城市停车换乘两阶段选址模型

许文秀，张珊珊，吴金卓

(东北林业大学 工程技术学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

随着城市化水平的快速提升，城市私家车保有量的迅速增加，城市中心外围停车位供给不足、城市交通拥堵等现象十分严重[1]。与此同时，近年来的雾霾也给市民的生活及出行带来严重影响。为缓解市中心的交通压力，响应绿色出行号召，合理布设城市停车换乘设施已势在必行[2]。城市停车换乘设施可有效缓解城市中心“行车难、停车难”问题[3]。对城市交通健康有序发展具有重要意义。

城市停车换乘设施，主要是在城市中心外围结合城市公交车始末站点及地铁站点等来建立停车场，供小型汽车、摩托车等停车换乘载客量大的公交车使用[4-5]。在国外较发达的国家，停车换乘系统早已被建立。Thomas[6]根据对英国人口流动量较大的区域进行全面交通调查与交通需求预测结果，有针对性地确立了适合悉尼的停车收费、停车设施选址、停泊车位供给的相关决策。David[7]等建议按照需求停放车辆的驾车者选取停放车辆地点的机率来决定停车设施的布设。在国内，周华珍[8]将GIS技术运用于社会公共设施规划布设方面，GIS与遗传算法结合对公共停车场进行选址。杨明[9]从P+R的角度出发，结合影响停车场选址的因素，把停车场建设作为目标函数，建立了双目标规划模型。目前，关于停车换乘设施选址模型的建立，很多方面已经取得了很好的研究成果，但缺乏深入的地理理论模型和方法研究。地理信息系统具有强大的地理空间分析功能，常用于工厂选址问题[10]。目前，用GIS进行城市停车场选址的研究很少，并且学者将GIS技术与贝叶斯网络结合起来进行设施选址更是鲜有。本文将GIS与贝叶斯网络相结合进行两阶段停车换乘设施选址，有效地从地理空间模型出发进行选址分析，建立决策模型对场址进行适宜性评价。

1 停车换乘选址设施原则

城市停车场选址受多方面因素影响，不能单一为有位泊车而选址，选址的同时还要考虑周围环境、交通状况、社会经济及土地使用等多方面因素[11]。停车换乘设施选址是以城市中心外围区域停车需求、周围土地利用情况和周围设施布局情况为基础，结合影响停车设施选址因素对规划区域进行停车场的选址[12]。进行停车换乘设施选址主要应遵循以下原则：

1)邻近城市市中心周围出入口附近建设大规模的停车场，可以充分利用公共设施(大型商场、公园及广场等)的地下空间[13]，建设地下停车场在有效缓解市区交通压力的同时，还可以减小占地费用及保护城市原有景观。

2)为避免交叉口处交通组织发生混乱情况，停车场出入口应尽量避开主干道，设置于次干道旁，如果必须在主干道上设置，应尽量使出入口与交叉口之间保持一定距离[14]。

3)停车场应与相关建筑保持适中的距离，且与相关的基础设施布局相配套[15]。

2 基于GIS的停车换乘设施选址

停车换乘设施选址的基本依据是城市中心外围与城市公交车、地铁等交通设施交界处的停车需求，需求量大的地方相应建立停车场。基于GIS进行选址研究具有客观性、定量性、空间可视化以及多因素综合决策等方面的优点，其选址结果具有较高的参考价值和实践指导意义[5]。

2.1 停车场选址数据

本文使用的数据是哈尔滨市全要素SHP数据。数据处理工作主要是在ArcGIS软件中利用空间分析模块对所有数据先进行投影坐标的统一，统一为WGS 1984 UTM Zone 50N，再进行各单要素的空间分析，最后结合各单因素的权重进行综合分析。选出N个备选厂址，并进行实地调查，如果备选厂址处与原有停车场相重合，或备选停车场距离与已有停车场距离小于6 km，考虑到已有停车场可节约建设成本，则设定已有停车场为停车换乘设施点。处理要素主要是影响停车换乘选址的因素，如交通路网、居民区、人口分布、城市用地情况、原有停车场、加油站、医疗服务、绿地等相关地理空间数据。

2.2 影响因素权重评价

根据哈尔滨SHP数据全要素地图及影响停车换乘设施选址的影响因素可获得性，本文影响因素包括：城市规划(A)、交通路线(B)、人口密度(C)、近邻停车场(D)、教育医疗机构(E)及环境(F) 6个方面。对影响因素采用均方差方法进行权重评定。均方差评价方法首先求出这些评价指标的均方差，然后将这些均方差归一化，其结果即为各指标的权重系数，具体公式为

(1)

(2)

(3)

根据上述各式计算，得出结果城市规划(A)权重值为0.29、交通路线(B)权重值为0.23、人口密度(C)权重值为0.20、近邻停车场(D)权重值为0.08、教育医疗机构(E)权重值为0.12、环境(F)权重值为0.08。

2.3 基于GIS空间分析的选址

在GIS环境中使用地图代数技术进行选址。在影响因素对停车换乘停车场选址分析模型中，利用ArcGIS 10.0平台对各个因子分别进行缓冲区分析、要素转栅格、重分类、栅格计算器等空间分析处理，根据不同因子对停车换乘停车场的影响权重制定其影响范围。本文对城市规划、交通路线、人口密度、近邻停车场、教育医疗机构及环境6个方面的影响因素进行分图层数据处理，每个因素为一个图层，得到单因素适宜性，如图1所示。值越大颜色越亮的地区越好，即颜色越浅表示适宜性越高，即越适合建设停车场。

图1 单因素适宜性分布

对上述各个单因素根据已计算出的各个因素权重进行图层叠加处理，得到综合分析的评价结果，如图2所示。最后对图2的结果进行重分类，得出图3，停车换乘设施适宜性最高的四处停车场为备选场址。其中颜色越浅，表示适宜性越高。

图2 停车换乘设施适宜性示意图

图3 停车换乘设施备选场址

3 基于贝叶斯网络的城市换乘设施决策模型

根据GIS进行空间分析，得出四个停车换乘备选厂址，从停车换乘设施选址的综合评价最优出发，以建设成本最小、及时达到停车换乘、停车场可达性最高等为目的，运用贝叶斯网络建立决策模型，以期得出最优场址。

3.1 贝叶斯网络

贝叶斯网络，又常被称为概率网络、信度网络、因果图等，是非常有效的决策理论模型[16]。贝叶斯网络是由一个个代表变量的节点及一个节点连接到另一个节点的有向连线组成，特点是有向、无环。贝叶斯网络的基础是贝叶斯公式，式(4)中X，Y各代表一件事[17]。

(4)

假设有随机变量集合X=(x1,x2,…,xn)，根据式(1)，得到式(2)

P(x1,x2,…,xn)=

P(x2|x1)…P(xn|x1,x2,…,xn-1)=

(5)

该式也称为链规则，其中π(xi)表示所有父节点的集合[18]。

3.2 基于贝叶斯网络的选址决策模型

建立停车换乘设施选址的贝叶斯网络决策模型，其步骤如下：

1)描述准则层和因素层。通过翻阅相关参考文献及对相关专家进行访谈，确定停车换乘停车场选址时所需要考虑的准则。准则层和因素层分别由24项准则和10项因素组成。准则层又称为观察变量层，用V表示，可直接观察得到，H因素又称为隐含变量，用H表示。如表1所示。

在分析和评估停车场选址适宜性指数时，将选址潜力分为不同的准则层(第二层)和因素层(第三层及第四层)。因此，因素层的改变必将导致准则层的明显改变，最后会影响停车场场址适宜性的改变。所以这种方法可以从根源上解释适宜性变化的原因，而且使领域专家从整体上评估适宜性时能更精确地给出评估方案。

2)建贝叶斯网络。建立准则层与因素层，因素层与选址潜力之间的层关系结构。图4表示基于贝叶斯网络的停车换乘设施选址决策模型结构。

3)结合实际情况，根据式(5)计算准则层与因素层之间的条件概率，即准则层根据公式推出各因素层的条件概率。由于所有因素和准则均为离散型变量，所以条件概率分布可以表示为条件概率表。且模型中的概率反映了决策者对事件发生的期望程度，概率越大表示对事件状态的确定性越高，相反，事件发生的概率相近表明了决策者的模棱两可和不确定性。用T1、T2、T3、T4代表GIS选出的4个备选停车场场址，下面例举的实例中部分概率分布如表2所示。

表1 设施选址准则、因素

图4 基于贝叶斯网络的停车换乘设施选址决策模型

4)通过式(4)及表5对已建立的模型进行求解。并做出决策，决策结果如图5所示。

对GIS选出的四处备选停车换乘停车场进行实地调查，发现其中T1处即是哈尔滨某处地下停车场，而T2、T3处在6 km范围内也有至少一个停车场，只有T4处6 km范围内不存在停车场，考虑到T4处布设停车场需要建设成本，所以T4相比T1、T2及T3处于劣势，因此，本文决策时只考虑了T1、T2及T3处停车场的适宜性。由图5可知适宜性由高到底为T1>T2>T3。故T1为最优停车换乘停车场地点。决策结果与调查结果相符，证明了决策模型的正确性。

表2 选址准则置信区间

4 结束语

本文将GIS与贝叶斯网络相结合，建立停车换乘设施选址决策模型，将影响设施选址因素详细分为准则层和因素层，为决策者提供了精确的决策方法。采用GIS 空间分析功能进行停车换乘设施选址更加客观、定量，避免了传统的建模选址中存在的缺乏必要地理空间分析、主观性较大的缺点。利用贝叶斯网络在不确定知识表达和推理方面的优势，将贝叶斯网络运用到选址决策中，并进行了实例验证，将得出的结论与城市现状进行对比，验证了此方法的可行性和有效性。城市是一个复杂的体系，影响城市停车换乘设施选址的因素在本质上还有很多无法定量化的因素，所以如何更加全面和科学地进行停车换乘设施的选址还需进一步的研究和解决。

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