基于时空脉动分析模型的城市公交规划方案研究

随着城镇化进程加快和人民生活水平提高,城市公共交通资源的合理配置已成为城市发展水平的重要评价标准之一。为了科学地规划城市公交服务方案,本文从时空数据变化分析角度,建立了基于时间和空间维度组合研究的城市公交时空脉动分析模型和公交需求计算模型,设计了时空维度下的公交服务水平评价指标,包括基于时间维度的公交运送能力指标和基于空间维度的公交可达性指标。立足于中新天津生态城时空数据公共平台,利用城市公交时空脉动分析模型与公交需求计算模型协同优化区域内公交发车频率和行车路线,研究模型结果可以将整体公交服务水平总和提高17.58%。     

义务教育就近入学优化建模研究

就近入学是国内外义务教育的基本共识,也是我国义务教育制度的重要组成部分。为满足就近入学需求,引入优化建模方法进行义务教育空间布局规划。首先,定义了4种就近入学场景：严格就近入学、学额限制的相对就近入学、学区连续的就近入学,以及学校布局调整下的就近入学,并构造了相关的优化模型,讨论了每个模型的优势与局限。其次,以河南省某县516个居民区和31所初级中学为例,尝试进行多个实验情景下的最优就近入学安排,并进行比较分析。案例研究发现：① 基于现有学校的布局,严格就近入学缺乏可行性;② 打破乡镇行政边界招生,能够显著地降低学生入学距离;③ 考虑学校学额限制后,学生入学距离比严格就近入学增加40.75%;④ 空间连续的学区划分方便义务教育管理,对学生入学距离影响不明显;⑤ 通过模拟少数学校扩建、新建或撤销,学校布局明显改善,学生入学距离比学区连续入学将下降31.32%。整体上,本文将空间指派、服务区划分、设施选址等优化模型用于义务教育就近入学分析,能够为基层义务教育管理提供规划决策建议,也能为其他公共服务设施规划提供参考。     

基于三维模型的城市局地微气候模拟

随着城市化进程的不断深入,城市热岛效应及其所引发的一系列环境问题日趋严重,本文尝试性地将新兴三维建模技术与微气候模拟相结合应用于城市局地微气候研究,以期获得的模拟数据及模型能够帮助城市管理者提供改善城市微气候质量的有效途径。本文选定珠江新城西区为研究区域,以规则建模手段构建城市三维模型,总结微气候模拟的相关子模型,并利用局地微气候模拟软件对研究区进行温度、湿度、风速、风向等气候要素的模拟,最后将二者的结果整合进行可视化展示。微气候模拟结果结合目标区域三维模型,能够直观地分析出建筑高度、密度和布局对目标区域城市微气候分布状况的影响,并提出相应的改善建议与规划策略。该方法克服了以往微气候研究局限于实地测量与单纯依靠过往气象数据的不足。规则建模对城市建筑布局、结构方面的具体呈现与ENVI-met在微气候分布模拟的结合,使城市局地微气候研究可以逐渐与三维建模相结合的方向发展,为不同地区的城市规划与微气候模拟研究提供了新思路与辅助决策工具。在城市建筑结构、布局对城市微气候的影响研究上也提供了更直观的可视化效果。     

基于GIS的枣庄市快速公交系统站点规划研究

城市快速公交系统具有运量大、速度快、投资省的特点。随着BRT技术的发展和成熟运用,国内各大城市纷纷投入BRT系统的规划与设计,且大部分已经投入使用。该文以枣庄市城市快速公交系统(BRT)为例,以GIS技术为基础平台,构建OD成本矩阵、LOGIT路径选择等数学模型,对城市快速公交系统联通中转换乘站点的规划布局进行深入研究,结合研究站点区域内的人口密度、道路状况、居民出行意愿等影响变量,建立相应的叠加分析模型,为决策者进行经营调度,开辟新的BRT线路站点提供决策支持,也为其他中小型城市快速公交系统的发展提供参考。     

基于SLEUTH模型的城市空间增长模拟研究--以焦作市为例

利用1988,1992,2001,2008年4个时相的遥感影像和GIS技术获取历史数据,采用SLEUTH模型,对焦作市未来城市空间演变进行研究。结果显示：SLEUTH模型重现了焦作市1988~2008年城市空间演变形态,模拟结果与实际情况比较吻合,充分证明SLEUTH模型具有普适性,通过校正能较好地描述城市增长的自然规律;预测模拟了2009~2020年城市空间增长,城市扩展趋势是新扩展中心出现边缘式扩展,向周围地区蔓延,在交通轴线连接下,形成组团式布局。研究结果为研究区城市发展及政府制定规划提供了科学决策依据。     

基于WebGIS的流域级洪水管理系统集成与应用

流域级洪水管理系统指为流域机构服务的洪水管理系统,是基于计算机网络、地理信息系统、数据库技术,专业分析模型,采用人机交互方式,按照统一标准与规范建立的流域洪水管理平台。为洪水预报、预警、预案编制、应急调度、风险评价、洪水整治、决策会商提供先进技术手段。本文首先讨论了流域洪水管理系统的结构设计与数据库,然后,以松花江流域洪水管理系统为例,对系统功能与分析模型进行了讨论。功能模块包括基础信息管理、洪水监视预警、洪水预报调度、二维洪水仿真、灾情评估、防汛管理等功能模块;分析模型方面,建立了水文-水力学耦合模型、全流域洪水预报模型与洪水调度模型。该模型由基于MIKE NAM的全流域降雨径流模型与基于MIKE11 HD的嫩江、二松、松干河道一维水动力模型组成。此外,在哈尔滨等4个重点城市与两个蓄滞洪区构建了MIKE21的二维洪水模拟模型,在城市、蓄滞洪区与防洪重点保护区,建立了灾情影响分析模型等。最后,利用WebGIS技术对这些功能模块进行了集成,建立了功能齐全的松花江流域洪水管理系统。作为国内第一个流域级洪水管理系统,松花江流域洪水管理系统的设计与建设,对流域级洪水管理系统的研究进行了有益的探索。     

城市天然气管网火灾定量风险分析系统研究与实现

随着城市天然气管网大面积铺设和投入使用,管线的安全风险问题日益突出。相关天然气泄漏、火灾、爆炸等事故对民众财产和人身安全产生了严重威胁。针对这一问题,基于GIS技术提出了一套燃气管网定量风险分析模型,结合燃气泄漏引发建筑物火灾的特殊背景下,提出适用的城市火灾蔓延模型,借助C#编程与ArcGIS Engine平台,开发一套城市天然气管网火灾定量风险分析系统。试验结果表明,本文系统有效地预测事故可能发生区域以及事故影响区域,并对发生火灾概率较大的区域实现蔓延模拟,从而预先对存在事故隐患的区域进行重点风险评价、安全教育乃至整个城市的二次规划和重建,有效抵御事故的发生,防患于未然。     

Web环境下异构地理分析模型的标准化和形式化研究

Web环境下分布着大量的地理分析模型资源,但模型的异构性限制了对现有地理分析模型的共享和重用。本文立足于地理分析模型自身研究的需要,论述了标准化和形式化方法在异构地理分析模型共享和重用中的重要意义,分析地理分析模型元数据的研究现状,设计地理分析模型元数据的标准框架,并提出利用XMLSchema技术表达模型元数据标准框架结构的方法,从而实现了语法和结构层次上的标准化。提出知识本体的语义映射模型,即利用本体语言对地理分析模型元数据进行形式化表达,而在语义层次上将各模型元数据进行映射。最后结合地理分析模型共享门户的应用实例,研究了在该门户中实现异构地理分析模型标准化和形式化的体系架构,为Web环境下异构地理分析模型的共享和重用提供新的思路。     

城市创伤中心空间选址的层次分析模型

针对城市创伤中心空间选址问题,建立包含四大类、八小类影响因素的层次分析模型,邀请不同领域的专家对构造出的判断矩阵综合打分,得出各因素的相应权重后运用到深圳市创伤中心空间选址的实例研究上。模型中所涉及的空间数据均基于网络分析,更贴合实际情况。同时,考虑到深圳市创伤中心的依托医院相对集中这一特殊情况,通过聚类分析划分区域后再使用层次分析模型选址。优化后的结果将改善深圳市创伤医疗救治资源配置、提高创伤救治效率,为创伤救治机构规划部门提供参考意见。     

主题模型与SVM组合的小尺度街区用地分类方法

城市用地分类作为城市规划重要的基础和依据,对城市资源配置、建设发展等具有重要意义。现有研究对用地分类都聚焦于“稀路网、大街区”的大尺度区域,随着城市发展,大尺度区域的规划模式造成了城市交通效率低下、土地低效率开发等问题,而小尺度的城市街区建设规划为解决上述问题提供了一种新的思路。为了充分挖掘现有交通大数据的潜在价值,更以高效地服务小尺度街区规划,本文将主题模型与支持向量机（SVM）相组合,提出一种面向小尺度街区的用地分类方法。本文以上海市黄浦区人民广场附近为研究区域,依据精细路网对研究区域划分,通过对一周（7天）出租车GPS数据处理,结合区域兴趣点（POI）数据,基于隐含狄利克雷分布（LDA）模型和SVM模型进行用地分类。在人工解译的分类图的基础上对本文方法进行精度评价,并基于百度地图地理数据进行结果验证。研究表明本文方法基于现有的交通大数据,实现了对小尺度街区用地分类,方法分类精度较高,在一定程度上可以节约人力物力,以便更好地服务于小尺度城市规划。     

基于零膨胀贝叶斯时空建模的精细尺度伪基站垃圾短信分析方法

伪基站垃圾短信活动存在显著的时空自相关和异质性现象,采用时空分析方法可以精准把握伪基站的移动规律和行为模式,为相关部门综合施策、探索长效管理机制提供科学的依据。然而,精细尺度下垃圾短信数据集中过多零数据导致的零膨胀问题,使当前的时空分析方法并不适用。为此,本文以2017年2月23日至2017年4月26日北京市色情服务类垃圾短信数据为例,构建零膨胀贝叶斯时空模型,不仅可以解决零膨胀问题,而且可以综合分析伪基站的空间、时间、时空效应以及外部影响因素,以识别伪基站活动的相对风险高值区、探究城市建成环境对其的影响。结果发现：在数据集中零值占比高达83.46%的情况下,基于零膨胀泊松分布的贝叶斯时空模型具有更好的拟合精度;色情服务类垃圾短信空间上的高风险区域主要聚集在北京市主城区的东部,风险值最高的区域属于朝阳区;周四、五、六风险趋势会相对增加,且18:00至次日02:00为高发时期;伪基站一般18:00从主城区的西南部开始向东北方向移动,凌晨01:00聚集在朝阳区西北部区域;商务住宅与住宿服务类城市环境与垃圾短信呈正相关,餐饮服务与派出所类城市环境呈负相关。研究表明,零膨胀贝叶斯时空模型为精细尺度的伪基站垃圾短信研究,提供了一个可以有效整合多个时间截面的分析数据、充分考虑伪基站的时空关系和外部影响因素并解决数据中存在零过多现象的方法,为发展和验证伪基站的环境犯罪学理论提供了一种重要的分析方法。     

村镇应急公共设施选址布局优化研究

应急公共设施对防灾减灾具有重要作用,但相关研究和实践通常围绕城市展开,中国村镇地域广阔、环境复杂,传统方法规划的应急公共设施布局无法满足村镇的需求。因此,针对村镇进行更加精细化的应急公共设施布局优化十分必要。本文主要研究内容包括：① 建立包括地理因素、交通条件、人口分布情况和危险源分布情况在内的应急设施适宜性用地指标体系,并避免在地质灾害、洪水等灾害高发区域建设;② 对仅需要承担应急服务的设施,建立集合覆盖模型和最大化覆盖模型两级选址模型进行分析,对需要承担公共服务和应急服务双重任务的设施,建立集合覆盖模型和p-中值模型进行分析;③ 以响应覆盖率、交叉响应率作为效率性评价指标,最大响应时间、平均响应时间作为公平性评价指标,综合评价设施选址方案。本文以神农架林区松柏镇为研究区域,以消防设施和应急医疗救助中心分别作为两类典型应急公共设施进行布局,得到以下结论：① 应急设施适宜性用地评价指标体系能够综合评价应急设施选址时需要考虑的各种因素,具有较强的实用性;② 对多选址方案进行对比,模型计算结果在效率性和公平性指标方面优于原选址方案,同时结合人口分布、实际用地情况和成本因素能够确定更为优化的布局方案,验证了方法的可行性和科学性。     

利用多源城市数据划定地铁站点吸引范围

随着时代的发展,世界城市规模不断扩大,各大城市的交通需求陡然增加,而地面出行所带来的堵塞和环保问题导致政府部门把目光转向地下交通发展,其中地铁是地下交通发展中最重要的交通工具。准确划定地铁站点吸引范围,分析影响地铁站点吸引范围主要因素,不仅对于优化地铁交通服务和规划地铁周边建成环境具有重要意义,同时对于新建地铁站点设施规划具有参考价值。传统的地铁吸引范围划定方法大多依赖于居民日常出行活动的调查和经验意见,存在时间周期长且耗费巨大和吸引范围划定不准确的问题;而多源城市数据的涌现为量化地铁站点周边建成环境及客流空间分布、合理划定地铁站点提供了全新的解决方案。TOD（Transit Oriented Development,TOD）是高密度城市（如深圳、北京等）寻求的城市和交通和谐发展的重要选择,也是未来交通建设的主要参考理念。因此,从公共交通导向的开发视角出发,本文利用2017年的兴趣点、道路网络、公共交通线路等多源城市数据刻画地铁站点周围的TOD信息指标,利用K均值聚类进行地铁站点聚类,结合TOD指标的空间变化趋势,确定深圳市不同类型地铁站点的吸引范围。研究结果表明：① 基于TOD密度指标划定的地铁站点吸引范围能够揭示地铁站点的吸引范围的差异,且就业地点密度和土地混合利用度对地铁站点吸引范围的影响较大; ② 与城市非中心区域相比,城市中心区域的地铁站点吸引半径较小但出行需求较高,其凸显了地铁站点规划在空间服务密度和居民出行需求之间的取得均衡;③ 深圳市地铁站点吸引范围重叠与城市区域发展程度相关程度较高,可为利用现有地铁站点空间覆盖,发展城市功能集中区域提供参考。     

基于模糊层次分析法的资源开发优化布局研究

本文以济南北跨城市规划区为例,采用模糊层次分析法及GIS空间分析技术,构建了"先建后采、先采后建、只建不采和只采不建"四种情境下的资源开发与城市建设适宜性评价模型,选取了对研究区综合效益影响较大的9个因子,采用德尔菲法确定了各情境下单因子内部的效益性评价分值,通过赋值叠加处理,得到不同情境下各评价单元的因子赋值结果,最...     

融合多源空间数据的城镇人口分布估算

精细尺度的城镇人口空间分布是分析人类-资源-环境相互关系的重要指标。本文提出了一种融合地理空间大数据和高分辨率遥感数据估计精细尺度城镇人口分布的方法。通过对比各指标与人口相关性,选取R2>0.7的建筑面积、到道路距离、夜间灯光强度、商服中心、EAHSI指数、幼儿园、公园、小学、加油站、医院、公交车站、长途汽车站作为影响人口分布的变量因子。结合城市功能区数据确定人口分布区域,利用随机森林模型对宁波市2018年人口数据进行了500 m格网空间化,从而得出宁波市城镇人口空间分布图。最后,基于随机森林模型的变量因子重要性分析宁波市人口空间分布的影响因素。研究结果表明,本文所提出的城镇人口分布模型在街道尺度的估算精度为81.2%,平均相对误差MRE为0.29、RMSE为3279.89;网格级别的MRE为17.16,RMSE为1149.9,因此模型能精确地反演城镇内部街道人口分布信息。通过对变量因子重要性进行比较,发现建筑面积重要性约为0.22,对宁波市人口估算影响最大;到道路的距离、夜间灯光强度、商服中心、EAHSI（Elevation-Adjusted Human Settlement Index）、幼儿园、公园对宁波市人口估算具有重要作用。本文在格网级别进行的人口分布精度验证对于研究城市精细人口分布具有重大意义。     

城市功能区视角下基于POI数据的公共厕所空间布局合理性研究

公共厕所作为最典型的公共设施,反映出城市的文明程度和管理服务水平,是打造城市文明形象的重要窗口。当前的研究主要集中在公共厕所的可达性和覆盖范围,把公共厕所当做空间上的点无差别对待,忽略了不同功能区公共厕所空间分布所异质性的问题。如何建立全面精准的公共厕所空间评价体系,分析不同区域公共厕所的综合服务能力在当前研究中明显不足,不利于公共厕所的配置规划和基本公共服务均等化的推进。多源数据的涌现为城市公共设施的研究提供了新视角,为此本文提出一个城市功能区视角下基于POI大数据的公共厕所空间布局合理性评价方法。利用词频-逆文本频率（Term Frequency-inverse Document Frequency,TF-IDF）信息加权技术,结合兴趣点（Point of Interest, POI）频率密度识别城市功能区,融合OpenStreetMap（OSM）路网密度数据和WorldPop人口数据设立人口出行活力指数,对城市功能区内的公共厕所服务进行评价;最后计算人口和空间覆盖率以及空间不平衡指数,判别街镇间的差别与街镇内公共厕所布局的合理性。该方法以多源数据为基础,定量分析不同功能区内公共厕所配置的合理性,并探讨公共厕所空间配置的差异化因素。以国内城市化程度最高之一的上海市为例进行计算,研究发现:① 不同的城市功能区内厕所的配置数量不同,商服功能区的规划数量最多,商服功能区中公共厕所配置的合格度也最高,此外,“工业-商服”、“绿地-商服”等商服相关的联合功能区的合格度也处于较高水平,这是由于大量商业服务机构均对外提供公共厕所服务,提升了该地区的公共厕所的服务能力;② 公共功能区内的合格度最低,仅有10.27%,与该类型附属公共厕所设施的开放程度相关;③ 上海市各街镇公共厕所的合格度整体较好,平均空间覆盖率达到67.31%,平均人口覆盖率达到70.72%;街镇内公共厕所服务和出行活力分布之间的不平衡指数从0~0.76不等,其中不平衡指数小于0.4的共有147个,占比69.34%,表明这些街镇内公共厕所空间配置比较合理。公共厕所配置合理性从上海市区向西南、东南、崇明岛有明显的递减,而向西北地区则没有明显的衰减,呈现出连片的较好的服务能力。结果表明,这种方法充分考虑了公共厕所所属功能区和人口出行活力异质性的问题,空间分析上更加精准,可以为城市公共设施规划提供参考建议。     

城市邻近基站间人群流动时空变化同步性分析

不同区域人群流量随时间的变化可以反映城市结构的空间差异。现有对于城市人群空间分布特性的研究大都以人群密度计算为基础,注重时空切片尺度,但是不能有效刻画邻域空间单元间流量变化的时空过程同步特性。本文提出一种基于基站间流量变化过程相似度的城市邻域基站流量变化同步性度量方法,量化分析不同区域的人群进出流量过程的相似程度,研究城市中具有相同人群流量变化过程的同步性区域空间分布规律。以深圳市为例,对城市同步性区域的空间分布与特点进行剖析。实验发现：计算同步性时参数选择需根据城市本身基站分布及流量特点分析,一般研究中,城市基站平均距离可作为邻近区域半径d,描述基站间流量变化相似度的特征阈值λ选取与邻近区域半径有关,半径越小,阈值取值越小。通过基站人群流量同步性得到的城市同步区域的空间分布不同于行政区域划分结果,同步区域面积小,划分更为精细;且规划级别越高的中心区,其范围内基站同步区域数目越多。最后,将同步区域结果与流量密度图对比,发现该方法不仅能够发现流量变化大的同步区域,并且能够发现城市中流量变化小的同步区域。本文提出的方法能量化衡量区域流量变化同步性并发现具有不同流量变化特点的同步性整体区域,对城市人群空间变化特点进行分析,可用于指导和评价城市规划与实际人群活动区域效果,以及城市服务设施布局等。     

基于移动监测数据的不同城市场景下PM2.5浓度精细模拟与时空特征解析

城市内部PM_2.5浓度分布具有明显的空间异质性,而传统方法基于遥感数据或监测站点数据进行分析,难以揭示高时空分辨率下城市内部的PM_2.5浓度分布特征,缺少不同时刻城市场景（如：道路、工业区、住宅区等）对PM_2.5浓度复杂非线性影响的解析。本研究将移动监测传感器安装于快递车上,采集福州市主城区南部不同类型场景的PM_2.5浓度,然后融合地理加权回归（Geographical Weighted Regression, GWR）和梯度提升决策树（Gradient Boosting Decision Tree, GBDT）方法,提出一种基于GWR-GBDT的PM_2.5模拟与场景解析模型,能够较好地拟合气象、场景因素与PM_2.5浓度的非线性关系,提升了城市PM_2.5污染精细监测能力;并结合部分依赖图解析不同时段不同场景因素对PM_2.5浓度的非线性作用影响。结果表明：① 基于移动PM_2.5浓度监测数据,利用GWR-GBDT模型能够较好地模拟城市场景、气象和PM_2.5浓度之间的非线性关系,能够有效精细模拟PM_2.5浓度的空间分布,十折验证R²结果为0.52~0.94;② 通过部分依赖图分析同一场景在不同时段对PM_2.5浓度响应的异质性,发现各类场景对PM_2.5浓度提升或抑制作用并不稳定;③ 解析不同时段人类活动与城市场景对PM_2.5浓度的交互作用发现,教育医疗单位和住宅区两类场景对PM_2.5浓度的提升作用都与人类通勤有密切关系,高污染场景中的建筑工地在采取的洒水降尘措施后能在数小时内有效缓解PM_2.5污染,公园文体服务区在多数时段对PM_2.5浓度具有抑制作用,工业区和道路多数时段会致使对PM_2.5浓度提升;④ 从PM_2.5浓度的空间分布来看,福州市主城区南部PM_2.5浓度总体呈现东南高-西北低的分布趋势,建筑工地、道路和工业区场景轻度以上污染面积占比明显高于其他场景,公园场景总体PM_2.5浓度较低,山体公园傍晚会受到周边工业区的影响而导致PM_2.5浓度升高,而城市陆地外围水域对沿岸PM_2.5浓度具有抑制作用;⑤ 研究结果可为不同场景下PM_2.5污染精细化治理、城市规划以及老人、儿童等高危人群的PM_2.5污染暴露风险防范提供支持。     

基于开源大数据的北京地区餐饮业空间分布格局

基于大数据进行城市服务设施空间格局分析已成为一种新的研究热点,而餐饮业是城市服务业的典型代表,因此通过开源大数据对城市餐饮业的空间布局进行研究具有重要的意义。本文以北京地区作为研究区,采用网络爬虫技术获取大众点评上153 895家餐饮店数据,引入基于密度的CFSFDP聚类算法从空间分布密集度和人均消费等级方面对餐饮业背后蕴含的地理聚集特征进行分析。研究发现：① 北京地区餐饮店总体呈现多中心的空间分布特征,其集聚程度以主城区为核心向外逐级递减,并明显表现出围绕重要商圈、旅游景点和住宅区进行布局以及沿交通轴线扩展的趋势;② 不同人均消费水平的餐饮店呈现等级体系特征,即高档餐馆少而集聚,中低档餐馆多而散的分布特点;③ 餐馆分布密集程度和定价表现出接近市场和消费者的特征。同时,本文综合空间集聚特征和消费水平2项指标对影响餐饮店集群空间分布格局的因素进行了分析,以期为政府规划部门进行城市商业空间布局研究提供借鉴。