集模块；2、路径规划模块；3、可读存储模块；4、数据分析模块；5、显示模块。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例中所述的方法步骤，其执行顺序可以按照具体实施方式中所述的顺序执行，也可以根据实际需要，在能够解决技术问题的前提下，调整各步骤的执行顺序，在此不一一列举。
下面结合说明书附图对本申请实施例作进一步详细描述。
本申请实施例公开一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价方法。本实施例基于粤港澳地区的待评价地区特别行政区为方法的实施对象，在其他一些实施例中，该方法也可以其他城市为实施对象。
参照图1，一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价方法，包括：
S1，获取基础地理信息数据，基础地理信息数据包括路网数据与街区数据。具体的，本申请从OpenStreetMap官网上获取待评价地区2021年基础地理信息数据。将此数据加载到AreGIS中后，进行投影坐标系统的定义，设置投影坐标系为WGS_1984UTM(WorldGeodetic System 1984，Universal Transverse Mercator Projection--通用横轴墨卡托投影)，以便为后期长度计算、面积计算提供坐标参考。
S2，基于路网数据与街区数据采集需求点与公共设施之间的起讫点数据。具体的，需求点为街区数据内各居民点数据，以该居民点对应的质心位置为起点。公共设施包括文体设施、教育设施、医疗设施、交通设施以及商业设施，本实施例以医疗设施为终点，进行待评价地区城区医疗空间可达性评价，其他公共设施的可达性评价方法与医疗设施的可达性评价方法相同，在本实施例中不再赘述。基于待评价地区的路网数据与街区数据，本实施例共采集到居民点即起点458个，医疗设施即终点179个。
S3，基于起讫点数据，根据预设的出行模式，调用网络地图API，构建起讫点的OD成本矩阵。具体的，将起讫点数据进行坐标转换，形成以BD-09H坐标组成的OD网络矩阵，再结合预设的出行模式，包括驾车模式、公交模式、骑行模式以及步行模式，使用爬虫工具调用网络地图API，对OD路径出行时间和出行距离进行批量查询，从而生成OD成本矩阵。
S4，基于OD成本矩阵，通过GIS计算城区各公共设施的时间可达性数据和空间可达性数据。具体的，通过AreGIS计算出步骤S2中458个起点与179个终点之间的出行时间成本与出行距离成本，并对每一个起讫点的出行时间成本与出行空间成本进行累加，从而获得其各自的时间可达性数据与空间可达性数据。
S5，基于时间可达性数据和空间可达性数据，根据预设的评价算法，生成城区各公共设施的可达性评价结果。其中，预设的评价算法如下：
其中，RA即为可达性评价结果，Ti、Si分别为医疗设施i的时间可达性数据与空间可达性数据，T、S分别为网络内所有医疗设施的时间可达性平均值与空间可达性平均值，α、β为权重系数。可达性评价结果体现了各医疗设施的可达性高低，医疗设施的真实可达性水平与可达性评价结果RA成反比，即RA越小，该医疗设施的真实可达性水平越高。
进一步的，方法还包括以下步骤，
S6，获取各街区数据对应的常住人口数据，常住人口数据包括人口数量数据与人口年龄数据。具体的，本文通过全球变化科学研究数据出版系统获取待评价地区458个街区的人口数量数据以及人口年龄数据。
S7，基于常住人口数据，根据预设的供求算法，生成城区各公共设施的在预设的阈值内的资源可达性数据。步骤S7具体包括以下子步骤：
S71，获取各公共设施的供给量，本实施例中医疗设施的供给量由医疗设施床位数以及医疗设施医护人员数量决定，该数据来源于待评价地区卫健委官方统计。
S72，以各公共设施为中心，搜索所述阈值内的需求方集合，阈值范围可设置为15min、30min、45min以及60min。
S73，基于人口数量数据与人口年龄数据，根据预设的需求推算模型，生成各需求方对应的需求量，其中，需求推算模型如下：
其中，fi(n,a)表示第i个需求点对医疗设施的需求量，n为该需求点的人口数量数据，a为该需求点人口对应的人口年龄数据，σ、μ为两常数。
上述需求量fi(n,a)与需求点的人工数量数据与年龄数量数据相关，为体现实际需求量与供需双方距离的关系，本申请基于各公共设施的空间可达性数据即供需双方距离关系，根据预设的衰减函数，更新各需求方对应的所述需求量。上述衰减函数可选用为高斯衰减函数：
其中，dij为供需双方的距离。
基于上述高斯衰减函数更新需求量:
S74，基于所述供给量与各所述需求量，生成供需比，具体的，需求比通过以下公式求出：
其中，Rj为供需比，Sj为供给方j的供给量，fi(n,a)为搜索域dij≤d0内需求方i的需求量，dij为供需双方的距离。
S75，以各需求方为中心，搜索所述阈值内的各公共设施的集合，并汇总落入所述阈值内所有公共设施的所述供需比之和，得到所述资源可达性数据。具体的，供需比之和计算方式如下：
式中，Ai即为资源可达性数据，其实质是一个总供需比值。
S8，基于资源可达性数据，根据预设的融合算法，更新上述各公共设施的可达性评价结果。具体的，融合算法如下：
其中，Ai为资源可达性数据，A为网络内所有医疗设施的资源可达性平均值。
进一步的，该方法还包括，
S9，建立各可达性评价结果对应的色块图，本实施例以医疗设施可达性评价结果由低到高依次分为：红色，表示过剩供给；橙色，表示充足供给；黄色，表示适宜供给；绿色，表示较低供给；蓝色，表示短期供给；灰色，表示无供给。
S10，基于GIS显示服务将基础地理信息数据以及可达性评价结果对应的色块图可视化显示。
本申请实施例一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价方法的实施原理为：在对城区公共设施可达性进行评价时，本申请首先利用网络地图API中的路径规划接口，获取起始点到终止点的旅行成本，基于此旅行成本求出城区公共设施时间可达性数据与空间可达性数据，这种方法可以根据实时路况，考虑多种交通方式以及换乘组合。因为网络地图云端数据包含了大量的高精度真实交通数据，考虑了道路的交通阻抗，例如道路的性质和质量，交通方式，转弯所需的时间，高峰时段的拥堵，交通信号灯和交通控制，极大提高了时间可达性数据与空间可达性数据的准确性。同时本申请进一步引入资源可达性数据，通过人口数量数据与人口年龄数据得到资源可达性数据，进一步将人口结构因素融合至公共设施可达性评价结果中，从而得到了较为准确的城区公共设施的可达性评价结果。
本申请实施例还公开一种计算机可读存储模块。
具体来说，该计算机可读存储模块，其存储有能够被处理器加载并执行如上述一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价方法的计算机程序，该计算机可读存储模块例如包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
基于上述计算机可读存储模块，为实现所述一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价方法，本申请实施例还公开一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价系统。
参照图，一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价系统，包括数据采集模块1，路径规划模块2，计算机可读存储模块3、数据分析模块4以及显示模块。
数据采集模块1，数据连接于OpenStreetMap官网，用于获取基础地理信息数据。同时数据采集模块1还数据连接于全球变化科学研究数据出版系统，用于获取常住人口数据。
路径规划模块2，数据连接于数据采集模块1并通过网络爬虫技术数据连接于网络地图API接口，用于获取OD成本矩阵。
计算机可读存储模块3在本实施例中选用为存储有一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价方法的计算机程序的随机存取存储器。
数据分析模块4，数据连接于数据采集模块1、路径规划模块2与上述一种计算机存储模块，接收数据采集模块1的获取基础地理信息数据与常住人口数据与路径规划模块2的OD成本矩阵，基于一种计算机存储模块中存储的一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价方法对应的程序数据，对上述基础地理信息数据、常住人口数据与OD成本矩阵进行处理，得到可达性评价结果。
显示模块，数据连接于数据分析模块4与外部GIS服务模块，用于显示可达性评价结果。
本申请实施例一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价系统的实施原理为：数据采集模块1采集云端基础地理信息数据与常住人口数据，基于基础地理信息数据获取起讫点数据，路径规划模块2基于起讫点数据并通过网络地图API接口获取OD成本矩阵。基于OD成本矩阵与常住人口数据。数据分析模块4分析得到可达性评价结果。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价方法，其特征在于：包括，获取基础地理信息数据，所述基础地理信息数据包括路网数据与街区数据；基于所述路网数据与所述街区数据采集需求点与公共设施之间的起讫点数据；基于所述起讫点数据，根据预设的出行模式，调用网络地图API，构建起讫点的OD成本矩阵；将起讫点数据进行坐标转换，形成以BD-09H坐标组成的OD网络矩阵，结合预设的出行模式，使用爬虫工具调用网络地图API，对OD路径出行时间和出行距离进行批量查询，生成OD成本矩阵；基于所述OD成本矩阵，通过GIS计算城区各公共设施的时间可达性数据和空间可达性数据；基于所述时间可达性数据和空间可达性数据，根据预设的评价算法，生成城区各公共设施的可达性评价结果；其中，预设的评价算法如下：，其中，RA即为可达性评价结果，Tm、Sm分别为医疗设施m的时间可达性数据与空间可达性数据，T、S分别为网络内所有医疗设施的时间可达性平均值与空间可达性平均值，α、β为权重系数；可达性评价结果体现了各医疗设施的可达性高低，医疗设施的真实可达性水平与可达性评价结果RA成反比，即RA越小，该医疗设施的真实可达性水平越高；获取各街区数据对应的常住人口数据，所述常住人口数据包括人口数量数据与人口年龄数据；基于所述常住人口数据，根据预设的供求算法，生成城区各公共设施的在预设的阈值内的资源可达性数据；基于所述资源可达性数据，根据预设的融合算法，更新上述各公共设施的可达性评价结果；融合算法如下：/>，其中，Am为资源可达性数据，A为网络内所有医疗设施的资源可达性平均值；所述基于所述常住人口数据，根据预设的供求算法，生成城区各公共设施的在预设的阈值内的资源可达性数据，包括，
获取各公共设施的供给量；以各公共设施为中心，搜索所述阈值内的需求方集合；基于所述人口数量数据与所述人口年龄数据，根据预设的需求推算模型，生成各需求方对应的需求量；其中，需求推算模型如下：
，其中，fi（n,a）表示第i个需求点对医疗设施的需求量，n为该需求点的人口数量数据，a为该需求点人口对应的人口年龄数据，σ、μ为两常数；基于所述供给量与各所述需求量，生成供需比；其中，供需比通过以下公式求出：/>，其中，Rj为供需比，Sj为供给方j的供给量，fi（n,a）为搜索域dij≤do内需求方i的需求量，dij为供需双方的距离；以各需求方为中心，搜索所述阈值内的各公共设施的集合，并汇总落入所述阈值内所有公共设施的所述供需比之和，得到所述资源可达性数据；其中，供需比之和计算方式如下：
，式中，Am即为资源可达性数据，其实质是一个总供需比值；所述基于所述人口数量数据与所述人口年龄数据，根据预设的需求推算模型，生成各需求方对应的需求量，进一步包括，基于各公共设施的所述空间可达性数据，根据预设的衰减函数，更新各需求方对应的所述需求量；其中，所述衰减函数选用为高斯衰减函数：/>，其中，dij为供需双方的距离；基于所述高斯衰减函数更新需求量：/>，所述出行模式包括驾车模式、公交模块、骑行模式与步行模式；建立各可达性评价结果对应的色块图；基于GIS显示服务将所述基础地理信息数据以及所述可达性评价结果对应的色块图可视化显示。
2.一种计算机可读存储介质，其特征在于：包括存储器，所述存储器存储有用于执行如权利要求1所述的一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价方法所对应的程序数据。
3.一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价系统，其特征在于：包括，数据采集模块(1)，数据连接于云端数据库，用于获取基础地理信息数据与常住人口数据；路径规划模块(2)，数据连接于所述数据采集模块(1)与网络地图API接口，用于获取OD成本矩阵；如权利要求2所述的一种计算机可读存储介质(3)；数据分析模块(4)，数据连接于所述数据采集模块(1)、所述路径规划模块(2)与上述一种计算机可读存储介质，接收所述数据采集模块(1)的获取基础地理信息数据与常住人口数据与所述路径规划模块(2)的OD成本矩阵，基于所述一种计算机可读存储介质中存储的一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价方法对应的程序数据，对上述基础地理信息数据、常住人口数据与OD成本矩阵进行处理，得到可达性评价结果。
4.根据权利要求3所述的一种基于GIS的城区公共设施的可达性评价系统，其特征在于：系统还包括显示模块，数据连接于所述数据分析模块(4)与外部GIS服务模块，用于显示所述可达性评价结果。
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