基于GIS的现状路网充裕度定量评价——广州市增城区为例

杨慧娟 姚书朋

（1.广州市增城区轨道交通指挥建设服务中心，广东广州 511338；2.广州市规划和自然资源局增城区分局，广东广州 511300）

道路是一个城市的骨架和动脉，一个城市树立区位优势的前提是提升路网格局，完善交通体系[1]。如何更有效地规划路网，已成为当下的研究热点[2-4]。

传统的规划手段，由于缺少系统理论的支撑，往往采用主观的、定性的方式规划路网，导致规划的盲目性与资源的浪费[5]。

本文通过对现状路网和已有建筑进行核密度分析[6-7]、差值计算[8]、充裕度分析[9]等处理，构建现状路网和经济发展的定量关系，提取出现状路网的薄弱区域，并据此进行客观、定量地路网规划，有效提高了路网规划的科学性与有效性，辅助政府决策。

1 基于GIS的现状路网充裕度定量评价流程

首先收集研究区现状路网和已有建筑等数据，根据各级路网的运载能力和影响区域，对各级路网的运输能力值和搜索半径进行权重设定，然后通过核密度分析得到每条道路的运输能力值，再将其进行叠加，可得到整个研究区现状路网的运输能力值。其次，通过已有建筑数据对研究区的经济活力进行定量反演。最后，通过运输能力值与经济活力值的差值计算，实现了研究区现状路网的充裕度评价。本研究据此提取出研究区运输能力的薄弱区域，实现了路网的定量规划。技术流程如图1所示。

图1 路网充裕度定量评价流程技术流程

2 案例

2.1 数据收集

数据是研究的基础，本文收集得到研究区2条地铁、2条铁路、1条轻轨等铁路现状路网；6条高速路、2条快速路、2条国道、9条省道、14条县道、若干主干路、若干支路、若干乡道、若干村道等道路现状路网；各类建筑数据。研究区现状路网如图2所示。

图2 研究区现状路网

2.2 数据预处理

本文首先运用GIS等技术手段将道路、建筑等多源数据进行坐标转换，形成统一坐标系，然后对其进行拓扑、碎片检查，剔除冗杂数据，保证了数据的真一性和完整性，为后面一系列定量计算提供数据支撑。

2.3 定量评价

2.3.1 运输能力设定

不同级别道路的运输能力和影响区域存在较大差异[10]，铁路的运输能力和影响区域，要远大于常规道路，而高速路、快速路、国道、省道、县道、乡道、村道的运输能力和影响区域总体呈递减趋势。为实现现状路网运输能力的定量化，本研究依据研究区各级别道路的实际运输能力，并进行适当简化，对各级别道路的运载能力值赋予了相应权重；同理，根据各级别道路的影响区域，设定了搜索半径，如表1所示。

表1 研究区现状路网权重及搜索半径设定 单位：km

2.3.2 核密度分析

核密度分析是每个点上方均覆盖着一个平滑曲面，在点所在位置处表面值最高，随着与点的距离的增大表面值逐渐减小，在与点的距离等于搜索半径的位置处表面值为零。同理，其也可用于计算线要素在其周围邻域中的密度。

其计算公式为：

式中：r——查找半径（km）；scale——目标栅格中心点到点、线对象的距离与查找半径的比例。

当道路一定时，越靠近道路中心点的区域，其运输越便捷，即运输能力值越高；反之则越低。本文通过核密度分析，实现了各级别道路及其影响区域内运输能力的定量化表达。以地铁站为例，在已知地铁运输能力值和搜索半径的前提下，通过运用核密度分析，实现了地铁站周边区域的运输能力的定量表达，如图3所示。

图3 地铁站核密度分析

2.3.3 叠加分析

通过核密度分析，取得研究区各级别道路及其邻域的运输能力值。现将研究区各级别道路的运输能力值进行叠加运算，得到整个研究区各个点位的运输能力，如图4所示。

图4 研究区现状路网运输能力

研究得知：研究区中南部的运输能力值明显高于北部地区，总体呈现南高北低的特点。运输能力的峰值位于西南片区，与其汇聚了包含铁路、地铁、轻轨及各级别道路，拥有发达的路网体系有直接关系。而北部地区，由于各种路网相对匮乏，导致了运输能力值偏低。

2.3.4 经济活力量化

一个地区的经济活力与人口聚集度成正相关关系，人口聚集度又可以用建筑密度来表达，建筑越密集的区域，人口聚集度往往就越高。而当建筑层高一定时，建筑密度与建筑层数成正比[11-12]。

通过分析可知，建筑层数可以定量反演区域的经济活力。本文以已有建筑的矢量数据，实现了研究区每个点位的经济活力的定量表达，如图5所示。

图5 研究区现状路网套和经济活力

2.3.5 现状路网充裕度

路网充裕度，即现状路网的满足程度，它是一个相对的概念。本文指的是现状路网运输能力与经济活力的差值。当经济活力一定时，现状路网的运输能力越强，则现状路网的充裕度越高；反之，则越低。当现状路网的运输能力一定时，经济活力越高，则现状路网的充裕度越不饱和；反之，则越饱和。

本文在取得研究区现状路网的运输能力值和经济活力值后，逐像元地将现状路网的运输能力值与经济活力值做差值计算，实现了研究区现状路网的充裕度的定量评价。值越大，则表示现状路网的充裕度越高；相反，则现状路网的充裕度越低，需进一步规划补充路网，提高运输能力。

2.4 合理性建议

通过一系列数据处理，实现了研究区现状路网充裕度的定量评价。通过研究可得出，研究区中南部地区现状路网的整体充裕度较高，但分布不均衡，部分区域依然存在充裕度偏低的现象，难以有效满足经济发展的需求，亟须进一步规划路网。

截至2020 年底，广州市平均地铁里程已达0.07 km/km²，地铁交通枢纽骨架网络已初步建立。而研究区地铁里程仅约为0.02 km/km²，不及广州市均值的30%，急需加快地铁等基础道路的建设。

综上，本研究在最大限度地贯穿现状路网充裕度薄弱区域的前提下，结合卫星影像，科学、定量地规划了4条地铁线路。

为验证规划路网的科学性，本研究经对规划后的路网充裕度，进行再次定量评价。通过对比前后两期路网充裕度的数据得知：研究区路网的平均充裕度，由现状路网的8.33，提升到规划后路网的16.50，路网充裕度大幅提升了1.98倍，满足区域经济发展有效提升的要求。

3 结语

本文以广州市增城区为例，针对传统道路规划的主观和盲目性等问题，创新性地提出了基于GIS的现状路网充裕度定量评价体系。根据现状路网充裕度评价数据，对规划路网进行针对性设计，大大提高了规划的科学性与实用性。该技术体系，可广泛应用于智慧城市、数字交通、路网规划等领域，可有效辅助政府决策，具有较高的推广价值。