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距离测量对运输计算使用GIS的服务区域的影响
摘 要
访问覆盖在公共交通规划中很重要，因为这是向乘客提供服务的手段。实际上，需求（人口和就业）与网络上的停靠站的接近程度在很大程度上解释了潜在用户对其或多或少的使用。服务区域的覆盖可以通过基于欧几里德的过境设施周围的缓冲区创建GIS来描绘（直线）距离。第二种方法基于沿街道网络的距离（网络距离）的计算。距离计算方法的选择对覆盖人口的最终结果有显着影响。本文通过与网络距离的比较，对覆盖分析中应用最广泛的直线距离法进行了高估评估。它系统地调查影响这种高估的因素，例如站点或站点的密度，覆盖距离阈值和所分析区域的特征（街道网络设计，障碍和公共汽车站或车站附近的人口分布）。最后，它得出结论，网络距离方法系统地提供了比欧几里德电阻法更好的运输乘客量估计。
第一章 绪论
大都市区的近期变化的特点是领土扩张、人口分散、就业分散和土地利用分散。 已经开发出新闻城市区域，其中人口的移动需求和私人交通的使用增加。 因此，某些依赖汽车的运输系统已经被创造出来，特别是在美国，这是不可持续的（Black，1996）。 任何可持续交通系统都需要通过公共交通进行旅行的行动。 事实上，人们认识到，发展适当的公共交通系统对于实现区域可持续性至关重要（Murray等，1998）。
在此背景下，对公共交通网络覆盖的分析具有特别重要的意义。在公共交通规划中，接入覆盖范围当然很重要，因为这是为乘客提供服务的手段（Wu和Murray，2005）。访问是与到达或离开站点或站点相关的过程。通常在空间方面将访问视为与交通停站或站点的物理接近度。获取的重要性在于，在交通附近居住和/或就业的人越多，使用该服务的可能性就越大（Murray等，1998）。实际上，与可接受的可访问性交通设施相比，过境服务具有足够的速度和可靠性，这一点同样重要。从几个角度来看，它们是相关的：不仅对于运输服务和城市规划者的所有者，还有环境角色（污染物的排放）（Keijer和Rietveld，2000）。实际上，从可持续流动性（Black，1996）和可持续可及性（Weber，2006）的角度来看，从公共交通的可达性是一个关键问题。
城市设计会影响公共交通的可达性。 传统的网格街道图案增强了公共交通设施的行人通道：街区通常很小，道路连接良好，因此可以轻松到达停靠站和车站。 然而，为私人交通工具设计的新开发区域被当地的街道系统设计“封闭”，限制了从特定开发区到主要道路的通道。 这种类型的郊区社区设计对交通不友好，对交通系统有很大的影响，因为它往往会减少公共交通的使用（Zhao et al，2003）。 近年来，许多土地利用和交通的比较研究通过推广新传统主义来回应这一问题，重点是以交通为导向的城市设计（Hsiao等，1997）。（1）
大多数公共交通用户通过步行，特别是城市地区进入公共汽车站或车站。 已经证明步行距离是公共交通使用选择的关键因素。 覆盖分析使人们能够评估到网络上的公交车站或车站的行人可达性。 它可以被理解为累积机会的衡量标准（Garc |reg;a-Palomares，2000; Jones，1981; Koenig，1980; Pirie，1979; Reggiani，1998）。 该措施的目的是计算相对于一个或多个接入点在特定距离或时间阈值内的人口或就业量。 由于运输网络上的站点或站点由这些点表示，因此累积机会的度量提供了对潜在网络需求的估计。
公共交通网络的覆盖分析在交通规划中具有多种应用：
（1）评估公共交通网络覆盖区域外的人口稠密区域的交通网络识别。在公共交通网络覆盖不足的地区，应该更加注意采取措施扩大网络。
（2）新站点的位置比较每个替代品对新公交车位置的潜在需求网络上的站点或站点。一个目标确定了最适合捕捉新需求的最佳位置。
（3）评估公共交通规划评估（就服务人口或就业而言）扩大公共交通网络的计划，并分析每个新的贡献。
（4）旅行需求模型传输可达性是许多旅行需求模型的输入，用于确定运输模态分割（Zhao等，2003）。
鉴于网络覆盖分析的空间特性，GIS已经成为一种用途，它提供了数据收集，数据管理和操作，空间分析，网络分析和结果的制图表示的能力（Zhuand Liu，2004）。覆盖范围或服务区域可以通过GIS根据欧几里德（直线）距离在交通设施周围创建缓冲区（波段）来描绘。在GIS中操作服务区域的第二种方法是基于沿街道网络的距离或行程时间（网络距离）的计算（图1）。距离计算方法的选择显着影响最终结果。缓冲区域包括由于街道网络的特征而无法通过交通站点的街道。给定距离阈值（例如，0.25英里），使用欧几里德距离比网络距离更宽的服务区域，使得第一种方法高估服务区域的大小和人口。
（1）从交通的角度来看，交通需求在密度方面的空间分布（传统城市地区土地利用密度高，新开发的郊区低密度）也是一个相关问题：人口密度更大 在旅行产生区和吸引区的更大的就业密度促进了公共交通的更多使用（Boarnet和Crane，2001; Cervero，2002）。
距离阈值聢600米
缓冲区聢1124 108 m2
不规则多边形面积聢654 284 m2
（占缓冲区面积的58.2％）
高估面积聢469824 m2
（占缓冲区面积的41.8％）
图1.直线（圆圈）和街道网络中服务区域的计算（不规则多边形），基于一个站。 两个轮廓只有在访问的地方重合车站可以在街道网络上直线。 缓冲区的一部分未被覆盖由网络距离覆盖区域是高估区域。
本文的重点是通过将其与网络距离法进行比较来高估直线距离法，（2）在公共交通规划中具有实质意义的主题，因为任何一种方法（欧几里得或网络距离）都是代理方法。 用于获得公交乘客量。 本文研究了影响上述高估的主要因素：站点和站点的密度（根据交通网络），覆盖距离阈值，邻居设计，障碍物的存在以及巴士站或车站附近的人口分布（缓冲区） 区域）。
本文由五部分组成。 在最初的介绍之后，第二部分开发了关于影响缓冲方法过高估计的因素的背景，第三部分显示了数据和方法。 在第四部分中，在马德里地区的一个例子中分析了影响高估的因素，误差的空间分布以及乘客和距离方法之间的关系。 最后，得出了这项研究的最终结论。
第二章 背景
2.1过境服务区和GIS
由于GIS能够管理，显示和分析空间数据，因此GIS越来越多地用于运输研究和规划（Miller，1999; Nyerges，1995）。 GIS为估算过境服务人口提供了灵活的框架（Murray等，1998; O#39;Neill等，1992）。 这种估计可以通过地理信息系统通过划定地理区域来获得，这些区域被认为是服务于过境需求，并通过确定每个区域内的人口（Hsiao等，1997; Peng和Dueker，1995）。对GIS的广泛审查 - 基于转运系统的基础研究可以在Horner和Murray（2004）以及Miller和Shaw（2001）中找到。
使用GIS估算过境人口的一个关键问题是测量距离的程序。 GIS中服务区域分析的通常做法是计算停靠点或站点周围直线上的覆盖距离，并计算驻留在预定距离阈值内的人口（Gutiereg;rrez等，2000; Murray，2001; Murray等人，1998）。计算欧几里德距离的过程具有其简单的优点，尽管它有点不准确，因为行人遵循街道网络的布局而不是直线，以便接入车站。为了避免过高估计上述程序，可以使用GIS网络分析功能计算沿街道网络的距离，模拟人们在停靠站点和站点之间的实际路线（Horner和Murray，2004; Hsiaoet） al，1997; O#39;Neil等，1992）。按照这种方法，得到的覆盖区域不是圆形，而是一个不规则的多边形，它需要位于网络距离阈值内的所有街道（图1）。
（2）本文未研究其他相关的方法论问题，如空间表征（地理尺度）和人口估计程序（面积比法与质心估计）的影响（参见Horner和Murray，2004）。 事实上，在我们的研究中，覆盖区域的面积单位和人口估计方法总是相同的（分别是城市部门和面积比率法）（见第2节和第3节）。
缓冲方法由于易于计算而广泛用于运输计划。 它假设访问交通站点的交通用户的步行距离与欧几里德距离相同。 然而，由于街道的“弯曲”，实际的步行距离更长（Zhao et al，2003）。 因此，缓冲（直线距离）方法倾向于高估公共交通网络覆盖的面积和人口（图1）。
使用直线距离进行覆盖分析导致的高估问题几乎没有被研究过。在早期的论文中，O#39;Neill等人（1992）利用GIS的网络分析能力来计算交通设施的服务区域并估计这些服务区域内的人口。他们得出结论，与欧几里德距离相比，网络距离优先于识别能够访问过境系统的街道。 Hsiao等人（1997）比较了欧几里德和网络距离方法，以研究不同街道模式如何影响行人进入巴士站的方式。在以网格街道模式和高土地利用密度为特征的地区，三角洲的交通通道优于新开发的街道模式不规则，土地利用密度低的地区。 Moreno和Prieto（2003）探讨了两种不同距离测量（欧几里德和网络距离）的影响以及两种不同的方法来表示人口（点和多边形）以估计公交车站服务区内的潜在需求。他们分析了特定空间（郊区城镇）内的单一交通方式（公交车），并且具有单一距离阈值（300米）。使用网络距离和点获得最佳结果。最后，Horner和Murray（2004）的论文分析了公交实体（点对线），需求（数据规模），估算方法（质心与面积插值与面积选择）和距离度量的影响。 （“直线”与“局限于网络”）对人口覆盖率的影响。基于网络的分析的关键发现是，无论考虑过渡特征或所使用的人口的代表性，它始终返回比欧几里德访问距离更保守的服务区域覆盖估计。总之，一些论文或多或少地分析了欧几里得和网络距离在估算公交网络覆盖的人口方面的差异，但影响这些差异的因素（使用缓冲方法引起的高估）尚未得到系统的研究。
2.2影响高估缓冲方法的因素
直线距离和网络距离服务区域仅部分重合（图1）。 网络距离服务区域不包括直线服务区域的一部分。 应该特别注意这个区域，因为它会产生过高的访问量。 由缓冲区方法引起的过高估计的幅度取决于缓冲区内的人口分布（高估区域内的人口数量）以及缓冲区和网络距离服务区的不同大小（因为它们决定了高估区域的大小）：
- 网络距离服务区域的大小受到几个因素的影响，例如城市设计和障碍。 因此，具有障碍的不规则街道网络可能产生不成比例的小型网络距离服务区域。 网络距离服务区域越小（占缓冲区域的百分比），估计区域越大。
- 给定距离阈值，在停止或站点的非重叠缓冲区域的情况下，总缓冲区域的大小是固定的。 但是当bufferareas重叠时它是可变的：受重叠影响的缓冲区的百分比面积越大，总缓冲区面积就越小。 这会影响过高估计区域的大小：总缓冲区域越小，高估区域越小。 受重叠的缓冲区域取决于停靠点或站点的密度，以及所使用的距离阈值。
2.2.1影响网络距离服务区域规模的因素：城市设计和障碍
给定距离阈值（例如，300米），缓冲区域的大小是恒定的（pr2），但网络距离区域的大小是可变的。 由于bufferarea的大小是恒定的，高估区域的大小仅取决于网络距离覆盖区域的大小。 高估区域的大小基本上取决于交通设施的通道，而弯路则取决于城市设计和障碍。
传统的网格街道网络密集且连接良好，并且块很小，因此网络和欧几里德距离非常相似[图2（a）]。 另一方面，在私人汽车导向的新区域，街道网络较不密集，街道在某种程度上是labrinthine和部分断开（culs-de-sac），因此在进入公共汽车站时需要躲避躲避或 站[图2（b）]。 如果在运输设施的路上有障碍物（河流，陡坡，茂密的树林，高速公路，社区墙等），则会发生同样的情况（图3）。 由于欧几里德和网络距离覆盖区域在传统的网格街道网络中非常相似，但在郊区非常相似（参见Hsiao等人，1997），因此在过去的情况下，高估的比例高得多。
2.2.2影响缓冲区大小的因素（重叠缓冲区）：传输网络的密度和距离阈值
如上所述，由缓冲方法引起的过高估计的幅度主要取决于缓冲区和网络距离覆盖区域的不同大小。 如果网络距离服务区域的大小是固定的，则过高估计取决于缓冲区域的大小。 给定覆盖距离，当缓冲区的缓冲区不重叠（pr2nstops）时，总缓冲区的大小是恒定的，但是当它们的缓冲区不重叠时（pr2nstops），它是可变的（更小的）。 结果，过高估计的区域（缓冲区覆盖的区域并且未被网络距离区域覆盖）随着重叠而变小（图4）。 因此，服务区域的重叠越长，所覆盖人口的过高估计就越小。 当阈值距离很大时，当停靠点紧密间隔时，覆盖区域重叠。
2.2.2.1过境设施的密度
由于它影响缓冲区域的重叠，因此过境设施的分散决定性地影响了过高估计的大小。停靠点之间的小距离导致同一路径上的公交站点服务区域重叠，以及相邻路线上的停靠点服务类似的目的地（Kimpelet al 因此，导致缓冲区和网络距离服务区域（以及高估）的大小差异减小。 发生这种重叠
距离阈值agrave;600m缓冲区域agrave;1124108 m2不规则多边形区域agrave;704331m2（缓冲区域的66.7％）过高估计面积agrave;419777m2（缓冲区域的37.7％）
距离阈值agrave;600mBufferareaagrave;1124108 m2不规则多边形面积agrave;573764m2（缓冲区面积的51.0％）过高估计面积agrave;550344m2（缓冲区面积的49.0％）
图2.城市设计对高估的影响：（a）密集的网格街道网络（低估）; （b）郊区不规则街道网络（高估）。
首先是计算直线距离，然后是通过街道网络的距离计算。 当这种重叠仅影响第一次计算时，过高估计往往会减少; 当它影响两种方法时几乎没
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