基于gis的武汉市公共服务设施空间分布及可达性研究

基于基于 GIS 的武汉市公共服务设施空间分布及可达性研究的武汉市公共服务设施空间分布及可达性研究 李宗华 彭明军 周海燕 夏希 肖立霞 （武汉市国土资源和规划信息中心，武汉市三阳路 13 号，430014） 摘 要 城市公共服务设施布局与人口分布高度相关， 两者相互影响。目前国内现有的公 共服务设施布局调整大多是自上而下供应驱动的规划，“千人指标”仍是规划决策的主要方 法，尽管部分学者运用 GIS 技术对公共服务设施布局规划进行了一定研究，但由于所掌握 人口数据的粒度大、分类粗，研究成果仍有待深入。本文以武汉市第六次人口普查数据为 重要数据源，运用空间分析等 GIS 相关技术，结合人口空间分布，分析中心城区公共服务 设施布局特点。在此基础上，研究公共服务设施布局与人口分布的关系，研究各类公共服 务设施的交通可达性、服务可达性，为城市规划管理、项目选址、公共服务设施配套规划 提供重要支撑。 关键词 GIS 人口 公共服务设施 空间分析 1引言 随着城市化进程的加快，城市人口不断集聚。在此背景下，合理设计城市、建设城市， 成为许多国家的重要议题。美国、德国、丹麦、加拿大、日本等发达国家非常重视人口、 经济、设施之间人与城市的协调性与可达性，强调基础设施建设的配套发展。英国“地方发 展框架”通过详细的人口数据，对城市的区域设施进行详细规划和分类，建立规划格网，通 过相关的地理数据进行网上项目的选址与审批，对城市进行科学管理和规划，真正体现规 划“以人为本”的思想。国内该方面的研究起步较晚，只有北京、上海、武汉、重庆等大城 市将人口分布与相关设施规划布局相结合，开展了相关研究工作。 城市公共服务设施作为重要的社会公益资源正受到国内外学者的广泛关注，其空间布 局的可达性目前已成为公共服务设施空间研究中的重点领域。自 1959 年美国学者 Hansen 在用重力方法研究城市土地利用时首次正式提出可达性的概念以来，诸多国外学 者对此已开展了大量深入细致的研究工作，其研究内容几乎涵盖了所有的公共服务设施门 类。随着 GIS 技术的普及和众多数理方法的引入，公共服务设施可达性研究改变了传统的 实地调研和问卷调查的方法，开始更多地依托 GIS 分析平台，可达性研究的测度与评价工 具愈加精确、有效。与国外相比，当前国内研究的主要方向与国外大体相同，研究的焦点 基本上也都集中在公共设施的布局与选址，以及公共设施的空间可达性与公平性等方面， 但由于起步较晚，其思想体系尚不成熟，研究的理论和方法都还处在探索阶段。同时，由 于人口数据的获取难度大，致使国内长期以来的公共服务设施规划布局研究一直处于人口 与设施的半分离状态。 2研究背景 当前武汉市正处于快速发展时期，人口大规模增长，人口结构及人口空间变化日益加 快。2010 年第六次人口普查数据显示，武汉市常住人口 979 万人，相比于 1990 年的 667 万，二十年间增长了 312 万人，年综合增长率达到 15.6 万人/年。从人口空间分布 来看，武汉市外环以内集中了全市近八成的人口，内环与三环之间地域的人口比重不断上 升，中心城区的人口密度一直处于上升状态。 城市公共服务设施布局与人口分布高度相关, 两者相互影响。现行的公共服务设施定 额指标采用的是“分级制度”与“千人指标”控制相结合的办法，未考虑不同年龄段人群的实 际需求，容易造成设施的过剩与匮乏。在此背景下，有必要结合城市的经济发展战略规划 目标，摸清中心城区人口空间分布与公共服务设施分布现状，建立能够为城市建设、规划 管理、政府决策等各部门各组织所共享、资源丰富的人口与公共服务设施数据库，运用 GIS 技术分析两者内在联系，为城市规划管理、项目选址、公共服务设施配套规划提供重 要支撑。 3研究方法 3.1 技术路线 在收集整理国内各城市公共服务设施相关标准规范基础上，建立一套评价指标体系， 开展人口与公共服务设施数据库建设，运用空间分析等 GIS 相关技术，分析中心城区规划 编制单元内人口空间分布、公共服务设施布局特点。在此基础上，研究公共服务设施布局 与人口分布的关系，研究各类公共服务设施的交通可达性、服务可达性。 （1）标准规范的收集整理。开展不同层次、不同领域的公共服务设施规划布局标准 的收集、对比等分析工作，归纳整理一套供决策分析的标准体系。 （2）评价指标体系的建立。针对社会福利、教育、医疗、体育等各类公共服务设施 服务人群和服务范围的不同，研究制定一套公共服务设施空间可达性及选址评价的指标体 系。 （3）人口数据库建设。从市统计局获取第六次人口普查数据，采用地址编码技术， 对人口数据进行离散化和均衡化，建立以人口总数、各年龄段为专题的数据库。 （4）公共服务设施数据库建设。从民政、卫生、教育等政府部门获取社会福利、医 疗卫生、中小学等各类公共服务施信息资源，依托“数字武汉地理空间框架”建设成果，对 各类公共服务设施的数量、种类、规模等方面进行统计分析，编制各类专题图，建立相关 专题数据库。 （5）人口及公共服务设施空间布局分析。依托建立完善的人口及公共服务设施数据 库，开展公共服务设施与人口分布的关系研究，分析各类公共服务设施的服务范围，评价 各类服务的可获得性。 图 1 技术路线图 3.2 评价因子的选择 公共服务设施的空间可达性，主要是指拥有相应需求的人群通过某种交通方式从某一 给定区位到达目标设施的便捷程度，换言之，即人们到达设施供应地进行活动时所需花费 的成本大小。其所反映的是不同地区的群体对特定社会服务的接近度是否公平，由此确定 那些缺乏相应设施而应该加以关注的区域。本研究重点针对社会福利设施、教育、医疗卫 生等公共服务设施的空间可达性进行了研究。针对上述不同类型公共服务设施的特点，选 取了人口密度、人口数量、交通因子、地域条件、规划管理用途、管理审批情况等不同评 价因子，建立评价模型。 （1）人口密度分布。人口密度在一定程度上决定着公共服务设施的分布情况,人口密 度越大，设施利用率越高, 越能更好地展现出其服务周边居民的能力。本研究中分别选取 了 0-6 岁、7-12 岁、13-18 岁、19-59 岁、60 岁以上不同年龄段人口密度和人口数作 为评价因子进行分析。 （2）交通方便程度。交通因子是影响到达公共服务设施是否便捷的重要因子。交通 条件比较好的公共服务设施,能缩短居民到达所花的时间,降低成本,吸引力强；而距离远、 交通不便的公共服务设施的吸引力则会降低。本研究中分别选取了 5 分钟、10 分钟、15 分钟步行的出行模式，5 分钟、10 分钟、15 分钟、20 分钟公交的出行模式进行评价。 （3）地域条件。新建公共服务设施时应选择远离现有设施的区域进行选址研究。 （5）规划管理用途。城市总体规划、控制性详细规划中的居住用地、医疗卫生用地、 教育科研设计用地可作为新建中小学、医院和社会福利设施的适宜性位置。 （6）规划审批信息。当前已核发选址意见书、用地许可证、建筑工程许可证等管理 审批许可，且不属于公共服务设施的区域，应从新建公共服务设施区域中予以扣除。 3.3 数据分析处理 （1）人口数据。利用 Oracle 等数据库处理软件对武汉市第六次人口普查数据进行 分类汇总后，运用空间定位等 GIS 技术，将人口数据与普查小区进行空间挂接，实现人口 数据的空间化，最后按照不同年龄、性别、受教育程度等进行人口数据的抽取，建立完善 相关人口专题数据库。 （2）公共服务设施数据。依据从相关政府部门收集到的信息，通过内业数字化和外 业实地核查，对社会福利设施、教育、医疗卫生等各类数据进行处理建库。 （3）交通数据。提取道路中心线、轨道中心线、公交站点、轨道站点等信息，划分 道路等级，并进行数据拓扑处理，为网络分析提供前提。 （4）规划管理一张图。对现有统一规划管理用图进行合并简化，仅保留公共设施用 地、居住用地、其他三大类用地。 （5）管理审批信息。提取 2008 年以来核发一书三证等审批信息的地块数据，并按 照教育、医疗卫生、其他公共设施用地、其他四类进行归并。 4 空间布局分析 4.1 人口分布特点 依据武汉市第六次人口普查数据统计结果，武汉市现有人口总数约 1006.15 万，其 中常住人口约 978.54 万，暂住人口约 27.61 万。6 岁及以下人口约为 48.2 万人，占 4.86%；7 至 18 岁人口约为 115.21 万人，占 11.45%；19 至 64 岁人口约为 762.33 万人；占 75.77%；65 岁及以上人口约为 79.72 万人，占 7.92%。规划编制单元内总 人口约 600 万人，平均人口密度 10929 人/平方公里，其中汉正街、江汉关、新华路等片 区人口密度最大，天兴洲、四新、月湖片区人口密度最小。 图 2-1 人口空间分布二维效果图 图 2-2 人口空间分布三维效果图 4.2 公共服务设施分布特点 4.2.1 社会福利设施分布 武汉市主城区养老设施的空间分布不均衡，青山区人口老龄化程度最高、增长速度最 快，但市区级养老设施最少，街道、社区养老设施不仅配套不完善，而且数量少、分布不 均衡。街道、社区级养老设施环境参差不齐，还存在建设规模小、床位偏少、配套设施不 完善、卫生条件较差等方面的问题，尤其是该类养老设施的服务水平远远低于老年人的基 本生活需求，服务极不规范。 4.2.2 医疗卫生设施分布 武汉市主城区医院、急救中心、妇幼保健院的空间分布过于集中，一些近年快速发展 的区域，没有进行相关医疗卫生设施的配套，尤其是大型综合医院、急救设施、妇幼保健 设施，在一些城市建设用地快速扩张、人口数量增加迅速的区域，没有进行相应的布局和 规划。尤其沌口组团、关山组团缺乏大型的医院、急救中心、妇幼保健院，而这些区域有 大量的人口聚集，并且呈快速增长的趋势。 4.2.3 教育设施分布 武汉市现有基础教育设施呈现从中心相外围逐渐减少的状况，中心区域中小学密集， 在周边区域，尤其是新开发区域，如东湖高新技术产业区、武汉经济开发区等区域，中小 学数量较少，布局较分散。 图 3-1 社会福利设施空间分布图 图 3-2 医疗卫生设施空间分布图 图 3-3 小学空间分布图 图 3-4 中学空间分布图 4.3 服务范围分析准则 4.3.1 社会福利设施服务范围分析准则 按照老年康乐设施和养老保障设施两类进行其空间服务范围的度量分析。其中又根据 规模大小的不同，将养老设施分为床位大于 500 与床位小于 500 两种类型，其分析准则 如下。 表 1 社会福利设施空间服务范围分析准则 设施 服务 半径 1 服务 半径 2 服务 半径 3 服务 半径 4 可达性 老年康乐设施 500 米 - - - 10 分钟步行 床位大于 500 养老设施 1000 米 2000 米 3000 米 5000 米 - 床位小于 500 养老设施 500 米 1000 米 2000 米 - 10 分钟公交 4.3.2 医疗卫生设施服务范围分析准则 将医疗卫生设施分为医院设施、急救设施、妇幼保健设施、卫生服务设施等类型，从服务 半径和交通可达性两个方面入手，分析不同情况下，各类医疗卫生设施的空间服务范围， 分析准则与具体流程如下。 表 2 医疗设施空间服务范围分析准则 设施 服务半径 1 服务半径 2 可达性 医院设施 1000 米 2000 米 10 分钟公交 急救设施 1000 米 2000 米 5 分钟汽车 妇幼保健设施 1000 米 2000 米 10 分钟公交 卫生服务设施 500 米 800 米 10 分钟步行 4.3.3 教育设施服务范围分析准则 根据各个年龄阶段的不同特点，以及中小学类型的不同，分别对中小学的服务半径和 可达范围的分析方法进行了确立，从服务半径和可达范围两个方面进行分析和度量，其分 析准则与具体流程如下。 表 3 基础教育设施空间服务范围分析准则 设施 服务半径 可达性 1 可达性 2 可达性 3 小学 500 米 5 分钟步行 10 分钟步行 20 分钟步行 中学 1000 米 20 分钟步行 10 分钟自行车 10 分钟公交 4.4 空间可达性分析 4.4.1 社会福利设施空间可达性分析 通过对老年康乐设施 500 服务半径和 10 分钟步行可达范围的综合分析，可发现有部 分老年人口密度比较大的区域（见图 4-1、图 4-2），如洪山片区 A1105、塔子湖组团 A0402、晒湖片 A1108、古田组团 A0602、洪山片区 A1105 等区域，没有相应的老年 康乐设施，但这些区域的 60 岁以上老龄人口都超过了 10000 人。 图 5-1 老年康乐设施 500 米服务范围 图 5-2 老年康乐设施 10 分钟步行可 达范围 按床位大于 500 和小于 500 分别对养老设施的空间可达性进行分析，可看出有一些 老年人口密度比较大的区域没有相应的养老设施（如图 5-1、图 5-2），而这些地区 60 岁以上人口大多超过 10000 人，如珞瑜组团 A1301、珞瑜组团 A1303 等区域，需要增 加相应的养老设施。 图 5-1 床位大于 500 的养老设施 图 5-2 床位小于 500 的养老设施 不同服务半径覆盖范围 不同服务半径及公交可达范围 4.4.2 医疗卫生设施空间可达性分析 通过对医疗机构 1000 米、2000 服务半径和 10 分钟公交可达范围的分析，可看出 在医院 1000 米的服务半径内，沙湖片区 A1102，杨园组团 A0901、青山组团 A0803 等人口总数虽然大于 7 万人，但大部分地区不在医院 1000 米的服务半径之内。而古田组 团 A0601、古田组团 A0603 人口均超过 5 万，也不在医院 1000 米和 2000 米的服务范 围之内。按照平均时速 20 公里每小时的公交车速，计算现有医院 10 分钟公交车程的可达 范围，可以看出南湖组团 A1407、沌口组团 A1903 等区域人口总数均超过 6 万，但是大 部分区域不在医院 10 分钟公交的可达性范围内，这些区域医院设施的方便度相对不足。 而十升组团 A1803、关山组团 A1205 等区域人口均大于 2 万，区域内没有相应的医院， 且不在现有医院 10 分钟公交车程的可达范围之内，这些区块距离最近的医院直线距离也 超过 5 公里。 4.4.3 基础教育设施空间可达性分析 通过对小学 500 米服务半径和 5 分钟、10 分钟、20 分钟的步行可达范围进行分析， 可以得出南湖组团 A1406、沌口组团 A1905、古田组团 A0603 等区域没有一所相配套 的小学，在沌口组团 A1903、塔子湖组团 A0403、后湖组团 A0402、南湖组团 A1401 等区域，7 到 12 岁的人口数量都大于 2500 人，但是只有一所小学相配套，其中有的区 域存在学校班级不足，规模不足的问题。现有小学 20 分钟步行可达的范围内，沌口组团 A1905、南湖组团 A1406，四新组团 A1704 等区域没有配套相应的小学，需要在今后的 规划和布局中，对这些区域进行重点的考虑，或者通过公交优化、配备校车等措施，解决 这些区域适龄人口入学难问题。 500 米服务范围 5 分钟步行可达 10 分钟步行可达 20 分钟步行可达 图 7-1 小学空间可达性分析 从服务半径和可达性两个角度出发，通过对现有中学 1000 米的服务半径，以及在 20 分钟的步行、10 分钟自行车、10 分钟公交车的不同条件下中学的可达范围进行了分 析和计算，结合 13 岁到 18 岁之间的人口数量空间分布信息，分析了现有中学空间布局中 存在的问题和不足，发现关山组团 A1202、关山组团 A1204 等区域尽管适龄人口数量大 于 4500 人，但缺乏相应中学教育设施的配置，应当在今后的规划中进行重点考虑。 1000 米服务范围 20 分钟步行可达 10 分钟自行车可达 10 分钟公交可达 图 7-2 中学空间可达性分析 4.5 选址适宜性分析 4.5.1 养老设施的选址适宜性分析 通过对现有养老设施的服务半径与可达性的分析（见图 8-1），可以发现珞瑜组团 A1301、南湖组团 A1401、关山组团 A1203 这三个光谷的核心区域，人口密集，人口增 长迅速，60 岁老龄人口数量大于 5000 人，但目前没有任何的养老设施，因此重点在这 三个区域内，进行新建养老设施的选址适宜性分析。 综合考虑现有的土地利用现状、规划管理数据、老龄人口数与人口密度，以及分析得 出的现有养老设施的服务半径和可达范围，针对多种因素进行选址评价。利用不同的图层， 通过叠加与栅格计算，得出最优结果，图 8-3 中红色地块即为适宜新建养老设施的区域。 图 8-1 养老设施服务可达范围 图 8-2 选址分析流程 图 8-3 选址适宜 性分析 4.5.2 中小学选址适宜性分析 根据现状分析结果，对基础教育设施缺乏的区域进行新建设施的选址适宜性分析。在 充分考虑了现有中小学的位置、土地利用现状、规划管理信息，结合人口数量、交通等影 响因素，得出图中深蓝色区域分别是进行小学、中学规划的最佳选址地区。 图 9-1 小学选址流程及适宜性地图