结合地理国情普查和监测数据的交通网络发展空间格局监测研究

胡传文，骆光飞，杨文敬，倪锡春

(1. 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，湖北 武汉 430079； 2. 浙江省第一测绘院，浙江 杭州311100； 3. 浙江省测绘科学技术研究院，浙江 杭州 311100； 4. 德清县地理信息中心，浙江 德清 313299)

交通通达指数是指网络中从一个点到其他所有顶点的最短路径，故该指数越高，说明该地的通达距离长，通达性越差[1]。通达性评价是国内外交通地理界在基础设施评价和交通规划中讨论的热点问题之一[2]。国外学者在城市或区域交通网络通达性方面作了较多研究，但已有的交通通达性研究多集中于一种或两种交通方式，不能全面反映区域交通运输整体状况。同时，多数学者均采用距离度量法、重力度量法、拓扑度量法或相关模型[3-5]等方法，这些方法计算过程复杂，在一定程度上限制了其应用。国内学者在通达性方面的研究日益增多，但对城市区域缺少关注。

自2015年全国第一次地理国情普查完成后，测绘部门积累了大量的地理国情数据，该数据具有精度较高、数据类型全面的特点，是相关行业开展调查统计工作的重要数据基础。杭州市作为浙江省省会及长三角三大综合交通枢纽之一，交通通达状况直接影响着整个长三角地区的经济发展。因此，摸清杭州市交通网络现状，能够为建立交通格局变化与社会经济发展的互动关系及长江经济带综合立体交通走廊规划实施提供科学依据。

本文从2016年杭州市范围内的地理国情监测数据中提取城市路网、乡村路网、内河航运网络作为交通网络密度指标来评价交通设施保障和支撑情况。交通设施保障和支撑情况与交通网密集度、联系紧密性成正比。此外，交通干线、交通枢纽是交通体系的重要组成部分，提取地理国情数据中的相关要素作为便捷度指标，可以更好地反映地区之间的联系情况。二者通过加权求和得到的交通通达性指数能够较准确地反映杭州市的交通网络的空间格局状况。

1 研究区概况

杭州市位于中国东南沿海，总面积为16 596 km2。其东临杭州湾，与绍兴市相接，西南与衢州市相接，北与湖州市、嘉兴市毗邻，西南与安徽省黄山市交界，西北与安徽省宣城市交界。杭州市西部属浙西丘陵区，东部属浙北平原，全市总体地势格局为西南高、东北低，自西南向东北倾斜，呈阶梯下降。

杭州是长三角重要城市之一，也是我国东南部铁路、公路、航空和航运交通枢纽。铁路方面，杭州为我国首座高铁十字架城市，拥有宁杭甬高铁、商合杭高铁、杭黄高铁、萧甬高铁、宣杭高铁等众多线路。公路方面，至2015年末，杭州市境内公路通车总里程达到16 210 km，其中高速公路615 km。空运方面，杭州萧山国际机场位于杭州市东部，距市中心约30 km，是我国重要的干线机场、我国第四大航空口岸、我国十大国际机场之一、我国对外开放的一类航空口岸和国际航班备降机场，是浙江第一空中门户。水运方面，京杭大运河和钱塘江穿流而过，缓解了杭州市的陆上交通压力，促进了与沿海各地的水上交通。根据杭州“十三五”交通规划方案，“十三五”期间，杭州将重点实施300余项交通基础设施建设项目，实现固定资产投资3500亿元(项目总投资超5700亿元)。其中，城西综合交通枢纽、绕城高速公路西复线、千黄高速、杭绍勇高速、京杭运河二通道等一大批重点项目都将开建。

2 研究模型

对交通网络密度和便捷度进行分级计算、标准化、加权求和，构建交通通达指数模型，对交通网络的空间格局进行量化与评价。具体模型计算流程如图1所示。

3 方法原理

3.1 核密度分析

核密度分析是一种将矢量点要素集合转化为栅格的方法。假设每个点上方存在一个锥状的连续表面，表面值与该处到点的距离成反比。用每个输出像元周围领域(通常是一个圆)范围内累计的量值与面积之比作为该点要素的密度。核密度分析公式如下

(1)

式中，h为计算密度的搜索半径，一般使用空间参考投影的线性单位；n为观测值的个数；kern()为核密度函数。

3.2 欧氏距离分析

欧氏距离分析根据每个栅格与其最邻近要素(或源)的距离，使用函数距离反映每个像元与一个或一组源的相互关系，通过欧氏距离分析可获得交通网络的一些相关信息。

3.3 吸引力分析

要素影响力依据其自身距离吸引力的方法来获取

fk=e-β×distk

(2)

式中，fk为要素吸引力值；distk为要素与任意空间位置间的距离；β为归一化指数，经验取值为0.000 1。

通过上述的吸引力计算，可以获得要素空间变量的吸引力图层。

3.4 服务区分析

服务区分析与邻近区分析类似，不同的是服务区分析需要在考虑路网阻抗(通常为道路长度)的情况下进行路径分析，从而得到可到达的街道覆盖区域，即服务区。明确设施点和分析要求，通过服务区分析可得到代表要素可达性的服务区面。

4 数据处理

交通网络密度及便捷度的指标因子选取及量化见表1。

表1 交通网络密度及便捷度指标因子

从表1可得，交通设施(包括铁路、公路、航道)通过运量表征其权重，以反映不同交通通道的等级。其中，航道的等级可以通过航道运量值(吨位)直接获取运量，铁路、公路缺乏运量信息，可采用行车速度间接反映其运量。由于航道的吨位与铁路、公路的速度值之间在数量级上差异较大，需要对数值进行处理。机场服务半径设定：根据《全国民用机场布局规划》，机场总体布局以地面交通100 km车程为服务半径进行规划，因此这里按照100 km半径计算机场服务半径。

按照指标因子提取2016年杭州市基础性地理国情监测成果中涉及的数据并整合改造为交通网络发展空间格局分析的基础数据，其空间分布情况如图2所示。

4.1 交通网络密度指标计算

基于核密度分析，可得到反映路网密度的离散数据。道路根据等级和车速确定权重字段，航道设定“吨位数/10”作为权字段，搜索半径均设为默认值，如图3所示。

4.2 交通便捷度指标计算

使用欧氏距离分析结合吸引力分析，分别计算交通干线和交通枢纽的便捷度指标。除机场外，交通干线和枢纽均将最大距离设为默认值(取全域范围)，如图4所示。

4.3 单项指标数据标准化和加权求和

根据评价单元各单项指标值及各单项指标权重值，通过对单项指标进行数据标准化处理，然后综合加权求和计算复项指标，迭代得到交通密度水平结果和交通便捷度水平结果，如图5所示。

4.4 交通通达指数计算

将反映区域交通通达状况内外两方面的交通密度指标和便捷度指标赋予相同权重，计算交通通达指数

T=(D+L)/2

(3)

式中，T、D、L分别为交通通达指数、交通密度和便捷度。结果如图6所示。

5 结论与展望

利用杭州市县级行政区划图对杭州市各区县的交通通达指数进行最大值、最小值及平均值统计，可得到杭州市各区县的交通通达情况，见表2。

按照交通通达指数平均值对县区进行统计排名，可得到分布结果，如图7所示。

从图7中可以看出，杭州市的交通通达水平表现出明显的不平衡性，总体呈东高西低的情况，以东北部为中心，向西南部延伸，西部和南部区域通达性较低。下城区、上城区、拱墅区、江干区、滨江区5个经济发达的东部市中心区域通达性最高，整体水平与交通网络空间密度和便捷度相似。从标准差来看，拱墅区、江干区、滨江区3个区，尤其是江干区虽然通达性总体排名靠前，但内部发展不平衡的问题较突出。交通通达性较差的建德市、临安区、桐庐县、淳安县属浙西山区，丘陵地带，地形、人口和经济规模总体上弱于东部，西部新安江水库和富春江水库的建设和保护，切断了新安江水道，这些都对交通通达性造成了不利影响。东部较发达地区主要由铁路网和公路网组成了相对密集的交通网，对区域交通运输提供了强大的便利条件，西部、南部则由于地形和大型水库的影响造成了交通通达性较差的局面。这一结果与现实情况相符。

包括杭州市在内的我国城市交通普遍处于敏感复杂的发展时期，交通面临着拥堵增加、事故高发、污染严重的多重挑战与压力，交通状况不断恶化的趋势非常明显。导致这些问题的原因除了城市化过程中人口和机动车保有量不断上升之外，宏观上有道路网密度过低、容量不足，存在结构性、功能性缺陷；微观上有错位交叉口过多、路网和街区不规整等因素。利用地理信息手段对现有的交通网络空间格局进行监测、分析，有助于管理部门及时评估、调整道路网体系功能层次、体系结构，促进区域之间的均衡发展，满足大众不断增长的高质量交通服务需求，进而使城市交通体系能更好地支撑未来城市的持续高质量发展。

监测区最大值最小值平均值标准差下城区85.05382.10484.0750.608上城区85.33275.95083.5611.498拱墅区87.33875.70582.9862.509江干区86.76563.97982.4554.323滨江区85.67371.83581.8012.892西湖区84.65567.15175.3224.482萧山区87.19158.78773.2866.498余杭区87.66662.15873.1735.547 富阳区84.09559.83467.6624.510建德市80.56258.26167.1533.912桐庐县82.72858.88065.9064.086临安区77.68058.00464.3582.861淳安县72.64055.98461.5962.556