劉雪寧

（新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆維吾爾自治區(qū) 烏魯木齊 830046）

關(guān)鍵字：出租車；GPS軌跡數(shù)據(jù)；城市人群出行行為；教育設(shè)施

0 引言

城市化是人類進(jìn)步過程中不可避免的歷史發(fā)展環(huán)節(jié)。目前，我國正在經(jīng)歷一個(gè)不同于其他任何國家的前所未有的城市化進(jìn)程。城市功能結(jié)構(gòu)規(guī)劃、城市居民出行方式研究、城市路網(wǎng)規(guī)劃、交通結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化對(duì)我國城市化進(jìn)程推進(jìn)有著重要的意義。出租車作為一種方便、安全的交通工具，受到出行者的青睞，因而出租車GPS軌跡數(shù)據(jù)也越來越多地被作為研究對(duì)象廣泛應(yīng)用于分析城市道路交通狀況和城市人群出行規(guī)律分布的研究中。出租車GPS采集設(shè)備在日常生活中可以獲得空間覆蓋面廣、行駛時(shí)長長、數(shù)據(jù)完整的GPS軌跡數(shù)據(jù)。由于每條軌跡包含大量城市人群活動(dòng)的時(shí)空信息，因而分析大批量的軌跡數(shù)據(jù)，可以識(shí)別人群出行模式的特征。例如，通過出租車軌跡數(shù)據(jù)識(shí)別運(yùn)營和非運(yùn)營行為[1-5]，基于軌跡大數(shù)據(jù)尋找優(yōu)質(zhì)客源[6]，利用歷史軌跡數(shù)據(jù)研究路網(wǎng)認(rèn)知和最優(yōu)路徑規(guī)劃算法[7-11]，通過浮動(dòng)車軌跡數(shù)據(jù)的時(shí)空分布探索城市人群出行熱點(diǎn)[12-15]。

目前，越來越多的學(xué)者采用多源軌跡大數(shù)據(jù)對(duì)城市人群出行活動(dòng)模式進(jìn)行研究，以期達(dá)到探尋城市公共資源均衡分布和城市功能區(qū)合理規(guī)劃的解決方案，保障城市居民基本生活質(zhì)量，推動(dòng)城市社會(huì)經(jīng)的發(fā)展的目標(biāo)。如劉瑜[16]等歸納出基于時(shí)空標(biāo)記大數(shù)據(jù)探索人類移動(dòng)模式的研究流程和影響因素；王較娥[17]等提出了依據(jù)交通出行數(shù)據(jù)來識(shí)別就醫(yī)活動(dòng)行程的判別準(zhǔn)則和方法體系；楊喜平[18]等對(duì)目前研究所采用的4種主要移動(dòng)定位大數(shù)據(jù)源的特點(diǎn)進(jìn)行歸納，提出融合多源時(shí)空數(shù)據(jù)建立大規(guī)模的群體移動(dòng)行為模型；易嘉偉[19]等利用路況信息和手機(jī)定位數(shù)據(jù)對(duì)極端天氣下人群活動(dòng)響應(yīng)和城市道路擁堵狀況的時(shí)空特征做出研究；陳卓然[20]等基于北京市主要醫(yī)療機(jī)構(gòu)空間位置，利用出租車軌跡數(shù)據(jù)，針對(duì)居民就醫(yī)行為模式的時(shí)空分布進(jìn)行研究；楊格格[21]等基于出租車GPS軌跡數(shù)據(jù)，對(duì)北京市對(duì)外交通樞紐乘客的OD點(diǎn)時(shí)空分布特征進(jìn)行分析。然而，針對(duì)于以教育設(shè)施為目的地的相關(guān)研究還較少。教育是推動(dòng)民族振興、社會(huì)發(fā)展的基石，教育設(shè)施是公共服務(wù)設(shè)施的重要組成部分，作為教育活動(dòng)的空間載體，受到人們高度關(guān)注。國家也把推進(jìn)義務(wù)教育均衡發(fā)展，縮小地區(qū)間教育資源差異作為脫貧攻堅(jiān)的基礎(chǔ)性事務(wù)[22]。上下學(xué)過程是居民獲取教育資源的必須性行為，更是城市交通通勤的重要組成部分，對(duì)此類行為的精細(xì)化研究有利于優(yōu)化教育設(shè)施空間布局，改善居民生活質(zhì)量和地域間的教育資源不平衡，提升城市運(yùn)行效率[23]。教育設(shè)施是一種高使用頻率設(shè)施，目前北京市中小學(xué)每學(xué)年約有40周，上課時(shí)間和工作時(shí)間相似，僅寒暑假期間使用率較低。教育設(shè)施的通勤對(duì)象并不唯一，包含學(xué)齡兒童、中小學(xué)生、家長以及教職工。相較于餐飲娛樂、醫(yī)療等公共服務(wù)，以學(xué)校為出行目的地的城市人群在一定時(shí)間內(nèi)出行軌跡比較固定，學(xué)生短時(shí)間內(nèi)頻繁轉(zhuǎn)學(xué)換校的可能性較低，使得這類人群在一段較長時(shí)間內(nèi)形成了穩(wěn)定的通勤模式和活動(dòng)軌跡。本文將通過收集北京市出租車GPS數(shù)據(jù)，對(duì)以學(xué)校為出行目的地的特定城市人群的時(shí)空出行規(guī)律進(jìn)行分析研究，以此為基礎(chǔ)為實(shí)現(xiàn)教育公共資源均衡化、教育設(shè)施區(qū)位規(guī)劃合理化提供理論支撐。

1 方法

出租車在運(yùn)營過程中存在停車上下客行為，故出租車的載客點(diǎn)和下客點(diǎn)在一定程度上可以替代居民出行的起始點(diǎn)。通過利用OD數(shù)據(jù)重構(gòu)出租車行駛軌跡，分析不同時(shí)空尺度下出租車的O/D點(diǎn)的數(shù)量和密度特征，挖掘出此類出行行為的活動(dòng)強(qiáng)度和熱點(diǎn)區(qū)域。本文結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)差橢圓法和核密度分析法來表達(dá)以學(xué)校為目的地的出行行為的空間分布。標(biāo)準(zhǔn)差橢圓可以展現(xiàn)點(diǎn)位在空間整體分布特征和各向異性。核密度估計(jì)法從以空間鄰近相關(guān)性出發(fā)，反映上下客點(diǎn)密度分布。

圖1 技術(shù)流程圖

1.1 研究區(qū)與研究數(shù)據(jù)

1.1.1 研究區(qū)概況

作為中華人民共和國的首都，北京承擔(dān)著政治文化、國際交往、科技創(chuàng)新等中心職能。北京市面積16000余平方千米，位于39.4～41.6°N和115.7～117.4°E之間，共有6條環(huán)線高速公路，轄東城區(qū)、西城區(qū)、海淀區(qū)、朝陽區(qū)、石景山區(qū)、豐臺(tái)區(qū)等16個(gè)區(qū)級(jí)行政區(qū)，常住人口2000多萬人。本研究選取北京市作為研究區(qū)域，重點(diǎn)關(guān)注人口密集日常人流量大的六環(huán)以內(nèi)區(qū)域。

圖2 研究區(qū)概況

1.1.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

（1）出租車GPS軌跡數(shù)據(jù)。本文收集了2012年11月1日至11月7日北京某出租車公司近20000輛出租車的GPS軌跡數(shù)據(jù)。每個(gè)數(shù)據(jù)包含出租車ID、日期、時(shí)間、經(jīng)緯度、乘客狀態(tài)等信息。數(shù)據(jù)清洗后，提取起點(diǎn)和終點(diǎn)對(duì)，建立出租車GPS軌跡數(shù)據(jù)，如表1所示。

表1 出租車GPS 軌跡數(shù)據(jù)示例

提取每條下客點(diǎn)落在教育設(shè)施周圍一定范圍內(nèi)的軌跡數(shù)據(jù)作為以學(xué)校為目的地的出行軌跡。以下是出租車運(yùn)營流程的抽象描述：出租車在A點(diǎn)開始運(yùn)營后，經(jīng)過一段時(shí)間的空載后，在B點(diǎn)停下來搭載乘客，乘客在C點(diǎn)下車，從B點(diǎn)到C點(diǎn)，是載客事件。乘客下車后，出租車一直處于空車狀態(tài)，直到在D點(diǎn)遇到下一位乘客，重復(fù)此模式，如圖3所示。研究對(duì)象。

1.2 核密度分析

核密度分析用于計(jì)算每個(gè)柵格像元周圍的點(diǎn)要素的密度。每個(gè)點(diǎn)上方可以看作一個(gè)平滑曲面，曲面值與距點(diǎn)距離成反比關(guān)系。柵格像元的密度是像元中心位置的所有值的總和。核函數(shù)計(jì)算公式如下：

圖3 出租車GPS 軌跡點(diǎn)

（2）北京市主要教育設(shè)施POI數(shù)據(jù)。本文以2012年高德地圖POI數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，獲取了北京市990個(gè)教育設(shè)施的POI數(shù)據(jù)，包括普通公立中小學(xué)、民辦學(xué)校、高等院校、科研機(jī)構(gòu)、課外輔導(dǎo)機(jī)構(gòu)、特殊教育學(xué)校、成人教育機(jī)構(gòu)等。本文利用出租車OD數(shù)據(jù)與POI點(diǎn)的空間鄰近關(guān)系研究居民前往教育場(chǎng)所的出行特征，具體實(shí)現(xiàn)方法是預(yù)先設(shè)定緩沖區(qū)半徑，最終從20000輛出租車的軌跡數(shù)據(jù)中篩選出下客點(diǎn)落入緩沖區(qū)內(nèi)的軌跡作為本文的

新位置的預(yù)測(cè)密度由以下公式確定，

其中，i = 1,…，n 是輸入點(diǎn)，如果它們位于 (x,y)位置的半徑距離內(nèi)，則僅包括總和中的點(diǎn)；disti 是點(diǎn) i和 (x,y) 位置之間的距離。

將計(jì)算的密度乘以點(diǎn)數(shù)，計(jì)算將應(yīng)用于輸出柵格中每個(gè)像元的中心。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析

測(cè)量一組點(diǎn)或區(qū)域趨勢(shì)的常用方法是分別計(jì)算X和Y方向的標(biāo)準(zhǔn)距離，再用以定義包含所有特征分布的橢圓軸。由于該方法以平均圓心為起點(diǎn)來計(jì)算X、Y坐標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差，從而定義了橢圓軸，因此該橢圓被稱為標(biāo)準(zhǔn)差橢圓。此類型的分析將創(chuàng)建以所有要素的平均中心為中心的新橢圓要素類。這些屬性值包括兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)距離(長軸和短軸)和橢圓的方向。該方向表示從頂點(diǎn)順時(shí)針測(cè)量的主軸的旋轉(zhuǎn)。計(jì)算公式如下：

標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的形式為：

其中, xi和yi是要素i的坐標(biāo)，(,)表示要素的平均中心，n等于要素總數(shù)。

旋轉(zhuǎn)角的計(jì)算方法為：

其中和是平均中心x，y坐標(biāo)的差。

x軸和y軸的坐標(biāo)差為：

2 結(jié)果與分析

2.1 空間特征分析

2.1.1 出行熱點(diǎn)空間分布

圖3 以學(xué)校為目的地的出行熱門目的地

圖4 主城區(qū)各類教育設(shè)施分布比例

（1）出行熱門目的地。根據(jù)對(duì)GPS軌跡數(shù)據(jù)最終目的地的統(tǒng)計(jì)，得出五種類型的熱點(diǎn)目的地，按頻次排序：課外輔導(dǎo)機(jī)構(gòu)、高校、中小學(xué)等類別。對(duì)出行熱點(diǎn)空間分布的統(tǒng)計(jì)分析表明，海淀區(qū)最受歡迎的目的地是高校，其次是課外輔導(dǎo)機(jī)構(gòu)；朝陽區(qū)、西城區(qū)、豐臺(tái)區(qū)、石景山區(qū)的課外輔導(dǎo)機(jī)構(gòu)是這類出行的主要目的地，其次是高校和中學(xué)；東城區(qū)熱門目的地，課外補(bǔ)習(xí)機(jī)構(gòu)和中小學(xué)比例相當(dāng)。由此可見，與傳統(tǒng)基礎(chǔ)教育相比課外輔導(dǎo)的受重視程度正在不斷提高。從側(cè)面反映出城市居民對(duì)教育資源的獲取的方法不再局限于義務(wù)教育和公共教育資源，更傾向于獲取以商業(yè)化、有針對(duì)性的以社會(huì)服務(wù)為形式的教育資源。

表2 調(diào)查樣本中流向矩陣

（2）跨區(qū)流動(dòng)情況。從表2可以看出，海淀區(qū)和朝陽區(qū)的跨區(qū)域出行行為比例相對(duì)較小(分別占62.7%和62.4%)，而石景山區(qū)、西城區(qū)、東城區(qū)和豐臺(tái)區(qū)的流出量相對(duì)較大。由于空間上的鄰近性，東城區(qū)到朝陽區(qū)的出行行為占跨區(qū)域出行行為的比例最高，而海淀區(qū)是石景山區(qū)、西城區(qū)和豐臺(tái)區(qū)跨區(qū)域出行行為的熱門目的地。海淀區(qū)是上/下車點(diǎn)最集中的區(qū)域，其次是朝陽區(qū)。根據(jù)畢波[24]對(duì)北京城市基礎(chǔ)教育空間公平評(píng)價(jià)，北京市教育資源分布與城市功能區(qū)高度重合。東城、西城、海淀三區(qū)教育資源普遍較好、本地學(xué)生比例高，是就學(xué)需求輸入大區(qū)。朝陽、豐臺(tái)、石景山三區(qū)的教育資源發(fā)展極快，但與傳統(tǒng)教育大區(qū)相比仍存差距，外來學(xué)生比例高，是就學(xué)輸出大區(qū)。城市發(fā)展新區(qū)的學(xué)校品質(zhì)和數(shù)量有待提高，昌平、門頭溝、大興教育負(fù)載系數(shù)較小，也是就學(xué)輸出區(qū)。生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)的學(xué)校數(shù)量少、教育品質(zhì)不高，區(qū)內(nèi)供需基本平衡。

2.1.2 上、下客點(diǎn)空間分布分析

通過標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析可得，7天內(nèi)的上客行為主要發(fā)生在東城區(qū)、朝陽區(qū)的西部、海淀區(qū)的東南部、西城區(qū)和豐臺(tái)區(qū)南部的少部分區(qū)域，橢圓的長軸略呈東北-西南指向；7天內(nèi)的下客行為主要發(fā)生在西城區(qū)、東城區(qū)、海淀區(qū)的東南部和朝陽區(qū)的西側(cè)，橢圓長軸東西呈指向。上、下客點(diǎn)總體上呈現(xiàn)“南多北少，向心匯聚”的模式，全市以學(xué)校為目的的出行在中心城分布密集，城市外圍的新城、新區(qū)少有分布。

圖5 七天內(nèi)上、下客點(diǎn)核密度分析

圖6 工作日/周末上、下客點(diǎn)核密度分析

核密度分析結(jié)果表明7天上客點(diǎn)主要分布在五環(huán)內(nèi)，而三環(huán)內(nèi)密度較高。東部的上客量比西部高，且出現(xiàn)逐漸遞減的趨勢(shì)，上客區(qū)域集中在東城區(qū)王府井、崇外商業(yè)街、東單等商業(yè)街區(qū)和朝陽區(qū)的建國門外街道、三里屯街道、呼家樓街道，說明上客點(diǎn)在城市東部空間鄰近度高，城市西部則較為分散。海淀區(qū)中關(guān)村科技園區(qū)、朝陽區(qū)三里屯商業(yè)區(qū)和望京街道、東城區(qū)中部、西城區(qū)的牛街街道、豐臺(tái)區(qū)的方莊地區(qū)上客點(diǎn)密度顯著高于其他區(qū)域，這是由于幾個(gè)區(qū)域是北京市人口密度最高的區(qū)域，且二環(huán)內(nèi)的牛街、崇文門外街道與二環(huán)線上的北太平莊街道與潘家園街道人口密度最高，超過 36000人/km2。四環(huán)沿線人口密度逐漸降低，但學(xué)院路街道、六里屯街道和永定路街道的人口密度較高，超過 27000人/km2[25]。

7天內(nèi)下客點(diǎn)的密度總體上高于上客點(diǎn)密度，并且分布也較為分散，主要位于海淀區(qū)四環(huán)西北部、二環(huán)三環(huán)內(nèi)。海淀區(qū)東側(cè)與石景山、西城和豐臺(tái)三區(qū)交界處形成了多個(gè)高密度區(qū)，推測(cè)是由于三區(qū)的跨區(qū)軌跡流向此處的最多。下客點(diǎn)空間分布呈現(xiàn)“兩極多中心”的態(tài)勢(shì)，“兩極”分別位于主城區(qū)的東西兩側(cè)，大多數(shù)高等院校和優(yōu)質(zhì)中學(xué)分布于此。在主城區(qū)西側(cè)的中關(guān)村園區(qū)及周邊地區(qū)坐落著眾多著名高等學(xué)府，如清華大學(xué)、北京大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、北京語言大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)等。重點(diǎn)中學(xué)有人大附中、清華附中、一〇一中學(xué)、北大附中等。此外，北京巨人學(xué)校、學(xué)而思培優(yōu)、新東方等輔導(dǎo)機(jī)構(gòu)也多分布于這個(gè)區(qū)域。在東側(cè)的和平街、三里屯、工人體育館、國貿(mào)大廈周邊形成了帶狀的峰值區(qū)，這里分布著北京化工大學(xué)、對(duì)外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)、北京服裝學(xué)院等眾多高校，在中央商務(wù)區(qū)則聚集分布各種課外輔導(dǎo)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)如金吉利留學(xué)、萬佳留學(xué)、龍文教育等。相較于教育發(fā)展新區(qū)，傳統(tǒng)的教育大區(qū)——東城、西城、海淀，顯然更受青睞。這是由于北京作為古都，城市的經(jīng)濟(jì)社會(huì)結(jié)構(gòu)繼承了其歷史進(jìn)程中的“中心-邊緣”發(fā)展模式，這一點(diǎn)在教育資源的分配上也有所體現(xiàn)，中心城和西北部資源占優(yōu)，名校多、教學(xué)質(zhì)量佳。

通過對(duì)工作日和周末的上客點(diǎn)、下客點(diǎn)進(jìn)行核密度分析我們不難發(fā)現(xiàn)周末的上下客點(diǎn)的密度降低，但高密度區(qū)域有所擴(kuò)張。周末的上客點(diǎn)的密集區(qū)域在中關(guān)村科技園區(qū)和東城區(qū)、朝陽區(qū)的商業(yè)繼續(xù)擴(kuò)張，并在金融街、羊坊店道、右安門出現(xiàn)了新的密集區(qū)。上客行為的發(fā)生主要集中的兩類區(qū)域，一類是以歷史街區(qū)為主體的街道，這類區(qū)域延續(xù)歷史遺留的城市骨架承擔(dān)首都核心功能區(qū)的職能，第二類是新開發(fā)項(xiàng)目密集街道，該類區(qū)域得益于改革開放，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)和政策影響下，涌現(xiàn)出大批新興功能區(qū)；這兩類區(qū)域同時(shí)也是人口最為密集的區(qū)域，共同承擔(dān)著商業(yè)和娛樂服務(wù)、公共管理及科研教育、金融辦公功能區(qū)等多重重要職責(zé)。

2.2 時(shí)間特征分析

2.2.1 不同時(shí)段出行頻率分布

圖7 不同時(shí)段出行頻率直方圖

(1)不同時(shí)段出行頻率分析。根據(jù)GPS數(shù)據(jù)的乘客狀態(tài)屬性，每隔3h統(tǒng)計(jì)一次不同時(shí)段的出租車載客時(shí)間分布規(guī)律：分別記錄一天內(nèi)出租車上下客事件的變化以及工作日和休息日出租車上下客事件的對(duì)比變化。選取2012年11月1日至7日北京市20000輛出租車的數(shù)據(jù)，記錄出租車的上下客情況，得出以學(xué)校為目的地的不同時(shí)段出租車載客狀況的變化規(guī)律。

圖8 工作日與周末不同時(shí)段出行頻率

通過對(duì)比不同時(shí)間段的上下客分布可以得到居民出行規(guī)律。周末(11月3日、4日)整體出行量小于平日。從圖中可以看出，清晨0點(diǎn)到6點(diǎn)是該類出行的低值期，6點(diǎn)以后學(xué)校的出行次數(shù)增加。每日早9：00至12：00，隨著前往學(xué)校的教職工和學(xué)生人數(shù)的增加，出行量急劇上升達(dá)到一天中的高峰期，此后，以學(xué)校為目的地的出行量逐漸減少，符合教職工、學(xué)生日常出行規(guī)律。根據(jù)王延琪等[26]對(duì)北京市民出行時(shí)間的研究，北京市早高峰期的峰值出現(xiàn)在8：05，晚高峰期峰值出現(xiàn)在18：05，晚高峰期結(jié)束的時(shí)間為19：30，而該類出行的早高峰晚于一般通勤早高峰，無晚高峰，總體受城市交通擁堵的影響較小。

工作日是大多數(shù)學(xué)校正常上課的時(shí)間，乘客出行時(shí)間比較一致。而周末以學(xué)校為目的地的出行隨機(jī)性較強(qiáng)，所以工作日與周末在一天中的出租車上下客量的變化規(guī)律也不一致。從整體趨勢(shì)上看，周末以學(xué)校為目的地的出行沒有明顯的峰值，各個(gè)時(shí)段出行量分布較平均。工作日以學(xué)校為目的地的出行量最高值出現(xiàn)在9：00-12：00，最低值出現(xiàn)在3：00-6：00，而周末的出行量大體上在各個(gè)時(shí)段分布比較均勻，出行量的峰值出現(xiàn)的時(shí)間晚于工作日，在12:00-15:00左右，工作日出行量總和大約是周末出行量總和的5倍。這與大多數(shù)以學(xué)校為出行目的地的人群出行習(xí)慣相符合，工作日居民基本為通勤出行，學(xué)生上學(xué)、教職工上班時(shí)間在固定時(shí)間內(nèi)且有規(guī)律性；周末是大多數(shù)公立學(xué)校的休息日，所以以學(xué)校為目的地的乘客量少，在這個(gè)時(shí)間段的出行目的地以上學(xué)（班）時(shí)間不固定的輔導(dǎo)機(jī)構(gòu)居多。

（2）不同時(shí)段上客點(diǎn)核密度分析。為更好的對(duì)該類出行行為發(fā)生密集的時(shí)段（6-18時(shí)）進(jìn)行分析，對(duì)不同時(shí)段的上、下客行為進(jìn)行核密度分析，由分布圖我們可以更直觀的得到結(jié)論。從早高峰開始以學(xué)校為目的地的出行行為逐步增長，并且以中關(guān)村科技園區(qū)和三里屯商圈為中心開始生成峰值區(qū),在新街口、羊坊店、金融街等地區(qū)有獨(dú)立的核密度區(qū)域，城市交通早高峰結(jié)束后，東城、西城、豐臺(tái)區(qū)的上客點(diǎn)密度減少，中關(guān)村附近和朝陽區(qū)中西部的上客行為密度增加。12-15時(shí)起上客點(diǎn)的聚集區(qū)域基本不變，核密度值有所下降，15時(shí)到18時(shí)這一時(shí)段前往學(xué)校的出行行為進(jìn)一步降低。

圖9 不同時(shí)段上客點(diǎn)核密度分析

上客點(diǎn)大多分布于著名學(xué)區(qū)周邊，如海淀的中關(guān)村學(xué)區(qū)（中關(guān)村街道、清華園街道）、海淀學(xué)區(qū)（海淀街道）、紫竹院學(xué)區(qū)（紫竹院街道、甘家口街道）、花園路學(xué)區(qū)（花園路街道、東升鎮(zhèn)）、北太平莊學(xué)區(qū)（北下關(guān)街道、太平莊街道）、萬壽路學(xué)區(qū)（萬壽路街道）、羊坊店學(xué)區(qū)（羊坊店街道）；朝陽區(qū)的望京學(xué)區(qū)、幸福村學(xué)區(qū)、和平街學(xué)區(qū)、勁松學(xué)區(qū)、八里莊學(xué)區(qū)、呼家樓學(xué)區(qū)等地區(qū)，這類學(xué)區(qū)位于承擔(dān)了城市主要居住和交通職能的城市功能擴(kuò)展區(qū)，居住人口數(shù)量眾多。除此之外密度較高的區(qū)域還包括位于首都功能核心區(qū)的部分學(xué)區(qū)，如東城區(qū)的北新橋-東直門學(xué)區(qū)、東花市-崇文門-前門學(xué)區(qū)，西城區(qū)的大柵欄-椿樹-天橋?qū)W區(qū)、新街口學(xué)區(qū)、陶然亭-白紙坊學(xué)區(qū)、廣安門內(nèi)-牛街學(xué)區(qū)等，這類學(xué)區(qū)所處地段開發(fā)較早，政府機(jī)構(gòu)及公共服務(wù)設(shè)施集中，本地居民占比多，人口相對(duì)密集。在方莊、望京等大型新興住宅區(qū)周邊也出現(xiàn)了密度較高的區(qū)域。

（3）不同時(shí)段下客點(diǎn)核密度分析。由圖可知，不同時(shí)段下客點(diǎn)分布區(qū)域大致相同，密度值有所不同。從早高峰開始形成以學(xué)區(qū)為中心逐漸向周圍發(fā)散下客點(diǎn)峰值區(qū)。這一時(shí)段是中小學(xué)校的到校時(shí)間，下客地點(diǎn)的大多是中小學(xué)周邊，乘客大多是公立學(xué)校的學(xué)生、老師。早上9點(diǎn)到下午15點(diǎn)核密度值下降，客出行的目的地大多是各類輔導(dǎo)機(jī)構(gòu)、課外培訓(xùn)機(jī)構(gòu)，其次是各高校和科研機(jī)構(gòu)，這些學(xué)校主要分布在中關(guān)村、海淀街道附近。15-18時(shí)是中小學(xué)校的放學(xué)時(shí)間，密度峰值區(qū)再次回到學(xué)區(qū)附近，此時(shí)下客點(diǎn)大多分布在輔導(dǎo)機(jī)構(gòu)和中小學(xué)校周邊，可能是由于家長接送學(xué)生放學(xué)和進(jìn)行課后輔導(dǎo)的情況造成下客點(diǎn)的聚集。

圖10 不同時(shí)段下客點(diǎn)核密度分析

2.2.2 教育設(shè)施可達(dá)時(shí)間分析

圖11 以學(xué)校為目的地乘坐出租車的出行時(shí)間曲線

根據(jù)魏海濤等的研究[25]，北京市居民通勤時(shí)間范圍為 5-180min，因此，將180分鐘內(nèi)GPS軌跡數(shù)據(jù)的行程時(shí)間劃分為每10分鐘統(tǒng)計(jì)行程頻次的等級(jí)，橫坐標(biāo)表示行程時(shí)間，縱坐標(biāo)表示等級(jí)的頻次。以學(xué)校為目的地乘坐出租車的出行時(shí)間曲線波動(dòng)較大，峰值出現(xiàn)在10-20min，然后急劇下降，低谷出現(xiàn)在40-50min。50-110分鐘的出行時(shí)間出現(xiàn)一個(gè)小的次高峰，大于110分鐘的出頻率明顯減少，最低值出現(xiàn)在140-150min，但150分鐘以上的出行次數(shù)略有上升趨勢(shì)?？偟膩碚f，短途出行的比例較高，30分鐘以內(nèi)的頻次占總出行的55%以上，兩小時(shí)以上的出行時(shí)間在12%以下。這說明，大部分教職工和學(xué)生居住在學(xué)校周邊，日常通勤時(shí)間較為合理，但仍有一些時(shí)長超過120分鐘的此類出行行為。

3 討論

北京擁有全國領(lǐng)先的教育資源和眾多的高等院校。本文選取了990個(gè)教育設(shè)施POI點(diǎn)，以出租車的GPS數(shù)據(jù)為研究對(duì)象，運(yùn)用核密度估計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析方法，研究了北京市居民乘坐出租車前往學(xué)校等教育設(shè)施的時(shí)空布特征。

整體而言，北京市居民乘出租車前往學(xué)校等教育設(shè)施的出行以短途行程為主，高峰時(shí)期晚于城市交通高峰期，受早晚交通高峰影響較小。在空間分布上，不同地區(qū)的出行行為頻率差異較大。主城區(qū)尤其是四環(huán)路內(nèi)上下客點(diǎn)密度高于四環(huán)路外。上客、下客行為多發(fā)生在學(xué)區(qū)及周邊地區(qū)，除此之外上客行為在大型住宅區(qū)、技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)園區(qū)、中央商務(wù)區(qū)等地段的發(fā)生頻率也普遍較高。出行的區(qū)域間流動(dòng)性也較高，多從郊區(qū)到城市主體功能區(qū)，從城北到城南，匯聚在海淀中關(guān)村科技園和朝陽區(qū)三里屯附近,推測(cè)是由于該地區(qū)集多種功能區(qū)為一體，人流量和車流量大，是市民出行的熱點(diǎn)。

從數(shù)據(jù)量來看，由于數(shù)據(jù)采集的局限性，本研究僅使用了某出租車公司7天的運(yùn)營數(shù)據(jù)，并且沒有考慮節(jié)假日、天氣等因素。從數(shù)據(jù)源上來看，本文只針對(duì)單一選擇出租車作為交通工具，沒有考慮步行、其他機(jī)動(dòng)車、公共交通、非機(jī)動(dòng)車以及不同交通工具混合出行方式。與問卷調(diào)查等小樣本數(shù)據(jù)相比，交通大數(shù)據(jù)具有樣本量大、覆蓋面廣的優(yōu)勢(shì)。但在后續(xù)研究中，該方法的準(zhǔn)確性仍需通過問卷調(diào)查進(jìn)一步驗(yàn)證。本文利用出租車GPS數(shù)據(jù)探索以學(xué)校為目的地的出行方式規(guī)律，如果能進(jìn)一步獲取多平臺(tái)、多尺度的出行數(shù)據(jù)，有望更加貼近實(shí)際出行規(guī)律。

4 結(jié)語

本文采用出租GPS軌跡數(shù)據(jù)作為表征乘客出行模式的重要數(shù)據(jù)源，并基于標(biāo)準(zhǔn)差橢圓和核密度估計(jì)方法對(duì)北京以學(xué)校為目的地的乘客的起始點(diǎn)時(shí)空分布、不同時(shí)段客流特征等進(jìn)行了對(duì)比分析，主要結(jié)論如下：

(1)該類出行模式的出行熱點(diǎn)較為集中，多出現(xiàn)在城市中心地區(qū)，總體上呈現(xiàn)“南多北少，向心匯聚”的模式。上客點(diǎn)和下客點(diǎn)大多分布在學(xué)區(qū)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)和高等院校密集的區(qū)域，說明該類出行行為的人群日?；顒?dòng)主要在教育設(shè)施和智力服務(wù)行業(yè)周邊地區(qū)展開，并呈現(xiàn)“兩極多中心”的態(tài)勢(shì)，兩極分別位于海淀區(qū)五道口周邊和朝陽區(qū)與東城區(qū)交界處，“中心”未形成“極”，零散分布于“兩極”周邊。

(2)上述出行的空間分布特征在工作日和周末并無較大差別，以城市繁華地段為主要聚集區(qū)，但工作日的出行量明顯多于周末的出行量，且工作日出行時(shí)間有顯著的出行密集時(shí)段，周末出行行為則隨機(jī)性較強(qiáng)。由于周末是大多數(shù)人處理私人事務(wù)或進(jìn)行娛樂活動(dòng)的時(shí)間，而此時(shí)發(fā)生的以教育設(shè)施為目的地的出行大多以參加課外輔導(dǎo)為主，這類教育活動(dòng)時(shí)間不固定，不必占用全天時(shí)間，不會(huì)像工作日學(xué)生前往學(xué)校一樣集中在某段時(shí)間之內(nèi)，部分學(xué)生會(huì)選擇在完成其他事務(wù)或休閑娛樂過后前往教育場(chǎng)所，這解釋了為何多數(shù)發(fā)生在周末的出行的出發(fā)點(diǎn)位于人流量大的商業(yè)區(qū)，且出行密度強(qiáng)的時(shí)段稍晚于一般工作日。

(3)以學(xué)校等教育設(shè)施為通勤目的地的人群出行時(shí)間普遍在早6：00到晚18：00之間，高峰期出現(xiàn)在早9：00-12：00之間，比一般工作通勤早高峰晚1-3個(gè)小時(shí)。多數(shù)出行行為所耗時(shí)間在20-30分鐘內(nèi)，短途行程占比較高，所耗費(fèi)的時(shí)間低于20分鐘的占49.3%左右，低于30分鐘的占75%左右，總體出行時(shí)長少于市民平均通勤時(shí)長[25]，說明大部分教育教學(xué)設(shè)施的交通可達(dá)性較好。

大數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、時(shí)序性強(qiáng)、覆蓋空間廣等突出優(yōu)點(diǎn)，在居民日?；顒?dòng)識(shí)別分析中應(yīng)用前景廣闊。目前，北京市有中小學(xué)生102萬人，大學(xué)生120萬人。以學(xué)校為目的地的通勤對(duì)象涵蓋了未成年學(xué)生、大學(xué)生、教職工和學(xué)生家長等不同人群。教育是提升國民素質(zhì)、發(fā)展科技生產(chǎn)力的唯一途徑。教育設(shè)施較之其他公共服務(wù)設(shè)施具有較強(qiáng)的不可替代性，隨著人們生活質(zhì)量的日益提高，為了孩子的未來，家庭在選擇居住位置和通勤路線時(shí)往往會(huì)把學(xué)生的需求放在首位。由于教育設(shè)施質(zhì)量差異大，偏好非常強(qiáng)烈，而由于市場(chǎng)化程度較低，優(yōu)質(zhì)教育資源稀缺性不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)得到根本改變，導(dǎo)致優(yōu)質(zhì)教育資源成為越來越多人的偏好。對(duì)學(xué)校目的地的出行行為進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于解決教育資源服務(wù)壓力和教育資源供需矛盾，滿足合理規(guī)劃教育資源布局、均衡區(qū)域教育資源配置的需要，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，對(duì)公共交通安全和日常通勤時(shí)間變化的研究也有積極的影響。