西安市交通网络综合通达性研究

1、西安市交通网络综合通达性研究李乐乐，白建军，宋冰洁（陕西师范大学 旅游与环境学院，西安 710062）A STUDY OF COMPREHENSIVE ACCESSIBILITY OFXI'AN TRANSPORT NETWORKSLI Le-le, BAI Jian-jun, SONG Bing-jie(College of Tourism and Environment, Shaanxi Normal University, Xi'an 710062, China)Abstract: This paper attempts to take Xi'an transpo

2、rtation network data as the data source, use a GIS spatialanalysis techniques, choose road density, road service index, the road network connectivity and reachability, study the road network system combining with the road and the node of the city of Xi'an, then analyses Xi'an transportation

3、network spatial form, spatial distribution, distance relationship, and on this basis, to build a comprehensive evaluation index, analyze the four level road network accessibility status quo. The results in- dicate that:1) In terms of road density, the highest areas are the city center and high-tech

4、zones, followed by the eastern suburbs and northern suburbs, which are focused on the future development, the region with the lowest road densities, is located in the northwest and northeast where distribute a large number of rural areas.2) In terms of services index, high value area are add with a

5、few more old industrial zones established after the founding of the Republic.3) In terms of the road network connectivity, High value areas of road density merged to form a single high-value area.4) In terms of the reachability, spatial accessibility presents a single center, descending from the cen

6、ter to the periphery, and time accessibility is affected by high-grade roads sig- nificantly The accessibility in the center regional is best, and in the north, west, southwest, south and east, this five direction get a lesser extent of decreasing accessibility. Center regional gathered many high- c

7、lass road, the road network control action is more prominent. Construction of rapid urban periphery ring road Should be strengthen, which is conducive to the balanced development of urban spatial pattern. For the cen- ter regional, the focus is to strengthen the management, using the second-class ro

8、ads and branch street to di- vert the traffic flow. Research on Xi'an transport network optimization and expansion have some guidance on the urban traffic network layout and accessibility analysis and evaluation for a certain improvement.Key words: accessibility; spatial pattern; transport netwo

9、rks; Xi'an提 要：以西安市交通网络数据为数据源，利用GIS 空间分析技术，选取道路密度、道路服务指数、 路网连接度和可达性模型四个指标对西安市交通网络 的空间形态、空间分布、距离关系进行多角度分析， 并在此基础上，构建了综合评价指标，分析了西安市 主城区四级城市道路网络的通达性现状。结果表明： 西安市的道路交通网络通达性呈现明显的空间分异， 受历史因素、经济政策及自然环境等因素的影响，其通达性空间格局呈现典型的单中心多圈层结构，位于市中心的区域通达性最好，并在北，西，西南，南， 东五个方向延展，这五个方向通达性递减幅度较小。 研究对西安市交通网络的优化和扩展有一定指导作 用，

10、对城市交通网络布局和通达性分析评价进行了一 定改进。关键词：通达性；空间格局；道路网络；西安市中图分类号：U12文献标识码：A基金项目：国家自然科学基金项目（41171310）；大学生创新创业训练计划项目（201210781148）作者简介：李乐乐（1988），男，陕西澄城人，硕士研究生，主要研究方向为交通地理与行政区划。E-mail: clmddwmm。收稿日期：2013-10-29；修订日期：2014-05-1488HUMAN GEOGRAPHY Vol.29. No.5 2014/10李乐乐，白建军，宋冰洁：西安市交通网络综合通达性研究对未来西安市交通网络的进一步扩展和完善具有借鉴意义。

11、1 引言2 研究方法交通网络是国民经济运行的基本载体，城市交通网络是 现 代 城 市 的 基 本 组 成 部 分 ， 城 市 交 通 网 络 的 通 达 性 水 平，不仅体现了城市的现代化程度，更是城市宜居性的重 要保证。一定意义上讲，交通网络的通达性决定了城市的 空间延展和城市内部不同区域联系的紧密程度1,2。随着国 民经济的快速发展，农村人口流入，城市人口迅速增加， 车流量也相应迅速增长，而道路交通基础设施建设的相对 滞后，造成了城市日益拥堵，已经成为城市进一步发展的 巨大阻碍。因而，优化城市交通网络布局，提高城市交通 网络的通达性，对城市的可持续发展具有重要意义。通达性的概念最早由 Ha

12、nsen3 于 1959 年提出，将其定 义为交通网络中各节点相互作用的机会大小。不同学者对 通达性有着不同的定义4，但通常来讲，通达性指利用某种 特定交通系统到达某一区域或地点的便利程度5。空间通达 性作为国内外学者研究的一大热点，广泛应用于城市总体 规划、土地利用开发、旅游资源开发及交通网络优化等各 个方面。Javier6等以 GIS 为平台对欧共体公路网络通达性进行了 分 析 ， 发 现 公 路 网 络 的 扩 展 可 以 影 响 欧 盟 的 版 图 。 Xuan Zhu 等利用 GIS 工具研究了新加坡捷运系统对空间通达性的 影响7。日本学者村山8曾研究了日本铁路百年发展对城市 通达性

13、的影响。国内学者，如金凤君9等设计了运输距离和 通达性系统等度量指标，分析了 100 年来中国铁路网络的发 展以及由此引起的通达性空间格局的变化。李沛权 10 等分 析了广佛都市圈公路网络的综合通达性。曹小曙11等以“最 短路径模型”为基础，选取距离与实践以及连接两者的速 度指标，分析了目前中国国家干线公路网联结的城市通达 性空间格局。潘裕娟12等以广东省连州市为例，分析乡村地 区公路网的通达性水平。对于城市交通网络通达性的研究，早期有 Zakaria13 以 费城地区为例，对地区公共交通或小汽车通达性与土地利 用增长率之间的关系进行了研究，发现城区中不同地区的 增长速率因通达性的不同而相异。

14、Shen14将城市道路通达性 定义为城市居民与其经济社会活动之间的地理关系的整体 深度与广度指标，Kwan15 将通达性分为个体和地方两类， 在此基础上，国内学者杨涛16 提出了可动性和易达性两个 指标。综上所述，国外学者对通达性的研究较为成熟，国内 学 者 对 于 通 达 性 的 研 究 主 要 集 中 在 县 市 级 以 上 的 宏 观 区 域，研究对象多为铁路，干线公路和城乡公路17，对于道路 高度密集的城市建成区域的道路布局和通达性研究还相对 薄弱。本文以西安市交通网络为实证对象，运用道路密度 模型、道路服务指数模型、路网连接度模型和可达性模型 构建综合通达性评价指标，从道路体系，节点

15、体系到网络 体系三层角度，定量分析西安市交通网络综合通达指标，2.1 研究区域西 安 市 位 于 黄 河 支 流 渭 河 流 域 中 部 关 中 盆 地 ， 东 经107.40 度109.49 度与北纬 33.42 度34.45 度之间，北临渭 河，南邻秦岭。东以零河与灞源山地为界，与渭南市、商 洛市相接；西以太白山地及青化黄土台塬为界，与宝鸡市 接壤；南至北秦岭主脊，与汉中市、安康市分界；北至渭 河，与咸阳市、杨凌区等相邻。辖境东西长约 204 km，南 北 宽 约 116 km。 面 积 9983 km2， 其 中 主 城 区 面 积 1066 km2，长安区面积 1570 km2。本研究

16、界定的西安市城市道路网络范围，为主城区与 长安区北部建成区，区域面积 1216.5 km2，这部分地区城市 道路网络密集，具有研究城市道路网络的典型性。2.2 模型构建 以道路密度、道路服务区、路口密度和最短距离模型为基础，构建综合评价指标，分析西安市交通网络通达性。2.2.1 道路密度 道路密度是道路交通网络的基本属性之一，是评价某一区域交通网络优劣的基本指标之一。道路密度的计算方 法是区域内道路总长度与该区域面积之比，而考虑到不同 等级的道路权重不同，因此在计算中应对不同等级的道路 长度进行加权处理。模型算法为：A = i = 1n(l × w )i i（1）S式 （1） 中：

17、li 为各段道路长度， wi 为各道路通行权重， S为研究区域面积， A 为研究区域内的道路密度。一般来 讲，道路密度越大，表明此区域内路网越密集，通达性越 好。但如果密度过大，会造成道路用地重复建设，且容易 形 成 路 口 过 多 ， 反 而 影 响 车 辆 的 行 驶 速 度 和 道 路 通 行 能 力18。这就需要考虑道路服务指标。2.2.2 道路服务指数 在前人对乡村路网通达性的研究19中，提出了道路临近性的概念，用距道路一定距离内农村居民点的面积比重来 表 示 ， 居 民 点 面 积 越 大 ， 比 重 越 高 ， 表 示 道 路 临 近 性 越 好，通达性也越好。而对于城市道路交通

18、网络，由于城市 建成区覆盖率高，基本不存在不属于城市建成区的农田等 其它区域，反而由于城中村、老式大型封闭式工业厂区或 者其它历史自然因素，形成大面积的距城市道路超过一定 距离的建成区，这些建成区的道路临近性很差，属于城市 中通达性较差的区域，为了区分距离道路不同距离的建成 区 的 这 种 通 达 性 上 的 差 异 ， 本 文 提 出 道 路 服 务 指 数 的 概 念 ， 以 距 道 路 一 定 距 离 的 缓 冲 区 作 为 道 路 所 能 服 务 的 区 域，计算此区域所占面积占区域总面积的比重，作为此区 域的道路服务指数。在服务区内，根据距离道路的远近， 对通达性的影响权重各异，而超

19、过一定距离，通达性权重 为 0。此模型算法为：HUMAN GEOGRAPHY Vol.29. No.5 2014/1089B = i = 1Ei - Min(Ei )n(s × w )i iQ =× 100（7）× 100%（2）iMax(E ) - Min(E )Sii式 （2） 中： si 为各级服务区域面积， wi 为各级服务区域权重， S 为研究区域面积， B 为研究区域内的道路服务指数。 由于在道路服务区的生成中，首先需要根据不同等级 的道路以其宽度生成面状格式的道路，在其中已经考虑到 了道路等级造成的差异，因此在生成道路服务区时，对于不同等级道路的服务

20、区缓冲深度不再加区分。 对于同一片区域，在相同的道路密度下，更高的道路服务指数，表明此区域道路布局更合理、服务更便捷、通 达性也更高。2.2.3 路网连接度 路网连接度是考察交通网络中节点联接情况的重要指标，可以从整体上反应交通网络的布局形式，其定义为研 究区域内各节点间依靠道路相互连通的强度20。这项指标通 常用于大范围区域公路网络的研究，在对城市交通网络进 行研究时，需要对计算公式进行一定修正，修正后的公式 如下：最终结果中，节点可达性归一化指数越大，表明该节点到道路交通网络中其他节点越容易，可达性越好。2.3 数据获取与处理2.3.1 基础数据以 2012 年西安市城区交通图为底图，通过

21、 ArcGIS 软件 进行矢量化，共提取出总长度 2551 km 的城市道路，其中快 速 路 130 km， 主 干 道 596 km， 次 干 道 1002 km， 支 道 823 km。利用 ArcGIS 网络分析模块，并根据西安市道路的实际 情况，生成 2461 个路口节点。利用 Fishnet 工具，将研究区 域划分为 43×40 个 1×1 km2 网格，用于叠加分析 （图 1）。C = i = 1 i 2Mnm=（3）NN式 （3） 中： N 表示路网总的节点数，也就是城市道路总的路口数， M 表示路网总边数，也就是城市道路总的道路段 数， mi 表示第 i 个

22、节点所邻接的边数，也就是第 i 个路口所连接的道路段数。 路网连接度指标从宏观上反映了交通网络的成熟度，连接度越高，表明路网断头路越少，成环成网程度越好21。2.2.4 可达性 传统的可达性是指区域内某一节点经交通网络到其他所有节点的最短距离之和22，从节点在区域交通网络中的地 位因素考察节点的通达性23。可达性分为空间距离可达性和 时 间 距 离 可 达 性 。 此 距 离 越 短 ， 表 明 该 节 点 的 可 达 性 越 好。而在具体研究中发现，基于普遍的地理临近性因素的 影响，距离接近的节点，其空间联系越频繁，对可达性因 子的影响也应该越高，而传统的可达性计算中，距离最远 的节点，其对

23、计算结果影响越大。因此，本文重新对计算 方法做了改进，在计算空间节点两两可达性矩阵时，对求 得的距离求倒数，以此作为两节点的可达性，这样距离接 近的节点，可达性越高。最终结果中，计算公式如下：空间可达性：图 1 西安市四级道路分布Fig.1 Map of Xi'an Four-class Roads2.3.2 权重分配在道路密度计算中，不同等级道路的权重，可简单视 为道路车道数的比值24，根据西安市四级道路的车道数，权 重分配为：表 1 不同等级道路密度权重表Tab.1 Density Weight by Different Classes of Road道路等级快速路主干道次干道支道

24、 权重0.40.30.20.1在道路服务指数计算中，首先要根据不同等级的道路宽度把线状道路转化成面状道路。不同等级的道路宽度， 根据中华人民共和国城市道路设计规范，结合西安市实际 情况，分别为：n1Dij = l ； Di = Dij（4）ijj = 1时间可达性：n1Eij = t ； Ei = Eij（5）ijj = 1表 2 不同等级道路宽度表Tab.2 Width by Different Classes of Road式 （4）（5） 中， lij 和 tij 分别表示节点 i 到 j 的最短空间距离和最短时间距离， Dij 和 Eij 分别表示节点 i 到 j 之间的可 达性， D

25、i 和 Ei 分别表示节点 i 的空间可达性和时间可达性。 为了便于比较，可对可达性进行线性归一化处理：道路等级快速路主干道次干道支道道路宽度（m）75403015Di - Min(Di )根据西安市的实际情况，将道路服务区的最大深度定为 300 m，认为超过 300 m 的区域，严重影响市民的出行意Pi = Max(D ) - Min(D ) × 100（6）ii90HUMAN GEOGRAPHY Vol.29. No.5 2014/102014 年第 5 期总第 139 期人文地理李乐乐，白建军，宋冰洁：西安市交通网络综合通达性研究愿和出行便捷性，需要增加道路。而 300 m 以

26、内，又可简单分为三级区域，分别赋予权重。权重分异，考虑到距离道 路越近，道路服务能力急剧增长，可认为是指数级增长， 为简化计算，最终确定为表 3。的高指数区域依然是最大的，而其他几个区域在各个方向上大小分布较为均衡。3.3 路网连接度模型西安市交通网络总体的路网连接度为 3.3，介于普通的方格道路网和环状道路网之间 ，表明西安市交通网络呈现复杂的环状与方格网混合布局形式，断头路较少。而从单 个网格区域看，与上述两个指标相比，路网连接度模型的 空间结构更加呈现出单中心的形式，老城区与高新区、小 寨等几个位于市中心的区域相互融合，形成最大的高指数 区域，无论是郭杜工业区、还是北郊、东郊区域、路网连

27、25表 3 不同距离道路服务区权重表Tab.3 Weights of the Road Service Area by Diffenent Distance道路服务区等级0m50m 50m100m 100m300m权重0.60.30.1在时间可达性计算中，需要用道路距离除以行车速度求得此段道路的行车时长，根据中华人民共和国城市道路 设计规范，结合西安市实际情况，采用表 4：接度都明显呈现退化、并与西郊、南郊路网连接度相当、形成了如图 4 所示的一中心、五个方向的圈层结构。3.4 可达性模型3.4.1 空间可达性在所研究的 2461 个节点中，基于最短空间距离倒数的 可达性最优节点位于老城区内回

28、民坊的红埠街西口，其后60 个可达性最优节点都位于老城区内。可达性最差的节点 位于市区至东北市郊新合镇的公路末端，其后 65 个可达性 最差节点都位于市区至东北或西北郊的出市公路上。空间可达性空间格局，通过对节点空间可达性数据进 行插值分析，结果呈现典型的单中心多圈层形式分布，如 图 5，可达性指数呈递减趋势向外扩展，仅在北、西、西 南、南、东五个方向、沿道路递减幅度较小，与道路网络 布局基本吻合。同时在东南方向，由于白鹿原的高地地形 阻挡，可达性指数衰减最快。3.4.2 时间可达性 基于最短时间距离倒数的可达性最优节点位于西五路北新街路口，其后 100 个可达性最优节点都位于二环内。可 达性

29、最差的节点位于西北郊渭河滨河公路上，其后 100 个可 达性最差节点都位于市区至各个方向的出市公路上。时间可达性的空间格局，通过对节点时间可达性数据 进行插值分析，结果显示可达性高的地域基本沿二环三环 两条快速路和各主干道分布，体现出高等级道路对时间可 达性的重要影响。从图 6 中可明确识别出二环、三环两条快 速路以及未央长安路、朱宏太白路、大庆长乐路、 昆明咸宁路等多条主干道。同时由于市中心的主干道分 布较密，因此整体的可达性仍呈现由中心向四周递减的趋 势。3.5 综合通达性 道路密度、道路服务指数、路网连接度、空间可达性和时间可达性分别从路网的长度、布局、连接结构、等级 分配等不同方面反映

30、了西安市的交通网络通达性水平，但 各指标均存在一定的局限性，很难通过一张图完整反映西 安市通达性的整体格局，为了综合性地描述西安市道路交 通网络的整体空间格局，本文采用计算综合分值的方式进 行分析。首先将各个指标进行标准化处理，对于前三个指 标，对数据进行 0100 的线性标准化处理，对于后两个指 标 ， 使 用 西 安 市 域 格 网 中 心 点 阵 ， 提 取 插 值 分 析 后 的 数 据。这样，每个格网都有相应的指标值，然后按各指标权 重值为 1 进行相加求得综合分值，所得综合通达性指数分值表 4 不同等级道路行车速度表 Tab.4 Traffic Speed by Different

31、 Classes of Road 道路等级快速路主干道次干道支道行车速度（km/h）806040203 结果与分析3.1 道路密度模型西安市道路交通网络中道路密度最高的区域，一是明 城墙内部的老城区，其道路密度全部达到了最高等级。老 城区位于西安市的市中心，是西安市的商业中心，现行的 西安市建成区正是从老城区发展而来。二是位于改革开放 后经过规划的高新区，然后是位于城市西南方向的郭杜工 业区，是 2000 年以后经过规划的高新工业区。道路密度最低的区域、主要位于城市的西北和东北两 个区域，这两个区域是西安市农产品的主要供应地，在过 去的几十年中，未曾建立基本的城市道路体系。如图 2 所示，西安

32、市道路密度的空间结构，具有明显的 多中心结构，三个中心从东北西南方向排成一条直线。而 在次一级的道路密度指标中，又拥有东郊、北郊两个次级 区 域 ， 这 两 个 区 域 也 是 西 安 市 未 来 几 年 重 点 规 划 发 展 的 区域。3.2 道路服务指数模型 西安市道路服务指数模型，与道路密度模型相比，老城区、高新区、郭杜工业区三个高指数区域依然存在，如 图 3 所示，同时多了电子城、小寨、南三环、东二环东部、 东郊纺织城、北郊红旗厂几个区域，这几个区域是建国以 来，至八十年代重点建设的区域，道路网络完整，道路分 配合理，目前依然是西安市的几个次一级商业中心区域， 因 此 在 道 路 密

33、 度 相 同 的 情 况 下 取 得 了 更 高 的 道 路 服 务 指 数。而道路服务指数最低的区域，是西安市的西北区域， 这个区域由于是汉长安城遗址所在地，依然被列为限制开 发区域，而东北区域，随着西安国际港务区和浐灞生态区 的建设，道路由乡村道路升级为城市道路，取得了较高的 道路服务指数。从道路服务指数的空间结构来看，与道路密度相比， 呈现出一种介于单中心与多中心的结构形式，位于老城区HUMAN GEOGRAPHY Vol.29. No.5 2014/109150越高，表明此区域通达性水平越高，反之则越低。如图 7 所示，综合通达性分值呈现明显的单中心多圈层 结构，通达性从西安市中心向市

34、郊递减，且在北、西南两个方向延伸幅度最大，其次是东、西、南三个方向。东南方向递减速度最快，其次是西北、东北方向。最低值依然 位于整个网络的最外围。图 2 西安市道路交通网络密度分布Fig.2 Map of Xi'an Road Network Density图 3 西安市道路交通网络服务指数分布Fig.3 Map of Xi'an Road Network Services Index图 4 西安市道路交通网络连接度分布Fig.4 Map of Xi'an Road Network Connectivity图 5 西安市道路交通网络空间可达性插值分析Fig.5 Xi&#

35、39;an Road Network Spatial Reachability Interpolation图 6 西安市道路交通网络时间可达性插值分析Fig.6 Xi'an Road Network Time Reachability Interpolation图 7 西安市道路交通网络综合通达性分析Fig.7 Map of Xi'an Road Network Comprehensive Accessibility92HUMAN GEOGRAPHY Vol.29. No.5 2014/102014 年第 5 期总第 139 期人文地理李乐乐，白建军，宋冰洁：西安市交通网络综合

36、通达性研究American Institute of Planners, 1959,25(2):73-76.4 Johnston R J. Dictionary of Human GeographyM. Oxford: BasilBlackwell, 1994:2.5 李平华,陆玉麒.城市可达性研究的理论与方法综述J.城市问题,2005(1):69-74.6 Javier G, Rafael G, Gabriel G. The European high speed train net- work: Predicted effects on accessibility patternsJ. J

37、ournal of Trans- port Geography, 1996,4(4):227-238.7 Xuan Zhu, Suxia Liu. Analysis of the impact of the MRT system on accessibility in Singapore using an integrated GIS toolJ. Journal of Transportation Geography, 2004,12:89-101.8 Murayama Y. The impact of railways on accessibility in the Japa- nese

38、urban systemJ. Journal of Transport Geography, 1994,2(2):87-100.9 金凤君,王姣娥.20 世纪中国铁路网扩展及其空间通达性J.地理 学报,2004,59(2):293-302.10李沛权,曹小曙.广佛都市圈公路网络通达性及其空间格局J.经 济地理,2011,31(3):371-378.11曹小曙,薛德升,阎小培.中国干线公路网络联结的城市通达性J.地理学报,2005,60(6):903-910. 12潘裕娟,曹小曙.乡村地区公路网通达性水平研究以广东省连州市 12 乡镇为例J.人文地理,2010,25(1):94-99.13Zak

39、aria T. Urban transportation accessibility measures: Modifica- tions and usesJ.Traffic Quarterly,1974,28(3):467-479.14Shen Q. Spatial technologies, accessibility, and the social construc- tion of urban spaceJ. Computers, environment and urban systems,1998, 22(5):447-464.15Kwan M P, Murray A T, O'

40、;Kelly M E, et al. Recent advances in ac- cessibility research: Representation, methodology and applications J. Journal of Geographical Systems, 2003, 5(1):129-138.16杨涛,过秀成.城市交通可达性新概念及其应用研究J.中国公路学报,1995,8(2):25-30. 17曹小曙,阎小培.经济发达地区交通网络演化对通达性空间格局的 影 响 以 广 东 省 东 莞 市 为 例 J. 地 理 研 究,2003,22(3):305-312.18范科红,李阳兵,冯永丽.基于 GIS 的重庆市道路密度的空间分异J.地理科学,2011,31(3):365-371. 19李星星.中山地区乡村路网通达性评价研究D.西安:西北大学2012. 20杨涛.公路网规划M.北京:人民交通出版社,1997:122-150. 21武晓晖.城市道路网合理性研究D.成都:西南交通大学,2008:8-18. 22吴威,曹有挥,梁双波,等.中国铁路