基于“GIS+線性權重法”的城市現(xiàn)狀貨運通道識別

余豪 羨晨陽 王衛(wèi)軍

華設設計集團股份有限公司 江蘇省南京市 210014

1 引言

在學術屆，國內外學者主要聚焦在貨運通道規(guī)劃、貨運通道評價等方面的研究方法更新迭代，主要通過建立可操作性的模型描述貨運通道未來布局與模型精度。張金萍等（2018年）通過準確定位黑龍江省對外貿易口岸功能、合理規(guī)劃國際貨運通道節(jié)點及貨運通道線路布局，進一步優(yōu)化國際貨運通道，進一步完善“一帶一路”中蒙俄經(jīng)濟走廊建設[1]。胡驥等（2019年）針對公鐵運輸?shù)牟町愋约盎勇?lián)系，基于動態(tài)博弈理論構建包含準時性、經(jīng)濟性、貨物安全性等因素在內的公路貨運通道雙矩陣均衡模型，并以勝利-張家口通道段的煤炭運輸為例驗證模型可行性[2]。黃飛（2019年）結合綠色交通理念提出公路貨運通道的規(guī)劃目標，并以蘇州市為具體案例開展公路貨運通道規(guī)劃[3]。李成龍等（2020年）結合“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略與黑河市自身重要口岸城市定位，從物流信息技術、物流設施、通關便利幾個主要方面提出了發(fā)展黑河市國際物流貨運通道的一些優(yōu)化建議[4-6]。受限于關注重點的差異性，目前學術界缺少城市現(xiàn)狀貨運通道的識別手段的相關研究。在業(yè)界，現(xiàn)狀通道識別是從事城市集疏運體系研究乃至大區(qū)域客貨運輸研究的重要一環(huán)，受限于分析手段，項目研究中的現(xiàn)狀通道識別仍以專家經(jīng)驗為主。岳鑫等粗略地根據(jù)公路、鐵路、水路等運輸方式比例直接劃分現(xiàn)狀集疏運通道，并進行集疏運網(wǎng)絡成本最優(yōu)模型建模分析[7]。汪德根等根據(jù)高鐵樞紐接駁—集疏運績效情況直接判別了現(xiàn)狀長江經(jīng)濟帶綜合立體交通走廊[8]。專家經(jīng)驗受個體差異性影響，常呈現(xiàn)出一人一法的特點。此外，由于識別過程中數(shù)據(jù)與模型缺乏，造成識別結果在事實上缺乏一定的可信度，對后期的方案的制定也產生較大的影響。基于此研究現(xiàn)狀，擬通過“GIS+線性權重法”組合方式形成一種成套的現(xiàn)狀貨運通道識別技術。

2 理論

2.1 GIS系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)（GIS）是一個創(chuàng)建、管理、分析和繪制所有類型數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。通過地理信息系統(tǒng)將數(shù)據(jù)連接到地圖，將位置數(shù)據(jù)與所有類型的描述性信息集成為一體，通過映射將模型算法與數(shù)據(jù)分析融為一體，以處理對象模式、關系和地理環(huán)境間的問題。目前，全球基本所有的科研機構、咨詢單位正在使用地理信息系統(tǒng)進行學術、生產活動，也成為數(shù)據(jù)分析的重要方法。從應用的角度，地理信息系統(tǒng)由硬件、軟件、數(shù)據(jù)、人員和方法五部分組成。硬件和軟件為地理信息系統(tǒng)建設提供環(huán)境，數(shù)據(jù)是GIS的重要內容，方法為GIS建設提供解決方案。硬件主要包括計算機和網(wǎng)絡設備，存儲設備，數(shù)據(jù)輸入、顯示和輸出的外圍設備等。軟件主要包括操作系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫管理軟件、系統(tǒng)開發(fā)軟件等。數(shù)據(jù)是GIS的重要內容，也是GIS系統(tǒng)的靈魂和生命。方法指系統(tǒng)需要采用何種技術路線，采用何種解決方案來實現(xiàn)系統(tǒng)目標，影響系統(tǒng)的可用性和可維護性。

2.2 線性權重法

線性權重法是定量分析中最常使用的方法，基本原理是給每個準則分配一個權重，每個選項的定量選擇結果為該選項各項準則的得分和相應準則的權重的乘積的和，通過對各選擇定量選擇結果的比較，實現(xiàn)對選項的選擇。在貨運通達識別過程中，權重主要包括行政性質（國道、省道、縣道、其他道路）、技術等級（高速公路、一級公路、二級公路、三級公路、四級公路、等外公路）、貨運交通量、貨運交通占比等。權值一般采用德爾菲法確認。復雜計算時，可考慮結4類方法計算權重方式。第一類為因子分析和主成分法，此類方法利用了數(shù)據(jù)的信息濃縮原理，利用方差解釋率進行權重計算。第二類為AHP層次法和優(yōu)序圖法，此類方法利用數(shù)字的相對大小信息進行權重計算。第三類為熵值法（熵權法），此類方法利用數(shù)據(jù)熵值信息即信息量大小進行權重計算。第四類為CRITIC、獨立性權重和信息量權重，此類方法主要是利用數(shù)據(jù)的波動性或者數(shù)據(jù)之間的相關關系情況進行權重計算。

3 案例分析

3.1 數(shù)據(jù)準備

A市是長三角沿江港城，地理位置優(yōu)越，經(jīng)濟實力突出，尤其是第二產業(yè)常年居全國縣、區(qū)、縣級市前列，日?？拓浟髁枯^大。通過官方卡口數(shù)據(jù)監(jiān)管平臺收集A市2021年4月1日至4月12日時間段市域范圍內2423個視頻卡口結構化數(shù)據(jù)5000萬條、12t重卡軌跡數(shù)據(jù)300萬條，數(shù)據(jù)體量滿足大數(shù)據(jù)分析要求?？紤]到某些天存在的部分時段丟失、異常等情況，對數(shù)據(jù)進行多次洗滌提煉，數(shù)據(jù)精度滿足大數(shù)據(jù)分析要求。在此數(shù)據(jù)體量與精度滿足要求的基礎上，可進行下一步分析。

3.2 通道識別

3.2.1 基本交通情況

通過對卡口數(shù)據(jù)車輛識別可知，A市全域干線路網(wǎng)全天汽車運行總量約96.4萬輛，其中客車70.5萬輛，貨車25.9萬輛。客貨比為2.72：1，遠高于一般城市值，屬于貨運交通需求強盛的城市。按照車型劃分，小型汽車（含小型貨車）占比87.9%、大貨車9.6%，其他車型2.6%，大貨車占比較高，表明城市日常貨運量較大，以服務區(qū)域貨運運輸為主。此外，客車呈現(xiàn)顯著的早晚高峰特征，貨車沒有明顯的早晚高峰現(xiàn)象，這表明客車出行與一般城市類似，有明顯通勤出行現(xiàn)象；而貨車受限于運輸需求的獨特性，呈現(xiàn)白天平峰均勻出行。最后，A市高峰時段為7：00-8：00，此時段路網(wǎng)承載約22.6萬輛車，其中客車約20萬輛，貨約2.6萬輛，早高峰仍以通勤出行為主。

圖1 視頻卡口結構化數(shù)據(jù)樣式

3.2.2 數(shù)據(jù)處理

分別將卡口數(shù)據(jù)與軌跡數(shù)據(jù)導入ARCGIS軟件進行初次的數(shù)據(jù)可視化分析，得到A市貨運交通網(wǎng)絡運行狀況，包含軌跡疊加圖與交通量密度熱力圖。通過分析可初步判定：（1）A市基本公路路網(wǎng)層次分明，總規(guī)模達2450.1公里，面積密度為248.2公里/萬平方公里，人均密度為13.8公里/萬人，其中高速公路里程75公里，市域公路里程約1519公里（其中一級公路392公里、二級公路760公里、三級公路368公里），路網(wǎng)清晰合理，形成“十四橫二十一縱”市域干線路網(wǎng)，具有良好的貨運通道識別基礎。（2）A市貨運通道主要集中在北部與西部的通道。受熱力成像敏感度的影響，目前可判別主要貨運通道為一橫一豎，呈現(xiàn)明顯的貨運集聚現(xiàn)象，具有良好的貨運通道識別的判斷基礎，可進行下一步識別。

圖2 A市市域交通小時分布

采用線性權重法對道路權重進行標記，并結合德爾菲法進行確認。權重主要選取行政性質、技術等級、貨運交通量、貨運交通占比等四類。其中行政性質包含國道、省道、縣道、其他道路等四類，技術等級包含高速公路、一級公路、二級公路、三級公路、四級公路、等外公路等六類、貨運交通量道路為年平均日的實際貨運交通量、貨運交通占比為年平均日的實際貨運交通占比。結合國內外相關研究經(jīng)驗，結合實際需求，各屬性權重計算結果如下表1所示。

表1 A市主要貨運交通走廊日均交通量統(tǒng)計表

圖3 A市貨運交通GPS軌跡（左）與熱力分布（右）

在十四橫二十一縱大流量路網(wǎng)基礎上，運用線性權重法完成對三十五條道路權重標記并進行貨運通道網(wǎng)絡二次判別，識別A市現(xiàn)狀貨運通道呈現(xiàn)“五橫六縱”布局，基本覆蓋A市全境，其中五橫分別為濱江路、芙蓉大道、澄鹿路、江陰大道、暨南大道，占比橫向道路貨運交通總量的87%；六縱分別為揚子大道、海港大道、長山大道、科技大道、世紀大道、錫沙公路，占比縱向道路貨運交通總量的67%。

4 結語

現(xiàn)狀城市貨運通道識別作為城市交通規(guī)劃的重要前提，一直以來均以從業(yè)者主觀經(jīng)驗判別，缺少成套的、系統(tǒng)的識別方法。本文基于數(shù)據(jù)可視化與梳理統(tǒng)計理論，構建“GIS+線性權重法”組合方法，給出了各屬性權重建議值，并在A市進行了實際案例驗證，具有一定的學術價值與生產價值，也為現(xiàn)狀城市貨運通道識別提供一種可行的思路。未來，可結合屬性權重選取與設置進行下一步的研究。

圖4 識別A市干線公路貨運通道（左為交通量分布，右為具體通道網(wǎng)絡）

表2 A市主要貨運交通走廊日均交通量統(tǒng)計表