本書探討了大數(shù)據(jù)背景下，如何利用大數(shù)據(jù)賦能城市治理，如何通過調整北京城市用地布局實現(xiàn)北京市交通－用地協(xié)同優(yōu)化，進而實現(xiàn)北京市龐大城市資源合理的布局和分配，為北京等大型城市在海量人口、資源匯集的同時保障城市的高效、穩(wěn)定運行提供了解決方案和實現(xiàn)路徑。
習近平總書記于2014年視察北京時提出明確城市戰(zhàn)略定位、調整疏解非首都核心功能等要求，定下了北京市“疏解整治促提升” (簡稱“疏整促”)的基調。“疏整促”工作的目標在于解決北京市因“用地資源過密分布”“職住功能區(qū)不合理分布”等城市布局問題引發(fā)的污染嚴重、地鐵擁擠等一系列“大城市病”。2021年，北京市印發(fā)了《關于“十四五”時期深化推進“疏解整治促提升”專項行動的實施意見》，指出，要“內部功能重組與向外疏解相促進”，即“優(yōu)化存量、控制增量、疏解余量”。本書將“十四五”時期北京“疏整促”專項行動中的目標作為現(xiàn)實問題，針對這一現(xiàn)實問題展開后續(xù)一系列的研究。
在社會治理領域， “用數(shù)據(jù)決策、用數(shù)據(jù)服務、用數(shù)據(jù)治理、用數(shù)據(jù)創(chuàng)新”逐漸成為共識。隨著數(shù)字技術賦能城市治理，城市發(fā)展也由高速增長向高質量發(fā)展逐步推進。對于首都而言，城市是由城市功能、城市交通、城市人口等一系列子系統(tǒng)組成的復雜系統(tǒng)。交通系統(tǒng)作為城市系統(tǒng)中連接城市功能、人口兩個子系統(tǒng)的重要紐帶，其布局與城市資源空間布局的匹配度，決定了城市運行效率和城市治理水平。對于城市功能、交通以及人口三個子系統(tǒng)而言，城市功能與交通子系統(tǒng)之間存在“源與流”的關系，“源”的失衡布局是“流”不暢的根源；人口子系統(tǒng)中人口的區(qū)域分布以及人口在區(qū)域間的流動又是城市功能、交通系統(tǒng)相互作用的直觀表征。
“疏整促”背后的科學問題實則是北京市城市用地的布局優(yōu)化問題，本書著眼于地鐵站點影響域內用地與地鐵系統(tǒng)的協(xié)同優(yōu)化問題，從地鐵站點影響域內用地對地鐵站點客流影響機理這一關鍵點入手，擴展了職住空間特征研究角度，將靜態(tài)與動態(tài)職住空間特征相結合，探索不同職住空間類型的分布特點和通勤聯(lián)系，拓展了大數(shù)據(jù)方法在城市規(guī)劃中的應用方向；針對地鐵站點客流需求預測場景，提出了基于Stacking集成學習框架的地鐵站點客流需求預測模型，并深入分析了不同屬性用地與地鐵站點客流需求之間的量化關系，進一步深化了用地-客流互動理論；構建了地鐵站點影響域多目標優(yōu)化模型，實現(xiàn)了地鐵系統(tǒng)與站點影響域內用地的協(xié)同優(yōu)化，提出了城市用地布局方案，兼顧用地布局合理化、經(jīng)濟效益最優(yōu)化、市民幸福感最大化，對緩解“大城市病”問題具有積極意義。
本書擴展了對職住空間特征研究的角度，通過聚類方法探索不同職住空間類型的分布特點和通勤聯(lián)系，豐富了職住空間與公共交通間互動關系的研究思路，為后續(xù)的相關研究提供了更加全面的數(shù)據(jù)支持和科學理論基礎；同時，拓展了大數(shù)據(jù)方法在城市規(guī)劃中的應用方向，基于多源大數(shù)據(jù)，將職住空間類型與宏觀社會經(jīng)濟影響因素、建成環(huán)境影響因素相結合，探究不同類型職住分離及失衡的主要影響因素，為職住研究提供了多層次的數(shù)據(jù)支持；豐富了軌道交通與城市職住空間平衡的理論，為城市規(guī)劃提供了更加科學的數(shù)據(jù)支持和技術手段。
本書由王兆華、祝歆共同編寫完成，具體分工如下：第1章、第2章、第3章、第6章、第7章、第8章由王兆華編寫，第4章、第5章由祝歆編寫。北京印刷學院、北京聯(lián)合大學、北京交通大學以及北京市哲學社會科學規(guī)劃辦公室對本書的研究工作給予了莫大關心和支持，特此表示感謝。
作者
2023年8月
第1章 概述001
1.1 城市功能與客流協(xié)同優(yōu)化研究開展的背景 001
1.2 城市功能與客流協(xié)同優(yōu)化研究的內容 005
1.2.1 地鐵站點影響域劃分 005
1.2.2 基于多源大數(shù)據(jù)的城市發(fā)展精細化評價方法 005
1.2.3 大數(shù)據(jù)驅動下的智能公共交通網(wǎng)絡研究 006
1.2.4 基于多元大數(shù)據(jù)的北京市職住空間特征影響因素 006
1.2.5 基于多元大數(shù)據(jù)的北京市職住空間特征及影響因素研究 006
1.2.6 基于地鐵站點影響域內用地配置的城市功能優(yōu)化研究 007
1.3 城市功能與客流協(xié)同優(yōu)化研究的方法 007
1.4 城市功能與客流協(xié)同優(yōu)化研究的創(chuàng)新之處 008
第2章 地鐵站點影響域范圍精細化劃分研究010
2.1 站點影響域劃分現(xiàn)狀 010
2.1.1 地鐵站點影響域邊緣形態(tài) 011
2.1.2 地鐵站點影響域范圍大小 011
2.2 地鐵站點影響域范圍 013
2.2.1 基于地鐵接駁廣義出行費用模型的站點影響域范圍劃分 014
2.2.2 地鐵站點對不同距離用地單元影響強度 017
2.3 北京市地鐵站點影響域范圍劃分結果及分析 018
2.3.1 數(shù)據(jù)處理 018
2.3.2 參數(shù)設置 021
2.3.3 計算結果 023
2.3.4 結果分析 024
小結 031
第3章 地鐵站點影響域用地精細化評價方法/032
3.1 站點影響域內用地評價研究現(xiàn)狀 033
3.1.1 傳統(tǒng)地鐵站點影響域用地強度評價方法 033
3.1.2 大數(shù)據(jù)背景下的地鐵站點影響域用地強度評價方法 034
3.2 地鐵站點影響域內城市用地評價方法 036
3.2.1 多源城市原始大數(shù)據(jù)集 036
3.2.2 地鐵站點影響域內城市用地評價指標體系 038
3.2.3 站點影響域內城市用地評價計算方法 041
3.3 站點影響域用地評價結果 044
3.3.1 居住屬性用地分析 044
3.3.2 交通屬性用地分析 044
3.3.3 商務屬性用地分析 046
3.3.4 商業(yè)屬性用地分析 047
3.3.5 行政屬性用地分析 047
3.3.6 休旅屬性用地分析 048
3.3.7 科教屬性用地分析 049
3.3.8 醫(yī)療屬性用地分析 049
3.4 北京市地鐵站點影響域用地精細化評價結果及分析 050
小結 052
第4章 基于復雜網(wǎng)絡的公交網(wǎng)絡優(yōu)化研究/053
4.1 公交網(wǎng)絡優(yōu)化研究現(xiàn)狀 053
4.1.1 大數(shù)據(jù)驅動的智能交通網(wǎng)絡研究 053
4.1.2 復雜網(wǎng)絡在公共交通研究中的應用 054
4.2 大數(shù)據(jù)驅動下的公交線網(wǎng)模型構建 055
4.2.1 公交-地鐵復合交通網(wǎng)絡模型及其特征 055
4.2.2 基于出行大數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡效率改進 058
4.3 公交線網(wǎng)結構調節(jié)及應用模擬 059
4.3.1 城市公交線網(wǎng)結構調整機制設計 059
4.3.2 城市公交線網(wǎng)結構調節(jié)機制 060
4.3.3 北京市公共交通網(wǎng)絡拓撲特性分析 062
4.3.4 線網(wǎng)結構調節(jié)模型應用仿真模擬 063
小結 065
第5章 北京市職住空間影響因素研究/066
5.1 職住空間特征及影響因素研究現(xiàn)狀 067
5.1.1 職住平衡相關理論 067
5.1.2 職住空間結構相關理論 069
5.2 基于軌道交通通勤的職住空間特征分析 070
5.2.1 軌道交通通勤與職住空間數(shù)據(jù)描述與預處理 070
5.2.2 職住空間錯位分析 073
5.2.3 職住空間類型識別 079
5.3 職住空間影響因素分析 084
5.3.1 職住空間影響因素模型構建 084
5.3.2 北京職住空間影響因素模型計算與結果分析 090
5.3.3 北京職住空間調整方法及應用 094
小結 096
第6章 地鐵站點影響域內用地-客流互動機理研究/097
6.1 用地-客流互動機理研究現(xiàn)狀 097
6.1.1 基于多元回歸的直接預測法 097
6.1.2 大數(shù)據(jù)背景下的直接預測法 098
6.2 問題描述 100
6.3 模型構建 101
6.3.1 Stacking 客流集成預測模型 101
6.3.2 基學習器模型訓練 102
6.3.3 基學習器訓練結果分析 106
6.3.4 元學習器模型訓練 115
6.3.5 Stacking 客流集成預測模型性能比較 117
6.3.6 基于SHAP 算法的不同屬性用地對地鐵客流影響效應計算 119
6.4 實例分析 120
6.4.1 不同時段地鐵站點影響域各類屬性用地對客流量影響分析 120
6.4.2 地鐵站點影響域用地對站點客流影響結果分析 127
小結 128
第7章 城市交通-用地協(xié)同優(yōu)化研究/130
7.1 交通-用地協(xié)同優(yōu)化研究現(xiàn)狀 130
7.1.1 城市用地優(yōu)化現(xiàn)狀 130
7.1.2 多目標優(yōu)化理論及其在用地優(yōu)化中的應用 132
7.2 地鐵站點影響域用地多目標優(yōu)化研究 133
7.2.1 地鐵站點影響域用地優(yōu)化多目標模型 133
7.2.2 基于NSGA-Ⅲ的多目標優(yōu)化模型求解 143
7.3 地鐵站點影響域用地優(yōu)化——以北京地鐵4 號線為例 148
7.3.1 實例分析 148
7.3.2 參數(shù)設置 148
7.3.3 優(yōu)化結果 152
7.3.4 結論分析 155
小結 156
第8章 總結和展望/157
8.1 主要結論 157
8.1.1 地鐵站點影響域劃分研究 157
8.1.2 地鐵站點影響域用地精細化評價 157
8.1.3 基于復雜網(wǎng)絡的公交網(wǎng)絡優(yōu)化研究 158
8.1.4 北京市職住空間影響因素研究 159
8.1.5 地鐵站點影響域用地-客流互動機理 160
8.1.6 運輸性能提升視角下的交通-用地協(xié)同優(yōu)化研究 161
8.2 研究展望 161
參考文獻 163
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