【《基于GIS的设施可达性分析计算案例》6400字】

基于GIS的设施可达性分析计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u19603基于GIS的设施可达性分析计算案例 133281.1基础数据库的构建 1266631.1.1起始点与目的地的确定 126501.1.2普洱市城市道路数据的获取与处理 2117701.2教体设施的可达性计算 3299181.2.1最短距离计算 4229341.2.2设施服务能力计算 6212981.2.3可达性的计算与结果表达 7131231.3教体设施的可达性结果分析 1081421.3.1教育设施可达性分析 1065641.3.2体育设施可达性分析 13319181.4小结 14299831.1.1普洱市各类公共服务的可达性水平参差不齐 14116641.1.2普洱市教育设施空间分布呈现地域性不均衡 15193631.1.3普洱市教体设施可达性水平与城市发展情况存在结构性错位 151.1基础数据库的构建1.1.1起始点与目的地的确定1.起始点本研究以普洱市域342个居民点为起始点，人的位置是本文研究的起点，由于获取数据有限，无法确定到他们具体从何位置出发，本文采用研究的居民点数据为全国地理信息数据库中的居民点数据，如图4-1所示。图4-1普洱市各区县居民点分布图来源：作者自绘2.目的地本研究以分布于普洱市域10个行政区中的840个中小学教育设施、58个体育运动场馆，作为居民活动的目的地（兴趣点），具体位置见前文。1.1.2普洱市城市道路数据的获取与处理本研究道路数据采用全国地理信息数据库中的普洱市市域道路数据，并将这些道路数据进行筛选处理，分为5级，包括国道、省道、县道、乡道、村道、其他道路。见图4-2所示。接着，根据城市的实际情况确定了每一类道路的通行速度，见表4-1。图4-2普洱市道路网络图来源：作者自绘表4-1普洱市道路通行速度道路类型通行速度（km/h）国道80省道60县道、乡道、村道、其他道路30来源：作者自制1.2教体设施的可达性计算本研究的可达性计算，分为三步骤。第一，计算出起点到终点的最短时间，即：普洱市所有具有教育体育设施需求者从其生活居住点出发，抵达他们可以使用的中小学、体育设施的最短时间。第二，在此基础上，运用潜能模型来计算普洱市域内每个居民点到教体设施的可达性。第三，将可达性计算结果在GIS软件中进行可视化表达。1.2.1最短距离计算计算所有起终点之间的最短距离，需要用到GIS软件中的“网络分析—OD成本矩阵”工具，OD成本矩阵即起点—目的地成本矩阵。部分居名点或设施点地并不落在道路上，只要到达离其最近的道路便算是到达目的地。在这一步的计算中，由于教育设施是划片利用的，各区县内的居民只能利用到本区县内的教育设施，因此教育设施与体育设施的操作步骤有所不同。对于教育设施，起始点加载各区县居民点，目的地分别加载对应区县内的小学、中学设施点，最后运行求解出每个起始点到目的地点的最小时间，并且在这一图层的属性表中对应列出，即OD成本矩阵。以小学设施为例，结果如图4-3、4-4所示：图4-3普洱市小学OD成本矩阵图来源：作者自绘图4-4普洱市小学OD成本矩阵计算图来源：作者自绘对于体育设施，居民可使用市域内所有体育设施，因此，需要建立所有居民点到所有体育设施的距离成本。起始点加载所有居民点，目的地加载所有体育设施点，运行求解出每个起始点到目的地点的最小时间。结果如图4-5、4-6所示。图4-5普洱市体育OD成本矩阵图来源：作者自绘图4-6普洱市体育OD成本矩阵计算图来源：作者自绘1.2.2设施服务能力计算通过人口数量、各区教体设施点数目，进一步计算每个区教体设施的服务力水平。郑朝洪利用卫生技术人员数表示服务力来研究石狮市医疗设施空间可达性[]郑朝洪．基于GIS的县级市医疗机构空间可达性分析——以福建省石狮市为例[J][]郑朝洪．基于GIS的县级市医疗机构空间可达性分析——以福建省石狮市为例[J]．热带地理，2011，31（06）:598-603．[]胡继华，钟广鹏，谢海莹．基于出租和经验路径的城市可达性计算方法．地理科学进展，2012，31（6）：711-716.Mj=其中：Ｆj表示人口密度；ｎ表示兴趣点种类；Ｗｉ表示兴趣点类别为i的影响因子；Pi表示兴趣点类别为i的兴趣点数量；q为相关系数。本文中将中学、小学、体育设施各视为同一种类型的兴趣点，让Ｗi与ｎ均为１，相关系数取１，则目的地的服务能力的计算公式为（4-2）：Mj=计算得出中学、小学、体育设施的服务能力见表4-2、4-3。表4-2普洱市中小学设施服务能力行政区人口密度小学设施点数量小学服务能力中学设施点数量中学服务能力思茅区81163.11122.99宁洱县37423.19212.89墨江县70473.52213.17江城县36222.9082.46景东县82913.87233.28景谷县39493.28142.74镇沅县51343.24142.85澜沧县581183.84253.16孟连县76273.3162.66西盟县71323.3672.70数据来源：作者自制表4-3普洱市体育设施服务能力行政区人口密度设施点数量服务能力思茅区81293.37宁洱县3711.57墨江县7092.80江城县3652.26景东县8222.21景谷县3921.89镇沅县5122.01澜沧县5811.76孟连县7632.36西盟县7142.45数据来源：作者自制1.2.3可达性的计算与结果表达然后，将服务能力与得到的居民区点到各个设施的最短时间带入潜能模型公式，从而计算出每个居民区点到各个设施的可达性。Ai=其中，Ai表示可达性度量值，Mj表示j设施点的服务能力，Dij表示的是居民点ｉ到设施点ｊ点之间的最短出行距离距离，β为摩擦系数。其中，吴建军采用β=2的模型研究河南省兰考县医疗设施的空间可达性[[]吴建军，孔云峰，李斌．基于GIS的农村医疗设施空间可达性分析——以河南省兰考县为例[J]．人文地理，2[]吴建军，孔云峰，李斌．基于GIS的农村医疗设施空间可达性分析——以河南省兰考县为例[J]．人文地理，2008，（05）：37-42．[]彭菁，罗静，熊娟，郑文升．国内外基本公共服务可达性研究进展[J]．地域研究与开发，2012,31（02）：20-25．计算得出的可达性结果如表4-5所示。表4-5可达性计算结果居民点123……342小学可达性6.57317.56885.6538……1.1939中学可达性1.48401.52901.7885……1.2944体育设施可达性0.57650.50450.7486……0.6294数据来源：作者自制根据潜能模型，得到了每个居民点的可达性度量结果，为了研究其规律，需要将这些数值结果反映于空间上，常用的方法包括GIS软件中的空间插值分析。其中，常用的插值方法包括：反距离权重法、克里金法、自然领域法、样条函数法。克里金法是对未知样点进行的一种线性无偏最优估计。并且在本研究的实际操作中，利用克里金方法进行空间数据插值取得图面效果更为理想，因此本文采用克里金法来量化空间可达性。利用GIS插值工具，得出中小学可达性空间分布图如4-7、4-8，体育设施可达性空间分布图如4-9：图4-7各行政区小学可达性空间分布图来源：作者自绘图4-8各行政区中学可达性空间分布图来源：作者自绘图4-9各行政区体育设施可达性空间分布图来源：作者自绘1.3教体设施的可达性结果分析1.3.1教育设施可达性分析1.3.1.1小学设施可达性从小学可达性分析结果来看，观察图4-5，在总体上可达性呈现多个核心的圈层结构分布，拥有2个高水平可达性核心，在中心可达性较高，向外逐渐降低。对小学设施的可达性及其布局进行分析，在整体上可以从三方面进行分析。在城市层面上，拥有北部以景东、镇沅县为中心，西部以澜沧县为中心的2个可达性较高中心区域，且中东部宁洱县、景谷县东北部可达性水平也较高。思茅区西部地区和江城县的可达性显著较低。其主要原因是，2个高水平的核心从交通路网的完善程度，设施的数量，与人口数量上发展情况相较来说都比较好。而可达性水平较低的地区则小学设施数偏少。在设施层面上，研究范围内可达性较好的区域内出现了高可达性的核心片区，分析其位置可以发现，可达性较高的北部核心中包含了多所分布密集的学校。这些设施地理位置处在较便捷的位置，且相对比较集中，对其区域的可达性有明显提升作用。在居民层面上，可达性较高的居民点大多存在人口适量和距离设施较近的特点，相反人口数量较多且有小学设施在其附近的居民点可达性却处在相对中间的位置，其原因主要为，居民人口集聚的区域，对服务设施的需求较大，但设施的服务供给能力有限，造成其可达性不高的结果，而人口适中，与设施距离较近的位置则可以获得较好的可达性。1.3.1.2中学设施可达性从中学可达性分析结果来看，观察图4-6，分析可知其特征与小学特征类似，拥有1个显著的高水平可达性核心。在城市层面上，镇沅、景东为中心的北部核心可达性较高。且北部的可达性明显高于南部。除核心区外，大部分地区的可达性水平都不高，思茅、宁洱的中东部地区可达性稍高。可达性较高的范围在核心区外围，且在北部景东县的圈层面积较大。从设施布局上，可达性最高的区域位于镇沅县，其区域范围内包含14个中学，虽然其数量并不是全市域最多的，但其分布位置比较密集，交通相对便利，与各居民点的通行距离比较短，所以其周边的居民点，都有较高的可达性水平。可达性相对较高的区域在核心区域外部，呈不规则多边形的形式。澜沧、孟连、西盟区域中学数量虽然不少，但是区域面积大，设施数量不太密集，起始点的交通距离相对较大，因此其可达性水平也较低。而在江城县这一区域，则可能是由于中学数量较少，因此可达性比较低。居民层面上，分析结果与小学结果类似。1.3.1.3小学与中学设施可达性对比分析普洱市域的教育设施空间可达性在小学和中学两类设施上有不同表现，对比小学和中学可达性布局结构，首先，总体而言，小学设施的可达性数值较高，整体可达性表现的更好，这是由于小学的数量明显较多，分布更为密集。第二，可以发现，澜沧、西盟、孟连拥有小学的高水平可达性核心，但是在中学设施的可达性方面表现较差，甚至未达到县域平均水平。这可能是由于相较于市域总体水平，这一区域的中学数量设施较少，发展水平不高。第三，可以发现，与小学可达性布局结构类似，思茅西部与江城县中学、小学可达性水平都比较低，说明其从设施的数量，交通路网的完善程度，与人口发展水平都不太匹配，存在问题。1.3.1.4教育设施可达性与核密度分布对比分析因为在计算可达性数值时，本研究运用了交通路网、人口密度，供需双方空间分布。所以，可达性的空间分布图能有效的发映出三者之间的关系。核密度分布图则是直接性的反映主要的空间现状和特征，且其依据的距离主要是直线距离。因此，对比两图可以看到道路路网与人口因素对于设施使用情况的影响。通过小学设施可达性空间分布图与核密度分布图对比，可以看出，江城县、西部三县的边缘区域可达性水平低于密度水平，造成这一现象的原因可能是边缘的农村地区交通网络不是很发达。通过中学设施可达性空间分布图与核密度分布图对比，可以看出，西部三县的可达性水平低于核密度，可能是由于其人口密度较大，设施水平未跟上发展水平。东部片区的核心由景东转到镇沅，可能是由于景东处于市域比较边缘的位置，影响其可达性。且思茅、宁洱区域的可达性水平也不及其集聚水平，可能是由于思茅地区设施数量偏少，且该地区人口密度较大，影响其可达性水平。1.3.1.5教育设施可达性与城市发展水平对比分析一般来说，一个地区的城市发展水平越高，其配套的公共服务设施的发展水平也越高，其可达性也应该越高。通过设施可达性与城市发展水平对比，可以发现以下几点结论：首先，根据《教育体育事业发展规划》布局，总体来看，普洱市域教育设施的可达性与其提出的三个片区分布格局有所差异。虽然都呈现出区域核心圈层结构，但是中东部片区的思茅宁洱规划核心区可达性水平不高，并未形成核心，且其中北部片区的中心由景谷向镇沅发生了偏移。第二，将9个行政区县的教育设施的可达性与该区域城镇化发展水平进行比较，可以发现墨江县、景谷县属于低水平匹配区（双低）；澜沧县、镇沅县、景东县属于设施先行区；思茅区、宁洱县、江城县属于设施滞后区。第三，将9个行政区县的教育设施的可达性与该区域经济发展水平（常住人口人均GDP，见表3-2）进行比较，可以发现镇沅县等区为高水平匹配区（双高）；思茅区、景谷县、江城县为设施滞后区；宁洱县、景东县、澜沧县等为设施先行区。1.3.2体育设施可达性分析1.3.2.1体育设施可达性观察图4-7，在城市层面上，对体育设施的可达性及其布局进行分析，可以发现，体育设施可达性水平呈中心高外围低的圈层结构，拥有1个明显的以思茅区为中心的高水平核心，1个面积较小的以墨江县为中心的核心，在核心外的可达性水平降低明显。在设施层面上，可达性最高的区域位于思茅区，其区域范围内包含21个体育运动场馆，几乎占整个研究区域内体育设施规模的40%。另一个核心墨江县则在区域内拥有9个体育运动场馆，其水平也属于整个市域内的较高水平。由于这些区域内的体育运动场馆较多，通行距离比较短，所以其周边的居民点，都有较高的可达性水平。澜沧县、江城县、景东县都只有1或2个体育运动场馆，因此其可达性都比较低。可达性相对较高的区域在核心区域外部，其圈层也并不是近圆形的布局，而是一个不规则多边形。其余的可达性较低的范围多在研究区域的靠近边缘的范围中，距离其余区县的体育场馆都较远，所以其可达性水平依据与设施核心圈的距离逐层下降。例如由于澜沧、孟连、西盟等县位于整个市域的西部边境，与其余各县的交通距离都相对比较远，因此其可达性水平也较低。而宁洱县区域的可达性较其他相同位置地区较高的另一个主要原因也是，距离可达性较高的核心区直线距离较近，道路网络比较完善，因此具有较好的可达性表现。1.3.2.2体育设施可达性与核密度分布对比分析通过体育设施可达性空间分布图与核密度分布图对比，可以看出，两者大致上一致，但在墨江县出现了一处可达性小核心，可能是由于墨江县整体设施数量较多，使得其服务能力水平较高，且此区域的交通情况较好，使得其可达性水平较高。1.3.2.3体育设施可达性与城市发展水平对比分析同中小学设施分析类似，通过体育设施可达性与城市发展水平对比，可以发现以下几点结论：首先，根据《教育体育事业发展规划》布局，总体来看，普洱市域体育育设施的可达性比较平均，发展水平都不是很高，因此并未呈现出与规划中类似的分布结构。可能是由于样本种类及数量较少，无法体现其差异性。第二，将9个行政区县的体育设施的可达性与该区域城镇化发展水平进行比较，可以发现思茅区、宁洱县、墨江县为高水平匹配区（双高）；孟连县属于设施滞后区；除此之外，其余县均属于低水平匹配区（双低）；。第三，将9个行政区县的体育设施的可达性与该区域经济发展水平（常住人口人均GDP，见表3-2）进行比较，可以发现思茅区、镇沅县等区为高水平匹配区（双高）；景谷县、镇沅县、江城县为设施滞后区；其余县均属于低水平匹配区（双低）。1.4小结通过对普洱市域内教育、体育设施的可达性计算与分析，本研究初步可以得出以下结论：1.1.1普洱市各类公共服务的可达性水平参差不齐在小学、中学、体育设施这3类公共服务设施上，由于存在设施间的布局方式和各区域路网密度不同的情况，其可达性在各个城市片区均有不同的表现，致使居民获得各项城市公共服务的水平参差不齐。计算研究范围内整体的平均可达性，小学可达