基于GIS網(wǎng)絡分析的漢中市旅游交通路網(wǎng)的空間結構特征

楊肖肖，牛錦榮，倪渝然，吳紅波

(1.河北交通投資集團有限公司，石家莊 河北 050091； 2.北京交通大學 土木建筑工程學院，北京 100044；3.陜西理工大學 地理科學系，漢中 陜西 723000)

1 引 言

隨著社會生產力的進步和城鎮(zhèn)化發(fā)展，越來越多的年輕人積極參與到鄉(xiāng)村、戶外旅游活動中去，遠離城市的喧囂、放松身心和增長視野。區(qū)域交通路網(wǎng)是在鄉(xiāng)鎮(zhèn)、縣、市、省和全國的廣闊地域范圍內進行運輸?shù)木C合交通系統(tǒng)[1]，其網(wǎng)絡節(jié)點之間相互作用的機會或者引力大小被定義為可達性[2]，也可以理解為借助于交通系統(tǒng)從某地到達另一個地方的容易程度[3]。常見的旅行工具有汽車、火車、飛機、輪船和騎行。但無論是哪種出行方式，其中交通路網(wǎng)是必不可少的條件，也是評價旅游景點可達性和旅游客流空間特征的重要參考指標。

近年來，一些地方政府全力推進全域旅游轉型和智慧城市建設[4]，借助城市基礎交通設施建設，推動建設了一批具有地方特色的旅游景區(qū)，提高了地方旅游經濟的發(fā)展質量。然而，在復雜的交通路網(wǎng)中，以交通功能為主導，缺少旅游功能與特色；部分旅游公路等級低，旅游公路品質和連接度不高，難以有效識別，交通與旅游的融合程度不夠，制約了全域旅游公路高質量發(fā)展[5]。鑒于旅游資源與交通路網(wǎng)的耦合關系，蚩志鋒等[6]借助空間分析信陽市地區(qū)旅游資源空間分布結構特征，為信陽地區(qū)旅游資源開發(fā)和旅游出行提供理論參考。張涵雙等[7]通過柵格位置和實際交通時間數(shù)據(jù)，以“柵格到柵格”為度量基礎，提出一種結合柵格、大數(shù)據(jù)和可達性時空概念估計的方法，克服旅途時間偏差大的弊端，將可達性評價細化到城市的每個柵格單元。Li等[8]利用手機移動信號數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡地圖服務，提出了一種估算公園游客出行時間的方法，并從實際時間成本的角度分析上海市城市綠地和公園服務區(qū)的特征。王迪和左小清[9]基于大理市半年內微博簽到數(shù)據(jù)，采用核密度、地理集中指數(shù)以及最近鄰分析等方法，分析城市來訪人群空間分布以及不同景區(qū)吸引力大小。陳煒等[10]結合湖南省公路網(wǎng)及旅游資源點分布情況，基于GIS(Geographical Information System)網(wǎng)絡拓撲模型建立了湖南省全域的旅游交通模型，劃分旅游資源權重及網(wǎng)絡連接關系，有效識別旅游公路，為旅游公路的規(guī)劃建設提供依據(jù)。陳明等[11]基于GIS網(wǎng)絡分析，建立了交通路網(wǎng)模型，從連接質量、通達效率、節(jié)點覆蓋率等方面，定量分析高速公路網(wǎng)空間結構適應性?？傮w上，現(xiàn)有交通路網(wǎng)的空間結構注重路網(wǎng)的空間布局，對車流、人流的動態(tài)性和旅游行業(yè)的耦合考慮不足[12]，因而，亟待分析旅游交通路網(wǎng)的空間結構對各類景點可達性影響，有助推動區(qū)域旅游業(yè)發(fā)展水平的提升。

漢中是我國的歷史文化名城，其中自然景觀和人文景觀不勝枚舉，而交通路網(wǎng)成了旅游業(yè)發(fā)展的最大限制因素。為了分析漢中市旅游資源的空間分布結構，基于城市基礎交通網(wǎng)絡、旅游景點、乘客出行等數(shù)據(jù)，文中借助GIS網(wǎng)絡分析，構建漢中市旅游交通路網(wǎng)模型，分析時間、距離變量約束下的服務區(qū)和出行成本，并為旅游資源開發(fā)提供最優(yōu)路徑規(guī)劃。

2 研究方法

2.1 研究區(qū)概況

漢中市地處陜西省西南部，秦嶺-巴山腹地，南北方氣候交融帶，漢中盆地和山丘匯集了平川、丘陵、河流、湖泊、峻嶺、森林等生態(tài)景觀。人文歷史遺跡有秦蜀古道、古漢臺、拜將壇、飲馬池、武侯墓祠、定軍山古戰(zhàn)場、馬超墓、褒斜棧道等，2020年漢中市共有A級景區(qū)31處。漢中的基礎交通設施條件基本完善，有國道G108、G316、G210，省道4條，各級公路總里程達2萬km以上。2019年漢中市接待游客的總人數(shù)達到了 6 785.86萬人次，實現(xiàn)了旅游收入411.88億元，旅游收入的比重增速明顯，如圖1所示。

圖1 漢中市基礎路網(wǎng)和旅游景點分布

2.2 研究數(shù)據(jù)

漢中市114個旅游景點和興趣點POI(Point of Interest)數(shù)據(jù)通過百度地圖API(Application Programming Interface)應用程序接口獲取[13]，包括經度，緯度，名稱，類型等；高速公路、國道、省道、縣道、其他道路、鐵路等矢量數(shù)據(jù)來源于全國地理信息資源目錄服務系統(tǒng)(URL：https：//www.webmap.cn/main.do?method=index)。市、縣級，鄉(xiāng)鎮(zhèn)等電子地圖資料，來源國家基礎地理信息中心(URL：http：//www.ngcc.cn/ngcc/)。

2.3 技術路線

考慮秦巴山區(qū)公路偏多，旅客大多采用汽車自駕或者巴士客車出行方式，漢中市旅游交通網(wǎng)絡的空間結構特征分析流程：首先，基于GIS編輯和拓撲關系分析，構建公路交通路網(wǎng)模型、景點數(shù)據(jù)庫、游客出行數(shù)據(jù)庫；其次，運用GIS網(wǎng)絡拓撲和規(guī)則，構建旅游交通路網(wǎng)模型；再次，根據(jù)旅客出行成本矩陣和OD(Origin and Destination)分析，分析各個景點的可達路網(wǎng)；最后，根據(jù)成本約束和鄰近站點服務區(qū)分析，對時間、距離出行成本約束下的最優(yōu)旅游路線，技術路線如圖2所示。

圖2 技術路線

2.4 旅游交通路網(wǎng)空間結構分析方法與過程

2.4.1 交通路網(wǎng)空間結構分析方法

GIS空間分析法主要用于分析交通路網(wǎng)、旅游景點的空間分布特征[14]。文中采用核密度分析計算每個輸出要素周圍的點要素密度。那么，核密度函數(shù)K0(t)為：

(1)

式中，t為歸一化函數(shù)；π為圓周率，取值為3.14159。

近似于正態(tài)核，歸一化函數(shù)t定義為：

(2)

式中，dij是距離，h是核帶寬。

概率密度預測值D為：

(3)

式中，R為搜索距離或者時間；pi為給定的權重值；n為二維格點個數(shù)；di為景點要素i與其他要素距離。

旅游交通路網(wǎng)可達性問題可抽象為[15]：假定區(qū)域內有一組交通路網(wǎng)G(V，E)，一組路段E的速度向量，興趣點集P和一個規(guī)則網(wǎng)格C，要求對給定的時間間隔，計算規(guī)則格網(wǎng)中每個單元到每個興趣點的動態(tài)可達時間或者距離估計值，并聚合成為該單元總可達估計值，最后生成整個區(qū)域的連續(xù)可達表面柵格矩陣。那么，旅游交通路網(wǎng)的可達性度量：

(4)

式中，Oi為興趣點或者景點的吸引力；f(Cij)為節(jié)點i，j之間的出行成本函數(shù)，可以是時間、距離、油耗等；Cij為節(jié)點i，j之間的成本變量。

(5)

對于區(qū)域交通網(wǎng)絡的評價除了可達性指標之外，交通連接度也是描述交通路網(wǎng)的回路和系統(tǒng)優(yōu)劣的測度指標[17]。旅游交通網(wǎng)絡的連接度越好，則區(qū)域的交通越便捷。交通連接度α定義為[18]：

(6)

式中，α為旅游景點之間的連接指數(shù)；e為旅游交通網(wǎng)絡中連接各景點的交通線段數(shù)；V為區(qū)域旅游交通網(wǎng)絡或者路線中各景點的個數(shù)。當α=0，表示在某區(qū)域的旅游交通網(wǎng)絡中沒有回路的存在；當α=1，表示在當前的旅游交通網(wǎng)絡中具有最大的回路數(shù)量。α指數(shù)越大，表明該區(qū)域旅游交通網(wǎng)絡的回路越高，游客越便于在景點之間往返和換乘。

2.4.2 實現(xiàn)過程

(1)旅游交通網(wǎng)絡構建

旅游交通路網(wǎng)模型包括：節(jié)點、弧邊和轉彎等基本元素，也可以包括連通性、網(wǎng)絡屬性、方向指示等特性。借助百度在線地圖服務API接口和GIS空間編輯功能，整理旅游資源空間位置、客運站、行政駐地等節(jié)點，將已完成空間拓撲規(guī)則與關系處理的矢量路網(wǎng)，通過GIS網(wǎng)絡分析模塊進行旅游交通路網(wǎng)模型構建。

(2)旅游景點的空間結構分析

借助GIS空間密度分析，對漢中市旅游114個景點和興趣點的相關內容，進行各類旅游景點的空間密度分布特征分析，明確漢中市旅游資源的空間集聚特征。

(3)旅游交通路網(wǎng)的空間結構分析

通過旅游交通網(wǎng)絡模型中的數(shù)據(jù)集，對各類要素資源點進行OD成本矩陣和路徑分析，道路邊權重主要采用行駛時間和旅行距離，計算各景點對相互之間的最短路徑，在路徑尋找上限，主要考慮：

①基于一定時間成本尋找到達目標點的最短路徑；

②基于一定距離范圍內尋找到目標點的最短路徑。

(4)旅游交通網(wǎng)絡的可達分析

結合加油站、收費站、客運站、服務區(qū)等要素點對起訖點所游歷交通網(wǎng)路段的權重賦值，借助旅游交通路網(wǎng)的連接度和可達性度量公式，分析114個景點的可達路徑集合和出行成本。主要步驟：

①估計路網(wǎng)中所有路段的動態(tài)速度；

②生成規(guī)則格網(wǎng)；

③將興趣點和格網(wǎng)單元中心點投影到道路路段上；

④為每個格網(wǎng)單元計算最短路徑樹；

⑤對規(guī)則格網(wǎng)中的每一個單元進行可達密度估計；

⑥累加得到連續(xù)的可達密度表面；

⑦對全路網(wǎng)的路段承擔旅游路徑進行交互探索可達分析。

3 結果與分析

3.1 景點空間密度和OD成本分析

借助GIS空間密度分析，以空間距離為歸一化函數(shù)變量，得到漢中市旅游景點的空間密度分布，見圖3(a)；由3(a)可知，漢中市漢臺區(qū)、勉縣、城固縣的旅游景點空間密度較大，而略陽、佛坪、鎮(zhèn)巴、西鄉(xiāng)縣的景點數(shù)量較少，空間密度偏小，空間關聯(lián)性較弱。

結合漢中市的山地和平原地形特點，采用汽車通行作為主要交通工具，采用時間、距離約束，對漢中市114個旅游景點路網(wǎng)的連接性進行分析，獲得游客出行的時間、距離成本分布，見圖3(b)；由3(b)可知，旅游景點空間密度較大的區(qū)域，交通出行的成本較低，出行路線較短，這與道路路網(wǎng)密度、道路等級、經濟發(fā)展和人口分布有直接關系。

圖3 景點的密度分析和OD出行成本

3.2 旅游交通路網(wǎng)的空間特征

受秦巴山區(qū)地形地貌和漢中城市歷史發(fā)展影響，已建高速、國道、省道、縣道和鐵路主要通過漢中市區(qū)，位于山區(qū)的景點距市級、縣級客運交通樞紐中心較遠，如圖4(a)和(b)；其中，鎮(zhèn)巴、略陽、西鄉(xiāng)縣、留壩縣內景點，距離縣城均大于 30 km；巴山玉溶洞、紫柏山、五龍洞國家森林公園的可達距離達到 60 km以上。總體上，勉縣-漢臺-城固-洋縣一帶的景點數(shù)量較多，集中在漢中盆地平原帶，游客出行距離小于 20 km，而位于秦嶺和巴山上，旅游景點的空間位置較為分散，路網(wǎng)密度較低，路網(wǎng)節(jié)點的連接度較差，山地地形復雜，出行距離成本較大。

圖4 漢中市景點的服務區(qū)分析

由圖4(b)可知，漢中市旅游交通可達時間最好的地區(qū)在漢中盆地的中心地帶，出行成本較低；中東部和北部的旅游景點的可達時間次之，西南部和東南部景點的交通路網(wǎng)可達性最差，出行時間和距離成本較高。另外，黎坪國家森林公園和青木川古鎮(zhèn)地處漢中市西南方向，位于巴山地區(qū)的旅游景點分布較分散，交通不便，各景點之間通達度較差，只能保證游客到達主要景區(qū)。

3.3 約束條件下的旅游路線規(guī)劃

結合在線地圖的出行數(shù)據(jù)和游客的不同愛好，以小汽車、巴士為交通工具，以時間要素為阻抗，以漢中市中心廣場為起點，分別對其中的人文景點和自然景點進行一日游的線路規(guī)劃，見圖5(a)和5(b)。由圖5(a)和(b)可知，城固、洋縣、勉縣等公路密度大的地區(qū)，應該加強道路等級，提高道路的通行能力；略陽、鎮(zhèn)巴縣的交通種類不齊全、交通系統(tǒng)不夠完善，需要加大對交通基礎路網(wǎng)建設的投入，既要提升高速、國道等主干道的連接度，也要發(fā)展鄉(xiāng)村道路，減少斷頭路，避免回頭路，以便讓游客充分利用時間去游玩景點，更好的服務游客。

為了使每一位游客最大化利用時間游覽附近景點，寧強縣的“地洞河天坑”、聞名遐邇的懸壁公路、巴山竹林等都處于原始生態(tài)，交通路網(wǎng)都具有較大的連片開發(fā)能力。此外，還有西鄉(xiāng)縣的喀斯特地貌景觀、勉縣褒姒故里等景區(qū)，將基礎路網(wǎng)交通納入景區(qū)規(guī)劃，將大大提高交通道路的利用率，如圖5(c)所示。在景點開發(fā)、道路等級提升的前提下，漢中高客站、高鐵站、城固柳林機場等游客集散地和接待區(qū)，應增加旅游公交線路和臨時專線，使旅游高峰期的游客易到達最鄰近的景點。

圖5 旅游景點的路線規(guī)劃

4 結 論

(1)漢中旅游資源較多分布在秦嶺、巴山丘陵區(qū)，山區(qū)旅游交通路網(wǎng)的連接性和可達性較差，漢中盆地和市區(qū)景點的通達性和連通性較好，出行成本較低。在一定距離和時間范圍內，受地形影響，公路密度大的縣區(qū)服務范圍普遍較小，此外部分地區(qū)道路等級較差，道路種類不齊全，可達性較弱。

(2)漢中市旅游景點的空間分布特征，無論自然景點還是人文景點，都分布較散，景點之間的通達性和連接性較差，在空間上造成了旅游交通路網(wǎng)一定程度上的浪費。因而，繼續(xù)挖掘和開發(fā)新的旅游景點，加強現(xiàn)有道路的利用率，增加旅游景點的直達公交或者巴士的數(shù)量，優(yōu)化旅游出行的線路，節(jié)省出行時間和費用，提高旅游景區(qū)吸引度和游客進入景區(qū)的便捷性和舒適性。