城市交通可达性的RS和GIS分析

费鲜芸，张志国，顾晶晶，王 婷，陈海燕

(1.淮海工学院测绘工程学院，江苏连云港 222005；2.上海应用技术学院生态学院，上海 201418）

城市交通可达性的RS和GIS分析

费鲜芸1，张志国2，顾晶晶1，王 婷1，陈海燕1

(1.淮海工学院测绘工程学院，江苏连云港 222005；2.上海应用技术学院生态学院，上海 201418）

一、引 言

可达性是指交通网络中各节点相互作用的机会的大小[1]，可简单地解释为利用特定交通系统从某一区位到达指定区位的便捷程度[2-3]。城市交通可达性分析对城市的合理规划、各种场所的正确选址及社会公平发展都有重要意义。目前，交通可达性评价分析多集中于县级以上大尺度范围内[4-5]，进行交通成本加权计算时，常利用行政区域的人口数量等指标指示节点的吸引力大小[6-7]；在城市内部，可达性评价主要针对公共设施、学校、商业区、工业区等特定场所进行[8-10]，常用特定评价目标的数量和质量指示其吸引力大小。但是，在城区内部如何确定研究评价模型的节点，确定各节点的吸引力的大小进行交通可达性分析还缺少相关的研究。

随着卫星遥感影像分辨率的提高，城区内部的各级道路信息，建筑物的面积、高度等信息都已能清晰的表达。根据以上研究现状，本文将利用高分辨率遥感影像提取城市道路信息、居民区建筑物分布和高度信息，利用GIS技术获取城区交通节点，利用体积指数指示人口密度，在此基础上对城区的交通进行可达性分析。

二、研究区概况及数据

本研究选择山东省德州市为研究区。该市位于黄河下游，山东省西北部，南北与济南、天津两大城市等距相望，地理位置为东经116.21°―116.24°，北纬37.23°―37.29°。地貌类型为典型的黄河冲积平原，地势自西南向东北平缓倾斜。研究区内交通发达，德石、济邯、京沪高速铁路和德烟铁路在此交汇，京福、济聊、青银高速公路穿境而过，5条国道、14条省道纵横交错，形成了四通八达的交通网络，是华东、华北重要的交通枢纽，是国家公路运输枢纽城市。交通对城市的发展起着重要的作用，基于高分辨率遥感影像，研究城市居民区的交通可达性，对城市规划、建设及城市经济和社会发展都有重要的意义。

本次研究采用高分辨率WorldView-2影像提取建筑物和道路信息，所用数据包括4个多光谱波段(分辨率为1.8 m）和1个全色波段(分辨率为0.5 m），成像时间为2011年6月11日，成像质量较好。采用主成分分析方法将多光谱波段和全色波段进行融合，得到0.5 m分辨率的彩色遥感影像。根据德州市建设局提供的城区边界用目视方法勾绘城市建成区范围，得到城区面积为85.39 km2，所有评价信息的提取及可达性评价均在此范围内进行。

三、研究方法

1.评价模型的选择

本研究采用交通成本加权方法，分析研究区的交通可达性，其中交通成本通过时间进行计算，权重由节点吸引力决定，如式(1）所示；为消除量纲的影响，便于不同交通方式可达性指标的对比，引入可达性系数概念，定义为网络内各节点可达性值与其均值的比值，如式(2）所示，其中可达性系数越小，可达性越高[3，6，11]。

2.评价节点的获取

利用融合后的彩色高分辨率遥感影像，采用目视解译方法提取城市主要道路的中线，获取城市道路分布信息，参考《城市道路工程设计规范》(CJJ 37―2012）将道路分成4级(见表1），形成研究区交通网络图(如图1所示）。

表1 我国道路等级划分

将不同等级的道路交错形成交通网络，取其最小面状闭合区的中心质点为交通评价模型的节点。边界部分没有完全闭合的道路，需要沿着边界，捕捉道路的结点，形成闭合区域并求出其中心近质点作为交通网络的节点，如图1所示。

图1 研究区评价数据

3.节点吸引力的计算

利用融合后的高分辨率遥感影像，采用目视解译方法提取居民区内建筑物的空间分布信息[12]。由于影像成像时，传感器有一定的倾斜角度，在高分辨率遥感影像中，高层建筑物有一定的倾斜，目视解译时应沿建筑物的底部勾绘其边界，如图2―图5所示。

图2 平房的勾绘方法

图3 多层建筑物的勾绘方法

图4 小高层建筑物的勾绘方法

图5 高层建筑物的勾绘方法

通过地面调查，结合遥感影像特征将建筑物的高度分为4级，同时设定各级建筑物的高度因子，见表2。解译后得到研究区内各类建筑物的分布信息如图1所示，得到各种高度的居民区建筑物的面积见表2。

利用GIS技术计算每一个网络节点所代表的闭合区域范围内各类建筑物的面积，结合高度因子利用式(3）获取节点建筑物体积指数，用建筑物的体积指数指示各评价节点的人口密度，表示节点吸引力。

式中，Si和Hi分别表示各种类建筑物的面积及高度因子。

表2 建筑物体积指数

4.交通成本矩阵的计算

为了计算交通成本矩阵，利用GIS技术进行网络分析，计算评价节点点对间的最小通行时间，生成交通时间，成本矩阵如下

四、结果分析

经评价计算得到研究区各节点的交通时间可达性，为了更加直观地显示可达性的空间分布格局，采用反距离权重法(IDW）进行插值生成可达性分布图，并根据研究区可达性系数分布情况，将可达性分成5级，见表3。得到研究区交通可达性空间分布图，结果如图6所示，同时分别计算不同等级交通可达性的面积及比例，见表3。

表3 不同等级交通可达性城区面积及比例

图6 研究区城市交通可达性分析结果

由可达性分析结果可以看出，德州市内老城区交通可达性最好，城区东北角交通可达性最差；城市交通可达性的整体格局以老城区为强中心向新城区和外围依次减弱。

通过高分辨率遥感影像可以得出，老城区内建筑物以多层和小高层建筑物为主，且建筑物密度较大。因此各节点求得的建筑物体积指数大，指示了该区域人口密度大，节点吸引力指数大；同时由高分辨率遥感影像也可以得出，老城区交通系统较成熟，不同等级的道路纵横交错，路网密集，节点间通行时间短，因此最终决定其交通可达性最好，为1级可达、新城区内主要以工业区为主，建筑物密度较低，指示其人口密度也较低，节点吸引力小；同时，新城区的城市主干道已较完善，但次干道尚不完善，道路交通网密度较低，因此评价结果交通可达性较差，以2级和3级可达性为主。城市边缘主要以城中村为主，多数为平房，人口分散、密度低；同时，城市主要道路和次要道路都较少，交通网络发展不完善，交通可达性差，虽然某些区域的工业区内交通系统较完善，但大部分区域缺少城市次干道，居民区建筑物少，人口密度低，可达性以4级和5级为主。

经评价分析可以得出，城区内5个等级的交通可达性中，2级可达性面积最大，其他各级面积由大到小分别为4级、3级、1级和5级。

对于城市居民区，出行时的目的无论是工作、上学、就医，还是购物休闲，都要从居民区出发再返回居民区，因此城区中人口密集、交通完善的区域是可达性较好的区域，相反人口密度小、交通不完善的区域则可达性较差。如果仅从可达性角度考虑，城市中的工作场所、学校、医院、购物中心、用于休闲娱乐的开放空间都应首先考虑在可达性较好的城区内，才能最大限度地发挥其社会服务功能作用。

为了保证社会公平发展，对于可达性较差的区域一方面要增加其交通可达性，如对于以工业园区为主的东部城区，虽然就业机会多，但由于距离居民区较远，可达性较差，为了提高其可达性，应充分利用已有的城市主要交通系统，大力发展公共交通减少通行时间，提高交通时间可达性；对于城市周边区域，由于人口分散、交通状况又不完善造成了可达性较差，应该根据人口分布状况，一方面完善其交通系统，另一方面，适当地发展公共交通，提高社会公平性，方便市民出行。在城市公共设施建设时，也应充分地考虑社会公平性，加强城市边缘区域的公共绿地、学校医院等建设投入，从而增加其各项公共设施的可达性。

五、结束语

本研究利用高分辨率遥感影像提取道路信息，获取评价节点，求出评价节点点对间的最小通行时间和最小通行距离，计算交通成本矩阵；同时利用高分辨率遥感影像提取城市居民区内的建筑物面积和高度信息，利用高度和面积求出其体积指数指示节点的人口密度作为评价节点的吸引力，利用交通时间加权成本模型，进行城市交通可达性评价。通过评价分析得出，德州市整体格局以老城区为强中心向新城区和外围依次减弱。

可以得出，利用高分辨率遥感影像能够获取人口密度、交通等信息用于城市交通可达性分析，在城市规划的过程中，应充分利用交通可达性分析结果，对城市交通、工矿企业、学校、医院、商业区、娱乐设施进行合理规划，最大限度地发挥各种公共资源的效益，同时对可达性较差的区域应从交通、公共资源等各方面加强投入，提高社会公平性。

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Analysis of Urban Transportation Accessibility Based on High Spatial Image

FEI Xianyun，ZHANG Zhiguo，GU Jingjing，WANG Ting，CHEN Haiyan

以山东省德州市为研究区，基于WorldView-2高分辨率遥感影像获取城市道路信息及居民区建筑物的空间分布和高度信息；通过GIS分析技术获取评价节点，并计算交通成本矩阵，同时计算节点建筑物体积指数指示其人口密度作为节点吸引力；利用交通时间加权成本模型对研究区的交通可达性进行评价。结果表明：老城区人口密度大，交通系统完善，交通可达性最好；新城区和城市边缘人口密度小，交通系统尚不完善，交通可达性较差；整个研究区交通可达性以老城区为强中心向新城区和外围依次减弱。

城市交通可达性；高分辨率遥感影像；人口密度；节点吸引力；交通成本矩阵

P236

B

0494-0911(2014）10-0074-04

2013-08-09

国家自然科学基金( 31070626；31270745）；江苏省高校“青蓝工程”；江苏省“六大人才高峰”项目

费鲜芸(1969―），女，山东烟台人，博士，教授，主要从事高分辨率遥感及GIS的应用研究。

费鲜芸，张志国，顾晶晶，等.城市交通可达性的RS和GIS分析[J].测绘通报，2014(10）：74-77.

10.13474/j.cnki.11-2246.2014. 0333