体力交通可达性的评估方法
技术领域
本发明涉及区域内不同地区的交通可达性的评估，尤其涉及一种体力交通可达性的评估方法。
背景技术
体力交通是指采用步行或自行车等人力驱动方式的陆域出行交通。所述自行车指人力驱动的脚踏自行车，不包括有助力装置的自行车。
然而，现有技术中缺乏一种能够帮助研究人员全面、一致地对不同区域的体力交通可达性或者说便捷程度进行评估、对比或研究的解决方案。相关解决方案的缺乏，使得目前在进行体力交通网络规划或者城市慢行系统等的规划设计时，往往缺乏量化的决策分析依据。不利于做出更好的公共决策。
因此，亟需一种体力交通可达性的评估方法，以弥补现有技术的上述不足。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术缺乏能够帮助研究人员全面、一致地对不同区域的体力交通可达性或者说便捷程度进行评估、对比或研究的解决方案，造成城乡规划设计在慢行网络方面考虑不足，而提出的一种新的体力交通可达性的评估方法。
本发明是通过在可获得体力交通路径网络的研究区域内，采用下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供了一种体力交通可达性的评估方法，该评估方法包括以下步骤：
步骤一、将研究区域分为评估区S和外围区W，确定评估区S的边界线，并将评估区S及外围区W内有人和需要有人的区域划分为多个小区，其中，边界线不穿越任意小区，评估区S包含的小区被定义为需要评估的小区，外围区W包含的小区被定义为参与评估的小区；
步骤二、确定评估区S包含的小区数MS和小区编号i，以及外围区 W包含的小区数MW和小区编号k。
步骤三、确定小区的权重系数及其编号，权重系数的编号与其对应的小区的编号相同；
步骤四、确定评估针对的体力交通方式，并设置与体力交通方式对应的路途时长的阈值时间T；
步骤五、确定出行距离r，其被定义为体力交通方式对应的平均速度和阈值时间T的乘积；
步骤六、选取评估区S内的一个小区i0(i0为i的某个编号)作为圆心，以出行距离r为半径，生成一个以圆周线为边的i0出行圈；
步骤七、统计出行圈包含的小区数和小区编号，其中，出行圈包含的小区被定义为小区中心点在出行圈圆周线及以内的小区；
步骤八、获取出行圈内的路径网络信息，根据路径网络信息以及体力交通方式对应的平均速度计算，从圆心的小区出发，走距离最短的路径到达其他小区，且以最短路径到达其他小区的距离除以所述体力交通方式的平均速度而得到到达其他小区所需的时间，或者，通过网上地图服务获取圆心的小区到达其他小区的所述体力交通方式的路途时间，然后统计在阈值时间T内能够到达的小区数和小区编号；
步骤九、根据步骤八得到的结果数据，结合步骤三中确定的小区的权重系数，计算得出作为圆心的小区的可达性指标。
根据本发明的一些实施方式，所述评估方法还包括：
重复执行步骤六至步骤九，直至遍历评估区S中的所有小区，然后基于计算评估区S中的所有小区的出行圈可到达的加权小区数与出行圈所有加权小区数的比值得到评估区S的整体可达性。
根据本发明的一些实施方式，步骤三中，基于小区所在地段的房价、房屋租赁价、人口密度、居住条件信息、商业条件信息、可得服务信息、就业信息中的部分或全部确定小区的权重系数。若忽略所述因素，可将权重系数设置为1.0。
根据本发明的一些实施方式，步骤四中，将阈值时间T的缺省值设置在5分钟-30分钟的范围内。
根据本发明的一些实施方式，步骤四中确定的体力交通方式包括步行、自行车；并且，
步骤五中针对步行、自行车设置平均速度的缺省值，或者，用基于实测的或用网上地图服务提供的所述体力交通方式的路径距离和时间计算的平均速度值。
根据本发明的一些实施方式，步骤七中，统计i0出行圈包含的小区编号和小区数时，分为以下两种情形：
情形一、出行圈包含的小区全部位于评估区S内，则出行圈包含的小区编号直接采用评估区S的小区编号，小区数为
情形二、出行圈包含的部分小区在外围区W内，则在评估区S内的小区采用评估区S的小区编号i，外围区W内的小区采用外围区W的小区编号k，并分别统计出行圈包含的属于评估区S的小区数和属于外围区W的小区数
根据本发明的一些实施方式，基于以下公式(1)和公式(2)计算作为出行圈圆心的一个小区i0∈MS的可达性指标，其中到达的加权小区数为如下公式(1)定义，
公式(1)中的和采用如下定义：
并且，根据以下公式(2)计算圈内可到达的加权小区数占圈内所有的加权小区数的比重作为出发小区i0的可达性指标，
其中
公式中，bi为评估区S内的i编号小区的权重系数，i∈MS，而bk为外围区W内的k编号小区的权重系数，k∈MW。
以上所述加权小区数是指，小区被赋予权重系数后的当量小区数，如有的小区相当于1.5个小区数而有的小区只相当于0.5个小区数。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
根据本发明的体力交通可达性的评估方法，能够帮助研究人员全面、一致地对不同区域的体力交通可达性或者说便捷程度进行评估、对比或研究，从而能够辅助做出更好的公共决策。
附图说明
图1为根据本发明优选实施例的体力交通可达性的评估方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都将落入本发明的保护范围之中。
在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”等，参考附图中描述的方向使用。本发明各实施例中的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。
根据本发明优选实施方式的体力交通可达性的评估方法可用于针对存在体力交通活动的研究区域实施评估。
如图1所示，该评估方法包括以下步骤：
步骤一、将研究区域分为评估区S和外围区W，确定评估区S的边界线，并将评估区S及外围区W划分为多个小区，其中，边界线不穿越任意小区，评估区S包含的小区被定义为需要评估的小区，外围区W 包含的小区被定义为参与评估的小区；
步骤二、确定评估区S包含的小区数MS和小区编号i，以及外围区 W包含的小区数MW和小区编号k；
步骤三、确定小区的权重系数及其编号，权重系数的编号与其对应的小区的编号相同；
步骤四、确定评估针对的体力交通方式，并设置与体力交通方式对应的路途时长的阈值时间T；
步骤五、确定出行距离r，其被定义为体力交通方式对应的平均速度和阈值时间T的乘积；
步骤六、选取评估区S内的一个小区i0作为圆心，以出行距离r为半径，从而生成一个以圆周线为边的i0出行圈；
步骤七、统计出行圈包含的小区数和小区编号，其中，出行圈包含的小区被定义为小区中心点在出行圈圆周线及以内的小区；
步骤八、获取出行圈内的路径网络信息，根据路径网络信息以及体力交通方式对应的平均速度计算，从圆心的小区出发，走距离最短的路径到达其他小区，且以最短路径到达其他小区的距离除以所述体力交通方式的平均速度而得到到达其他小区所需的时间，或者，通过网上地图服务获取圆心的小区到达其他小区的所述体力交通方式的路途时间，然后统计在阈值时间T内能够到达的小区数和小区编号；
步骤九、根据步骤八得到的结果数据，结合步骤三中确定的小区的权重系数，计算得出作为圆心的小区i0的可达性指标。
根据本发明的一些优选实施方式，所述评估方法还包括：
重复执行步骤六至步骤九，直至遍历评估区S中的所有小区，然后基于计算评估区S中的所有小区的出行圈可到达的加权小区数与出行圈所有加权小区数的比值得到评估区S的整体可达性，即图示的步骤十。
其中，可以理解的是，有交通就有可达性。可达性可以理解为在旅途时间阈值T的约束下，能够到达的地域范围，这个范围越大可达性越好。体力交通由于受体力限制，出行范围限定在出行圈以内需要到达的区域，若能在阈值时间内到达圈内的所有这些区域，将达到最好的可达性。
在体力交通可达性评估中，研究的区域分为评估区S和S区之外的外围区W。S区内有MS个需要评估的小区，赋予编号i∈MS；W区内有MW个辅助评估的小区，赋予编号k∈MW。体力交通方式有一个适合的出行距离r，通常步行在2km以内，脚踏自行车在5km以内，再远多数人会感到疲劳。为了评估，在S区内选择一种体力交通方式，以一个小区i0∈MS为中心，划出一个以r距离为半径的圆形范围，从而形成一个i0出行圈，并把小区中心点在圆周线及以内的小区全部包罗其中。由于出发小区在出行圈的圆心，并且半径距离r＝体力交通方式速度×阈值时间T，这样出发小区至出行圈边缘只有直线距离才能满足旅途时间的限制，因此，出行圈其实给出发小区设置了阈值时间内能够达到的最高可达性目标。
出行圈由于中心小区i0位置的关系，有可能全部在S区，也有可能靠近S区的边界而跨S区和W区。当出行圈内全部为S区小区时，圈内小区数为小区采用S区小区编号i；当出行圈有W区小区时，圈内小区数为出行圈与S区交集内的小区采用S区小区编号i，出行圈与W区交集内的小区则采用W区小区编号k。
根据本发明的一些优选实施方式，步骤三中，基于小区所在地段的房价、房屋租赁价、人口密度、居住条件信息、商业条件信息、可得服务信息、就业信息中的部分或全部确定小区的权重系数。若忽略所述因素，可将权重系数设置为1.0。
可以理解的是，上述优选实施方式基于这样一种认识，即，可达性也是一种获得价值的机会。由于各小区所处地段存在居住、商业、服务和就业等方面的差异，小区的价值会有不同。这种小区价值的差异采用权重系数表达，价值越高权重系数越大。设bi为S区i小区的权重系数，i∈MS；bk为W区k小区的权重系数，k∈MW。这样，到达高权重的小区等价于到达高价值小区。在到达的小区数相同的时候，到达的高价值小区数多，获得价值的机会就高。
根据本发明的一些优选实施方式，步骤七中，统计i0出行圈包含的小区编号和小区数时，分为以下两种情形：
情形一、出行圈包含的小区全部位于评估区S内，则出行圈包含的小区编号直接采用评估区S的小区编号，小区数为
情形二、出行圈包含的部分小区在外围区W内，则在评估区S内的小区采用评估区S的小区编号i，外围区W内的小区采用外围区W的小区编号k，并分别统计出行圈包含的属于评估区S的小区数和属于外围区W的小区数
根据本发明的一些优选实施方式，基于以下公式(1)和公式(2) 计算作为出行圈圆心的一个小区i0∈MS的可达性指标，其中
公式(1)中的和采用如下定义：
并且，根据以下公式(2)计算圈内可到达的加权小区数占圈内所有的加权小区数的比重作为出发小区i0的可达性指标，
其中
公式中，bi为评估区S内的i编号小区的权重系数，i∈MS，而bk为外围区W内的k编号小区的权重系数，k∈MW。
可以理解的是，以上所述加权小区数是指小区被赋予权重系数后的当量小区数，如有的小区相当于1.5个小区数而有的小区只相当于0.5 个小区数。
下面以数学建模的思路对上述优选实施方式加以阐述。
用数学模型表达，设想从评估区S内i0∈MS小区出发，形成一个以 i0小区为中心、以r距离为半径的i0出行圈，通过一种体力交通方式，在T阈值时间内，可到达圈内的加权小区数是即
其中，i属于出行圈或出行圈与S区交集内的S区小区编号，k则属于出行圈与W区交集内的W区小区编号，并且
对结果进行归一化处理，将T时间内，圈内可到达的加权小区数占圈内所有的加权小区数的比重作为出发小区i0的可达性指标，即
其中
遍历计算S区所有小区的可达性指标后，再计算S区内所有小区的出行圈可到达的加权小区数与出行圈所有的加权小区数的比值得到整个评估区的可达性指标即
其中
公式(3)权衡了所有出行圈内需要到达的区域的规模差异，使其规模与对总体可达性指标的贡献度成正相关，使规模越大影响越大。小区和评估区的可达性指标值介于0-100％，指标越高可达性越好。
以上所述加权小区数是指小区被赋予权重系数后的当量小区数，如有的小区相当于1.5个小区数而有的小区只相当于0.5个小区数。
因此，以体力交通方式、阈值时间T和出行距离半径r，出发地遍历评估区所有小区，就可得到小区和整个评估区的可达性指标。通过对比指标，就能分析出各小区单元对于体力交通所处的优势和不足。
根据本发明的一些优选实施方式，步骤四中，将阈值时间T的缺省值设置在5分钟-30分钟的范围内。
根据本发明的一些优选实施方式，步骤四中确定的体力交通方式包括步行、自行车；并且，
步骤五中针对步行、自行车设置平均速度的缺省值，或者，用基于实测的或采用地图服务数据计算得到的平均速度值，例如步行缺省值 4km/h，自行车的缺省值8km/h。
根据本发明的体力交通可达性的评估方法，提供了一种定量化的、较为客观的对于不同区域的体力交通的评估方法，能够帮助研究人员全面、一致地对不同区域的体力交通可达性或者说便捷程度进行评估、对比或研究，从而能够辅助做出更好的公共决策。例如，对步行系统或自行车专用道系统等的规划设计时，研究人员应用如上所述的体力交通可达性的评估方法，均有利于更为全面客观地将各个区域的体力交通方式的可达性、便捷性纳入考虑，并进行不同区域的对比分析。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，而且这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
