基于GIS的徐州市主城區交通道路網絡可達性研究

王曉薇　奚硯濤　陶季奇　武　金

(中國礦業大學資源與地球科學學院，江蘇 徐州　221116)

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基于GIS的徐州市主城區交通道路網絡可達性研究

王曉薇奚硯濤陶季奇武金

(中國礦業大學資源與地球科學學院，江蘇 徐州221116)

摘要：以江蘇省徐州市主城區為切入點，利用該區交通道路網數據，借助ArcGIS 10.2網絡分析功能，選取最小時間阻抗、最短路程阻抗、平均出行范圍、可達性系數、道路網密度、路網連通度6個指標作為評價體系，對該區域道路網的可達性進行多角度分析，結果表明：徐州市主城區交通道路網整體可達性良好，由中心向東南方向突出；但城區外圍路網密度低，可達性差；鼓樓區機動性較差，應加強這兩個地區的路網建設并不斷完善交通基礎設施。

關鍵詞：主城區，交通道路網，可達性，機動性

0引言

交通網絡關系到一個區域的發展，研究交通可達性對于解決擁堵問題、優化路網等有著重要意義?？蛇_性概念由Hansen于1959年提出，定義為交通網絡中各節點相互作用機會的大小，即從一個地方到另一個地方的交通便利程度，是城鄉規劃中要考慮的重要因素。

近年來，針對可達性的研究，國內外均有很大進展。研究方法涉及距離度量法、累計機會法、重力法等。如：Gutiérrez等運用加權平均出行時間指標計算了馬德里—巴塞羅那—法國邊界的可達性[1-3]；羅鵬飛等運用日?？蛇_性指標完成了對滬寧地區可達性的評價。此外，國內外對可達性研究的范圍尺度也不盡相同。國外的相關研究集中在國家或洲際尺度。如Gutiérrez等的研究[1-3]。國內的研究尺度則多為國家、區域，如金鳳君等分析了20世紀中國鐵路網可達性的空間格局；張莉等采用時間距離法評價了長江三角洲城市的可達性。

但針對微觀尺度如城市主城區內部交通路網的可達性研究較少。鑒于此，本文充分利用地理信息系統(GIS)技術在空間數據管理、分析和可視化方面的優勢，通過對徐州市主城區交通路網的定量分析，評價其交通可達性，揭示交通網絡的時空關系，為實際的城市交通規劃提供理論依據。

1研究區域概況

徐州市位于江蘇省北部，地形以平原為主，市域中部有丘陵山地，山體高低不一。其主城區西至臥牛山煤礦，東含大黃山、大廟鎮，南至連霍高速公路，北抵茅夾鐵路、大運河，總面積為581 km2，轄泉山、云龍、鼓樓、銅山四個區。

隨著城市機動化水平的提高，個別路段的交通矛盾日益凸顯。

2研究方法和數據來源

2.1研究方法

1)最小阻抗可達性評價模型。

該方法由Allen(1995)提出，用中心點至所有目的點的平均最小阻抗作為中心點的可達性評價指標。不考慮出行目的，計算方便，能夠對路網交通的便捷度做出初步評價。

(1)

(2)

式中：Ai——交通網絡上節點i的可達性；

A——整個網絡的可達性，即各節點可達性的平均值；

dij——節點i，j之間的最小阻抗，即最小時間或最短距離的平均值。

2)基于出行范圍的可達性評價模型。

該模型通過計算研究區內各節點在給定時間內出行范圍的大小，利用反距離權重插值法(IDW)生成可達性分布圖，以評價交通網絡各節點處機動能力的強弱。機動性是指道路能夠到達某一地域的能力，與路網結構的合理性及道路基礎設施的完整性有關。路網結構越合理，基礎設施越完善，在一定時間內能到達的范圍也就越大，機動性越強。

3)可達性系數模型。

可達性系數指各節點的可達性值與交通網絡平均可達性值之比，它反映了各節點的可達性在整個交通網絡中的地位。值越大，表明該節點的可達性越低，計算公式如下：

(3)

其中，Ai為第i個節點的可達性值；Ri為可達性系數。若Ri>1，表明該節點的可達性在區域平均水平之下，否則說明該點的可達性優于區域平均水平。

4)交通道路網密度模型。

道路網密度指建成區內道路長度與建成區面積的比值，它反映了整個區域內道路的疏密程度，其值越大，道路網的分布越密集，反之，則松散。路網密度計算公式：

(4)

式中：L——路網內道路中心線的總長度；

A——道路網能夠服務的用地總面積。

5)道路網連通度評價模型。

研究區內各節點依靠道路相互連通的強度，稱為道路網的連通度，記為C。道路網中的節點和邊連通方式各異，連通性能夠揭示出網絡中各節點的連通狀況，體現道路網的結構特征。計算公式如下：

(5)

式中：L——研究區內道路的總長度；

A——研究區總面積；

n——節點總數；

H——相鄰兩節點的平均空間直線距離；

ξ——道路網絡變形系數。

2.2數據獲取及處理

本研究以江蘇省徐州市主城區的交通網絡為研究對象，基礎數據為徐州市1∶1 000交通地圖和徐州都市區現狀圖，在AutoCAD 2013環境下進行分層數字化，導入ArcGIS 10.2中?；贕IS平臺對道路網進行拓撲處理，并建立網絡數據集、設置要素類屬性?？紤]到研究區域尺度較小，本文并沒有針對不同等級的道路賦予相應的行車速度，而是假設研究區域在一個相對理想的環境下，人均步行速度為74 m/min。

3交通網絡可達性分析

3.1最小阻抗可達性評價及可達性系數

在基于最小阻抗可達性分析模型中，選取最小時間阻抗和最小距離阻抗，通過GIS平臺，建立OD成本矩陣，實現了在交通網絡中從多個起始點到多個目的地的最小成本路徑查找，并計算出相應的時間、距離成本。根據統計出的各路口的可達性值以及整個路網的可達性，運用IDW方法生成研究區域的可達性分布圖，顏色越深的地方表明可達性越好。

通過圖1和圖2，徐州市主城區交通路網呈由中心向四周放射狀格局，且整個路網的可達性良好。尤其是其中部和東南區域，可達性相對其他位置較高。西北部地區道路較少，相對孤立。與中心區域相比，四周便捷程度較差。

根據時間可達性模型，計算各節點的時間可達性并統計可達性系數，生成可達性系數頻數分布圖。由圖3，圖4可知，其中約70%的節點可達性系數小于1，即優于交通道路網的平均可達性水平；23%的節點可達性與平均水平接近；7%的節點可達性較差。

由圖5分析得，可達性最好的區域北至荊馬河南路，南至金山東路，西至二環西路，東到三環東路。全部節點的距離可達性為271萬km，平均值為1.28萬km?？蛇_性最高的路段為三環東路。根據時間可達性模型，可達性較好的區域南北向基本與前述一致，東西向有所擴大，東可至漢源大道，西達三環西路。

圖6反映了主城區四個轄區之間的可達性相對大小關系，從高到低依次為：泉山區>鼓樓區>云龍區>銅山區。

3.2基于出行范圍的可達性評價

基于出行范圍可達性評價模型，將研究區內所有節點作為起始點，利用ArcGIS計算各路口默認中斷為1 000 m的出行范圍。通過統計結果衡量其機動性的強弱，出行面積范圍越大，機動性越強。

由圖7可知，顏色越深的區域機動性越差。彭城廣場、徐州市中醫院和快哉亭公園的淮海西路、淮海東路、建國西路、建國東路、中山北路、中山南路、解放路的出行范圍小，機動性最差，原因在于這些路段處于主城區的道路核心區，受車速和眾多路口的限制，且交通基礎設施不夠完善。相反，機動性較好的區域分布在主城區外圍沿線的地區，該區域車行速度較高且交叉路口少，機動能力強，交通便捷程度反而較高。

3.3道路網密度和連通度分析

通過在ArcGIS中統計，得到研究區域內道路總長約為1 829 km。即主城區道路網密度約為2.22 km/km2，根據GB 50220—95城市道路交通規劃設計規范，市中心地區公共交通路網密度應達到3 km/km2～4 km/km2?？梢娔壳暗穆肪W密度遠不滿足規范要求，易導致交通循環不暢，使道路所承擔的實際功能與其等級不符，影響道路功能的發揮。

通過計算道路網的連通度，當變形系數取1時，C=1.58。而C=1對應樹狀結構，各節點之間多為兩路連通；C=2對應網格狀結構，各節點之間為四路連通。C>2時，表明道路網結構成熟。根據實際情況，研究區域內的道路網節點間多為三路和四路連通。表明徐州市主城區的交通道路網的連通性較好，但并不成熟。

文章編號：1009-6825(2016)14-0013-03

收稿日期：2016-03-02

作者簡介：王曉薇(1995- )，女，在讀本科生；奚硯濤(1973- )，男，博士，副教授；陶季奇(1994- )，女，在讀本科生；

中圖分類號：TU984.191

文獻標識碼：A

武金(1995- )，女，在讀本科生