（交通运输规划与管理专业论文）区域综合交通网络通达性研究.pdf

中文摘要 区域综合交通网络通达性是综合交通网络结构完善程度、交通方式组合合理 性、综合交通网络便利性的反映，为交通网络规划建设和运营组织提供理论依据。 本文在分析单种交通方式通达性和连通性概念的基础上定义了区域综合交通网络 通达性概念，分析了区域综合交通网络通达性的影响因素，量化了区域综合交通 网络通达性的影响因子，构建了区域综合交通网络通达性计算模型，最后以京沪 区域综合交通网络为实例证明了计算方法的合理性和可行性。具体内容包括： ( 1 ) 进行了通达性理论研究，在此基础上定义了区域综合交通网络通达性概 念；总结了通达性度量方法，并将几种常见的评价方法进行比较，为综合交通网 络通达性评价指标体系建立作参考。 ( 2 ) 分析了区域综合交通网络通达性的影响因素，包括：交通网络因素、空 间因素、交通方式因素、距离因素、费用因素和人的因素，前五个因素为综合交 通网络节点和网络线路所具备的特质，其中人的因素重点分析了用户出行动机和 用户路径选择行为。区域综合交通网络通达性影响因素为建立区域综合交通网络 通达性评价指标提供了理论依据。 ( 3 ) 量化了区域综合交通网络通达性影响因子。采用层次分析法确定节点重 要度因子的定性、定量因素指标，对其量化；通过加权平均多种交通方式的旅行 时间量化了综合加权平均旅行时间因子；按行政级别对线路重要度因子进行量化； 通过综合交通网络用户平衡配流计算线路流量。 ( 4 ) 研究了基于用户路径选择的综合交通网络平衡配流。根据层次分析法建 立了基于用户出行需求的方式吸引函数，建立了综合交通网络交通分配模型，并 对交通流量分配做了流程分析，从理论上实现了综合交通网络交通流平衡分配。 ( 5 ) 根据交通网络特点，合理利用综合交通网络通达性影响因子，建立了综 合交通网络通达性计算模型，并用实例证明模型的合理性和科学性。 关键词：区域综合交通；交通网络；通达性；交通分配 分类号：u 1 1 5 a b s t r a c t r e g i i o n a lc o m p r e h e n s i v et r a f f i cn e t w o r ka c c e s s i b i l i t yi st h er e f l e c t i o no fp e r f e c t d e g r e eo ft r a f f i cn e t w o r k 灿c t u r c ，t h er a t i o n a l i t yo ft r a f f i cm o d ec o m b i n a t i o na n d c o n v e n i e n c eo ft r a f f i cn e t w o r k b a s e do nt h ec o n c e p to fa c c e s s i b i l i t ya n dc o n n e c t i v i t y , t h ep a p e rd e f i n i t et h ec o n c e p to fr e g i o n a lc o m p r e h e n s i v et r a f f i cn e t w o r ka c c e s s i b i l i t y , a n a l y s i so nt h ei n f l u e n c ef a c t o r s ，q u a n t i f i e dt h ei m p a c tf a c t o r s ，b u i l dac a l c u l a t i o nm o d e a tl a s t ，t h ee x a m p l eo fj i n g h uc o m p r e h e n s i v et r a f f i cn e t w o r kp r o v et h er a t i o n a l i t ya n d f e a s i b i l i t yo ft h ec a l c u l a t i o nm o d e r e s e a r c hc o n t e n ta r ea sf o l l o w s ： 1 n er e s e a r c ho fa c c e s s i b i l i t yt h e o r y b a s e do nt h ed e f i n i t i o no fr e g i o n a l c o m p r e h e n s i v et r a f f i ca c c e s s i b i l i t y , t h ep a p e rs u m m a r i z ea c c e s s i b i l i t ym e a s b r em e t h o d s ， a n dc o m p a r et h ed i f f e r e n te v a l u a t i o nm e t h o d s a l lo ft h e s ec a nb eu s e dt h er e f e r e n c ef o r b u i l d i n ge v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mo fc o m p r e h e n s i v et r a f f i cn e t w o r k 2 a n a l y s i so nt h ei n f l u e n c ef a c t o r so fr e g i o n a lc o m p r e h e n s i v et r a f f i cn e t w o r k a c c e s s i b i l i t y , w h i c hi n c l u d i n g ：t h ef a c t o ro ft r a f f i cn e t w o r k , s p a c ef a c t o r , t r a f f i cm o d e f a c t o r , d i s t a n c ef a c t o r , c o s tf a c t o ra n du s e rf a c t o r u s e rf a c t o ri st h ea n a l y s i so fu s e r t r a v e lm o t i v a t i o na n du s e rr o u t ec h o i c eb e h a v i o r , a n dt h eo t h e rf a c t o r sa r et h e c h a r a c t e r i s t i co fc o m p r e h e n s i v et r a f f i cn e t w o r k t h ef a c t o r sp r o v i d et h e o r e t i c a l f o u n d a t i o nf o rt h ee v a l u a t i o ni n d e xs y s t e mo fc o m p r e h e n s i v et r a f f i cn e t w o r k 3 q u a n t i f yt h ei m p a c tf a c t o r so fr e g i o n a lc o m p r e h e n s i v et r a f f i cn e t w o r k w eu s e t h ea h pt od e t e r m i n et h eq u a l i t a t i v ef a c t o ri n d e xa n dq u a n t i t a t i v ef a c t o ri n d e xf o rt h e n o d ei m p o r t a n t t h ep a p e rq u a n t i t yt h ew e i g h t e da v e r a g et r a v e lt i m eb ya v e r a g i n gt h e d i f f e r e n tt r a f f i cm o d et r a v e l t i m e , q u a n t i t yt h e r o u t ei m p o r t a n ta c c o r d i n gt o a d m i n i s t r a t i v er a n k ，c a l c u l a t et h er o u t ef l o wt h r o u g ht h eu s e re q u i l i b r i u md i s t r i b u t i o n 4 s t u d yo nt h eu s e re q u i l i b r i u md i s t r i b u t i o no fc o m p r e h e n s i v et r a f f i cn e t w o r k b a s e do nu s e rr o u t ec h o i c e w eb u i l dt h ef u n c t i o no fm o d ea t t r a c t i o nw h i c hb a s e do nt h e u s e rt r a v e ld e m a n d ，a n dt h et r a f f i ca s s i g n m e n tm o d e l t h ep a p e ra l s os t u d yt h ep r o c e s s a n a l y s i so ft r a f f i ca s s i g n m e n t ，r e a l i z et h et r a f f i ca s s i g n m e n tt h e o r e t i c a l l y a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co fc o m p r e h e n s i v et r a f f i cn e t w o r k , t h ep a p e rb u i l dt h e c a l c u l a t i o nm o d e lo fc o m p r e h e n s i v et r a f f i cn e t w o r ka n dp r o v et h er a t i o n a l i t ya n d s c i e n t i f i co fc a l c u l a t i o nm o d e l k e y w o r d s ：r e g i o n a lt r a f f i c ；t r a f f i cn e t w o r k ；a c c e s s i b i l i t y ；t r a f f i ca s s i g n m e n t c 1 a s s n 0 ：l i l l5 a e 塞窑适盔堂亟堂焦途塞独剑挂直 盟 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：僧煮；签字日期：力7 年7 月多日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。 同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 历孝豸 签字日期：少叶年6 月1 1 日 导师签名： 签字日期音歹咿歹月，日 致谢 本论文的工作是在我的导师袁振洲教授的悉心指导下完成的，从开题、课题 的研究到论文的编写都得到了他的悉心指导，在论文研究方向、研究的方法、以 及研究的意义方面都给予了明确的指导，让我收获颇深。袁老师渊博的学识、敏 捷的思维、严谨的治学态度、开拓创新的科学精神、求真务实的学者风范等，给 我留下了深刻的印象，将使我受益终身。一直以来，导师为我提供的是一个宽松 的学习氛围，鼓励和支持我的独立思考和创造能力，同时也为我提供了大量的科 研实践机会，使我的综合能力得到锻炼和提高。另外，导师在生活中，尤其在我 面临人生际遇抉择的过程中，给予了我无微不至的关怀。谨向导师袁振洲教授致 以崇高的敬意和由衷地感谢。 衷心地感谢袁振洲老师在工作、科研和生活过程中给予的大力支持和帮助， 袁老师高瞻远瞩的战略眼光和洞悉问题的能力让我受益匪浅。 袁振洲教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷 心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，李艳红、赵莉、曹守华、吴先宇、李明华、 田梦、马莉、蒋启文、叶芳同学对我论文中的研究工作给予了热情帮助，还要感 谢室友金巍巍、余碧莹给予我生活上的关心和照顾，在此向他们表达我的感激之 情。 另外也感谢我的家人多年来一直默默地关心和支持我，特别是在我遇到困难 的时候，无论多么艰辛，他们总是及时地伸出援助之手，我的每一步成长都与他 们的付出分不开。 1 绪论 1 1选题的背景和意义 本论文选题来源于国家高技术研究发展计划( 8 6 3 ) 项目( 编号2 0 0 6 a a l l7 , 2 0 1 ) “基于需求特征的多种交通方式组合运能优化技术”研究中“综合运输方式组合 运能优化及评价指标体系”任务的相关内容。 交通运输业作为国民经济的基础产业，是国家进步和社会发展的基石，它的 规模和质量决定了社会经济发展的规模和发达程度。随着我国经济的持续高速增 长以及人民生活水平的提高，全社会对交通运输的需求急剧增长。目前我国在交 通运输基础设施建设方面已经取得了长足的进步，综合运输体系已初现端倪，综 合交通网络的畅通性和通达性成为了人们生活和国家区域发展所关心的重要课题。 通达性，简单地说，指一个地方到达另一个地方的容易程度，可以用旅行距 离、旅行时间或感知距离来衡量。通达性的高低决定出行城市与目的地城市之间 社会经济联系的密切程度，若区域交通网络的通达性指数较低，居民出行频度下 降，出行范围缩小，城市间潜在的人员流动亦形成出行障碍；通达性反映了区域 与其他有关地区相接触进行社会经济和技术交流的机会和潜力，一个区域与其它 邻近区域的通达性程度可以反映这一区域社会经济发展的程度，通达性程度的高 低也强烈地影响着这个区域的社会经济发展。 区域综合交通网络通达性是区域综合交通网络特性的重要指标，它可以反映 综合交通网络结构完善程度、交通方式组合的合理性、综合交通网络的便利性等。 作为评价交通系统能否优质、高效地完成运输任务，能否达到充分、高效、平衡、 协调这一基本要求，综合交通网络通达性可以为一体化的综合交通网络的规划建 设和运输组织提供科学的理论依据。 1 2国内外研究现状综述 通达性研究起步较晚，目前在通达性的概念、评价方法和应用方面的研究还 不成熟。通达性分为节点通达性和网络连通性研究。当前通达性的研究一部分集 中于通达性概念和涵义的探讨，另一个方面是对铁路、高等级公路、航空和港口 单种交通方式的通达性研究，或某种交通方式对区域空间通达性的影响研究：连 通性研究一般以城市道路连通可靠性研究为主。以上研究均没有涉及到综合交通 网络的通达性。 1 交通方式完善对区域通达性的影响研究 这一部分内容属于通达性的应用研究。在国外，通达性的理论和应用研究发 展迅速，通达性的涵义的完善、评价方法的改进及其在不同区域或新的领域的应 用等都在日益丰富。g u t i e r r e z 1 】和v i e k e r m a n 2 】采用不同的通达性评价方法研究证 实了欧洲高速铁路网和公路网均有利于提高边缘区的通达性水平，b o w e n 3 】评价了 不同国家航空政策对航空节点城市的通达性的影响，g u t i e r r e z 4 】还对西班牙和法国 边境高速铁路线对未来区域通达性的影响进行了评价，m u r r y 5 】等认为通达性是公 共运输规划的重要考虑因素，包括道路和地理覆盖两个方面，s u l l i v a n t 6 】采用传统 重力公式和时间地理的研究框架探讨了公共交通的通达性。 我国的通达性应用研究相对薄弱，对通达性评价方法的探索和改进等应用上 都比较缺乏。只有最近几年才真正出现了对区域通达性的应用性研究成果，陆玉 麒【7 】等以江苏省为例研究了高等级公路网建设对区域通达性的影响，陆大道【8 】院士 以联邦德国为例详尽分析了通达性变化对区域发展的影响，宋炳良【9 】等探究了港口 内陆空间通达性与国际航运中心建设，金风君【l o l 等对2 0 世纪我国铁路网络扩展和 通达性的演变进行了研究，魏立华和丛艳国【i l 】以京津唐大都市区为例研究了城际 快速列车对大都市区通达性空间格局的影响机制，曹小曙【1 2 , 1 3 , 1 4 对中国干线公路网 络联结的城市通达性、穗港走廊的通达性、珠江三角洲基础设施的网络演变及通 达性的变化进行了研究，王法辉e 1 5 1 从中国的航空网络演变角度对通达性进行了研 究。 2 海岸带区域的通达性研究 海岸带区域由于历史的和自然地理条件方面的原因，一般是一国或一地经济 较为发达、人口较为密集、交通网络较为发达的地区，因此对于通达性的研究实 际应用方面，大多也集中于这一区域。 国外这方面的研究区域大多集中于西欧的法国、英国、德国和西班牙，美洲 的美国，亚洲的东南亚和日本。例如在上面提到的g u t l e r r e z 对西班牙和法国边境 高速铁路线对未来区域通达性的影响的研究，l i r m e k e r 和s p e n e e 1 6 】研究了伦敦的 环形公路引起了通达性变化对区域经济发展具有的积极作用，s a s a k i t l 7 】研究了日本 新干线对于经济活动扩散和人口移动的影响，他们所开展的许多研究致力于采用 各种空间分析方法解决现实生活中的通达性问题。 在国内，对于区域通达性的研究大多也集中于沿海地区，比如陆玉麟等以沿 海的江苏省为例对高等级公路网建设对区域通达性的影响进行了研究，罗鹏飞【1 8 】 等以沪宁地区为例研究了高速铁路对区域通达性的影响，曹小曙【1 9 】等以沿海的东 莞市探讨了经济发达地区交通网络演化对通达性空间格局的影响和穗港走廊通达 2 性及其空间格局分析。这些研究都是基于单种交通方式的研究，没有涉及到综合 交通网络，而且可以看出，研究的区域基本上都是集中于沿海地区的。 3 交通网络连通性研究 交通网络连通度常用公路网的边数或路径条数、节点数以及它们之间的关系 来表示，连通性反映了网络中各节点的连通状况，体现了网络的一种结构上的特征。 施耀忠，陈学武【2 l 】定义连通可靠性为规划区域内各节点依靠公路相互连通的强度， 称为公路网的连通度，定义运用图论知识考虑到公路总里程、区域内节点数、相 邻结点平均空间直线距离及道路弯曲情况的因素利用算术式将连通性表达出来。 为了体现网络结构上的差异，徐军。罗嵩龄【2 2 】为路网连通度评价指标做了新的定义。 基于对传统连通度的分析，秦霞、顾政华【2 3 等人提出路网加权模糊连通度的定义 和计算方法，这种连通度考虑了节点重要度和线路拥挤度的影响，弥补了传统连 通度计算存在的一些不足。 1 3相关概念解释及研究内容 1 3 1概念解释 为了科学、准确地究区域综合交通网络通达性，首先对本文中的相关概念的 内涵外延界定如下： 1 综合交通 “公共交通网络及其设施”和“运载工具”作为“交通”和“运输”的二项 基本要素，为交通运输提高了最基本的物质基础。由水路、公路、铁路、民航和 管道五种交通运输方式网络及其设施和运载工具组成的综合交通运输基础平台成 为综合交通体系瞰】。 2 综合交通网络 由各种运输方式有机配合衔接构成的、为乘客和货物提供多种运输方式服务 的网络系统。基于以往的研究经验，综合运输网络多以铁路、公路、航空为主要 研究对象，水运及管道运输局限性较大，因此本文主要考虑以铁路、公路、航空 为主要运输方式的综合交通网络。 3 通达性 通达性指利用特定的交通系统从某一区位到达指定活动区位的便捷程度，是 评价交通网络的综合性指标【2 5 1 。显然通达性包含了空间与时间的概念，它反映了 空间节点与区位之间的空间尺度和疏密关系，反映了空间节点之间的区位关系可 以通过交通系统来克服。本文在以往研究基础之上将通达性概念进行扩展：从系 统角度考虑，区域交通网络通达性除了反映时间、空间概念之外，还从用户角度 考虑，综合交通网络通达性还应反映用户对交通网络的满意程度。 4 连通性 连通性反映交通网络中各节点连通状况，是体现网络结构性能的一个重要指 标。表征连通性的指标有节点连通度和网络连通度。节点连通度是度量一个节点 与其它节点连通状况的评价指标；网络连通度则是从整体上反映路网中各节点连 通状况的指标【2 0 】。 从以上定义容易看出，通达性与连通性研究有一定的重叠部分，均考虑了交 通网络。节点空间通达性研究未涉及到交通网络，交通方式的完善对区域通达性 影响和区域通达性研究则考虑了交通网络因素。但其研究只停留在几何网络状态 上，无法刻画综合交通网络的拓扑性质。 1 3 2研究内容 本文的研究内容有两个层面一个中心。 第一个层面是从规划者角度研究综合交通网络通达性，首先要研究区域综合 交通网络结构特征，然后分析区域综合交通网络通达性的影响因素，量化综合交 通网络通达性影响因子。 第二个层面是从交通网络用户角度出发研究区域综合交通网络通达性，研究 网络用户路径选择行为对综合交通网络通达性的影响，研究基于用户路径选择的 综合交通网络用户平衡配流。并将用户影响因素纳入综合交通网络通达性的评价 指标当中。 一个中心是综合考虑规划管理者与用户要求，建立区域综合交通网络通达性 计算模型，并用实例证明计算模型的可行性。 1 4研究思路 本文在分析以往通达性的研究基础上，深化区域综合交通网络通达性的内涵， 建立综合交通网络通达性计算模型。本文研究思路为：一方面继承传统通达性、 连通性计算方法中可用来描述综合交通网络的部分，另一方面研究综合交通网络 的特性和用户路径选择行为，建立体现网络结构合理性和用户满意程度的综合交 通网络通达性指标，最后构建计算综合交通网络通达性的计算模型。具体技术路 线见图( 1 1 ) 。 4 韭垂至垫古芏丝主芏j 立丝窑缝垃 通 达 性 计 募叫 法 研 究 图1 1 本文技术路线 f i g1 1t h e f l o wc h a r to f t h i st h e s i s 2 通达性理论及度量方法研究 2 1通达性涵义 通达性受到不同研究领域学者的广泛关注，也因此产生了对通达性概念的不 同理解，其中较有代表性的包括：通达性是指在社会中产生的包括直接来源于个 体作用与来源于整个社会如交通拥堵、环境污染等副产品作用的必然花费 2 6 】。是 指个人参与活动的自由度【2 7 1 。通达性是指在一定的交通系统中，到达某一地点的 难易程度【2 8 。通达性是指在合适的时间选择某种交通设施到达目的地的能力【2 9 1 。 是由土地利用一交通系统所决定的、人货物通过一定的交通方式到达目的地或参 与活动的方便程度【3 0 】。通达性是指不同空间分布的点或区域之间相互影响的潜力 【3 l 】。通达性是指城市用地在时空上可接近的方便程度【3 2 】等。 对于通达性概念理解的差异，本质上是来源于通达性不同层面的涵义。一为 客观层面( 交通运输或通讯通达性) ，即各点之间交通、交流的便捷程度，也就是区 位评价：二为主观层面( 心理通达性) ，即按人的意愿产生的对某一空间点或区域的 主观选择优先级。目前有关通达性的研究大多是面向客观层面即交通运输或通讯 通达性，对于该层面的通达性的理解，包括两种类型：一种是从网络的空间配置 角度考虑，以人流、物流、信息流的便利程度来度量某一点位的通达性大小，不 同网络设施或网络目标对于待度量的点而言可能具有不同的权重。此时，网络形 态、密度、结构等与通达性度量密切相关。针对点或区域通达性的计算，可以得 到有量纲的绝对数值。另一种是从t o b l e r 地理学第一定律出发，认为空间上两点 间的相互作用，随着距离的增大而减小，并且从社会经济学的角度，考虑两点间 的吸引力规模，将待度量的点与外部所有其他点之间可能的影响之和视为外界施 加到该点上的总潜能，亦即该点的通达性，分析由于空间位置差异而形成的需求 点和吸引点之间潜在吸引力的规模和变化过程。此时，需要考虑所度量的点位的 需求规模和吸引点的引力规模，而与交通网络空间形态无关。针对点或区域通达 性的计算，只能得到相对的无量纲的计算结果，其在比较环境下才有意义。目前 已有的通达性研究基本围绕上述两种类型展开，并根据应用需求差异，从理论和 方法上发展了不同模型、参数和应用技术流程。对于主观层面即心理通达性研究， 比如园林景观规划过程中，不但要考虑时空上的易达程度，还要考虑心理上的易 达程度。这时考虑了人的心理感受对于环境的认知，因此通达性分析需要和人的 心理感受相结合。此外，还包括由于个体差异，如个人需求、个人能力、机会等 6 的差别，而导致的对交通方式不同选择。 本文所定义的综合交通网络通达性涵义为：综合交通网络节点相互之间到达 的便捷程度和交通网络流量流通的畅通程度。 2 2通达性度量方法 随着人们对通达性概念认识的深化与通达性概念在应用领域的扩展，通达性 度量方法不断涌现并且不断改进。由于网络特性、影响因素以及空间尺度等的纷 繁复杂，通达性度量方法表现出多样性。就已有的文献资料来看，目前常用的通 达性度量方法主要包括：距离法、累积机会法、等值线法、重力模型法、概率法、 频率法、平衡系数法、时空法、效用法、基于矩阵的拓扑法、基于空间句法的拓 扑法等等。其中，针对交通网络空间格局演变对城镇体系发展影响研究常运用距 离法、累计机会法、等值线法、重力模型法、基于矩阵的拓扑法；针对新建交通 基础设施的区域经济效应评价常运用距离法、累计机会法、等值线法、重力模型 法、效用法、平衡系数法；选址分析与区位评价常运用距离法、累计机会法、等 值线法、重力模型法；针对城市园林与建筑设计、景观规划常运用基于空间句法、 的拓扑法与重力模型法；此外，有关社会文化等相关研究可能会涉及多种拓扑法。 以下将按照网络特性对目前常用的通达性度量方法进行分类，并从涉及的通达性 影响因素、适宜的空间尺度等方面对各种通达性度量方法进行对比分析。 按照网络特征的差异，通达性度量方法可按图( 2 1 ) 所示体系进行分类。 圈 圈雷圈豳圜圈匦豳圈围 圈豳圈醴圜 图2 1 基于网络特性的通达性度量方法分类体系 f i g 2 - ic l a s s i f i c a t i o no ft h ea c c e s s m i l i t ym e a s u r e m e n ta p p r o a c h e sb a s e do nn e t w o r k c h a r a c t e r i s t i c s 2 2 1基于几何网络的度量方法 几何网络是交通网络的几何表现，基于几何网络的通达性度量方法使用空间 距离、时间距离( 跨越空间距离所需的时问) 、经济距离( 跨越空间距离所支付的 费用) 作为基本因子来度量通达性f 3 3 1 。建立在几何网络上的通达性度量方法主要 7 包括距离法、累积机会法、等值线法、重力模型法、平衡系数法、时空法以及效 用法等多种方法。 1 距离度量法 距离度量法是所有度量方法中最为基本的一种。它使用空间距离，时间距离 ( 跨越空间距离所需的时间) ，或经济距离( 为跨越空间距离所支付的费用) 来度 量通达性。在所有这些方法中，最为基础的一种叫相对通达性，它用两个地点之 间的自然间隔来度量它们之间的通达性，并且还假设通达性是具有对称性的，即 甲地对乙地的通达性与乙地对甲地的通达性是一致的。在相对通达性的基础上， 又定义了总体通达性，即某地到所有其它地点的相对通达性的总和。在实际应用 中，根据资料的可得性和研究问题的需要，相对通达性和总体通达性可分别以直 线距离、旅行距离、旅行费用、旅行时间或其它一些相关的耗费来衡量。距离度 量法固然简洁，却过于简单。实际生活中，单独用时间、距离或费用来度量一个 地方被接近的容易程度，是受到许多限制的，b a x t e r 对距离度量法，尤其是总体通 达性的度量进行了修正，以加强距离度量法的适用性。 但是提出可操作的计算模型的学者是i n g r a i n ，他于1 9 7 1 年提出了相对通达性 ( r e l a t i v ea c c e s s i b i l i t y ) 和综合通达性( i n t e g r a la c c e s s i b i l i t y ) 两个概念。相对通达性是指 一点至另一点的空间阻隔；而综合通达性是指一点至区域中所有点的空间阻隔， 可计算其空间阻隔的总和或均值： a l = 7 i ：1 勺。或a f = ：- 1 厶，n ：1 式中：i ，j = 1 ，2 ，n ：c 盯为网络中一点至另一点的空间阻隔；a ，为i 区的综合通 达性。表征这种空间阻隔的指标有：两点间的空间直线距离、交通网络距离、出 行时耗、货币成本及综合成本等。表征这种空间阻隔还可以应用阻隔衰减，即在 实际的空间阻隔g 的基础上，引入阻隔衰减函数f ( c o 。衰减函数一般有幂函数、 指数函数、高斯函数等。 以上只是计算一个特定区域内不同结点的通达性，还可以计算该区域的网络 通达性。参考文献【3 4 】根据上式推导出所有点间的空间阻隔，即网络通达性。为了 便于比较多个城市道路网络问的通达性，必须对其进行标准化处理，计算网络通 达性平均值为： f = r l 7 ：1q ， (2-1)n(n 丘= - 1 ) l = 1 可= 1 l ， l z 。 假设一个区域共有7 个城市，a ，b ，g 为分区的重心点，重心点之间的交 通网络及其间的空间阻隔程度指标见图( 2 2 ) ，两两重心点之间的相对通达性指标 值见表( 2 1 ) 。重心点的综合通达性和网络通达性指标值计算结果见表( 2 2 ) 。 a b c d e f g 1 、 - 一 _ _ _ h _ 一 图2 - 2 区域交通网络图 f i g 2 2r e g i o nt r a n s p o r t a t i o nn e t w o r k s l243 2 4 3 3 4 8 l 6 5 5 4 1 0 6 l 5 7 8 l o 5 5 l 6 7 5 4 4 8 7 3 l 1 0 8 1 0 1 0 5 8 l l 1 表2 2 重心点的综合通达性及网络通达性指标值 t a b 2 - 2t h ei n t e g r a t e dz o n a la e c e s s $ i l i t yi n d i c a t o r sa n dt h eo v e r a l lr e g i o n a l a c c e s s $ i l i t y i n d i c a t o r s 比较表( 2 1 ) 和表( 2 2 ) 测算的通达性指标值可以得知：a 与b 问的空间 阻隔程度最低，而g 与f 间的空间阻隔程度最高，可以认为a 与b 间的通达性最好， 而g 与f 问的通达性最差：各重心点的综合通达性指标值有4 个点低于网络通达 9 性平均值，3 个点高于平均水平。可以判断a ，b ，d 和e 点的通达性好于其他3 点， 其中a 点是通达性最好的点。 2 累计机会法、等值线法 机会累计计算通达性的方法着重研究城市接近发展机会的难易程度，指居民 从住地出发，利用某一种交通方式，在一定出行时间范围内所能到达的工作地数 量及工作机会数量。其基本思想是：人们在不同的出行时段内，所能接近的发展 机会数量是不同的，只要时间足够长，居民就能接近所有的发展机会。这种方法 计算出来的通达性指标值与基于空间阻隔计算的正好相反，通达性值不是随着距 离的增加而减少，而是随着距离的增加而增加。 参考文献 a s 】提出了基于机会累积计算通达性的方法。所需数据包括：将大 区域划分为一系列的小区，例如交通小区；每个小区内有人口、活动或者与活 动有关系的实体分布在小区的重心点，如：工作岗位、办公面积、居民中的劳动 力、家庭、住房面积等，此外，还有服务设施如商店、娱乐、医疗、教育设施等。 这些分类还可以根据种族、收入水平、性别、家庭等等进行更精确的分层；有 一种或多种道路交通网络将各个交通小区连接起来，并能通过该网络计算出两两 小区间的空间阻隔。 如果i 区居民出行克服了到j 区的空间阻隔，i 区居民就能接近j 区的所有活动， 所有不大于该空间阻隔的小区的所有活动都应合计进来，则i 区通达性为： a z = f j o ( t ) d t ( 2 - 2 ) 式中：o ( 0 是发展机会随出行时间变化的分布函数；t 是给定的出行时间。 3 重力模型法 1 ) 1 9 5 9 年h a 璐e n 【3 6 】在分析大都市区人口分布与居住用地开发模型中测算通 达性指标时，明确提出所使用的通达性概念是指“机会相互作用的潜力，而不是 指相互作用的难易程度 ，并提出了通达性指标值的测算模型： 4 1 2 = 争 ( 2 - 3 ) 式中：彳，- 2 为1 区到2 区从事某种类型活动的相对通达性；s 2 为2 区的活动规 模，如就业岗位数、人口等； t i 2 为1 区与2 区之间的出行时间或距离；x 是指 数，表示区与区之间出行时间的效果。 对上式求和可得到一点的综合通达性，即势能模型。此时，一点的综合通达 性指标值是将区域中所有点的发展机会在此点上所具有的势能进行求和，即该点 能接近的发展机会的数量： a f - ，o j 厂( c q ) ( 2 - 4 ) 1 0 式中：a f 为i 区的通达性；o j 为分布在j 区的发展机会；例为i 区至j 区的 空间阻隔衰减函数。 势能模型测算出来的通达性值带有量纲，与发展机会的数量级相关，不是标 准化值，结果不明了。而且通达性值的总计f a f 受f ( c o 的干扰很大，采用不同的 空间阻隔函数删，会得到不同的fa f 。在计算，没有容量限制的休闲设施( 如国 家公园) 和没有竞争关系的商业设施( 如区域购物中心) 的通达性时，使用i - i a n s e n 势 能模型比较合适；但对于存在竞争关系的就业机会的通达性时，存在一定的缺陷。 因为该模型只考虑到“供给方，而没有考虑到“需求方”之间的竞争。尤其是计 算具有竞争关系的居民就业通达性时，有必要对该模型进行修正和改进。 2 ) s l i i 3 7 在i - i a l 3 s e l l 势能模型的基础上，将“需求方 考虑进来，认为考察 一点的通达性不仅要计算发展机会在该点具有的势能，而且还要考虑发展机会的 需求在该点具有的势能。因为发展机会存在于具有不同需求潜力水平的地区内， 接近发展机会的能力部分上是由该区对发展机会的需求潜力决定的。通达性计算 只有将供给与需求两方面的因素考虑进来，才能较全面地考察各区就业机会通达 性的大小。而且可以通过比较就业机会的供需关系来判断通达性好坏。如果就业 机会的供给量大于需求量，可以定性地认为该地区的就业通达性较好，反之，则 认为该地区的就业通达性较差。当然，某地区就业供求关系的好坏还受到总体就 业供求关系的影响。 h a n s e n 势能模型计算每个地区对就业机会的需求潜力和对某地区所具有的势 能： - d t = p k f k i ) 乍 a f _ ，睾厂( 0 ) ( 2 5 ) 。l 式中：d ，为j 区寻找就业机会的潜力；p k 为k 区寻找就业机会的居民数量。 应用该模型计算得到的通达性指标值有如下特性：通达性指标值没有量纲， 数值已经标准化，结果简单、清晰、易于比较：通达性指标值的期望值或者权 重均值是发展机会数量与寻求机会的居民数量的比值“，即就业率。若通达性指标 值大于就业率，则通达性较好；若通达性指标值小于就业率“，则通达性较差。 指标值越大，通达性越好。 4 平衡系数法 平衡系数法是由w i l s o n 运用统计方法中的熵最大定律推导出的通达性度量方 法【3 8 1 。该方法在传统重力模型法之上对各点位流量进行约束。进而构建约束引力 模型，包括单约束引力模型和双约束引力模型。当从需求点i 出发的出行量o i 数 目固定即需求点受约束时，称为单约束引力模型，此时存在吸引点对需求点的竞 争：当o i 与从各需求点到吸引点j 的到达量d i 数目均固定，即需求点与吸引点同 时受约束时，需求竞争和供给竞争同时存在，称为双约束引力模型【3 9 1 。 5 时空法、效用法 时空法是在1 9 7 0 年代i - i a g e r s t r a n d 提出的时空地理学【4 0 】基础上形成的同时考 虑空间与时间的通达性度量方法。该方法从个体角度出发，通过个体在特定的时 空约束下，能够到达的时间一空间区域以及相应活动的选择，来度量通达性水平， 常用时空棱镜的方式进行计算，有两种具体计算方法：一种是计算时空棱镜的体 积，以体积的大小表达通达性水平，在时间预算下，时空体积越大，个体参与活 动的可能性越大，则通达性水平越高；另一种是统计时空棱镜内的诸如商业、娱 乐网点数目作为评价的指标。当时空棱镜范围内没有任何可参与的活动，采用第 二种计算方式更为可取。 效用法是在当时已有的通达性度量方法均不同程度带有主观或者经验主义色 彩、缺乏理论支撑的背景下，借用微观经济学中消费者理论发展而成的。该方法 从经济学的角度，将个体的出行行为看作一种消费行为，并以这种消费行为在交 通一土地系统中获得的最终效益作为该个体的通达性水平的评价标准。效用法关 键在于确定个体i 在吸引点j 可能获取的总体效益，当总效益减去出行费用或时 间之后，即为个体获得的最终效益。时空法与效用法不仅考虑了交通因素和社 会经济因素，还将通达性水平与个体出行行为直接建立起联系。 2 2 2基于拓扑网络的度量方法 基于几何网络的度量方法从不同角度出发，对现实中的几何网络尤其是道路 交通网络的连通性、通达性水平进行度量与评价。与几何网络上的通达性研究不 同的是，在区域航空网络、城市地铁网络中各点之间换乘次数、街区及场馆内部 等的子空间之间的通视性度量等，诸如此类的通达性问题，拓扑距离比几何距离 更重要。开展上述相关研究工作则需要应用基于拓扑网络的通达性度量方法。建 立在拓扑网络上的通达性度量方法，根据度量因子所采用的运算方式差异，可划 分为基于矩阵的拓扑法与基于空间句法的拓扑法。 1 矩阵拓扑法 矩阵拓扑法通过整体通达性矩阵与最短距离矩阵运算来获取节点和网络的通 达性水平。整体通达性矩阵可由网络的邻接矩阵导出。记c 为邻接矩阵，v 为网络 中的节点数目，可以证明，c 的k 次幂萨的元素c 表示从点i 经过k 步到达点j 的路径数目。通达性矩阵t = c 1 + c 2 + + c n ，某节点i 到达所有节点的直接和 1 2 非直接路径数目总和气= ；，；lt q ，由此可以得出各节点的相对通达性指标 瓦= 气罗pf 1 一扭1 最短距离矩阵可由网络的连通性矩阵导出。记最短距离矩阵为d ，v 为网络中 的节点数目，西表示节点i 与节点j 之间的最短路径。某节点i 到其他所有节点的 最短路径综合d l = 7 ，；ld u 。由此可得出各节点的相对通达性指标 d l - d l 名1 ( 喀i v ) 。 2 空间句法拓扑法 该方法通过空间分割，以分割形成的子空间为图节点，将整个网络转换成为 空间连接图，运用图论的方法推导出一系列形态分析变量，如连接值、控制值、 节点深度、局部集成度与整体集成度等，以描述空间在不同水平上的结构特征。 此外，该方法还具有集成兴趣点到空间连接图以实现扩展空间句法的功能，并且 可以依据兴趣点的不同吸引程度对连接线赋予不同的权重，这些功能对于城市规 划、园林与建筑设计、景观规划等领域中度量某一点或某一区域的区位优劣性具 有十分重要的作用。 在关系图解基础之上，空间句法发展了邻接值( c o n n e c t i v i t yv a l u e ) 、控制值 ( c o m m lv a l u e ) 、深度值( d e p t hv a l u e ) 、平均深度值( a v e r a g ed e p t hv a l u e ) 等一系列 基于拓扑计算的形态变量。其中，平均深度值可表示该点所居位置便捷度的比较 值。 ( 1 ) 深度值( d e p t hv a l u e ) ：规定两个邻接节点间的距离为一步，则从一节点 到另一节点的最短路程( 即最少步数) 就是这两个节点间的深度值。深度值是空间句 法中最重要的概念之一，它主要表达空间转换的次数，而不是指实际距离。 ( 2 ) 平均深度值( a v e r a g ed e p t h v a l u e ) ：系统中某个节点到其他所有节点的最 短路程( 即最少步数) 的平均值，即称为该节点的平均深度值，如公式所示。某节点 的平均深度值大表示从此节点到其他所有节点需要转换的次数多，便捷程度差： 其平均深度值小表示从此节点到其他所有节点需要转换的次数少，则便捷程度好。 因此，平均深度值可表示该节点所居位置便捷度的比较值。 m d f - 句2 1 n 一1 ( 2 - 6 ) 2 2 3几种常用的通达性评价方法的比较 通过表( 2 3 ) 可以看到，各种不同的通达性评价各有优缺点，因此当我们要 评价区域综合交通网络通达性时，要从多个角度进行评价行，这样才能更全面地 1 3 计算综合交通网络通达性。 表2 3 几种常见的通达性评价方法比较 t a b 2 - 3c o m p a r i s o no fs e v e r a lc o m m o n l yu s e da p p