基于网络地图服务的公共设施多模式交通时空可达性测度研究 ——以南京市为例

论文摘要

可达性常用于评测公共设施空间布局的合理性,其测度指标不仅可以反映居民借助交通工具抵达各类公共设施获取相应服务的难易程度,而且能够揭示资源空间配置是否均衡的程度,并精确识别出公共设施资源服务匮乏的区域。因此,合理有效的公共设施可达性测度对于发展空间公平理论、实现“基本公共服务均等化”的目标以及可持续的经济发展具有重要意义。目前,国内外针对公共设施可达性的研究较多,但更多只是对城市不同区域设施空间可达性做出测度。然而,可达性测度并不局限于二维平面空间,时间也是重要的考量。在这一方面,由于以往可达性测度的方法主要基于GIS空间分析技术的不同等级道路网络数据建模,忽略了现实路网通达性、道路拥堵以及出行方式等交通系统因素的影响,缺乏对可达性时态过程的分析,使得测度结果与实际存在较大偏差。随着互联网通信技术、道路交通感知以及移动定位技术的快速发展和应用,基于位置服务技术LBS（Location-Based Services）融入日常生活,它们在满足居民出行需求的同时,在其后台积累了丰富的数据,这些数据包含地理标示和时刻信息,并且提供了开放获取的数据接口,为公共设施时空可达性测度提供了新的思路和大数据。论文首先重点回顾了国内外有关可达性和公共设施可达性的概念、方法及其适用条件;然后,以高度城市化的南京市为研究区,在地理信息系统GIS（Geographic Information System）和网络地图服务 WMS（Web Map Service）支持下,融合交通模式和时间维度信息综合测度了公共设施可达性的空间分布格局及其时态特征,为公共设施空间布局优化、资源动态配置以及政府决策提供技术支撑和辅助决策。本文的主要研究内容和相关结论如下:（1）基于“门到门”方法的多模式交通时间可达性测度。时间是可达性计算和分析的关键。本文基于“门到门”的方法DDA（Doorto Door Approach）构建规则统一的多模式交通时间成本表达的概念模型,并通过地图服务商提供的实时交通信息和应用程序接口 API（Application Programming Interface）,构造爬虫工具,利用python语言批量获取最优出行规划路径下的时间成本;然后,结合相互补充的4类时间可达性测度指标,计算和比较汽车、公交（地铁）、骑行、步行4种交通模式下各类公共设施时间可达性;同时,还提出了一种交通模式时间可达性相对差距测度指标,定量测度了居民出行对小汽车的潜在依赖程度。研究表明:①考虑到交通拥堵、换乘、候车以及步行等必要时耗而计算的“门到门”全出行链在途时间相比传统基于GIS空间分析仅考虑路网距离和设计速度的行驶时间更加客观。而且,避免了道路数据采集、拓扑构建、一致性检查和更新的繁琐工作量,提高了时间计算的精确性、可靠性和现实性;②不同交通模式时间可达性具有很大的差异,其中骑行模式在短距离出行明显优于其它交通模式,而汽车模式在中长距离出行明显优于其它交通模式,但是其易受道路拥堵、天气状况以及寻找停车位等时耗影响,存在时间可达性不确定的情形;③交通模式时间可达性差距空间分布具有显著的公交/地铁网络指向性特征,沿公交/地铁线路分布的区域对小汽车的依赖性较低,其中,地铁产生的“时空压缩”效应尤为明显。（2）基于等时交通圈模型的设施时空可达性测度。可达性是衡量地理区位优势的重要指标。针对以往设施可达性时态过程分析与表达方面的不足,利用基于“等时交通圈”模型的累计机会成本法,结合“门到门”方法的地图导航服务实时反馈的出行时间,以较有代表性的公共设施（商业中心）为例,分别从汽车模式、公交模式、地铁模式、骑行模式以及步行模式等方面,综合测度和评价各商业中心的区位优势,分析了其空间可达性分布格局、时态变化以及区位交通特征。同时,考虑到同类设施间的竞合关系,集成最邻近设施时间和累计机会成本的方法来测度商业中心的全局时空可达性,测度的结果不仅能够反映了“供给侧”设施的服务水平,而且能够判别出特定时限范围内设施服务不可及的区域。研究表明:①基于网络地图服务技术的时空可达性测度,相比于传统空间可达性测度,更为便捷和高效,可基于多种交通模式的时空建模、分析与表达;②商业中心的可达性水平呈现出“核心-外围”差异化的特征,中心城区商业中心的公共交通模式可达性较好,边缘城区商业中心的汽车模式可达性更优,骑行/步行模式各商业中心间的可达性差异不大,但是受长江阻隔影响,其可达性空间分布形态和拓展的方向和速率受到一定限制;③受道路“潮汐”交通流影响,商业中心的可达性水平一天中随着时间的变化而波动,时态特征鲜明;④商业中心交通区位测度表明提高公共交通服务的绩效,可有效降低对小汽车出行的依赖。（3）基于扩展2SFCA法的设施时空可达与需求匹配测度。研究基于两步移动搜索法2SFCA（Two-Step Floating Catchment Area）和空间化格网人口数据,提出一种融合实时路况信息的Spatio-temporal 2SFCA方法。该方法考虑了设施供给和居民需求双方信息,同时还顾及了道路的路况信息,供给域和需求域不再像传统2SFCA方法一样固定不变,而是随着交通时段不断变动,资源服务可达性（供需比）也随之不断改变。然后,利用该测度方法,以较有代表性的公共设施（综合医院）为例,分别测度了不同交通时段汽车模式下就医资源服务的时空可达性,并与公共交通模式进行比较分析。研究表明:①Spatio-temporal 2SFCA能够为设施可达与需求匹配提供更为准确的衡量,为城市公共设施资源实时调度和优化调整提供科学依据;②不同交通模式下就医资源服务的可达性具有显著差异,汽车模式就医资源服务可达性通常优于公共交通模式,但其会受交通拥堵的影响,在不考虑设施开放时间影响下各时段就医资源服务可达性高低顺序依次为夜晚、中午、下午、晚高峰、早高峰;③各时段就医资源服务的可达性数值之间存在明显的相关性,某时段就医资源服务可达性高的区域,其它时段相对也高,反之亦然。（4）公共设施多模式交通时空可达性测度方法实证应用。以南京市医疗设施为研究案例,综合利用本文提出的方法来对医疗设施时间可达性及其供需能力进行测度与分析,同时,还发展了一种基于出行方式扩展的多模式2SFCA方法（Multi-mode 2SFCA）来对医疗资源布局的均衡性进行空间可达性的测度与分析,并结合人口的密度分布,识别出医疗资源供给过度、匹配以及不足区域。研究表明:①多模式交通时空可达性测度方法顾及居民出行方面的移动性差异,体现了人的出行决策,在交通系统较为丰富的城市公共设施研究中具有广泛的应用前景;②相对于“自由流通”时段,考虑了交通拥堵后,医疗设施时间可达性有所下降,不同的交通时段,降低的程度不同,早晚交通高峰期下降尤为显著;③参数敏感性分析表明随着阻抗系数β增大,医院时间可达性空间分异增大,表现为以主城区为高值中心的单一峰值分布向以各医院为高值中心的多峰分布转移,医疗设施布局较多、规模较大、线路密集区域的时间可达性高,反之则低;④多模式2SFCA方法能够区分不同模式用户资源服务的可达性,其中,公共交通模式用户可达性较低,在资源竞争中处于不利地位,是资源配置不均衡的主要因素;⑤医疗资源空间可达性分布表现为以南京市主城区和江宁区为两大高值区,边缘区域资源可达性较弱的不均衡空间分布格局。

论文目录

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 研究背景与意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究进展综述

1.2.1 可达性测度研究进展

1.2.2 公共设施可达性测度研究进展

1.2.3 研究进展评述

1.3 研究目标与研究内容

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.4 技术路线

1.5 论文章节安排

第2章研究区和数据

2.1 研究区

2.2 研究数据与预处理

2.2.1 道路网络数据

2.2.2 公共交通数据

2.2.3 城市公共设施数据

2.2.4 空间化的人口数据

第3章基于“门到门”方法的多模式交通时间可达性测度

3.1 出行时间的表达与计算方法

3.1.1 “门到门”表达方法（Door to Door Approach,DDA）

3.1.2 路径规划API（Application Programming Interface）

3.1.3 “门到门”出行时间成本计算

3.1.4 出行时间计算稳定性分析

3.2 时间可达性的测度指标

3.2.1 最邻近设施时间

3.2.2 最远可达设施时间

3.2.3 平均或加权平均可达设施时间

3.2.4 基于标准差设施时间

3.3 交通模式时间可达性差距

3.4 时间可达性的综合测度与比较分析

3.4.1 数据准备与预处理

3.4.2 时间可达性的测度结果与分析

3.4.3 模式时间可达性差距空间分布格局与特征

3.4.4 结论

3.5 本章小结

第4章基于等时交通圈模型的设施时空可达性测度

4.1 等时交通圈的定义、界定及实现方法

4.1.1 等时交通圈的定义

4.1.2 等时交通圈的界定

4.1.3 等时交通圈的实现方法

4.2 公共设施可达性测度方法

4.2.1 物理可达性测度方法

4.2.2 时空可达性测度方法

4.3 设施交通区位测度方法

4.4 设施时空可达性测度与时态特征

4.4.1 数据准备与预处理

4.4.2 单一设施区位测度结果与分析

4.4.3 多类设施共同测度结果与分析

4.4.4 结论

4.5 本章小结

第5章基于扩展2SFCA法的设施时空可达与需求匹配测度

5.1 引力模型法（GM）

5.2 两步移动搜索法（2SFCA）及其扩展形式

5.3 Spatio-temporal 2SFCA法

5.4 距离衰减函数参数及搜索阈值

5.4.1 距离衰减参数计算

5.4.2 搜索阈值合理确定

5.5 设施时空可达与需求匹配测度应用实例

5.5.1 汽车通行模式下就医资源服务时空可达性分析

5.5.2 公共交通模式下就医资源服务时空可达性分析

5.6 本章小结

第6章公共设施多模式交通时空可达性测度实证应用

6.1 设施时间可达性测度

6.1.1 行程时间和交通模式对设施时间可达性的影响

6.1.2 不同阻抗系数下设施时间可达性分析

6.1.3 不同交通模式设施时间可达性差距分析

6.1.4 结果与讨论

6.2 设施供需能力测度与分析

6.3 设施空间可达性测度与分析

6.3.1 集成多模式交通2SFCA法

6.3.2 研究方法的实现

6.3.3 结果与讨论

6.4 本章小结

第7章结论与展望

7.1 结论

7.2 创新点

7.3 展望

参考文献

攻读博士学位期间的科研成果

致谢

文章来源

类型: 博士论文

作者: 陈杰

导师: 王结臣

关键词: 多模式交通,公共设施,网络地图服务,时空可达性,南京市

来源: 南京大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 自然地理学和测绘学,公路与水路运输,计算机软件及计算机应用

单位: 南京大学

分类号: P208;U491.1

DOI: 10.27235/d.cnki.gnjiu.2019.000095

总页数: 180

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