結(jié)合地理國情普查和監(jiān)測數(shù)據(jù)的交通網(wǎng)絡發(fā)展空間格局監(jiān)測研究

胡傳文，駱光飛，楊文敬，倪錫春

(1. 武漢大學測繪遙感信息工程國家重點實驗室，湖北 武漢 430079； 2. 浙江省第一測繪院，浙江 杭州311100； 3. 浙江省測繪科學技術(shù)研究院，浙江 杭州 311100； 4. 德清縣地理信息中心，浙江 德清 313299)

交通通達指數(shù)是指網(wǎng)絡中從一個點到其他所有頂點的最短路徑，故該指數(shù)越高，說明該地的通達距離長，通達性越差[1]。通達性評價是國內(nèi)外交通地理界在基礎(chǔ)設施評價和交通規(guī)劃中討論的熱點問題之一[2]。國外學者在城市或區(qū)域交通網(wǎng)絡通達性方面作了較多研究，但已有的交通通達性研究多集中于一種或兩種交通方式，不能全面反映區(qū)域交通運輸整體狀況。同時，多數(shù)學者均采用距離度量法、重力度量法、拓撲度量法或相關(guān)模型[3-5]等方法，這些方法計算過程復雜，在一定程度上限制了其應用。國內(nèi)學者在通達性方面的研究日益增多，但對城市區(qū)域缺少關(guān)注。

自2015年全國第一次地理國情普查完成后，測繪部門積累了大量的地理國情數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)具有精度較高、數(shù)據(jù)類型全面的特點，是相關(guān)行業(yè)開展調(diào)查統(tǒng)計工作的重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。杭州市作為浙江省省會及長三角三大綜合交通樞紐之一，交通通達狀況直接影響著整個長三角地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展。因此，摸清杭州市交通網(wǎng)絡現(xiàn)狀，能夠為建立交通格局變化與社會經(jīng)濟發(fā)展的互動關(guān)系及長江經(jīng)濟帶綜合立體交通走廊規(guī)劃實施提供科學依據(jù)。

本文從2016年杭州市范圍內(nèi)的地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)中提取城市路網(wǎng)、鄉(xiāng)村路網(wǎng)、內(nèi)河航運網(wǎng)絡作為交通網(wǎng)絡密度指標來評價交通設施保障和支撐情況。交通設施保障和支撐情況與交通網(wǎng)密集度、聯(lián)系緊密性成正比。此外，交通干線、交通樞紐是交通體系的重要組成部分，提取地理國情數(shù)據(jù)中的相關(guān)要素作為便捷度指標，可以更好地反映地區(qū)之間的聯(lián)系情況。二者通過加權(quán)求和得到的交通通達性指數(shù)能夠較準確地反映杭州市的交通網(wǎng)絡的空間格局狀況。

1 研究區(qū)概況

杭州市位于中國東南沿海，總面積為16 596 km2。其東臨杭州灣，與紹興市相接，西南與衢州市相接，北與湖州市、嘉興市毗鄰，西南與安徽省黃山市交界，西北與安徽省宣城市交界。杭州市西部屬浙西丘陵區(qū)，東部屬浙北平原，全市總體地勢格局為西南高、東北低，自西南向東北傾斜，呈階梯下降。

杭州是長三角重要城市之一，也是我國東南部鐵路、公路、航空和航運交通樞紐。鐵路方面，杭州為我國首座高鐵十字架城市，擁有寧杭甬高鐵、商合杭高鐵、杭黃高鐵、蕭甬高鐵、宣杭高鐵等眾多線路。公路方面，至2015年末，杭州市境內(nèi)公路通車總里程達到16 210 km，其中高速公路615 km?？者\方面，杭州蕭山國際機場位于杭州市東部，距市中心約30 km，是我國重要的干線機場、我國第四大航空口岸、我國十大國際機場之一、我國對外開放的一類航空口岸和國際航班備降機場，是浙江第一空中門戶。水運方面，京杭大運河和錢塘江穿流而過，緩解了杭州市的陸上交通壓力，促進了與沿海各地的水上交通。根據(jù)杭州“十三五”交通規(guī)劃方案，“十三五”期間，杭州將重點實施300余項交通基礎(chǔ)設施建設項目，實現(xiàn)固定資產(chǎn)投資3500億元(項目總投資超5700億元)。其中，城西綜合交通樞紐、繞城高速公路西復線、千黃高速、杭紹勇高速、京杭運河二通道等一大批重點項目都將開建。

2 研究模型

對交通網(wǎng)絡密度和便捷度進行分級計算、標準化、加權(quán)求和，構(gòu)建交通通達指數(shù)模型，對交通網(wǎng)絡的空間格局進行量化與評價。具體模型計算流程如圖1所示。

3 方法原理

3.1 核密度分析

核密度分析是一種將矢量點要素集合轉(zhuǎn)化為柵格的方法。假設每個點上方存在一個錐狀的連續(xù)表面，表面值與該處到點的距離成反比。用每個輸出像元周圍領(lǐng)域(通常是一個圓)范圍內(nèi)累計的量值與面積之比作為該點要素的密度。核密度分析公式如下

(1)

式中，h為計算密度的搜索半徑，一般使用空間參考投影的線性單位；n為觀測值的個數(shù)；kern()為核密度函數(shù)。

3.2 歐氏距離分析

歐氏距離分析根據(jù)每個柵格與其最鄰近要素(或源)的距離，使用函數(shù)距離反映每個像元與一個或一組源的相互關(guān)系，通過歐氏距離分析可獲得交通網(wǎng)絡的一些相關(guān)信息。

3.3 吸引力分析

要素影響力依據(jù)其自身距離吸引力的方法來獲取

fk=e-β×distk

(2)

式中，fk為要素吸引力值；distk為要素與任意空間位置間的距離；β為歸一化指數(shù)，經(jīng)驗取值為0.000 1。

通過上述的吸引力計算，可以獲得要素空間變量的吸引力圖層。

3.4 服務區(qū)分析

服務區(qū)分析與鄰近區(qū)分析類似，不同的是服務區(qū)分析需要在考慮路網(wǎng)阻抗(通常為道路長度)的情況下進行路徑分析，從而得到可到達的街道覆蓋區(qū)域，即服務區(qū)。明確設施點和分析要求，通過服務區(qū)分析可得到代表要素可達性的服務區(qū)面。

4 數(shù)據(jù)處理

交通網(wǎng)絡密度及便捷度的指標因子選取及量化見表1。

表1 交通網(wǎng)絡密度及便捷度指標因子

從表1可得，交通設施(包括鐵路、公路、航道)通過運量表征其權(quán)重，以反映不同交通通道的等級。其中，航道的等級可以通過航道運量值(噸位)直接獲取運量，鐵路、公路缺乏運量信息，可采用行車速度間接反映其運量。由于航道的噸位與鐵路、公路的速度值之間在數(shù)量級上差異較大，需要對數(shù)值進行處理。機場服務半徑設定：根據(jù)《全國民用機場布局規(guī)劃》，機場總體布局以地面交通100 km車程為服務半徑進行規(guī)劃，因此這里按照100 km半徑計算機場服務半徑。

按照指標因子提取2016年杭州市基礎(chǔ)性地理國情監(jiān)測成果中涉及的數(shù)據(jù)并整合改造為交通網(wǎng)絡發(fā)展空間格局分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其空間分布情況如圖2所示。

4.1 交通網(wǎng)絡密度指標計算

基于核密度分析，可得到反映路網(wǎng)密度的離散數(shù)據(jù)。道路根據(jù)等級和車速確定權(quán)重字段，航道設定“噸位數(shù)/10”作為權(quán)字段，搜索半徑均設為默認值，如圖3所示。

4.2 交通便捷度指標計算

使用歐氏距離分析結(jié)合吸引力分析，分別計算交通干線和交通樞紐的便捷度指標。除機場外，交通干線和樞紐均將最大距離設為默認值(取全域范圍)，如圖4所示。

4.3 單項指標數(shù)據(jù)標準化和加權(quán)求和

根據(jù)評價單元各單項指標值及各單項指標權(quán)重值，通過對單項指標進行數(shù)據(jù)標準化處理，然后綜合加權(quán)求和計算復項指標，迭代得到交通密度水平結(jié)果和交通便捷度水平結(jié)果，如圖5所示。

4.4 交通通達指數(shù)計算

將反映區(qū)域交通通達狀況內(nèi)外兩方面的交通密度指標和便捷度指標賦予相同權(quán)重，計算交通通達指數(shù)

T=(D+L)/2

(3)

式中，T、D、L分別為交通通達指數(shù)、交通密度和便捷度。結(jié)果如圖6所示。

5 結(jié)論與展望

利用杭州市縣級行政區(qū)劃圖對杭州市各區(qū)縣的交通通達指數(shù)進行最大值、最小值及平均值統(tǒng)計，可得到杭州市各區(qū)縣的交通通達情況，見表2。

按照交通通達指數(shù)平均值對縣區(qū)進行統(tǒng)計排名，可得到分布結(jié)果，如圖7所示。

從圖7中可以看出，杭州市的交通通達水平表現(xiàn)出明顯的不平衡性，總體呈東高西低的情況，以東北部為中心，向西南部延伸，西部和南部區(qū)域通達性較低。下城區(qū)、上城區(qū)、拱墅區(qū)、江干區(qū)、濱江區(qū)5個經(jīng)濟發(fā)達的東部市中心區(qū)域通達性最高，整體水平與交通網(wǎng)絡空間密度和便捷度相似。從標準差來看，拱墅區(qū)、江干區(qū)、濱江區(qū)3個區(qū)，尤其是江干區(qū)雖然通達性總體排名靠前，但內(nèi)部發(fā)展不平衡的問題較突出。交通通達性較差的建德市、臨安區(qū)、桐廬縣、淳安縣屬浙西山區(qū)，丘陵地帶，地形、人口和經(jīng)濟規(guī)模總體上弱于東部，西部新安江水庫和富春江水庫的建設和保護，切斷了新安江水道，這些都對交通通達性造成了不利影響。東部較發(fā)達地區(qū)主要由鐵路網(wǎng)和公路網(wǎng)組成了相對密集的交通網(wǎng)，對區(qū)域交通運輸提供了強大的便利條件，西部、南部則由于地形和大型水庫的影響造成了交通通達性較差的局面。這一結(jié)果與現(xiàn)實情況相符。

包括杭州市在內(nèi)的我國城市交通普遍處于敏感復雜的發(fā)展時期，交通面臨著擁堵增加、事故高發(fā)、污染嚴重的多重挑戰(zhàn)與壓力，交通狀況不斷惡化的趨勢非常明顯。導致這些問題的原因除了城市化過程中人口和機動車保有量不斷上升之外，宏觀上有道路網(wǎng)密度過低、容量不足，存在結(jié)構(gòu)性、功能性缺陷；微觀上有錯位交叉口過多、路網(wǎng)和街區(qū)不規(guī)整等因素。利用地理信息手段對現(xiàn)有的交通網(wǎng)絡空間格局進行監(jiān)測、分析，有助于管理部門及時評估、調(diào)整道路網(wǎng)體系功能層次、體系結(jié)構(gòu)，促進區(qū)域之間的均衡發(fā)展，滿足大眾不斷增長的高質(zhì)量交通服務需求，進而使城市交通體系能更好地支撐未來城市的持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展。

監(jiān)測區(qū)最大值最小值平均值標準差下城區(qū)85.05382.10484.0750.608上城區(qū)85.33275.95083.5611.498拱墅區(qū)87.33875.70582.9862.509江干區(qū)86.76563.97982.4554.323濱江區(qū)85.67371.83581.8012.892西湖區(qū)84.65567.15175.3224.482蕭山區(qū)87.19158.78773.2866.498余杭區(qū)87.66662.15873.1735.547 富陽區(qū)84.09559.83467.6624.510建德市80.56258.26167.1533.912桐廬縣82.72858.88065.9064.086臨安區(qū)77.68058.00464.3582.861淳安縣72.64055.98461.5962.556