基于GIS的徐州市主城區(qū)交通道路網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性研究

王曉薇　奚硯濤　陶季奇　武　金

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇 徐州　221116)

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基于GIS的徐州市主城區(qū)交通道路網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性研究

王曉薇奚硯濤陶季奇武金

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院，江蘇 徐州221116)

摘要：以江蘇省徐州市主城區(qū)為切入點(diǎn)，利用該區(qū)交通道路網(wǎng)數(shù)據(jù)，借助ArcGIS 10.2網(wǎng)絡(luò)分析功能，選取最小時(shí)間阻抗、最短路程阻抗、平均出行范圍、可達(dá)性系數(shù)、道路網(wǎng)密度、路網(wǎng)連通度6個(gè)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)體系，對(duì)該區(qū)域道路網(wǎng)的可達(dá)性進(jìn)行多角度分析，結(jié)果表明：徐州市主城區(qū)交通道路網(wǎng)整體可達(dá)性良好，由中心向東南方向突出；但城區(qū)外圍路網(wǎng)密度低，可達(dá)性差；鼓樓區(qū)機(jī)動(dòng)性較差，應(yīng)加強(qiáng)這兩個(gè)地區(qū)的路網(wǎng)建設(shè)并不斷完善交通基礎(chǔ)設(shè)施。

關(guān)鍵詞：主城區(qū)，交通道路網(wǎng)，可達(dá)性，機(jī)動(dòng)性

0引言

交通網(wǎng)絡(luò)關(guān)系到一個(gè)區(qū)域的發(fā)展，研究交通可達(dá)性對(duì)于解決擁堵問(wèn)題、優(yōu)化路網(wǎng)等有著重要意義?？蛇_(dá)性概念由Hansen于1959年提出，定義為交通網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)相互作用機(jī)會(huì)的大小，即從一個(gè)地方到另一個(gè)地方的交通便利程度，是城鄉(xiāng)規(guī)劃中要考慮的重要因素。

近年來(lái)，針對(duì)可達(dá)性的研究，國(guó)內(nèi)外均有很大進(jìn)展。研究方法涉及距離度量法、累計(jì)機(jī)會(huì)法、重力法等。如：Gutiérrez等運(yùn)用加權(quán)平均出行時(shí)間指標(biāo)計(jì)算了馬德里—巴塞羅那—法國(guó)邊界的可達(dá)性[1-3]；羅鵬飛等運(yùn)用日常可達(dá)性指標(biāo)完成了對(duì)滬寧地區(qū)可達(dá)性的評(píng)價(jià)。此外，國(guó)內(nèi)外對(duì)可達(dá)性研究的范圍尺度也不盡相同。國(guó)外的相關(guān)研究集中在國(guó)家或洲際尺度。如Gutiérrez等的研究[1-3]。國(guó)內(nèi)的研究尺度則多為國(guó)家、區(qū)域，如金鳳君等分析了20世紀(jì)中國(guó)鐵路網(wǎng)可達(dá)性的空間格局；張莉等采用時(shí)間距離法評(píng)價(jià)了長(zhǎng)江三角洲城市的可達(dá)性。

但針對(duì)微觀尺度如城市主城區(qū)內(nèi)部交通路網(wǎng)的可達(dá)性研究較少。鑒于此，本文充分利用地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)在空間數(shù)據(jù)管理、分析和可視化方面的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)對(duì)徐州市主城區(qū)交通路網(wǎng)的定量分析，評(píng)價(jià)其交通可達(dá)性，揭示交通網(wǎng)絡(luò)的時(shí)空關(guān)系，為實(shí)際的城市交通規(guī)劃提供理論依據(jù)。

1研究區(qū)域概況

徐州市位于江蘇省北部，地形以平原為主，市域中部有丘陵山地，山體高低不一。其主城區(qū)西至臥牛山煤礦，東含大黃山、大廟鎮(zhèn)，南至連霍高速公路，北抵茅夾鐵路、大運(yùn)河，總面積為581 km2，轄泉山、云龍、鼓樓、銅山四個(gè)區(qū)。

隨著城市機(jī)動(dòng)化水平的提高，個(gè)別路段的交通矛盾日益凸顯。

2研究方法和數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1研究方法

1)最小阻抗可達(dá)性評(píng)價(jià)模型。

該方法由Allen(1995)提出，用中心點(diǎn)至所有目的點(diǎn)的平均最小阻抗作為中心點(diǎn)的可達(dá)性評(píng)價(jià)指標(biāo)。不考慮出行目的，計(jì)算方便，能夠?qū)β肪W(wǎng)交通的便捷度做出初步評(píng)價(jià)。

(1)

(2)

式中：Ai——交通網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)i的可達(dá)性；

A——整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性，即各節(jié)點(diǎn)可達(dá)性的平均值；

dij——節(jié)點(diǎn)i，j之間的最小阻抗，即最小時(shí)間或最短距離的平均值。

2)基于出行范圍的可達(dá)性評(píng)價(jià)模型。

該模型通過(guò)計(jì)算研究區(qū)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)在給定時(shí)間內(nèi)出行范圍的大小，利用反距離權(quán)重插值法(IDW)生成可達(dá)性分布圖，以評(píng)價(jià)交通網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)處機(jī)動(dòng)能力的強(qiáng)弱。機(jī)動(dòng)性是指道路能夠到達(dá)某一地域的能力，與路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的合理性及道路基礎(chǔ)設(shè)施的完整性有關(guān)。路網(wǎng)結(jié)構(gòu)越合理，基礎(chǔ)設(shè)施越完善，在一定時(shí)間內(nèi)能到達(dá)的范圍也就越大，機(jī)動(dòng)性越強(qiáng)。

3)可達(dá)性系數(shù)模型。

可達(dá)性系數(shù)指各節(jié)點(diǎn)的可達(dá)性值與交通網(wǎng)絡(luò)平均可達(dá)性值之比，它反映了各節(jié)點(diǎn)的可達(dá)性在整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)中的地位。值越大，表明該節(jié)點(diǎn)的可達(dá)性越低，計(jì)算公式如下：

(3)

其中，Ai為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的可達(dá)性值；Ri為可達(dá)性系數(shù)。若Ri>1，表明該節(jié)點(diǎn)的可達(dá)性在區(qū)域平均水平之下，否則說(shuō)明該點(diǎn)的可達(dá)性優(yōu)于區(qū)域平均水平。

4)交通道路網(wǎng)密度模型。

道路網(wǎng)密度指建成區(qū)內(nèi)道路長(zhǎng)度與建成區(qū)面積的比值，它反映了整個(gè)區(qū)域內(nèi)道路的疏密程度，其值越大，道路網(wǎng)的分布越密集，反之，則松散。路網(wǎng)密度計(jì)算公式：

(4)

式中：L——路網(wǎng)內(nèi)道路中心線的總長(zhǎng)度；

A——道路網(wǎng)能夠服務(wù)的用地總面積。

5)道路網(wǎng)連通度評(píng)價(jià)模型。

研究區(qū)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)依靠道路相互連通的強(qiáng)度，稱為道路網(wǎng)的連通度，記為C。道路網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)和邊連通方式各異，連通性能夠揭示出網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的連通狀況，體現(xiàn)道路網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特征。計(jì)算公式如下：

(5)

式中：L——研究區(qū)內(nèi)道路的總長(zhǎng)度；

A——研究區(qū)總面積；

n——節(jié)點(diǎn)總數(shù)；

H——相鄰兩節(jié)點(diǎn)的平均空間直線距離；

ξ——道路網(wǎng)絡(luò)變形系數(shù)。

2.2數(shù)據(jù)獲取及處理

本研究以江蘇省徐州市主城區(qū)的交通網(wǎng)絡(luò)為研究對(duì)象，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為徐州市1∶1 000交通地圖和徐州都市區(qū)現(xiàn)狀圖，在AutoCAD 2013環(huán)境下進(jìn)行分層數(shù)字化，導(dǎo)入ArcGIS 10.2中?；贕IS平臺(tái)對(duì)道路網(wǎng)進(jìn)行拓?fù)涮幚?，并建立網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集、設(shè)置要素類(lèi)屬性?？紤]到研究區(qū)域尺度較小，本文并沒(méi)有針對(duì)不同等級(jí)的道路賦予相應(yīng)的行車(chē)速度，而是假設(shè)研究區(qū)域在一個(gè)相對(duì)理想的環(huán)境下，人均步行速度為74 m/min。

3交通網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性分析

3.1最小阻抗可達(dá)性評(píng)價(jià)及可達(dá)性系數(shù)

在基于最小阻抗可達(dá)性分析模型中，選取最小時(shí)間阻抗和最小距離阻抗，通過(guò)GIS平臺(tái)，建立OD成本矩陣，實(shí)現(xiàn)了在交通網(wǎng)絡(luò)中從多個(gè)起始點(diǎn)到多個(gè)目的地的最小成本路徑查找，并計(jì)算出相應(yīng)的時(shí)間、距離成本。根據(jù)統(tǒng)計(jì)出的各路口的可達(dá)性值以及整個(gè)路網(wǎng)的可達(dá)性，運(yùn)用IDW方法生成研究區(qū)域的可達(dá)性分布圖，顏色越深的地方表明可達(dá)性越好。

通過(guò)圖1和圖2，徐州市主城區(qū)交通路網(wǎng)呈由中心向四周放射狀格局，且整個(gè)路網(wǎng)的可達(dá)性良好。尤其是其中部和東南區(qū)域，可達(dá)性相對(duì)其他位置較高。西北部地區(qū)道路較少，相對(duì)孤立。與中心區(qū)域相比，四周便捷程度較差。

根據(jù)時(shí)間可達(dá)性模型，計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的時(shí)間可達(dá)性并統(tǒng)計(jì)可達(dá)性系數(shù)，生成可達(dá)性系數(shù)頻數(shù)分布圖。由圖3，圖4可知，其中約70%的節(jié)點(diǎn)可達(dá)性系數(shù)小于1，即優(yōu)于交通道路網(wǎng)的平均可達(dá)性水平；23%的節(jié)點(diǎn)可達(dá)性與平均水平接近；7%的節(jié)點(diǎn)可達(dá)性較差。

由圖5分析得，可達(dá)性最好的區(qū)域北至荊馬河南路，南至金山東路，西至二環(huán)西路，東到三環(huán)東路。全部節(jié)點(diǎn)的距離可達(dá)性為271萬(wàn)km，平均值為1.28萬(wàn)km?？蛇_(dá)性最高的路段為三環(huán)東路。根據(jù)時(shí)間可達(dá)性模型，可達(dá)性較好的區(qū)域南北向基本與前述一致，東西向有所擴(kuò)大，東可至漢源大道，西達(dá)三環(huán)西路。

圖6反映了主城區(qū)四個(gè)轄區(qū)之間的可達(dá)性相對(duì)大小關(guān)系，從高到低依次為：泉山區(qū)>鼓樓區(qū)>云龍區(qū)>銅山區(qū)。

3.2基于出行范圍的可達(dá)性評(píng)價(jià)

基于出行范圍可達(dá)性評(píng)價(jià)模型，將研究區(qū)內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)作為起始點(diǎn)，利用ArcGIS計(jì)算各路口默認(rèn)中斷為1 000 m的出行范圍。通過(guò)統(tǒng)計(jì)結(jié)果衡量其機(jī)動(dòng)性的強(qiáng)弱，出行面積范圍越大，機(jī)動(dòng)性越強(qiáng)。

由圖7可知，顏色越深的區(qū)域機(jī)動(dòng)性越差。彭城廣場(chǎng)、徐州市中醫(yī)院和快哉亭公園的淮海西路、淮海東路、建國(guó)西路、建國(guó)東路、中山北路、中山南路、解放路的出行范圍小，機(jī)動(dòng)性最差，原因在于這些路段處于主城區(qū)的道路核心區(qū)，受車(chē)速和眾多路口的限制，且交通基礎(chǔ)設(shè)施不夠完善。相反，機(jī)動(dòng)性較好的區(qū)域分布在主城區(qū)外圍沿線的地區(qū)，該區(qū)域車(chē)行速度較高且交叉路口少，機(jī)動(dòng)能力強(qiáng)，交通便捷程度反而較高。

3.3道路網(wǎng)密度和連通度分析

通過(guò)在ArcGIS中統(tǒng)計(jì)，得到研究區(qū)域內(nèi)道路總長(zhǎng)約為1 829 km。即主城區(qū)道路網(wǎng)密度約為2.22 km/km2，根據(jù)GB 50220—95城市道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范，市中心地區(qū)公共交通路網(wǎng)密度應(yīng)達(dá)到3 km/km2～4 km/km2?？梢?jiàn)目前的路網(wǎng)密度遠(yuǎn)不滿足規(guī)范要求，易導(dǎo)致交通循環(huán)不暢，使道路所承擔(dān)的實(shí)際功能與其等級(jí)不符，影響道路功能的發(fā)揮。

通過(guò)計(jì)算道路網(wǎng)的連通度，當(dāng)變形系數(shù)取1時(shí)，C=1.58。而C=1對(duì)應(yīng)樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，各節(jié)點(diǎn)之間多為兩路連通；C=2對(duì)應(yīng)網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，各節(jié)點(diǎn)之間為四路連通。C>2時(shí)，表明道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)成熟。根據(jù)實(shí)際情況，研究區(qū)域內(nèi)的道路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間多為三路和四路連通。表明徐州市主城區(qū)的交通道路網(wǎng)的連通性較好，但并不成熟。

文章編號(hào)：1009-6825(2016)14-0013-03

收稿日期：2016-03-02

作者簡(jiǎn)介：王曉薇(1995- )，女，在讀本科生；奚硯濤(1973- )，男，博士，副教授；陶季奇(1994- )，女，在讀本科生；

中圖分類(lèi)號(hào)：TU984.191

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

武金(1995- )，女，在讀本科生