基于空間句法的慢行交通需求預(yù)測(cè)模型

趙梓舜，董潔霜，劉魏巍 ZHAO Zishun,DONG Jieshuang,LIU Weiwei

（上海理工大學(xué) 管理學(xué)院，上海 200093）

(Management School,University of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093,China)

近年來，隨著國力的不斷提高，我國絕大多數(shù)城市與小城鎮(zhèn)的出行方式都經(jīng)歷了由“傳統(tǒng)的步行”到“機(jī)動(dòng)車快行”的轉(zhuǎn)變。私家車保有量一直在急劇上升，私家車保有量上升所帶來的負(fù)面影響如交通擁堵、環(huán)境污染、交通事故等現(xiàn)象日益嚴(yán)重。而慢行交通作為綠色、便捷、經(jīng)濟(jì)的交通方式，正逐漸引起人們的重視。

慢行交通（Non-Motorized Traffic）一般是指速度不大于15km/h的交通方式[1]，也稱為非機(jī)動(dòng)化交通，主要由步行交通與非機(jī)動(dòng)車交通構(gòu)成。慢行交通雖然速度較低，但在城市與小城鎮(zhèn)交通中依然有著舉足輕重的作用。不論機(jī)動(dòng)車交通發(fā)達(dá)到何種程度，在城市與小城鎮(zhèn)中，仍有一些死角是機(jī)動(dòng)車交通無法到達(dá)的。機(jī)動(dòng)車交通更不可能滿足居民休閑、購物、娛樂、鍛煉的需求。

我國的慢行交通規(guī)劃起步較晚，且大多集中于大中城市，而小城鎮(zhèn)的慢行交通規(guī)劃更是少之又少。在慢行交通規(guī)劃中，又很難得到準(zhǔn)確的慢行交通數(shù)據(jù)，慢行交通越來越得到人們的青睞，但是在規(guī)劃發(fā)展層面卻嚴(yán)重“偏科”：慢行交通沒有得到跟機(jī)動(dòng)車交通相等的“待遇”。能夠準(zhǔn)確地對(duì)慢行交通的需求進(jìn)行預(yù)測(cè)，是十分重要的。因此，本文提出了基于改進(jìn)空間句法的慢行交通需求預(yù)測(cè)模型。

1 空間句法基礎(chǔ)理論與方法

1.1 空間句法基礎(chǔ)理論

空間句法（space syntax）由Bill Hiller在20世紀(jì)70年代首次提出[2]，起源于建筑學(xué)。空間句法認(rèn)為，人處在的空間的形態(tài)和結(jié)構(gòu)會(huì)很大程度地影響人的行為與活動(dòng)。城市及城鎮(zhèn)網(wǎng)絡(luò)引起了網(wǎng)絡(luò)中的人車運(yùn)動(dòng)。60%的行人和70%的車行與城市及城鎮(zhèn)的網(wǎng)絡(luò)模式有關(guān)[3]。空間句法研究的人、車主體包含了行人和自行車，而自行車與行人是構(gòu)成慢行交通的主體。

空間句法在研究區(qū)域內(nèi)對(duì)交通流量進(jìn)行預(yù)測(cè)，相比交通研究的領(lǐng)域是截然不同的。他是描述出在研究區(qū)域內(nèi)空間結(jié)構(gòu)改變的情況下，引起交通流量的變化在新的道路網(wǎng)絡(luò)上的分布狀況[4]。空間句法的這一特性十分契合城市及小城鎮(zhèn)的慢性交通需求特性，即隨著城市及小城鎮(zhèn)的慢行路網(wǎng)不斷完善與發(fā)展，不斷有新的慢行交通需求在增加，需要在路網(wǎng)上重新進(jìn)行分配。

1.2 空間句法的分析方法

1.2.1 確定空間句法的研究區(qū)域。慢行交通的出行時(shí)間一般在30min以內(nèi)，根據(jù)慢行交通的出行特性，不管是步行還是自行車出行，都應(yīng)該選擇以研究區(qū)域?yàn)閳A心，步行30min的距離為半徑來確定研究區(qū)域。

1.2.2 空間分割。確定研究區(qū)域以后，要進(jìn)行空間句法的空間分割。空間分割的方法主要有軸線法，凸多邊形法和視區(qū)分割法。其中軸線法是根據(jù)道路網(wǎng)來進(jìn)行空間的分割，更符合小城鎮(zhèn)慢行交通的特性。因此，本文將選用軸線法進(jìn)行空間句法的空間分割。

1.2.3 軸線圖轉(zhuǎn)化為連接圖。根據(jù)軸線法，得到小城鎮(zhèn)的軸線圖。要進(jìn)一步分析軸線圖的特性，還需把軸線圖轉(zhuǎn)化為連接圖。把軸線圖中的每一條道路作為節(jié)點(diǎn)，根據(jù)軸線建立的相交或相連關(guān)系來進(jìn)行圖的連接。

1.2.4 形態(tài)分析變量的計(jì)算。根據(jù)得到的連接圖，可以得到相關(guān)的形態(tài)分析變量。

（1）連接度（Connectivity），表示和第n個(gè)節(jié)點(diǎn)相連接的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。連接度的值越高，說明其所在空間的滲透性越好。計(jì)算公式如下：

式中：l為與第n個(gè)節(jié)點(diǎn)相連的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)。

（2）控制值（Control value）Cvn，表示一個(gè)空間對(duì)與其相交的其他空間的控制程度，即影響程度。計(jì)算公式如下：

式中：Cm是跟第n個(gè)節(jié)點(diǎn)的直接相連的第m個(gè)節(jié)點(diǎn)的連接度。

（3）深度值（Depth value）表示其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)到達(dá)其余所有節(jié)點(diǎn)的最短距離。

總深度值（Total depth）Tdn，表示所有節(jié)點(diǎn)的深度值之和。計(jì)算公式如下：

式中：i是連接圖中的節(jié)點(diǎn)總數(shù)，dnm是連接圖中任意的兩點(diǎn)n和m之間的最短距離。

平均深度值（Mean depth）是指平均化的總深度值。計(jì)算公式如下：

（4）集成度表示一個(gè)空間與其余空間的相互關(guān)系。可以分為全局集成度和局部集成度。計(jì)算公式如下：

式中：TDn是平均深度值。

局部集成度RRAn表示一個(gè)空間與在最短距離之內(nèi)的空間相互關(guān)系。計(jì)算公式為：

2 慢行友好性指標(biāo)

國內(nèi)一些學(xué)者研究了空間句法在城市慢行交通需求預(yù)測(cè)中的應(yīng)用。李聰穎[5]利用調(diào)查的高峰小時(shí)慢性交通量的數(shù)據(jù)，利用空間句法和線性回歸軟件SPSS回歸分析軟件得到了慢行交通量與空間句法形態(tài)分析變量的線性關(guān)系式，并根據(jù)道路沿街設(shè)施的慢行交通吸引系數(shù)對(duì)得出的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了修正。袁飛[6]在空間句法中形態(tài)分析變量的基礎(chǔ)上引入了影響慢性交通需求的交通分析變量，利用SPSS軟件進(jìn)行回歸分析，得到了慢行交通量和形態(tài)分析變量與交通分析變量的線性關(guān)系式，但沒有具體對(duì)交通分析變量進(jìn)行精確的量化。國內(nèi)部分學(xué)者的研究已經(jīng)充分證明了，在慢行交通需求預(yù)測(cè)方面，空間句法具有良好的適用性。

2.1 慢行友好性指標(biāo)特性分析

居民的慢性出行方式的選擇，不僅僅受到小城鎮(zhèn)的道路空間結(jié)構(gòu)的影響，還會(huì)受到諸如安全感、便捷舒適和視覺趣味等慢行體驗(yàn)的影響。這些“體驗(yàn)”可以通過過街安全性、人行道安全性、街道尺度感等指標(biāo)來體現(xiàn)。例如多樣化、有趣味的街道元素，會(huì)提升居民的視覺趣味，從而大大刺激慢行交通的出行需求。故本文提出了慢行友好性指標(biāo)的概念，對(duì)空間句法的模型進(jìn)行修正。

把能夠刺激慢行交通需求的指標(biāo)統(tǒng)稱為慢行友好性指標(biāo)，慢行友好性指標(biāo)可以根據(jù)步行或是自行車的不同的出行方式可以分為可步行性指標(biāo)和自行車友好性指標(biāo)。具體的慢行友好性指標(biāo)分類如表1所示。

表1 慢行友好性指標(biāo)

2.2 慢行友好性指標(biāo)量化

慢行友好性指標(biāo)可由一些可測(cè)量的街道要素體現(xiàn)，如車行道數(shù)、人行道有效寬度、街道圍和度（高寬比）等。可通過這些可測(cè)量的街道要素對(duì)慢性友好性指標(biāo)進(jìn)行量化。參與慢行友好性指標(biāo)量化的相關(guān)街道要素分別如表2、表3所示。

表2 參與可步行性量化的相關(guān)街道要素

慢行友好性指標(biāo)可由居民感知評(píng)價(jià)調(diào)研得出，感知評(píng)價(jià)可運(yùn)用五級(jí)李克特量表法（Likert Scale），即將步行者對(duì)指標(biāo)的評(píng)價(jià)根據(jù)滿意度分成五個(gè)等級(jí)，由分?jǐn)?shù)1～5來表示，1表示很不滿意，5表示很滿意。相關(guān)街道要素的數(shù)據(jù)可以通過實(shí)地街道調(diào)研獲取。最終把慢行友好性指標(biāo)作為因變量，街道要素作為因變量，對(duì)街道要素?cái)?shù)據(jù)和慢行友好性指標(biāo)感知評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，得到慢行友好性指標(biāo)和街道要素的線性關(guān)系式。根據(jù)回歸結(jié)果，一般可以得到下列關(guān)系式：

表3 參與非機(jī)動(dòng)車友好性量化的相關(guān)街道要素

其中，ai、bi、ci、di均為常數(shù)，i=1,2,3,4,5,6

3 模型的建立

在ArcGis10.0軟件中加載空間句法工具axwoman6.0插件，根據(jù)確定好的研究區(qū)域，畫出軸線圖，通過插件計(jì)算出空間分析變量（連接度、控制值、平均深度、全局集成度、局部集成度）的值。通過分析空間路網(wǎng)的形態(tài)分析變量與量化的慢行友好性指標(biāo)，根據(jù)這些變量與調(diào)查實(shí)際流量的關(guān)系，建立模型，預(yù)測(cè)慢行交通的流量。

應(yīng)用SPSS軟件相關(guān)性分析中形態(tài)分析變量、量化的慢行友好性指標(biāo)與流量值的相關(guān)關(guān)系，根據(jù)相關(guān)系數(shù)R2值，找出與流量相關(guān)系數(shù)大于0.5[6]的分析變量和慢行友好性指標(biāo)。把已知的形態(tài)分析變量和慢行友好性指標(biāo)當(dāng)做自變量，實(shí)地調(diào)研的研究區(qū)域內(nèi)的部分路段慢行交通流量值作為因變量，進(jìn)行線性回歸，得到如下公式：

式中：y——慢性交通預(yù)測(cè)流量；

x1、x2、x3——與慢性流量相關(guān)系數(shù)大于0.5的分析變量和慢行友好性指標(biāo)；

α、β、χ、δ——常數(shù)。

根據(jù)回歸的公式可以用來預(yù)測(cè)城市或城鎮(zhèn)其他路段的慢行流量，并與其實(shí)測(cè)流量進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的相對(duì)誤差率均在10%以內(nèi)，說明模型具有較好的適用性。

因?yàn)榭臻g句法是描述在研究區(qū)域內(nèi)空間結(jié)構(gòu)改變的情況下，引起交通流量的變化在新的道路網(wǎng)絡(luò)上的分布狀況，所以空間句法并不適用于未來年份的慢行交通需求預(yù)測(cè)，而適用于預(yù)測(cè)在城市空間結(jié)構(gòu)改變的情況下所產(chǎn)生的新的慢行交通出行需求。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)空間句法可以量化路網(wǎng)空間特性，將道路的空間特性量化為連接度、控制值、全局集成度、局部集成度、平均深度，利用空間句法的形態(tài)分析變量，加上量化的慢行友好性指標(biāo)，構(gòu)建了基于空間句法的慢行交通需求預(yù)測(cè)模型。

在空間句法已被證明在預(yù)測(cè)慢行交通方面有較好的適用性的情況下，引入了量化的慢行友好性指標(biāo)與空間句法的形態(tài)分析一起參與回歸分析，使預(yù)測(cè)的結(jié)果更加精確。此預(yù)測(cè)不僅可以為未來慢行路網(wǎng)設(shè)施規(guī)劃提供依據(jù)，而且也可以為慢行交通系統(tǒng)與公交、軌道交通系統(tǒng)的接駁提供強(qiáng)有力的支撐。