基于GIS技術(shù)的智慧街道應(yīng)用研究：以邯鄲市中心區(qū)為例

白 梅，劉 洋，朱永強(qiáng)，陳 劍

(河北工程大學(xué) 建筑與藝術(shù)學(xué)院，河北 邯鄲 056038)

智慧街道的概念來源于智慧城市，是智慧城市的子集．它以物聯(lián)網(wǎng)智能感知設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，與先進(jìn)云計(jì)算等技術(shù)相結(jié)合，并以此提高街道智能化程度，建立一種基礎(chǔ)設(shè)施高端、環(huán)境智慧友好的新型街道，從而促進(jìn)街道使用者和街道環(huán)境之間的互動(dòng)[1]．鄭迪等[2]提出建立智慧街道服務(wù)平臺(tái)，從生活便利、安全保障、智行輔助和環(huán)境治理 4個(gè)方面提出智慧手段．繆明等[3]提出構(gòu)建智慧街道應(yīng)急管理平臺(tái)，對(duì)街道的突發(fā)事件進(jìn)行監(jiān)督和管理．李雯[4]對(duì)智慧街道中人的移動(dòng)性、機(jī)動(dòng)車、街道使用者的出行活動(dòng)等做了技術(shù)分析．

現(xiàn)階段利用大數(shù)據(jù)對(duì)智慧街道的研究較多，主要通過新技術(shù)手段對(duì)使用者的行為方式進(jìn)行分析，總結(jié)出智慧化特征，形成街道交互式設(shè)計(jì)．但針對(duì)街道分析以及智慧化應(yīng)用的研究相對(duì)較少．本文以街道作為研究對(duì)象，依托GIS技術(shù)平臺(tái)，按照時(shí)間成本對(duì)居住區(qū)至緊急型、非緊急型服務(wù)設(shè)施的最短路徑進(jìn)行分析及統(tǒng)計(jì)，提取公共路徑街道，對(duì)其提出智慧化更新策略，以期提高街道運(yùn)行效率，更加方便居民的出行．

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

邯鄲市位于河北省南部，總面積為 1.2萬km2．研究圍繞邯鄲市中心區(qū)展開，其中包含 29個(gè)街道(包括 3區(qū)：復(fù)興區(qū)、邯山區(qū)和叢臺(tái)區(qū))，研究區(qū)域總面積為90.10 km2，地勢(shì)平坦、路網(wǎng)發(fā)達(dá)，見圖1．

圖1 邯鄲市中心區(qū)行政區(qū)分布

1.2 數(shù)據(jù)來源與預(yù)處理

1.2.1 數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)域路網(wǎng)數(shù)據(jù)來源為 OSM(open street map)空間數(shù)據(jù)．將道路按照主干道、次干道和支路3種級(jí)別進(jìn)行劃分，并針對(duì)不同等級(jí)道路的速度屬性進(jìn)行賦值，確定主干道通行速度為60 km/h，次干道通行速度為30 km/h，支路通行速度為20 km/h[5]．對(duì)于緊急型、非緊急型服務(wù)設(shè)施的界定，參照周衛(wèi)等[6]對(duì)街道公共服務(wù)設(shè)施能力的維度劃分和宋正娜等[7]對(duì)公共服務(wù)設(shè)施時(shí)效性分類，提取出緊急型服務(wù)設(shè)施為醫(yī)院和消防站；非緊急型服務(wù)設(shè)施為便利服務(wù)設(shè)施(商場(chǎng)、銀行)和環(huán)境區(qū)域(公園)．本文所選取的服務(wù)設(shè)施主要有消防站(不含社區(qū)內(nèi)微型消防站)、綜合性醫(yī)院、大型商場(chǎng)、各大銀行營(yíng)業(yè)廳及營(yíng)業(yè)網(wǎng)點(diǎn)(不含社區(qū)內(nèi)部及街道小型自助設(shè)施點(diǎn))和城市綜合公園綠地(不含社區(qū)公園、游園、專類公園)．

1.2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

根據(jù)路網(wǎng)數(shù)據(jù)，對(duì)邯鄲市中心區(qū)內(nèi)相鄰居住區(qū)進(jìn)行篩選與合并，共提取104個(gè)居住區(qū)研究樣本．對(duì)緊急型服務(wù)設(shè)施和非緊急型服務(wù)設(shè)施進(jìn)行細(xì)類篩選并對(duì)相鄰設(shè)施進(jìn)行合并處理，選取消防站9個(gè)，綜合性醫(yī)院47個(gè)，大型商場(chǎng)29個(gè)，大型銀行營(yíng)業(yè)廳74個(gè)，城市綜合公園綠地5個(gè)．基于城市區(qū)域的中心區(qū)路網(wǎng)系統(tǒng)，居民點(diǎn)與設(shè)施點(diǎn)之間的出行成本是以機(jī)動(dòng)車或步行方式計(jì)算的兩地間最短路徑的出行時(shí)間成本作為研究依據(jù)，排除其面積規(guī)模、級(jí)別等屬性，以此模擬城市中心區(qū)街道使用狀況．

2 研究方法和實(shí)現(xiàn)路徑

2.1 研究方法

針對(duì)居住區(qū)至服務(wù)設(shè)施的路徑分析研究方法主要有最近距離法、核密度法、重力模型法、胡佛(Huff)模型、兩步移動(dòng)搜索法等[8]．本文選擇最近距離法，它假設(shè)居民選擇服務(wù)設(shè)施過程中優(yōu)先選擇最鄰近的服務(wù)設(shè)施，其中包括直線距離、基于路網(wǎng)的道路距離或時(shí)間距離[7]．

2.2 實(shí)現(xiàn)路徑

對(duì)于消防站、綜合性醫(yī)院、大型商場(chǎng)、大型銀行營(yíng)業(yè)廳和城市綜合公園綠地建立最近距離模型，分析每個(gè)居住區(qū)位置點(diǎn)到最近公共設(shè)施位置點(diǎn)的最短路徑及時(shí)間成本．具體操作步驟為：1)將路網(wǎng)數(shù)據(jù)和各設(shè)施POI數(shù)據(jù)導(dǎo)入GIS中，構(gòu)建交通網(wǎng)絡(luò)模型；2)使用Netword Analyst創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)位置，利用新建設(shè)施點(diǎn)工具，將服務(wù)設(shè)施位置點(diǎn)導(dǎo)入設(shè)施點(diǎn)，居住區(qū)位置點(diǎn)導(dǎo)入至事件點(diǎn)；3)將阻抗屬性設(shè)置為時(shí)間成本，測(cè)算出居住區(qū)至最近服務(wù)設(shè)施的最短時(shí)間路徑．

3 現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

3.1 居住區(qū)至緊急型設(shè)施路徑分析

緊急型服務(wù)設(shè)施一般都有相對(duì)嚴(yán)格的時(shí)效要求．最近距離法在居住區(qū)至?xí)r效性要求較高的緊急型設(shè)施中有廣泛研究[7]，其中醫(yī)療設(shè)施和消防設(shè)施在緊急型設(shè)施中最為重要．本文對(duì)其最短路徑進(jìn)行分析，以花費(fèi)的時(shí)間來衡量，暫不考慮設(shè)施環(huán)境、設(shè)施條件、選擇偏好、服務(wù)質(zhì)量等非空間因素．

3.1.1 居住區(qū)至醫(yī)療設(shè)施路徑分析

邯鄲市中心區(qū)醫(yī)療設(shè)施供給水平較高，總體呈現(xiàn)由中間向東西方向逐漸降低的趨勢(shì)．醫(yī)院在中心區(qū)中部數(shù)量較多，東部次之，西部相對(duì)較少，依照居住區(qū)鄰近醫(yī)療設(shè)施的最近距離進(jìn)行分析，居民使用頻率較高的主干道為浴新北大街、滏河南大街、人民路和聯(lián)紡東路；次干道為叢臺(tái)路和水廠路．由圖2可知，居民出行時(shí)，85%的街道可使居民在4 min內(nèi)到達(dá)就近醫(yī)療設(shè)施點(diǎn)，在8 min內(nèi)能到達(dá)就近醫(yī)療設(shè)施點(diǎn)的街道占95%以上．

圖2 居住區(qū)至最近醫(yī)療設(shè)施公共路徑及時(shí)間成本

3.1.2 居住區(qū)至消防設(shè)施路徑分析

消防設(shè)施的布局代表了其實(shí)際有效責(zé)任區(qū)，在一定程度上可反映消防站布局的合理性．本文篩選出邯鄲市中心區(qū)大型消防站，其主要分布在北部和中部，依照居住區(qū)鄰近消防設(shè)施的最近距離，居民使用頻率較高的道路有浴新北大街、中華街、滏河北大街、滏河南大街、人民西路、陵園路等．根據(jù)“五分鐘消防”原則，中心區(qū)內(nèi)大型消防站可滿足基本要求(見圖3)．

圖3 居住區(qū)至最近消防設(shè)施公共路徑及時(shí)間成本

3.2 居住區(qū)至非緊急型設(shè)施路徑分析

對(duì)居住區(qū)至非緊急型設(shè)施路徑進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)人們?cè)?個(gè)場(chǎng)所等級(jí)差距不大的情況下，會(huì)選擇距離近的進(jìn)行日常生活、消費(fèi)等行為[9]．

3.2.1 居住區(qū)至商業(yè)設(shè)施路徑分析

商業(yè)區(qū)位主要特征之一是具有較好的交通環(huán)境條件，以便購物者方便快捷的到達(dá)商業(yè)中心．本文選取中心區(qū)美樂城、天鴻商場(chǎng)、萬達(dá)商場(chǎng)等大型商業(yè)設(shè)施．依照居住區(qū)至鄰近商業(yè)設(shè)施的最短時(shí)間成本，居民使用頻率較高的主干道為人民路、浴新北大街、聯(lián)紡路、滏河北大街和滏河南大街；次干道為果園路、叢臺(tái)路、水廠路等．大部分居住區(qū)居民到達(dá)就近商場(chǎng)時(shí)間在6 min以內(nèi)，僅西部居住區(qū)居民主要通過人民西路到達(dá)就近商場(chǎng)，時(shí)間多為6～10 min(見圖4)．

圖4 居住區(qū)至最近商業(yè)設(shè)施公共路徑及時(shí)間成本

3.2.2 居住區(qū)至公園場(chǎng)所路徑分析

城市公園的可達(dá)性能夠客觀地反映城市公園綠地空間分布情況，并且可以用來評(píng)價(jià)居民能否公平、方便地享用城市公園綠地[10]．本文研究場(chǎng)所主要選取趙苑公園、叢臺(tái)公園、龍湖公園、滏陽公園和羅城頭公園5處規(guī)模相對(duì)較大的城市公園，其分布于中心區(qū)中部和南部．居民到達(dá)就近公園，主要通行的道路為聯(lián)紡路、叢臺(tái)路、人民路、中華北大街、中華南大街、浴新北大街等，且多在7 min之內(nèi)即可到達(dá)上述所指的城市公園(見圖5)．

圖5 居住區(qū)至最近公園場(chǎng)所公共路徑及時(shí)間成本

3.2.3 居住區(qū)至銀行設(shè)施可達(dá)性評(píng)價(jià)

銀行設(shè)施空間網(wǎng)絡(luò)的平均路徑距離整體偏短．居住區(qū)居民到達(dá)鄰近銀行多使用支路通行，主干道主要有浴新北大街、聯(lián)紡路、人民西路等，次干道主要有果園路、叢臺(tái)西路等，時(shí)間基本控制在5 min以內(nèi)(見圖6)．

圖6 居住區(qū)至最近銀行設(shè)施公共路徑及時(shí)間成本

4 街道智慧優(yōu)化策略

本文利用 GIS技術(shù)平臺(tái)對(duì)居住區(qū)至緊急型、非緊急型最近服務(wù)設(shè)施及最短時(shí)間成本的公共路徑進(jìn)行提取(見圖7和圖8)，并利用智慧化理念針對(duì)選取的公共路徑街道進(jìn)行模擬優(yōu)化．

圖7 居住區(qū)至緊急型服務(wù)設(shè)施公共路徑

圖8 居住區(qū)至非緊急型服務(wù)設(shè)施公共路徑

4.1 居住區(qū)至緊急型服務(wù)設(shè)施公共路徑街道

首先，針對(duì)公共路徑街道信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，利用自動(dòng)感應(yīng)設(shè)備、路面?zhèn)鞲衅髟O(shè)備及移動(dòng)設(shè)備采集街道中機(jī)動(dòng)車出行數(shù)據(jù)以及行人出行活動(dòng)信息數(shù)據(jù)；其次，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選及處理并傳輸至街道數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；最后，將車流量、停車狀況、通勤模式以及車輛移動(dòng)速度等信息傳輸至街道使用者(見圖9)．由此，街道使用者可快速發(fā)現(xiàn)街道系統(tǒng)問題，并采用相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案應(yīng)對(duì)路段出現(xiàn)的突發(fā)情況，達(dá)到利用已獲悉的數(shù)據(jù)提高緊急型車輛及行人通行效率的目的．

圖9 智慧街道模擬優(yōu)化過程

4.2 居住區(qū)至非緊急型服務(wù)設(shè)施公共路徑街道

增加街道中智慧設(shè)施，促進(jìn)居民在進(jìn)行非緊急型活動(dòng)時(shí)能夠享受到街道中智慧化服務(wù)，增強(qiáng)人與街道之間的互動(dòng)，例如增加自動(dòng)售賣亭，并在其頂部加裝太陽能電池板，為消費(fèi)者免費(fèi)提供手機(jī)充電服務(wù)；增加包裹自提柜、生活信息顯示屏、智慧路燈等，讓居民可享受一鍵叫車、一鍵求助以及地圖查詢，獲得周邊各類信息服務(wù)．

5 結(jié)語

本文對(duì)邯鄲市中心區(qū)街道及服務(wù)設(shè)施信息進(jìn)行爬取及量化分析，并結(jié)合服務(wù)設(shè)施的功能及居民需求，分析計(jì)算居住區(qū)與緊急型設(shè)施和非緊急型設(shè)施之間的時(shí)間成本，對(duì)其路徑街道提出智慧優(yōu)化建議，以期提高街道運(yùn)行效率，更加方便居民出行．本研究主要關(guān)注多種服務(wù)設(shè)施可達(dá)性的路徑，在一定程度上為城市街道提供了更新思路，但由于研究數(shù)據(jù)受限，各類設(shè)施缺少規(guī)模、級(jí)別等屬性，數(shù)據(jù)有待進(jìn)一步完善．