简述TransCAD的交通可达性分析功能简介

可达性（Accessibility）分析人们是否容易到达工作单位、服务机构和基础设施，通过公交到达特定地点所要花费的时间和费用等。可达性受出行时间、出行费用，以及目的地的区位和服务设施等因素的影响。

同时，它还与人们对服务和设施的了解程度、是否情愿选择某种出行方式、服务商和机构有关。可达性的规划十分重要，它需要最大限度地保证那些需要使用公共交通的人们能较方便地到达工作单位，以及方便购物和看病等。

可达性的计算，和网络成本的计算、等时线等功能直接相关。TransCAD不仅提供了道路网络的机动车和慢行等时线绘制功能，也提供了公交系统的等时线绘制功能。如果对算法感兴趣，可以查看Caliper给FHWA的咨询报告“Transportations Planner’sWeb-Based Accessibility Toolkit”。

所有基于网页的方法是基于TransCAD桌面版的方法，这已经被报道认为是非常有价值的出行可达性计算方法。

除了等时线绘制功能，TransCAD能够计算的可达性指标主要有如下三种：

（1）累积机会度量（Cumulative Opportunity Measures）：定量计算出行的潜在机会。

（2）连续指标度量（Continuous measures）：在一定时间、距离和成本约束下到达期望的目的地能力

（3）城市形态度量（Urban Form measures）：基于可获得工作和服务的居住区域吸引力。

TransCAD 提供度量上述这些类型的可达性指标。

1 路网等时线绘制

等时线出发点可以是在节点层，点层或您在地图上选择的位置上的选择集。阻抗可以是距离，出行时间或网络中的任何其他字段。因此，它们可以用于小汽车驾驶时间，卡车旅行，自行车或步行。

在创建和使用合适的等时线时应格外小心。例如，在计算步行网络带时，高速公路和铁路路段应从网络中排除。创建等时线很有用，例如，用于查找沿一定时间内可以覆盖的网络中的一个或多个起点的距离，或者查找一个或多个起点的一定距离内的地点数量。

TransCAD将等时线创建为临时面层地理文件，并在网络带上创建颜色主题，以便于查看。您还可以选择保存图层以供以后使用。

创建等时线时，可以指定要从网络带中排除的区域图层。例如，如果您不希望这些网络带延伸到湖泊中或延伸到海岸线之外，则可以将水域图层指定为排除区域。

创建等时线时，可以使用覆盖图来估算网络带的人口统计信息和其他属性。此外，您可以计算每个网络带内图层中要素的数量。例如，如果您在站点周围构建网络带，则可以使用地标层来计算每个网络带中的中餐馆，地铁站，酒店和学校的数量。您还可以选择人口统计是针对各个单独的带还是累积分析，如下所示：

如果您有多个起点，则可以选择环是合并还是分开。例如：

默认情况下，软件最多可以创建40个带，最大带的距离为500英里或240分钟。创建后，可以将其保存到文件中以备后用或在其他地图中使用。还可以使用生成的地图和人口统计信息创建格式化的报告。

可以通过选择Edit-Prefer­ences并在Routing选项卡上进行更改来更改最小和最大带的大小以及最大带的数目。下面是创建路网等时线的界面，点击设置按钮后，可以实现的各种功能选项，具体操作在这里就不展开了。

创建网络带时，可以选择使用线层和多个最短路径矩阵的结果作为输入，而不是使用线层和TransCAD网络.NET文件。多个最短路径矩阵应包含与线地理文件中的节点相对应的矩阵ID。您将以与网络带工具箱相同的方式选择出发节点和到达节点。

2 公交等时线绘制

公交等时线是一般的GIS软件没有包含的功能，它显示了给定时间内从一个和多个地方出发可以到达的地方。出发的节点可以在公交Skim矩阵中预先算好，或者在公交网络的Skim运算过程中设置。如果成本为时间度量，则可以创建等时线。创建等时线十分有用，例如在一定时间内，一个或多个出发点可以到达的地方，或者在一定距离内可以找到的各种地方（如公共服务设施）。

和路网等时线的区别是，公交出行的时间组成要复杂得多。通常使用的字段为Total Time，表示了到站接驳时间Access time，离站接驳时间egress time，车内时间in-vehicle time，换乘步行时间transfer walk time，初始等待时间initial wait time和换乘等待时间transfer wait time的加总。当然，出发和到达两个方向可以根据设置选择，其他关于一些人口岗位叠加分析的功能，和路网等时线是一样的。

3 计算累积机会（Cumulative Opportunity）

这类方法的共同特征是：关心出行的定量潜在机会和方便性，而不是预测实际出行行为。累积机会是可达性的一种基本方法。这个方法计算了在一定成本内（时间或距离）能够获得的机会数目。

TransCAD提供了两种累积机会度量方法：

（1）可达指标方法：网络中达到最近机会的成本。

（2）门槛方法：在一定的时间、距离和成本约束下可以到达的机会。

3.1 可达指标（Access Measure）

可达指标决定了多少人能到达目的地。例如，您想知道65岁以上的人在您的区域内从家出发1/4英里步行能够用到公交服务的比例。计算可达指标的输入：

（1）Point Layer，点图层或路网节点图层，例如车站，作为当前工作图层。

（2）Service Zones，面图层表示服务提供的区域（通常是等时线图层），例如5、10和15分钟步行时间。

（3）Population Zones，包含人口统计数据的面图层（例如TAZ）。

（4）Population Field面图层中的目标人口字段，例如65岁以上的人口。

分析结果是所有65岁以上的人口，以及一定比例可以得到服务的目标人口。

 

3.2网络指标（Network Measure）

网络指标分析了在一定门槛值的时间、距离或成本条件下谁能到达目的地。例如，您可以分析什么地方的人如果没有车，通过公交车在半个小时内无法达到最近的医院。网络指标分析方法需要交通分区层面的人口数据，交通分区间的出行成本OD矩阵，以及一个门槛成本值。这个方法识别了哪些交通分区在门槛值以内，可以接受目的地服务的特定人群。要计算网络方法，需要：

（1）交通分区面图层用于创建矩阵，分区可以是一个选择集合。

（2）交通分区面图层包含要到达目的地服务的人口数字段。

（3）OD对skim矩阵，行列索引的值和交通小区的ID一致。

（4）出行成本的门槛值。

结果可以表示为一个颜色专题地图，显示十分位数网络带，作为可达性等时线，并显示一个表格值，都基于被每个目的地服务。

该计算方法仅考虑该地接触到人口的数量情况，而没有反应本地的服务设施数量（虽然这两者通常应该匹配）。因此，这并不能反应人们实际能享受的服务便捷程度，因为，可达性好的地方，服务不一定多，不一定够。 因此，此指标评价的是不同区域可服务人口的多少，可直接表现的该区的商业价值、市场大小，可以用来评估地价或规划开发强度。

4 计算连续指标（Continuous Measures）

连续指标方法计算了交通分区的吸引度，基于他们到具有工作和服务的终点小区的可达性。累积机会方法聚集最近的需求目的地，连续指标方法处理了潜在范围的目的地。除了出行成本以及设施和服务的特征，连续指标方法使用了阻抗函数来反映增加成本对出行的影响。

例如，一个距离2km的岗位比距离200m的岗位没有吸引力。有各种可用的阻抗函数，但在可达性分析中一般采用指数函数。其他例如倒数指数函数等一般用于熵模型，gamma函数有时候被推荐用于美国规划实践中。

阻抗函数的参数是正数，定义了出行中人们使用特点交通方式的成本（时间或距离）影响。受到年龄、性别、收入、车辆拥有以及其他因素的影响，有些出行有的人会更长更远。您可以使用默认参数或者您自己有的参数。

汉森/引力指标方法有很多可选的公式，包括单个O点或D点定义以及权重的考虑。相对的汉森方法指数范围为0-1。

累计机会并未反映地区服务数量的多少，本指标则可考虑（需要注意的是，可考虑并不代表应该将服务设施服务的人口数及居住地可达的服务设施数同等程度考虑）。

该指标采用的算法是基于Hansen提出的算法，总体上就是利用出发或到达点的人口或服务设施规模指标、考虑起终点的距离（采用阻抗函数—通常为负指数形式）、以重力模型的形式测算出一个Gravity指标。该指标则可反映研究范围内所有点的可达性情况。

需要注意的是，使用该工具需要事先建立网络，并且单方式汉森指标需要以道路层或道路节点层为当前层，而多方式汉森指标需要以小区层。

4.1单模式汉森/引力指标（Hansen/GravityMeasure）

单模式汉森方法是TransCAD最为灵活的基于引力模型的可达性工具。它使用一个OD点图层，能够使用既有网络或者skim矩阵计算可达性。TransCAD可以计算每个O点或D点的汉森/引力指标，并可以考虑需求和供给的权重。当计算基于O点时，会自动输出一个机会指数。阻抗函数参数也可以用于引力模型。如果用户界面的Proportional框被选中，表示计算相对的汉森指标。

计算单模式汉森/引力指标需要：

（1） 可以产生路径的线图层。

（2） 对应的节点图层，或者两个点图层代表起点和终点。

（3）一个需求字段表明每个起点的需求。

（4） 一个供给字段表明每个终点的供给。

（5） 阻抗参数，基于各种出行可接受的长度（时间或距离）。

（6） 如果不是基于网络，而是从起点到终点的Skim成本矩阵。在矩阵没有打开时，程序会自动打开Routing/Logistics Cost Matrix对话框来创建矩阵。

计算设置中，Method可以选择以“基于出发点”或“基于到达点”，或者两者的组合Weighted，基本原理如上所述，就是将人口或岗位作为重力模型中的P或A，算出一个Gravity，值得注意的是，当选用Weighted方法时，只能选人口或岗位中之一作为重力模型中的输入，未被输入模型的即成为Weight by（图中勾选栏目），意思是算出Gravity后再根据Weight by 指标进行加权。

计算结果可以选择显示：

（1） 一个十分位数专题图，每个类型所占交通分区的个数为10%。

（2） 一个密度栅格。

（3）可达性等时线，从地图中复制作为新的图层。

4.2多模式汉森/引力指标（Hansen/GravityMeasure）

TransCAD能够计算基于起点的每个交通方式的相对汉森指标。相对汉森指标可以计算所有交通方式。

计算多模式汉森指标需要：

（1）用于创建矩阵的面层区域数据（交通分区），起点小区可以在一个集合中。

（2）服务字段给出每个分区的可获得服务。

（3）权重字段，用于计算分区间需求的权重调整。

（4）每个时段每个交通方式门到门的Skim矩阵。

（5）用于计算相对汉森指标的OD矩阵。

（6）阻抗参数，既有各种出行可接受的成本（通常为距离或时间）。

可以有多种交通模式，并且是门到门的，例如小汽车、步行+公交、步行+地铁。需要有每个交通方式的Skim矩阵，包含起讫点的出行成本。如果有多个时段的话，Skim矩阵也需要按时段给出。您可以强调差的可达性，作为一种反的测度方法。也可以计算简单的效用和Logsum指标，可理解为起点小区到目的地服务的期望最大效用。

可以选择显示：

（1） 一个十分位数颜色专题图，每个分类占10%。

（2） 可达性等时线，作为新的图层复制到新的地图。

（3） 三维专题图和等时线。

对于多方式汉森指标，若不用OD，就是单模式的批量版；由于一种方式的可达性并不能反映整体可达性，如果想获得多种方式的加权可达性，则需要加入每种方式的OD加权即可。

5 计算城市形态（Urban Form）

描述决定可达性建成环境的特征，帮助评估城市形态。描述城市形态与可达性水平的关系需要对城市环境有一种评估方法。例如步行导向的设计、高水平公共交通以及目的地机会（服务和工作）这些特征，对交通方式选择的影响比较大。TransCAD有几个工具对这些因素进行描述分析。

5.1 熵指标（Entropy Measure）

熵指标对不同土地利用的定量分析十分有用。它表示了研究区域土地利用分布的平均度。熵指标用于定量分析土地利用的平衡性。值为0-1之间，表面研究区域一平方英尺土地利用分布均匀程度。

要计算熵指标，需要有如下数据：

（1）分区面图层。

（2）土地利用面图层。

（3）土地利用类型字段。

可以选择显示：

（1）优化分段的专题图 。

（2）三维专题图。

5.2连通性指标（Connectivity Measure）

街道连通性可以作为城市设计的指标。网格化的路网相比很多死胡同以及长的路段来说，能够减少连通距离，被认为是比较好的。TransCAD提供了各种连通性计算方法：

（1）非直线系数：路径距离和直线距离之比。

（2）路段-节点比例：一个连通性指标，路段数/节点数，完美的数目是2.5。Ewing （1996）定义1.4对网络规划是合适的。

（3）伽马指数：网络中的路段数和节点之间可以产生最大的路段数 之比。值为0-1之间，例如0.54表示54%的网络连通度。

（4）阿尔法指数：实际的回路数和最大回路数之比。值为0-1之间，值越大表示连通度越好。值小于0或大于1也是可能的（如果网络不是一个真实的回路）。

（5）节点连接率：交叉口数/（交叉口数+死胡同），值为0-1之间，值》= 0.7 时可能因为只有少量的 死胡同。

 

计算连通指标，需要如下数据：

（1）一个线图层。

（2）一个选项网络。

（3） 一个选项分区面图层。

5.3带权重的交叉口密度指标（Weighted IntersectionDensity Measure）

街道网络具有较好连通性的邻里特征表示能够更方便地到达目的地。这会影响方式选择，并且会增加步行交通。交叉口的权重影响因素主要有连接的路段数以及路段类型。例如，4条道路连接的节点一般来说更能吸引步行，3叉口或者要主要道路的连接的地方会影响人们的步行喜好，死胡同、断头路则直接妨碍步行。

TransCAD中带权重的交叉口密度指标可处理不同的交叉口类型（连通路段数及路段类型）。如果选择了分区，交叉口密度按照分区单元来统计分析。

要计算带权重的交叉口密度指标，需要的数据如下：

（1） 一个线图层。

（2）一个交通网络并包含可选的路段类型字段。

（3）一个选项分区面图层。

 

可以选择显示节点的十分位专题图。

5.4可步行指标（Walkability Measure）

可步行是一个集计的指标，综合了连通性、熵和居住密度。着眼于这些分区具有比较好的局部可达性。城市形态指数是相关联的。高居住密度区域往往更加混合以及具有连通性。这些变量的相关程度和它们内在的可步行城市环境协调有关。然后，这可以通过相关变量或空间多重共线性建立模型参数估计问题。为了避免这个问题，可步行指标使用整合的多变量环境来计算。

TransCAD可步行指标采用三个变量（连通性、熵和居住密度）的正态分布（z-score），并组合为一个指数。用地混合程度的z-score 权重为6以体现这个变量的重要性。其他城市形态的变量，如坡道，辅道和自行车道等也经常会被使用。

交叉口密度：良好的连通性是连接目的地的没有障碍（繁忙的快速路等）的路段数目的函数。连通性计算为前面基于权重的交叉口密度，计算的值按按每公里的数目来独立可步行性。

熵：和前面计算熵的办法相同，除了需要一个居住用地类型来计算密度。

居住密度：净的居住密度作为分区的规模。一般使用人口普查分区，并将家庭数分摊到用地块上。

要计算可步行指标，需要的数据有：

（1）一个分区面图层。

（2）分区包含家庭数目的一个字段。

（3） 一个土地利用面图层。

（4）土地利用图层包含一个用地类型的字段。

（5） 一个居住用地类型用来计算密度。

（6）一个线图层。

（7） 一个交通网络包含了路段类型的字段。

6 结语

本文介绍了TransCAD的路网、公交网络等时线绘制功能，以及自带的可达性计算模块，您可以根据分析的需要选择使用。需要说明的是，区别于其他一些同类交通规划软件的等时线仅仅是画类似缓冲区的圆圈，TransCAD的等时线是完全基于网络带的时间计算实现的。

特别是公交网络的等时线，由于各类时间组成较为复杂，依赖于路径模型计算，也并非一般的GIS软件能够实现。TransCAD for Web网页版还可以为规划师提供在线的可达性分析。当然，如果有其他自定义的可达性模型需要开发，例如伦敦的公共交通可达性模型，基于效用理论的可达性模型等等，您可以使用TransCAD的二次开发功能得以实现。

来源：TransCAD和TransModeler交通软件

编辑：jq