基于POI 數(shù)據(jù)的上海市交通設(shè)施空間分布研究

劉玉囡，閆國(guó)東，紀(jì)如雪

（上海工程技術(shù)大學(xué) 管理學(xué)院，上海 201620）

0 引言

城市交通建設(shè)是推進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、開拓城市文明的脈絡(luò)和紐帶，是實(shí)現(xiàn)中國(guó)現(xiàn)代化的開路先鋒，根據(jù)國(guó)務(wù)院印發(fā)的《“十四五”現(xiàn)代綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展規(guī)劃》，城市綜合交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)到2025 年要基本實(shí)現(xiàn)一體化融合發(fā)展的目標(biāo)，包括運(yùn)輸服務(wù)更加高效、技術(shù)裝備更加先進(jìn)、設(shè)施網(wǎng)絡(luò)更加完善、安全保障更加可靠、治理能力更加完備、發(fā)展模式更可持續(xù)等，充分滿足居民及游客對(duì)城市交通建設(shè)的強(qiáng)烈需求[1]。從交通建設(shè)與旅游業(yè)發(fā)展的關(guān)系角度，隨著游客需求的變化，旅游活動(dòng)拓展到“吃、住、游、行、娛、購(gòu)”的各個(gè)環(huán)節(jié)，交通建設(shè)在旅游活動(dòng)中的地位顯著提升，作為兼具旅游出行與城市建設(shè)的交通設(shè)施，是“交通+旅游”發(fā)展模式的重要內(nèi)容，加強(qiáng)城市交通建設(shè)是推進(jìn)交通與旅游融合、發(fā)展旅游產(chǎn)業(yè)的大勢(shì)所趨。城市交通設(shè)施作為居民及游客參與公共與旅游活動(dòng)的重要載體，各類交通設(shè)施的空間分布狀態(tài)直接影響到居民及游客對(duì)公共交通服務(wù)的可獲得性以及出行的便捷性[2]。

分析現(xiàn)有文獻(xiàn)，當(dāng)前有不少學(xué)者對(duì)城市交通發(fā)展基于不同視角展開了研究。從交通空間分布角度，潘海嘯等從城市公共中心以及軌道交通站點(diǎn)的空間耦合角度，分析評(píng)價(jià)城市交通建設(shè)對(duì)不同公共活動(dòng)中心的支撐程度[3]；李國(guó)旗等基于核密度分析、產(chǎn)業(yè)集中度評(píng)價(jià)等方法，對(duì)北京市的物流空間格局展開了探討，揭示了資產(chǎn)、地租、交通對(duì)物流空間格局的作用機(jī)制[4]；戢曉峰等以昆明市主城區(qū)的城市交通設(shè)施為研究對(duì)象，基于核密度估計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)差橢圓等空間分析方法，對(duì)城市交通設(shè)施的空間分布特征展開探討[2]；苗毅等基于出行感知以及服務(wù)功能構(gòu)建高速交通發(fā)展評(píng)價(jià)體系，對(duì)山東省高速交通發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，通過(guò)分析結(jié)果，對(duì)山東省高速交通網(wǎng)絡(luò)以及服務(wù)業(yè)分布的空間對(duì)應(yīng)關(guān)系展開優(yōu)化。從交通建設(shè)與旅游發(fā)展的關(guān)系角度，卞顯紅全面闡述了旅游交通系統(tǒng)的概念，對(duì)城市交通建設(shè)在旅游目的地發(fā)展中的作用進(jìn)行了分析與探討[5]；李如友等利用我國(guó)1999—2012年的省級(jí)面板數(shù)據(jù)，探討了城市交通建設(shè)在不同層次區(qū)制對(duì)旅游經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)作用，指出應(yīng)避免在交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的盲目投資建設(shè)[6]；郭向陽(yáng)等以長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶為研究對(duì)象，基于空間面板杜賓模型、雙變量關(guān)聯(lián)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷忍骄苛碎L(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶在2000—2018 年間的城市旅游經(jīng)濟(jì)以及公路交通發(fā)達(dá)度的空間格局，對(duì)交通發(fā)達(dá)度與城市旅游經(jīng)濟(jì)的空間關(guān)系展開分析[7]。

基于上述分析，本文以上海市交通設(shè)施為研究對(duì)象，基于平均最鄰近法、核密度分析等對(duì)上海市各類交通設(shè)施的空間分布特征進(jìn)行分析，以此掌握上海市各類交通設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)現(xiàn)狀，以上海市為研究案例，為其他城市的交通設(shè)施規(guī)劃提供科學(xué)、合理的決策依據(jù)。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)域

上海市作為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)與金融大都市，其人口密集程度較高、日常旅客運(yùn)輸量較大，為滿足頻繁的人口流動(dòng)需求，上海建設(shè)了多種交通基礎(chǔ)設(shè)施，如公交車站、地鐵站、停車場(chǎng)等，上海市在“十三五”規(guī)劃期間，港口建設(shè)不斷發(fā)展，航運(yùn)水平逐步提升，公交建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)，交通網(wǎng)絡(luò)不斷完善，獲首批“國(guó)家公交都市示范城市”稱號(hào)。根據(jù)上海市綜合交通發(fā)展“十四五”規(guī)劃，對(duì)上海市城市交通體系提出了更高的發(fā)展要求，上海市也將積極落實(shí)《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》，加快推進(jìn)綜合客運(yùn)樞紐建設(shè)、加強(qiáng)公交樞紐場(chǎng)站建設(shè)、打造優(yōu)質(zhì)可靠的地面公交系統(tǒng)、推動(dòng)水路客運(yùn)有序發(fā)展等。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

利用Python 采集上海市2020 年公共交通設(shè)施的POI 數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為點(diǎn)狀矢量數(shù)據(jù)，坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為WGS—1984 地理坐標(biāo)，屬性內(nèi)容包含了經(jīng)度、緯度、省市、區(qū)縣、類別、名稱、詳細(xì)地址，將公共交通設(shè)施的POI 數(shù)據(jù)劃分為公交站、地鐵站、停車場(chǎng)、港口碼頭、道路附屬設(shè)施。其中“地鐵站”包括各個(gè)地鐵站以及地鐵站出入口；“停車場(chǎng)”包括公共停車場(chǎng)、專用停車場(chǎng)、路邊停車區(qū)；“港口碼頭”包括客運(yùn)港、貨運(yùn)港、車渡口、人渡口；“道路附屬設(shè)施”包括高速加油站、高速服務(wù)站、收費(fèi)站等。各類公共交通設(shè)施POI 數(shù)據(jù)分類及比重如表1 所示。

2 研究方法

2.1 平均最近鄰指數(shù)

上海市交通設(shè)施的空間分布特征可以用隨機(jī)型、集聚型、均勻型三種空間分布態(tài)勢(shì)衡量，表現(xiàn)出公共交通設(shè)施的空間分布集聚程度[8]，最近鄰分析模型經(jīng)過(guò)調(diào)整與修正，能適用于點(diǎn)數(shù)據(jù)任何形式的空間分布類型[9]，其模型為：

式中：NNI 為最近鄰指數(shù)，反映了交通設(shè)施點(diǎn)狀要素的空間集聚程度，當(dāng)NNI＞1 時(shí)，表明交通設(shè)施點(diǎn)狀要素的分布類型為均勻型，當(dāng)NNI＜1 時(shí)，表明交通設(shè)施點(diǎn)狀要素的分布類型為集聚型；D0為交通設(shè)施點(diǎn)狀要素與最近鄰交通設(shè)施要素之間的觀察平均距離；Dr為隨機(jī)模式下的期望平均距離，a 為研究區(qū)域的面積，n 為研究區(qū)域內(nèi)交通設(shè)施點(diǎn)狀要素的數(shù)量。

2.2 核密度估計(jì)

核密度估計(jì)法主要是借助移動(dòng)的單元格對(duì)交通設(shè)施點(diǎn)狀要素的密度進(jìn)行估計(jì)[10]，核密度估計(jì)法的基本原理[11]為：定義固定搜索半徑的圓域，確定圓域覆蓋于各個(gè)交通設(shè)施點(diǎn)之上；基于密度精度要求，確定輸出柵格大小；計(jì)算出交通設(shè)施點(diǎn)對(duì)圓域內(nèi)各個(gè)柵格的密度貢獻(xiàn)值；依據(jù)柵格搜索半徑范圍內(nèi)，各個(gè)交通設(shè)施點(diǎn)對(duì)圓域內(nèi)各個(gè)柵格密度貢獻(xiàn)值的累加，進(jìn)行每個(gè)柵格密度值的賦值；輸出每個(gè)柵格的密度值。核密度估計(jì)法公式如下：

2.3 標(biāo)準(zhǔn)差橢圓

標(biāo)準(zhǔn)差橢圓最早由美國(guó)南加州大學(xué)社會(huì)學(xué)教授韋爾蒂·利菲弗于1926 年提出[1]，通過(guò)計(jì)算得到的短軸、長(zhǎng)軸、面積、旋轉(zhuǎn)角四個(gè)參數(shù)度量POI 要素的空間分布特征[12]，橢圓的短軸表示交通設(shè)施點(diǎn)數(shù)據(jù)的空間分布范圍，橢圓的長(zhǎng)軸表示交通設(shè)施點(diǎn)數(shù)據(jù)的空間分布方向，長(zhǎng)短軸的差值越大，則表明數(shù)據(jù)的空間方向性越明顯，橢圓的大小表示交通設(shè)施點(diǎn)數(shù)據(jù)在空間格局的集中程度，公式如下：

式中：SDEx和SDEy表示計(jì)算得到的橢圓圓心，xi和yi是交通設(shè)施點(diǎn)要素的坐標(biāo)，）表示交通設(shè)施點(diǎn)要素的平均中心，n 為研究區(qū)域內(nèi)交通設(shè)施點(diǎn)狀要素的數(shù)量。

3 結(jié)果分析

3.1 空間分布集聚性

通過(guò)Arc GIS 10.7 計(jì)算上海市各類交通設(shè)施點(diǎn)數(shù)據(jù)的平均最近鄰指數(shù)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2 所示，上海市所有交通服務(wù)設(shè)施的點(diǎn)數(shù)據(jù)，有NNI=0.333 0，|Z|=338.501 4＞2.58，P=0.000 0，通過(guò)99%顯著性檢驗(yàn)，呈現(xiàn)出顯著集聚的空間分布特征。對(duì)于不同類型的交通設(shè)施，道路附屬設(shè)施的集聚特征最顯著，有NNI=0.074 5，|Z|=32.452 9＞2.58，P=0.000 0；排名第二的為地鐵站的空間集聚程度，有NNI=0.142 3，|Z|=73.639 9＞2.58，P=0.000 0；排名第三的為停車場(chǎng)的空間集聚程度，有NNI=0.250 1，|Z|=323.806 2＞2.58，P=0.000 0；排名第四的為港口碼頭的空間集聚程度，有NNI=0.464 8，|Z|=16.856 2＞2.58，P=0.000 0；排名第五的為公交站的空間集聚程度，有NNI=0.501 0，|Z|=123.744 3＞2.58，P=0.000 0，均通過(guò)99%顯著性檢驗(yàn)。根據(jù)不同類型交通設(shè)施的平均最近鄰分指標(biāo)結(jié)果可知，上海市公共交通設(shè)施具有顯著的集聚分布特征。

表2 上海市交通設(shè)施的平均最近鄰指數(shù)

3.2 空間分布不平衡性

為進(jìn)一步探討上海市公共交通設(shè)施的空間分布特征，本文基于核密度分析對(duì)上海市公共交通設(shè)施的空間點(diǎn)狀數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分析，分析結(jié)果如圖1 所示，各類公共交通設(shè)施的空間分布差異明顯，布局不均衡，具體而言：（1）公交站的核密度高值集中于黃浦區(qū)、靜安區(qū)、徐匯區(qū)，由該核心區(qū)向外擴(kuò)散，呈現(xiàn)片狀分布特征，輻射范圍廣泛，主要原因在于隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，上海市堅(jiān)持公交優(yōu)先戰(zhàn)略，公共行業(yè)發(fā)展迅速，公交設(shè)施已基本實(shí)現(xiàn)上海市的無(wú)盲點(diǎn)全覆蓋。（2）地鐵站的核心區(qū)為黃浦區(qū)、靜安區(qū)、徐匯區(qū)，整體分布形態(tài)與地鐵線路分布一致，上海市的地鐵系統(tǒng)相對(duì)性健全，但城市邊緣仍然是上海市地鐵基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的薄弱環(huán)節(jié)。（3）停車場(chǎng)在整體上呈現(xiàn)出從城市中心到城市邊緣的“核心—邊緣”擴(kuò)散模式，高值集聚區(qū)有黃浦區(qū)、靜安區(qū)、徐匯區(qū)、長(zhǎng)寧區(qū)、虹口區(qū)，原因是在核心區(qū)的商業(yè)發(fā)展水平較高、居民居住密度較高，建設(shè)停車場(chǎng)可以更好地為居民提供生活的便利，緩解人口集聚區(qū)的“停車難”問(wèn)題，此外在松江區(qū)、嘉定區(qū)、奉賢區(qū)、浦東新區(qū)的學(xué)校、公園、商業(yè)密集區(qū)，有停車場(chǎng)次核分布。（4）上海市港口碼頭分布分散，城市內(nèi)部碼頭主要沿黃浦江分布，在黃浦區(qū)與浦東新區(qū)交界處的黃浦江沿岸存在集聚分布現(xiàn)象，三個(gè)主要港口吳淞碼頭、外高橋、洋山深水港均分布在城市沿海地帶。（5）道路附屬設(shè)施的核密度分布圖與高速公路收費(fèi)站、服務(wù)站的點(diǎn)分布一致，高速公路收費(fèi)站以及服務(wù)站的通行能力、服務(wù)水平與高速公路的社會(huì)形象息息相關(guān)[13]，為保證通行的暢通性，需在充分利用現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上保持一定的間距。（6）基于上述所有交通設(shè)施進(jìn)行核密度分析可以發(fā)現(xiàn)，上海市總體的交通設(shè)施空間形態(tài)和空間擴(kuò)展與公交站、停車場(chǎng)的分布特征較相近，其中與停車場(chǎng)的分布特征更相似，其次為公交站，主要原因是上海市停車場(chǎng)的POI 數(shù)量占整體公共交通設(shè)施的比例較高，比例達(dá)到了72.40%，上海市停車場(chǎng)的空間分布特征已成為影響整體公共交通設(shè)施分布特征的主導(dǎo)因素。

圖1 公共交通設(shè)施的核密度分析

3.3 空間分布方向性

為充分了解上海市公共交通設(shè)施點(diǎn)狀數(shù)據(jù)的方向分布特征，進(jìn)一步對(duì)公共交通設(shè)施POI 數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析，比較標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分布結(jié)果（如圖2 所示），（1）基于上海市各類公共交通設(shè)施的橢圓面積大小，服務(wù)范圍依次為道路附屬設(shè)施、公交站、港口碼頭、停車場(chǎng)、地鐵站，道路附屬設(shè)施的服務(wù)范圍最廣，以充分實(shí)現(xiàn)高速公路收費(fèi)站以及服務(wù)站的快捷、高效服務(wù)；公交站的服務(wù)范圍次之，主要原因在于公交出行是居民以及游客參與公共交通活動(dòng)最為普遍且方便的方式，盡管在數(shù)量以及占比上低于停車場(chǎng)，但公交的分布范圍優(yōu)于停車場(chǎng)；地鐵站的服務(wù)范圍最小，進(jìn)一步說(shuō)明了上海市地鐵建設(shè)在中心城區(qū)較為發(fā)達(dá)，而城市邊緣較為薄弱；上海市總體的交通設(shè)施分布范圍與停車場(chǎng)的分布范圍較為相似。（2）分析根據(jù)上海市各類公共交通設(shè)施長(zhǎng)短軸計(jì)算的扁率，大小依次為地鐵站、道路附屬設(shè)施、港口碼頭、公交站、停車場(chǎng)，扁率表示各類公共交通設(shè)施的方向明確性程度，因此上海市地鐵站的方向趨勢(shì)更明顯，其次為道路附屬設(shè)施，停車場(chǎng)的方向趨勢(shì)最弱。（3）從各類公共交通設(shè)施的分布方向角度，上海市公交站向東北—西南方向拓展，地鐵站向東—西方向拓展，港口碼頭向南—北方向拓展，道路附屬設(shè)施向東—西方向拓展，停車場(chǎng)的方向分布特征不明顯。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分布結(jié)果

4 結(jié)論與討論

4.1 研究結(jié)論

本文基于Arc GIS 空間分析工具，運(yùn)用平均最近鄰指數(shù)、核密度分析、標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析對(duì)上海市公共交通設(shè)施的空間特征進(jìn)行了分析與探討，研究結(jié)論如下：從平均最鄰近分析結(jié)果來(lái)看，上海市各類交通設(shè)施呈現(xiàn)集聚分布現(xiàn)象；從核密度分析結(jié)果來(lái)看，上海市公交站、地鐵站、停車場(chǎng)主核分布在主城區(qū)，呈現(xiàn)出“核心向邊緣擴(kuò)散”的分布模式，其中公交站的空間分布更加平衡；從標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析結(jié)果來(lái)看，公交站呈現(xiàn)東北—西南方向分布格局，地鐵站、道路附屬設(shè)施呈現(xiàn)東—西方向分布格局，港口碼頭呈現(xiàn)南—北方向分布格局，公交車站方向分布面積最大。

4.2 研究討論

本文基于POI 數(shù)據(jù)對(duì)上海市公共交通設(shè)施的空間分布特征展開了探究，相較于以往對(duì)城市交通發(fā)展現(xiàn)狀展開的研究，本文基于不同的交通設(shè)施類型分析了上海市整體交通空間格局，針對(duì)研究結(jié)論，上海市應(yīng)采取的以下優(yōu)化策略：（1）構(gòu)建完善的城市交通網(wǎng)絡(luò)體系，加強(qiáng)上海市新城以及邊緣城區(qū)的地鐵基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，實(shí)現(xiàn)上海市內(nèi)外交通的便捷高效換乘，優(yōu)化中心城區(qū)、上海新城、周邊城市的交通聯(lián)系。（2）繼續(xù)加強(qiáng)公交站的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動(dòng)既有公交線路的完善，增強(qiáng)新公交站點(diǎn)的建設(shè)水平，優(yōu)化上海城市公交網(wǎng)絡(luò)，提升居民與游客的公交出行吸引力，打造多層次公交服務(wù)體系。（3）對(duì)于港口碼頭以及道路附屬設(shè)施，注重其建設(shè)水平，打造港口碼頭、道路附屬設(shè)施與其他各類交通設(shè)施的協(xié)調(diào)建設(shè)、協(xié)同規(guī)劃、穩(wěn)步發(fā)展。