基于GIS的現(xiàn)狀路網(wǎng)充裕度定量評價
——廣州市增城區(qū)為例

楊慧娟 姚書朋

（1.廣州市增城區(qū)軌道交通指揮建設(shè)服務(wù)中心，廣東廣州 511338；2.廣州市規(guī)劃和自然資源局增城區(qū)分局，廣東廣州 511300）

道路是一個城市的骨架和動脈，一個城市樹立區(qū)位優(yōu)勢的前提是提升路網(wǎng)格局，完善交通體系[1]。如何更有效地規(guī)劃路網(wǎng)，已成為當(dāng)下的研究熱點(diǎn)[2-4]。

傳統(tǒng)的規(guī)劃手段，由于缺少系統(tǒng)理論的支撐，往往采用主觀的、定性的方式規(guī)劃路網(wǎng)，導(dǎo)致規(guī)劃的盲目性與資源的浪費(fèi)[5]。

本文通過對現(xiàn)狀路網(wǎng)和已有建筑進(jìn)行核密度分析[6-7]、差值計(jì)算[8]、充裕度分析[9]等處理，構(gòu)建現(xiàn)狀路網(wǎng)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的定量關(guān)系，提取出現(xiàn)狀路網(wǎng)的薄弱區(qū)域，并據(jù)此進(jìn)行客觀、定量地路網(wǎng)規(guī)劃，有效提高了路網(wǎng)規(guī)劃的科學(xué)性與有效性，輔助政府決策。

1 基于GIS的現(xiàn)狀路網(wǎng)充裕度定量評價流程

首先收集研究區(qū)現(xiàn)狀路網(wǎng)和已有建筑等數(shù)據(jù)，根據(jù)各級路網(wǎng)的運(yùn)載能力和影響區(qū)域，對各級路網(wǎng)的運(yùn)輸能力值和搜索半徑進(jìn)行權(quán)重設(shè)定，然后通過核密度分析得到每條道路的運(yùn)輸能力值，再將其進(jìn)行疊加，可得到整個研究區(qū)現(xiàn)狀路網(wǎng)的運(yùn)輸能力值。其次，通過已有建筑數(shù)據(jù)對研究區(qū)的經(jīng)濟(jì)活力進(jìn)行定量反演。最后，通過運(yùn)輸能力值與經(jīng)濟(jì)活力值的差值計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了研究區(qū)現(xiàn)狀路網(wǎng)的充裕度評價。本研究據(jù)此提取出研究區(qū)運(yùn)輸能力的薄弱區(qū)域，實(shí)現(xiàn)了路網(wǎng)的定量規(guī)劃。技術(shù)流程如圖1所示。

圖1 路網(wǎng)充裕度定量評價流程技術(shù)流程

2 案例

2.1 數(shù)據(jù)收集

數(shù)據(jù)是研究的基礎(chǔ)，本文收集得到研究區(qū)2條地鐵、2條鐵路、1條輕軌等鐵路現(xiàn)狀路網(wǎng)；6條高速路、2條快速路、2條國道、9條省道、14條縣道、若干主干路、若干支路、若干鄉(xiāng)道、若干村道等道路現(xiàn)狀路網(wǎng)；各類建筑數(shù)據(jù)。研究區(qū)現(xiàn)狀路網(wǎng)如圖2所示。

圖2 研究區(qū)現(xiàn)狀路網(wǎng)

2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

本文首先運(yùn)用GIS等技術(shù)手段將道路、建筑等多源數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，形成統(tǒng)一坐標(biāo)系，然后對其進(jìn)行拓?fù)?、碎片檢查，剔除冗雜數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)的真一性和完整性，為后面一系列定量計(jì)算提供數(shù)據(jù)支撐。

2.3 定量評價

2.3.1 運(yùn)輸能力設(shè)定

不同級別道路的運(yùn)輸能力和影響區(qū)域存在較大差異[10]，鐵路的運(yùn)輸能力和影響區(qū)域，要遠(yuǎn)大于常規(guī)道路，而高速路、快速路、國道、省道、縣道、鄉(xiāng)道、村道的運(yùn)輸能力和影響區(qū)域總體呈遞減趨勢。為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)狀路網(wǎng)運(yùn)輸能力的定量化，本研究依據(jù)研究區(qū)各級別道路的實(shí)際運(yùn)輸能力，并進(jìn)行適當(dāng)簡化，對各級別道路的運(yùn)載能力值賦予了相應(yīng)權(quán)重；同理，根據(jù)各級別道路的影響區(qū)域，設(shè)定了搜索半徑，如表1所示。

表1 研究區(qū)現(xiàn)狀路網(wǎng)權(quán)重及搜索半徑設(shè)定 單位：km

2.3.2 核密度分析

核密度分析是每個點(diǎn)上方均覆蓋著一個平滑曲面，在點(diǎn)所在位置處表面值最高，隨著與點(diǎn)的距離的增大表面值逐漸減小，在與點(diǎn)的距離等于搜索半徑的位置處表面值為零。同理，其也可用于計(jì)算線要素在其周圍鄰域中的密度。

其計(jì)算公式為：

式中：r——查找半徑（km）；scale——目標(biāo)柵格中心點(diǎn)到點(diǎn)、線對象的距離與查找半徑的比例。

當(dāng)?shù)缆芬欢〞r，越靠近道路中心點(diǎn)的區(qū)域，其運(yùn)輸越便捷，即運(yùn)輸能力值越高；反之則越低。本文通過核密度分析，實(shí)現(xiàn)了各級別道路及其影響區(qū)域內(nèi)運(yùn)輸能力的定量化表達(dá)。以地鐵站為例，在已知地鐵運(yùn)輸能力值和搜索半徑的前提下，通過運(yùn)用核密度分析，實(shí)現(xiàn)了地鐵站周邊區(qū)域的運(yùn)輸能力的定量表達(dá)，如圖3所示。

圖3 地鐵站核密度分析

2.3.3 疊加分析

通過核密度分析，取得研究區(qū)各級別道路及其鄰域的運(yùn)輸能力值?，F(xiàn)將研究區(qū)各級別道路的運(yùn)輸能力值進(jìn)行疊加運(yùn)算，得到整個研究區(qū)各個點(diǎn)位的運(yùn)輸能力，如圖4所示。

圖4 研究區(qū)現(xiàn)狀路網(wǎng)運(yùn)輸能力

研究得知：研究區(qū)中南部的運(yùn)輸能力值明顯高于北部地區(qū)，總體呈現(xiàn)南高北低的特點(diǎn)。運(yùn)輸能力的峰值位于西南片區(qū)，與其匯聚了包含鐵路、地鐵、輕軌及各級別道路，擁有發(fā)達(dá)的路網(wǎng)體系有直接關(guān)系。而北部地區(qū)，由于各種路網(wǎng)相對匱乏，導(dǎo)致了運(yùn)輸能力值偏低。

2.3.4 經(jīng)濟(jì)活力量化

一個地區(qū)的經(jīng)濟(jì)活力與人口聚集度成正相關(guān)關(guān)系，人口聚集度又可以用建筑密度來表達(dá)，建筑越密集的區(qū)域，人口聚集度往往就越高。而當(dāng)建筑層高一定時，建筑密度與建筑層數(shù)成正比[11-12]。

通過分析可知，建筑層數(shù)可以定量反演區(qū)域的經(jīng)濟(jì)活力。本文以已有建筑的矢量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了研究區(qū)每個點(diǎn)位的經(jīng)濟(jì)活力的定量表達(dá)，如圖5所示。

圖5 研究區(qū)現(xiàn)狀路網(wǎng)套和經(jīng)濟(jì)活力

2.3.5 現(xiàn)狀路網(wǎng)充裕度

路網(wǎng)充裕度，即現(xiàn)狀路網(wǎng)的滿足程度，它是一個相對的概念。本文指的是現(xiàn)狀路網(wǎng)運(yùn)輸能力與經(jīng)濟(jì)活力的差值。當(dāng)經(jīng)濟(jì)活力一定時，現(xiàn)狀路網(wǎng)的運(yùn)輸能力越強(qiáng)，則現(xiàn)狀路網(wǎng)的充裕度越高；反之，則越低。當(dāng)現(xiàn)狀路網(wǎng)的運(yùn)輸能力一定時，經(jīng)濟(jì)活力越高，則現(xiàn)狀路網(wǎng)的充裕度越不飽和；反之，則越飽和。

本文在取得研究區(qū)現(xiàn)狀路網(wǎng)的運(yùn)輸能力值和經(jīng)濟(jì)活力值后，逐像元地將現(xiàn)狀路網(wǎng)的運(yùn)輸能力值與經(jīng)濟(jì)活力值做差值計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了研究區(qū)現(xiàn)狀路網(wǎng)的充裕度的定量評價。值越大，則表示現(xiàn)狀路網(wǎng)的充裕度越高；相反，則現(xiàn)狀路網(wǎng)的充裕度越低，需進(jìn)一步規(guī)劃補(bǔ)充路網(wǎng)，提高運(yùn)輸能力。

2.4 合理性建議

通過一系列數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)了研究區(qū)現(xiàn)狀路網(wǎng)充裕度的定量評價。通過研究可得出，研究區(qū)中南部地區(qū)現(xiàn)狀路網(wǎng)的整體充裕度較高，但分布不均衡，部分區(qū)域依然存在充裕度偏低的現(xiàn)象，難以有效滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，亟須進(jìn)一步規(guī)劃路網(wǎng)。

截至2020 年底，廣州市平均地鐵里程已達(dá)0.07 km/km2，地鐵交通樞紐骨架網(wǎng)絡(luò)已初步建立。而研究區(qū)地鐵里程僅約為0.02 km/km2，不及廣州市均值的30%，急需加快地鐵等基礎(chǔ)道路的建設(shè)。

綜上，本研究在最大限度地貫穿現(xiàn)狀路網(wǎng)充裕度薄弱區(qū)域的前提下，結(jié)合衛(wèi)星影像，科學(xué)、定量地規(guī)劃了4條地鐵線路。

為驗(yàn)證規(guī)劃路網(wǎng)的科學(xué)性，本研究經(jīng)對規(guī)劃后的路網(wǎng)充裕度，進(jìn)行再次定量評價。通過對比前后兩期路網(wǎng)充裕度的數(shù)據(jù)得知：研究區(qū)路網(wǎng)的平均充裕度，由現(xiàn)狀路網(wǎng)的8.33，提升到規(guī)劃后路網(wǎng)的16.50，路網(wǎng)充裕度大幅提升了1.98倍，滿足區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展有效提升的要求。

3 結(jié)語

本文以廣州市增城區(qū)為例，針對傳統(tǒng)道路規(guī)劃的主觀和盲目性等問題，創(chuàng)新性地提出了基于GIS的現(xiàn)狀路網(wǎng)充裕度定量評價體系。根據(jù)現(xiàn)狀路網(wǎng)充裕度評價數(shù)據(jù)，對規(guī)劃路網(wǎng)進(jìn)行針對性設(shè)計(jì)，大大提高了規(guī)劃的科學(xué)性與實(shí)用性。該技術(shù)體系，可廣泛應(yīng)用于智慧城市、數(shù)字交通、路網(wǎng)規(guī)劃等領(lǐng)域，可有效輔助政府決策，具有較高的推廣價值。