Глава 6. Этап 2. Пространственный анализ

Глава 6
Этап 2. Пространственный анализ

Шаг 2.1. Расчет параметров городских территорий

Пространственный анализ городских территорий позволяет выявить территории, обладающие ресурсом для строительства и требующие повышения эффективности использования - с низкой плотностью застройки и высокой потенциальной транспортно-пешеходной активностью.

Для оценки потенциала территорий рекомендуется создание сетки для территории всего города (см. илл. 4). В качестве оцениваемой единицы принимается ячейка такой сетки площадью 1 га (100 на 100 м)*.

------------------------------

* Сетка может быть создана автоматически при помощи различных инструментов, например, Create fishnet в ArcGIS или Vector grid в QGIS. Проекция сетки должна соответствовать конкретному городу в зоне проекций UTM.

------------------------------

Далее для каждой ячейки сетки рассчитываются параметры плотности застройки (см. далее) и потенциальной транспортно-пешеходной активности (см. далее). Сопоставление параметров при помощи двухмерной матрицы позволяет выявить территории, обладающие потенциалом для повышения эффективности использования. Дальнейшая оценка и выбор наиболее привлекательных для развития территорий различны для свободных и застроенных территорий, определяемых по плотности застройки.

Илл. 4. Наложение сетки с ячейками площадью 1 га на территорию города

Плотность застройки

Плотность застройки () - отношение общей площади зданий, расположенных на территории, к площади самой территории.

Для вычисления плотности застройки в рамках механизма слой существующих зданий "режется" по линиям сетки, для получившихся объектов рассчитывается поэтажная площадь. Для каждой ячейки вычисляется суммарное значение площадей находящихся в ней объектов. С целью отсечения нежилых и неиспользуемых площадей зданий рекомендуется снизить значения суммарной поэтажной площади на 4-6%*. На основе результата определяется показатель плотности застройки**.

------------------------------

* При расчёте используется понижающий коэффициент согласно СП 54.13330.2016 Здания жилые многоквартирные.

** Инструментом для расчета параметров в рамках механизма могут быть Intersect в ArcGIS или Intersection в QGIS [разбиение застройки на ячейки сетки) и Spatial join в ArcGIS или Join attributes by location в QGIS (задание ячейкам сетки полученных коэффициентов плотности застройки или других параметров).

------------------------------

На основе анализа застройки различных типов среды российских городов¹⁴ и в привязке к шагу накладываемой сетки показатели плотности застройки были распределены по группам: низкая плотность - от 0,6 до 5 , средняя - от 5 до 10 , высокая - свыше 10 (см. табл. 2). Территории с показателем плотности застройки равным или превышающим 0,6 относятся к застроенным, менее 0,6 - к свободным.

Для дальнейшего анализа полученные показатели плотности застройки следует распределить на группы с присвоением ячейкам соответствующих баллов (см. табл. 3).

Илл. 5. Плотность застройки в соответствии со статистическим распределением данных¹⁵

Табл. 2. Плотности застройки различных типов среды в российских городах

Тип среды	Плотность застройки
Дачная городская среда	0,6
Сельская городская среда	1
Историческая индивидуальная городская среда	2
Современная индивидуальная городская среда	4
Советская малоэтажная разреженная городская среда	4
Современная блокированная городская среда	5
Советская малоэтажная периметральная городская среда	7
Историческая разреженная городская среда	8
Советская среднеэтажная микрорайонная городская среда	8
Современная малоэтажная городская среда	10
Историческая периметральная городская среда	13
Советская малоэтажная микрорайонная городская среда	14
Советская среднеэтажная периметральная городская среда	15
Современная многоэтажная городская среда	23

Табл. 3. Распределение показателей плотности застройки по типам территорий

Плотность застройки	Тип территории	Балл
< 0,6	Свободные территории	0
0,6-5	С низкой плотностью застройки	1
5-10	Со средней плотностью застройки	2
> 10	С высокой плотностью застройки	3

Илл. 6. Распределение нормированных показателей плотности застройки в соответствии с присвоенными баллами

Потенциальная транспортно-пешеходная активность

Потенциальная транспортно-пешеходная активность - суммарный показатель, отражающий уровень потенциальной транспортной и пешеходной активности определенного сегмента улично-дорожной сети (подробнее см. далее).

Анализ потенциальной транспортно-пешеходной активности позволяет смоделировать и оценить транспортные и пешеходные потоки. Такой анализ можно провести как с привлечением транспортных консультантов, так и при помощи математического моделирования в одной из геоинформационных систем (GIS-анализ). В рамках Стандарта рассматривается последовательный GIS-анализ потенциальной транспортной и пешеходной активности - в силу его оперативности и экономичности.

Оценка потенциальной транспортной активности

Потенциальная транспортная активность - показатель востребованности сегмента улично-дорожной сети (УДС) городским транспортом.

Рекомендуется проводить математический расчет потенциальной транспортной активности с помощью алгоритма Betweenness Centrality¹⁶. Улично-дорожная сеть делится на сегменты по перекресткам (см. илл. 7). В анализе транспортной активности используется часть УДС, доступная для движения автомобильного транспорта. Для каждого сегмента УДС строятся кратчайшие маршруты до всех других сегментов. Далее для каждого сегмента вычисляется сумма проходящих через него маршрутов, таким образом определяются наиболее используемые участки УДС города.

Илл. 7. Разбивка УДС на сегменты

Илл. 8. Рассчитанная потенциальная транспортная активность в соответствии со статистическим распределением данных

Полученные показатели потенциальной транспортной активности распределяются на группы с присвоением баллов:

- низкая активность (1 балл),

- средняя активность (2 балла),

- высокая активность (3 балла).

Пороговые значения для групп определяются на основе статистического анализа распределения данных¹⁷. Показатели потенциальной транспортной активности переносятся на сетку - каждой ячейке присваивается максимальный из баллов всех сегментов в ее границах (см. илл. 10).

Илл. 9. Распределение показателей потенциальной транспортной активности в соответствии с присвоенными баллами

Илл. 10. Распределение показателей потенциальной транспортной активности в соответствии с присвоенными баллами для ячеек сетки

Оценка потенциальной пешеходной активности

Потенциальная пешеходная активность - показатель востребованности сегмента УДС пешеходами. При анализе пешеходной востребованности используется вся улично-дорожная сеть города. Для расчета строятся все возможные варианты маршрутов трех типов в пределах 10-минутной пешеходной доступности (840 м):

- от жилых домов к остановкам общественного транспорта,

- от жилых домов к точкам притяжения (предприятия торговли и услуг, объекты социальной, культурно-досуговой инфраструктуры),

- от остановок общественного транспорта к точкам притяжения*.

------------------------------

* Инструментом для расчета пешеходной активности по каждому из типов маршрутов может служить модуль Network Analyst для ArcGIS.

------------------------------

Илл. 11. Построение маршрутов для расчета потенциальной пешеходной активности и суммирование нормированных значений по трем вариантам маршрутов

Для каждого сегмента УДС суммируются маршруты отдельно по каждому из трех типов потенциальной пешеходной активности, для маршрутов от жилых домов учитывается число их жителей. Совокупность маршрутов от жилых домов к остановкам общественного транспорта рассчитывается по формуле:

где HS (houses-stops) - совокупность маршрутов от жилых домов к остановкам общественного транспорта,

HP (houses-points of interest) - совокупность маршрутов от жилых домов к точкам притяжения,

n - количество жителей, проходящих по сегменту сети,

- маршрут, проходящий через сегмент сети.

Совокупность маршрутов от остановок общественного транспорта к точкам притяжения рассчитывается по формуле:

где SP (stops-points of interest) - совокупность маршрутов от остановок общественного транспорта к точкам притяжения,

- маршрут, проходящий через сегмент сети.

Полученные значения нормируются по шкале от 0 до 10. Нормированные значения по трем типам маршрутов суммируются. Суммарные значения для сегментов могут варьироваться от 0 до 30 (см. илл.11). Для расчета потенциальной пешеходной активности применяется формула:

где PF (pedestrian flow) - потенциальная пешеходная активность,

- нормированное значение количества маршрутов от жилых домов к остановкам общественного транспорта,

- нормированное значение количества маршрутов от жилых домов к точкам притяжения,

- нормированное значение количества маршрутов от остановок общественного транспорта к точкам притяжения.

Нормирование значений количества маршрутов производится по формуле:

где HS - совокупность маршрутов от жилых домов к остановкам общественного транспорта,

- максимальное количество маршрутов от жилых домов к остановкам общественного транспорта (в рамках анализируемой территории),

n - количество классов, в соответствии с которым происходит нормирование (в рамках механизма равно 10).

Формула расчета для показателей и аналогична.

Илл. 12. Рассчитанная потенциальная пешеходная активность в соответствии со статистическим распределением данных

Полученные показатели пешеходной активности распределяются на группы с присвоением баллов:

- низкая активность (1 балл),

- средняя активность (2 балла),

- высокая активность (3 балла).

Пороговые значения для групп определяются на основе статистического анализа распределения данных¹⁸.

Показатели пешеходной активности переносятся на сетку - каждой ячейке присваивается максимальный из баллов всех сегментов улично-дорожной сети (см. илл. 14).

Илл. 13. Распределение показателей потенциальной пешеходной активности в соответствии с присвоенными баллами

Илл. 14. Распределение показателей потенциальной пешеходной активности в соответствии с присвоенными баллами для ячеек сетки

Суммирование показателей потенциальной транспортной и пешеходной активности

Для анализа суммарной активности следует агрегировать показатели потенциальной транспортной и пешеходной активности - суммировать их баллы для каждой ячейки с учетом веса параметра, а затем определить уровень суммарной активности исходя из полученного значения. (см. илл. 15)

Значения весов потенциальной транспортной и пешеходной активности могут варьироваться от 0,1 до 0,9. При оценке активности на свободных территориях, большее значение отводится показателям потенциальной транспортной активности. Такой подход обусловлен спецификой территорий: отсутствием существующей и возможностью сформировать новую сеть перемещений. Значения задаются экспертным путем индивидуально для каждого города. Веса потенциальной транспортной и пешеходной активности для застроенных территорий равны.

Значение баллов ячейки соответствует максимальному баллу всех сегментов в ее границах. Потенциальная транспортно-пешеходная активность рассчитывается по формуле:

,

где PVF (pedestrian vehicle flow) - потенциальная транспортно-пешеходная активность),

(weight pedestrian) - вес потенциальной пешеходной активности,

(pedestrian flow) - потенциальная пешеходная активность, разбитая на 3 класса),

(weight vehicle) - вес потенциальной транспортной активности,

(vehicle flow) - потенциальная транспортная активность, разбитая на 3 класса).

Ячейкам, в которых отсутствуют потенциальная пешеходная и транспортная активность, назначается 1 балл. В результате каждой ячейке присваивается соответствующий балл потенциальной транспортно-пешеходной активности (см. илл. 16):

- 0,1-1 балл - низкая суммарная активность (1 балл),

- 1,1-2 балла - средняя суммарная активность (2 балла),

- 2,1-3 балла - высокая суммарная активность (3 балла).

Илл. 15. Суммирование показателей потенциальной транспортной и пешеходной активности

Илл. 16. Распределение значений суммарной потенциальной транспортно-пешеходной активности в соответствии с присвоенными баллами для ячеек сетки

Шаг 2.2. Оценка городских территорий по пространственным характеристикам

Для агрегации данных, полученных на предыдущем шаге, рекомендуется использование матрицы плотности застройки и потенциальной транспортно-пешеходной активности (см. илл. 17). В матрице четыре градации плотности застройки: свободные территории (0), низкая (1), средняя (2) и высокая (3), сопоставлены с тремя градациями потенциальной транспортно-пешеходной активности: низкой (1), средней (2), высокой (3).

Механизм подразумевает различные подходы к оценке пространственного потенциала свободных и застроенных территорий. В силу отсутствия сформированной застройки, основным фактором оценки пространственного потенциала свободных территорий становится показатель потенциальной транспортно-пешеходной активности. При оценке застроенных территорий также учитывается показатель плотности застройки.

Илл. 17. Матрица плотности застройки и потенциальной транспортно-пешеходной активности

Свободные территории

Стандарт выделяет два типа свободных территорий¹⁹:

1. Предназначенные для застройки незастроенные территории - земли в административных границах города, классифицировавшиеся²⁰ как природные или использовавшиеся в хозяйственных целях, не связанных с размещением объектов капитального строительства. На таких территориях отсутствуют объекты капитального строительства, улично-дорожная и инженерные сети. В рамках механизма к ним относятся территории с плотностью застройки менее 0,6 .

2. Территории реорганизации - застроенные территории, функция которых устарела и (или) перестала отвечать целям городского развития, подлежащие изменению функционального назначения и значительному изменению планировочной структуры и застройки*. Такие территории выявляются в процессе анализа на Этапе 1.

------------------------------

* Для этого типа свободных территорий показатель плотности застройки может быть выше 0,6 .

------------------------------

Илл. 18. Матрица плотности застройки и потенциальной транспортно-пешеходной активности для свободных территорий

Для оценки по пространственным характеристикам свободные территории разбиваются на следующие группы:

- высокопривлекательные - с высокой и средней потенциальной транспортно-пешеходной активностью,

- среднепривлекательные - с низкой потенциальной транспортно-пешеходной активностью, расположенные в радиусе пешеходной доступности (рекомендуемый радиус - 420 м или 5 мин. ходьбы) от территорий с высокой и средней потенциальной транспортно-пешеходной активностью,

- низкопривлекательные - с низкой потенциальной транспортно-пешеходной активностью, расположенные вне рекомендуемого радиуса пешеходной доступности от территорий с высокой и средней потенциальной транспортно-пешеходной активностью.

Илл. 19. Распределение свободных территорий по пространственным характеристикам в зависимости от степени привлекательности для реализации проектов развития

Застроенные территории

Стандарт определяет застроенные территории как территории с плотно расположенными на них объектами капитального строительства, дальнейшая застройка которых возможна либо посредством сноса существующих зданий и сооружений, либо посредством формирования новых единичных земельных участков²¹. В рамках механизма к застроенным относятся территории с показателем плотности застройки равным или превышающим 0,6 .

В целях формирования плотной и компактной застройки²² к развитию рекомендуются застроенные территории, обладающие следующими комбинациями пространственных характеристик:

- высокопривлекательные - с низкой плотностью застройки и высокой потенциальной транспортно-пешеходной активностью,

- среднепривлекательные - со средней плотностью застройки и высокой потенциальной транспортно-пешеходной активностью, низкой плотностью застройки и средней потенциальной транспортно-пешеходной активностью.

Илл. 20. Матрица плотности застройки и потенциальной транспортно-пешеходной активности для застроенных территорий

Илл. 21. Распределение застроенных территорий по степени привлекательности для развития

Результат пространственного анализа

Пространственный анализ позволяет определить потенциал развития территорий с точки зрения потенциальной транспортной и пешеходной активности, а также существующих территориальных ресурсов для уплотнения застройки. Механизм может применяться для анализа всех территорий города или отдельных их типов: свободных или застроенных. В целях эффективного использования земельных ресурсов Стандарт отдает приоритет последним.

Илл. 22. Распределение территорий города по степени привлекательности для развития