第四章公路网布局的常用方法及其特点

第四章郑州市公路网布局规划研究公路网布局的常用方法及其特点纵观交通规划的发展史，公路网布局的方法主要有四种，即专家经验法、OD流向流量法、节点重要度法和交通区位分析法，其中OD流向流量法和节点重要度法目前较为常用。而交通区位分析法是一种较新的布局方法，各种布局方法的特点简要分析如下。4.1.1专家经验法专家经验法是在区域交通规划前期所采用的主要布局方法，主要是根据权威专家与当地专家、领导的经验来确定道路的走向，从而确定整个道路网络的分布，这种方法完全依赖于专家和领导的经验，依靠主观定性分析来判断，缺乏定量分析的科学依据，但在定量预测难达要求的精度时，还往往要依靠专家的经验来弥补其不足。4.1.2OD流向流量法OD流向流量法是从微观出发，以定量分析为主导，以路网上的交通流现状OD调查为基础，从微观经济学的基本原理出发，运用系统的原理与方法，研究区域经济在时间上和空间上的发展对交通需求的影响，通过交通需求的集中发生预测、OD流分布预测、运输方式分担预测和路线交通量分配预测把公路网的布局同规划区的经济发展有机地联系在一起，是目前常用的布局方法。其工作流程图如图4-1所示。OD流向流量法的主要缺点在于：第一，交通小区划分以后，以小区的质心来代替小区，即以点代面，把小区上的所有交通活动均视为在质心这一点上进行，把面与面上的交通出行简化为点与点上的交通出行。这种以点代面的合理性就值得怀疑。第二，OD流向流量布局法在进行交通分配，即路线交通量预测时，采用现状路网信息来标定分配参数，并以它作为未来交通量分配的依据，不考虑规划期内路网的变化，这种静态的考虑方法显然是不符合实际的。第三，为获得基年的小区OD资料，必须进行大规模的OD调查，需要耗费大量的人力、物力与财力，并不经济。第四，该方法是在研究城市交通规划中产生的，将其应用于公路网规划中，还有一些有待于解决的问题。否规划区社会经济背景、政策分析否规划区社会经济背景、政策分析交通小区划分交通需求产生预测交通分布预测方式划分预测交通分配预测交通主流线形成路网布局满意最终布局方案小区经济资料各交通方式特性基年OD分布路网信息是图4-1OD流量流向布局法流程图4.1.3节点重要度布局法节点重要度布局法的基本思路是通过规划地区的运输集散分析，选择交通运输节点，并运用与交通密切相关的多个指标来综合评价节点的重要程度，通过聚类分析，根据各节点的重要度，将其分成不同的层次，其目的是确定节点功能的强弱，从而确定不同层次路线的主要控制点，在路线的选择与优化上，建立路线重要度的概念，并以路线单位里程重要度最大做为优化目标，确定路线的基本走向，得出路网重要度最大树，最后通过定性与定量相结合，进行加边连线得出规划地区的道路网络图，结合专家经验修改调整得出合理布局。其整个工作思路为点→线→网的布局过程。具体布局流程图如图4-2所示：运输集散点分析运输集散点分析节点选取满意节点重要度计算节点层次划分路线重要度计算逐层求解路段重要度最大树路网重要度最大树满意满意最终合理布局方案经济指标聚类分析专家经验否否否图4-2重要度布局法工作流程图节点重要度布局法的主要特点在于通过引入节点这个概念，认为交通运输发生在节点上，并按节点的重要度将节点划分为不同的层次，这符合区域经济学中以点带面，逐层辐射的经济发展规律，正是区域经济学中增长极模式与梯度发展模式在交通规划中的体现；其最大的不足在于节点重要度是一个动态的概念，但一般的规划布局中按静态的方法来计算节点的重要度，这在两节点集散功能相差很大时虽然不会影响聚类分析中的聚类结果，但对两集散点未来重要程度的差别没有明确的则很难通过量化来区分。交通区位分析布局法交通区位分析布局法是在交通区位论的基础上发展起来的一种新兴的路网布局方法。它从运输产生的源头出发，找出规划区域内交通产生的高发地带，这个交通高发地带就是我们通常所讲的交通区位线。具体地说是通过对规划区域的经济地理特征、经济发展模式和资源的分布，需求情况的分析，结合规划区在全国的地位，从根本上找出交通产生可能性最大的地带，以此作为路线布局走向的依据来布局交通干线。这种方法布局的路线不仅在运输上是必要的，而且经济上也是运费最低的。交通区位分析布局法的最大特点是从交通的源头出发，强调交通对经济发展的引导作用，适合于区域的远期交通规划，但它是一种宏观的布局方法，当规划区域较小，或等级较低时无法很好地处理。4.2公路网布局规划的原则和总体目标4.2.1布局规划的指导思想坚持以邓小平理论和党的基本路线为指导，以率先基本实现现代化目标统揽全局，紧紧围绕《郑州市国民经济和社会发展“十五”计划和2010年远景规划的总体思路》的战略部署，与郑州市的社会经济发展格局和生产力布局相适应，结合全国、全省“十五”公路网的长远发展战略和建设大郑州的要求，按照可持续发展的要求，完善郑州市公路网，实现社会、经济、资源、环境和公路交通系统之间协调发展。4.2.2布局规划的原则（1）系统规划、综合考虑公路网规划要与社会经济发展规划、城市总体规划及土地利用总体规划相协调、相互衔接；并与生产力布局和综合运输发展相适应；满足政治、国防、经济发展、人民生活对交通运输的需要。（2）因地制宜、合理布局立足于郑州市的实际情况，充分利用郑州市所处的区位优势和资源优势，从“大郑州”、“大交通”的地位，合理布局，以适应国家西部大开发的需要，成为沟通华北、中南、华东、西北往来的陆路交通纽带。（3）坚持定量计算与定性分析相结合的原则，体现布局规划的科学性要坚持实事求是，做到定性分析与定量计算相结合，模型建立与专家经验相结合，以达到科学性与实用性相统一。（4）经济效益与社会效益相结合考虑建设与投资的可能性和公路网的效益，处理好近中远期的关系，坚持规划目标明确，建设资金安排合理。（5）突出重点，兼顾一般，协调发展新建与改建相结合，两者并重，干线（重点）与支线（一般）相结合，以干线为主。4.2.3布局规划发展的总体目标以“促进社会持续和谐发展”作为基本目标，使公路网布局能在调整生产力布局、优化土地利用形态、保持区域社会经济及环境和谐发展方面发挥作用。参照全国公路网布局统一规划，根据郑州市社会经济发展战略以及生产力布局和发展综合运输的需要，以郑州市公路网现状可持续评价为基础，得出郑州市公路网布局规划发展的总体目标为：到2005年，公路网由弱可持续发展转为基本可持续发展；到2010年达到较强可持续发展；在2020年达到公路交通的强可持续发展，实现社会经济持续、和谐发展。分阶段目标如下：（1）2005年，公路网总里程6437公里，干线公路网总里程1303公里，公路网密度公里/百平方公里。形成以郑州市为中心的环形放射状的主干线公路网络，初步完善地方公路网络。（2）2010年，公路网总里程6952公里，干线公路网总里程1475公里，公路网密度公里/百平方公里。形成一个快速、便捷、畅通、安全、经济的快速干线骨架网络系统和完善的地方公路网。公路网布局方法根据前述布局规划指导思想和总体目标，坚持可持续发展的思想，发挥交通对区域经济发展的主动引导作用，通过路网调整来引导地区的产业和人口分布。在对郑州市未来社会经济发展战略分析的基础上，结合郑州市在全国的区位优势和郑州市的远景城镇规划，资源分布，结合前面提到的四种常用布局方法的优点与缺点，可确定采用区位分析法对郑州市公路网进行区位分析，同时采用重要度法进行布局优化，做到定性分析和定量计算相结合，实现最优布局，使郑州市社会经济实现可持续发展。郑州市交通区位线分析4.3.1交通区位线的形成机理分析交通现象是一种经济地理现象，影响这种经济地理现象的因素有三种：地理因素、社会经济因素和科学技术因素。其中地理因素主要指山文、水文、资源和城市的分布等，其主要贡献交通网络的地理联系特性，具有千年、甚至亿年不变的特性；社会经济因素主要是产业形态及其发展，其主要贡献交通网络的运输方式和线路等级特性，具有百年或几十年不变的特性；而科学技术因素是指技术创新，其主要贡献交通网络的效率和质量特性，顶多只具有十年不变性。在一个区域的交通影响因素中，地理方面的影响因素是变化最慢的，其影响也是最深刻的。根据哈肯的慢变量支配快变量的伺服原理，一个地区的交通运输网，最终是由其地理方面的因素即山文、水文、资源和城市的分布等决定的，因为它们的共同作用决定了地区内或地区间物流与人流的大致流向，这种由地理方面的因素所决定的区域物流与人流的大致流向即为我们通常所讲的交通区位线。所以交通区位线是指交通现象在地理上的高发场所，是一条大概率发生交通的原理线，并不一定是现实中存在的公路或铁路等实体交通干线，但随着经济的发展，在时机成熟时，交通区位线最终都将变成公路或铁路等交通实体线。对交通区位线的构造，凸显主要作用的因素有很多，但主要有以下几种因素：（1）政治因素任何国家都是一个相对独立的区域，要使国家统一，民族团结，就必须要保证国家各分地域的物质、信息、能源能得到有效的交换，所以，在各地域的经济、政治中心之间就存在交通区位线，这种交通区位线一般来讲与行政区划是同构的，因此各级别地域的交通方式也是一种分层次的自相似结构。（2）经济因素①邻近同级别城市间的联系。邻近同级别城市间的交通需求，既是城市为适应自身开放，促进自身比较优势发展的需要，同时也是城市共同走向更大的经济规模化、一体化的需要。所以，在这种邻近同级别城市间，存在同其经济合作程度相协调的交通原理线。②海港拓展经济腹地，海港的大小决定于其经济腹地的大小，在海港与其经济腹地之间，存在大量的物质交换，客观上要求形成交通区位线。③城市圈中各城市间的互补联系。城市圈中各城市之间有很强的互补依赖关系，从而使城市圈地域间的生产力水平处于生产力的高度规模经济时期，这时，要求用交通区位线将城市圈中各城市连通起来，以实现各城市间的物质，能量交流。④拓展经济的规模。区域经济学研究表明，适当增大资源的开发规模，可降低开发成本和运输费用，形成规模经济效益。增大经济规模的最佳方法是通过交通区位线将散布的资源产地联系起来，从而形成规模效益。所以，在分散的资源产地之间也存在交通区位线。⑤生产与市场的一体化。对于重要的生产力水平高的产品，其生产点与市场之间应有直达的交通，交通的规模应与生产地及市场的规模相适应，以降低运输成本，这时生产地与消费地之间存在交通区位线。⑥旅游规模化的要求。旅游是以线路的形式销售的。因此存在将已有的，潜藏的旅游景点组成一条尽可能包括景点多，且不重复的旅游交通区位线，并与相应的交通线配合，衔接。⑦防灾、减灾的需求。在大江大湖的两边，存在沿江河的交通区位线，这种区位线不仅是河区发展的需要，也是防灾、抗灾、减灾的要求。交通区位线分类按交通区位线的走向分，可分为交通区位径线、交通区位射线和交通区位环线。（1）交通区位径线图4-3交通区位径线示意图交通区位径线是区域交通区位纵线（南北向）与交通区位横线（东西向）的总称，其主要功能是沟通区域内部生产要素聚焦的流通线。一般来说区域纵向与横向最长的交通线会在区域经济中心正交，从而使得通过两条交通线吸引到地域中心上的生产要素的能力达到最大。在做地域交通区位径线规划时，通常的做法是以地域中心引纵向与横向垂直相交的惯穿区域的直线形成一级交通区位径线，如图4-3中的L1和L2。该区域交通区位线吸引带宽为2b。然后在较长的径线L1上以地域中心O为分点，两侧各处作与L1、L2垂直相交的区位线L3、L4、L5、L6，形成二级区位径线，依此类推，可作出第三、第四、第五级交通区位径线，当然上述各级交通区位径线可根据实际上的地形情况，城市和人口分布、经济格局来适当加以偏离。图4-3交通区位径线示意图（2）交通区位射线交通区位射线是指从某级区域中心出发，向其腹地延伸的交通高发带。如果说交通区位径线主要考虑交通的吸引特性，即如何最大限度地将区域物资吸引到各级中心，那么交通区位射线主要考虑的是交通的运输特性，是强调经济地理及人文地理方面的因素对区位线的影响，特别是经济、政治等因素的影响。交通区位射线是有其存在机理的，因为地域能否由自然属性系统转化为社会经济系统的根据是地域内部是否存在物质与信息的内交换，这种交换是通过交通将各级地域中心联系起来，形成一个与区域行政管理同构的交通区位线网络。地域中心一旦确定，城市的聚集效应、规模效应和乘数效应将带来空前的机会利益，在这个背景下，社会需求把两正交交通线吸引带没能覆盖的地域通过新交通线把它聚集到地域中心来，以便形成更强大的聚集效应和规模效应，于是就出现了以大、中城市为中心的交通辐射区位线。根据交通区位学的研究，当一个中心有七条交通线交汇时，系统的总运费是最低的。（3）交通区位环线交通区位环线主要有城市交通区位环线、城群交通区位环线和环水域交通区位环线三种。城市交通区位环线是由于城市工业发展的规模效应产生高生产力迫使城市扩胀而形成大型或巨型城市。它会使周围物质与人流向城市中心集聚，使得市中心的集聚压力过大，抵消聚集的极化效应所带来的好处，影响城市的进一步发展。区域进一步发展要求在大型城市周围设立分中心来分担中心城市的某些功能，以减轻城市的集聚压力，这种分流功能要求用交通区位射线将中心与分中心联系起来，用交通区位环线将各分中心联系起来，使其仍如一个有机的整体，从而把由城市中心向郊区呈现峰形特征展开的聚集力均化为峦形。其均化效果如图4-4所示：图4-4绕城区位环线均化市中心聚集力示意图城群区位环线是指当生产集中到一定程度时，社会分工越来越明显，以致于社会分工扩大到相距不远的城市与城市之间，此时，生产进一步发展要求各城市之间在生产上、经济上互相配合，形成一个互补性很强的城市群落。城市群一旦形成，城市间物质、能量交流很大，客观上要求用交通干线将城市群联系起来，而沟通各城市间的交通线呈环状时效应最大，这就是城群区位环线存在的必然性。环水域交通区位环线，是指在海湾地区，以及人口密集的大型湖泊周围存在一条环水域的交通区位环线。按地域层次交通区位线又可分为：区域外部交通区位线和内部交通区位线，其中区域外部交通区位线又包含州际交通区位线和国家背景中的交通区位线，而域内交通区位线只含规划区域内部（可以是国家省市、自治区、县等）的交通区位线。1）域境对外交通区位线域境对外交通区位线是由地域外部经济地理背景确定的，它可以是洲际交通区位线，也可以是国家背景下的交通区位线，因为任何交通现象都不是发生在一个封闭的系统中，任何系统交流、进化的前提条件是该系统是一个开放的系统，而且要求系统与环境之间存在很强的物质和能量的交换，也就是要求一个地域必须与别的地域有物质、能量、信息的交换渠道，这种渠道就是区域对外交通区位线。2）地域内部交通区位线地域内部交通区位线简称地区交通区位线，是由地域内部经济地理因素确定的地域内部交通区位网络的大致格局，其核心功能是通过交通运输（运输+通信）把地域组成一个统一的整体，形成系统。在构造郑州市交通区位线时运用如下交通区位原理和结论：①将地域自然属性的系统转化为社会经济系统的根据是使地域内部存在物质、信息的内交换（或内循环）。在内交换的过程中，将会使各种同质因素群聚统计运作进步到“器官”分工式的相干运作。在此进化形成系统的过程中地域还必须与外界进行物质、信息的交换。可见地域成为社会经济系统的本原根据就是：通过交通的作用，将地域分层次组成整体。整体性的测度标准是社会生产分工的深度、广度及联系性。追求事物的整体性，就是追求系统的系统性，也就是追求事物“牵一丝而动全身”的系统效应，这种系统效应能贡献“1+1≠2”的超额报酬率。地域经济系统进步的深层原因是系统的开放性，即系统与外部环境间进行物资、信息交换有足够的“强度”水平。因此我们在研究郑州的交通发展时，要恪守这样一条原理：利用交通联系在市（区）内将“巴掌”式分散经济发展成为“拳头”式规模经济，对外（省外、国外）必须强化其物流、资金流、信息流的交换渠道，并使“渠道”变大、拓远，以获得高额的报酬率，再将这高额报酬生成物作为催化剂参与到下一轮的经济反应中去，形成滚雪球式的超循环效应。②指定地域内部完成物质交换渠道使用的交通网络按什么样的特征去联系才能使其运作最有效？这种联系方式必须是一种自相似的几何分形结构。所谓自相似就是部分与整体间存在的相似性。几何分形的几何自相似是对网络而言的。交通运输网几何分形结构的构造中潜藏着冯·诺伊曼的大道定律法则：连接任二点间的交通走有曲折分形特征的大道比走二点间直线的小道要快速得多，也就是说具有几何分形结构的交通网络是实现随机取两点走大道的网络结构的保证体系。③由系统论可知，系统必须要有核，它是系统的调控中心。社会地理系统中，各级中心就是首都、省会（或首府）、地市、县等。凡从首都到各省的最捷径交通线都是最重要的一级交通线，各省份是国家下一级相对独立的系统。因此从省会到各地市节点间，以及各地市节点间用近似直线（夹角大于120°的折线，可认为是直线——从工程观点出发的）组成完全图型的网络。所有省会与所辖地市间联系的射线是省（区）内最高等级的内部区位线，所有省辖地市节点间的联系线形成省内高等级区位线。依此类推，地市与地市所辖县城间，以及所辖县城间也是如此进行同样区位线联系，其区位线级别需依次降低。④相邻同层次两区位射线（如地市到所辖各县城的区位射线）的两端节点，比其它相邻同层次中任一区位射线的端点的距离都近时，只要山文条件许可，就应将这些距离最近的断头路连接起来，这样就可变原来的树形区位网络为多回路的区位网络。这种多回路的交通区位网络结构不仅可保证交通运作时的节约性，还可大大提高网络的可靠性（国防应变、抗灾、抗恶性事故的能力）。⑤所有距离系统界面（如国界、省界）处最近的同层次的（区位线）节点都应连接成域境区位环线。通常这种环线主要目的不是经济所需，而是国家或地域统一所需，即国防、政治等目的所需。因为任何系统与环境的界面处都是系统最脆弱的地方，其强化的方法，就是使界面能成为一整体界面。这样的界面才能抵抗外界环境变化的冲击，才能在界面受到破坏时能及时自行组织完成破损修补。因此域境区位环线十分重要。它不是用经济学的理论去操作求得的。⑥交通区位线的变化主要受城市发展和特大资源发现的支配。这是因为城市是地域生产力的集中处，城市生产力的水平是域内生产力的顶峰，而且它聚集着巨大的财富，交通线资产值与城市聚集财富相比只是九牛一毛而已。再者交通线只是生产力的组成要素，要素地位是要受整体支配的。连接大市场与特大宗生产要素间的交通区位线必然受其市场、资源、资本、劳动和科技等结构和分布的支配。同类别的市场份额集中处与生产集中地间存在交通区位线，以实现生产——消费的经济循环链。这种区位线的重要程度受市场容量与产地生产容量的支配。⑦工业经济活动是运输量、交通量生成的重要因素，因此，较大的工业分布区的长轴线与另一个工业分布区的长轴线的最短连接线为工业背景区位线。⑧旅游业是一种无烟产业，因此重要旅游点会产生交通需求，各旅游点与所辖城市间应有射线交通，诸旅游点间应尽可能有环线相通，这种需求也是生成区位线的另一种因素。⑨区位线网络的结构，可根据节点分布情况按表4-1所示类型进行选择。表4-1基础交通网络特性分类及其经济交通应用范围表序号类型名称网络类型示意图经济及交通特性应用范围Ⅰ树型建设费用最省联接各节点的总里程最少统一路网可靠性极差运输量较小，全部节点贯通一体人口稀少（中国西部）及节点很小（县、乡级）的交通网络Ⅱ完全图型运输费用最省不中断运输可靠性最好各节点的运距最短各节点间运输量极大的情况下的交通网络图城市群落间的交通网人口高密度、大区间的交通网络Ⅲ星爪型爪型A点聚集完备的生产要素特别强通信及层次特性好一点的集散性好大城市（非特大城市）与卫星城市间的交通网络多个节点的大规模生产要素集中一点才能完成生产的地区地方航空网络县级交通网格（主要是通信业务性质的）海港腹地的交通网络星型Ⅳ环型两相邻节点间直达性好（注1）不中断交通的可靠性较好（注2）境域环线（有利国防力量机动性提高）沙漠，沼泽，湖泊等周围城市的交通网Ⅴ棘轮型直达性、可靠性等兼容性好环周围有极好的泄压作用能使聚集力匀化应用于大城市省会到大地级市间的交通网特大城市与卫星城市间的交通网络湖泊、海湾周围城市的交通网络续表4-1Ⅵ日目型日型建设费用和运输费用介于完全图型和环型图之间直达性和可靠性介于完全图型和树型图之间岛屿交通网络沙漠交通网络多湖区交通网络目型1：网络各节点间的直达性可以用平均径路长来测度2：网络的可靠性可用不形成两个独立网络的概率来测度郑州市交通区位线分析（1）郑州市整体区位分析郑州市位于中原腹地，黄河中下游，东接南京、连云港、西邻西安、北靠石家庄、南毗武汉，连接东西的亚欧大陆桥连霍线使郑州成为中国中段最重要的中心城市之一。贯穿境内的京广、陇海两大铁路干线和国道主干线京珠、连霍高速公路交汇郑州所形成的“＃”字形，干线路网，打开了联接东西、南北交通运输、连通全国运网的门户，使郑州成为沟通华北、中南、华东、西北地区综合运输网的中心，在全国生产力布局和经济发展中，居于承东启西，贯南通北的战略地位。发展中西部是国家的战略决策，为实现这项战略任务的保障系统中最主要的结构就是开发中西部的交通保障体系，同时西部的发展又是由东向西梯度式推进的，因此在我国东部（相对黑河—腾冲中线以东的地区）的中位地带存在一条南北向的“强大”得足以拟似海洋运输成本的交通线，即“拟海岸”线。这样首先可以解决东部地区的交通问题，使发展西部的必要条件得到必要的保障。使经济领域中的西部地区与海洋的距离大大缩短，才可提高整个西部地区的工业区位优势水平。而郑州正处在这条“拟海岸”线的中间位置，是东部向西部地区梯度推进的首经之地，具有突出的地理区位优势和交通优势。（2）郑州市过境交通区位分析从上述区位来看，郑州市无论是以世界范围还是从中国国内来看均处于有利的交通区位，根据所连接地域层次的不同，将郑州市的过境交通区位线分为两个层次，第一层次为洲际交通区位线，第二个层次为国家大背景中的交通区位线。第一层次：郑州市洲际交通区位线经济全球化的趋势要求洲与洲之间，国与国之间存在很多的经济、物质交换，以便充分发挥各自的产业优势，提高经济效益，这种频繁的物质交换要求洲际间存在一快速高效的运输系统。中国作为一个经济发展极，同世界经济发达极西欧，东北亚（即日本、韩国等）及东南亚经济发展极（新加坡、泰国等）之间存在强烈的经济协作、互补关系。所以在日本、中国、韩国与西欧之间的洲际交通线即由现在连云港～郑州～西安～兰州～霍尔果斯的亚欧洲际运输大陆桥承担。同时在新加坡、马来西亚、中国之间也存在一条东南亚经济极和东北亚经济极间的连线。即从新加坡～南宁～长沙～郑州～北京。这条线路还可由郑州向东延伸经济南～威海～汉城～神户～东京。第二层次：郑州市国家背景下的交通区位线郑州市位于中原腹地，处在连接东西，沟通南北的特殊地理位置，所以其国家背景下的交通区位线有两种，第一种是从首都北京出发途径郑州辐射到其它省市的交通区位线，第二种是华东途经郑州到西北地区的交通区位线。总的来说，途经郑州市的交通区位线有两纵一横。1）一纵是从首都北京到华南的交通区位射线大致位置为北京～新乡～郑州邙山区花园口镇～柳林镇～龙湖镇～新郑市～梨河镇～长葛市～广州（深圳），这条交通区位线是北京通向华南的重要通道，也是东南亚经济极（新加坡）～东北亚经济极（北京）大陆桥中国段的部分，其交通区位的重要性不言而喻。2）二纵是连通西北与中南地区的交通区位线在郑州段大致为洛阳～登封市～大金店镇，该线是西北与中南地区联系的大通道，也是将来中部区域经济干线的一部分，在开发大西部的背景下，该线的区位优势愈发明显。3）一横是从东部沿海到西北地区的交通区位线其位置为由连云港～中牟县～白沙镇～圃田乡～须水镇～豫龙镇～荥阳市～巩义市～洛阳～西北，该线纵贯东西，不仅是连接东西的重要通道和中西部地区的出海大通道，还是亚欧大陆桥中国段的部分，区位优势明显。上述区位线具体如图4-5所示。（3）郑州市市域交通区位分析1）郑州市区域经济发展模式分析郑州市位于河南省北部黄河南岸，东邻开封，西靠洛阳，北接新乡，南连许昌。下辖五市一县六区共12个区县，区域东西长约143km，南北宽约78km，总面积为7446平方公里。全区除郑州市一特大城市外，其余均为中小城市，不能形成规模效益，这种缺乏地区经济发展中心城市，生产力不能进行梯度转移，显然不适宜梯度推移理论发展为主。但郑州市的交通区位明显优势，为华北、中南、华东、西北等地联系的必经之地，所以过境交通的交通量较大，地区与外地的来往方便，则势必在交通干线上形成一个很好的公路产业带，形成郑州市经济发展的主轴，属典型的点轴开发模式。所以，结合郑州市的城镇规划，其经济发展战略应以点轴开发式为主，梯度推移为辅，即以郑州市作为经济发展主核，以中牟县城、郑州市区、荥阳市区、上街区、巩义市区一线和郑州邙山区、郑州市区、龙湖镇、新郑市区一线作为东西向和南北向的经济发展主轴。这两个主轴基本上沿G310线和G107线。以郑州邙山区～白寨镇～新密市区～牛店～登封市区作为经济发展次轴。这三条经济发展轴线均以交通干线为依托，基本覆盖郑州全境，将郑州市的主要中心城市与乡镇连为一体，且各轴线方向与过境交通的主流方向线的方向基本一致。轴线周围地区与外界联系方便，具有良好的集散条件，在经济发展上是有无可比拟的优势。郑州市经济发展在以点轴开发的同时，局部地区应利用梯度推移发展模式，即以市县为中心，重点发展一批中心城镇以增强轴线的辐射作用，使得郑州市经济发展由市县经济发展轴向次一级的乡镇、次干线逐层推进，从而使整个郑州市的经济得到均衡发展。2）郑州市市域交通区位径线根据前述的域内各类交通区位线的布设方法以及郑州市的经济发展模式，对郑州市各类域内交通区位线布设如图4-5、4-6所示。郑州市的交通区位线可概括为四纵三横三环二十七射。四纵由东到西依次为：1）万滩镇～中牟县城关镇～三官庙乡该线位于郑州市以东1/4处，1/4区位明显，且从中部贯穿中牟县全境，连接中牟县中部的几个乡镇，是南北交通大通道，同时也是一条重要的防汛公路。2）花园口镇～郑州市区～龙湖镇～新郑市区～梨河镇该线基本和国家背景下的一纵重合，为郑州市经济发展的纵向主轴，纵向贯穿郑州全境，是郑州市域纵向交通主轴线，交通区位非常明显。3）北邙～荥阳城关～新密市区～超化镇该线位于郑州以西1/4处，1/4区位明显，聚集效果好，且其贯穿荥阳、新密全境，为郑州市西部的重要运输通道，沿线还集中了郑州市的大中型企业，以及矿产资源基地，是郑州市经济发展的热点地带。4）巩义市区～北山口镇～唐庄～卢店镇～告成镇该线位于郑州市西部1/4处，1/4区位明显，其南北横跨登封巩义二境，为郑州市最西沿的南北纵向干线公路，联接京广、陇海两铁路上的许昌与孝义车站，对改善投资环境，发展西南部山区经济起到重要作用。同时这条线还是三点一线旅游的热点路线。三横从北到南依次是①狼城岗镇～东漳～花园口镇～古荥镇～广武镇～王村镇～汜水镇～河洛镇该线横贯东西，沿黄河布设，连接了沿黄河的所有乡镇，是黄河五（县）市区的防汛公路，在汛期对防汛物资的及时通达将起到重要作用，同时使人民群众的生命财产安全将得到更大的保障，对沿黄区县的经济发展起极大作用，同时该线亦是沿黄河旅游公路。②中牟～白沙镇～郑州市区～须水镇～荥阳市区～巩义市区该线横贯东西，连接郑州市五区县，是郑州市经济发展的横向主轴和连接东西的交通纽节。③三官庙～薛店镇～郭店镇～曲梁乡～新密城区～牛店～登封市区～清凉寺该线基本位于郑州南部1/2处，1/2区位明显，连接中牟、新密、登封三县市，是郑州市南部运输的大通道。4）郑州市域交通区位环线郑州市的市域交通区位环线有三条，具体如下：一环是指为减轻郑州市中心区生产、经济活动等过分集中，造成市中心压力过大，形成规模不经济而在郑州市周围用一条交通环线将郊区连接起来的交通区位线。这样既有利于分散中心市区的压力，还可促进市郊的发展，形成规模经济。同时，此环也是城乡结合的分界线，根据国内外其它城市的经验，郑州市对外公路应止于此环，同时城区主干道路和此环相连，避免外部交通向中心城区延伸而加大中心城区的交通压力。其具体位置：从国道107线南小李庄～马寨镇～须水镇～沟赵镇～接连霍线。郑州市二环交通区位线：其作用主要为疏散华北至中南，华东至西北的过境交通，避免对市区造成过大压力，此外，还将承担地区经济发展中心的过境交通。其具体位置在：西方为郑州～荥阳城关的1/2处，南方为郑州～新郑的1/4处；北方接连霍线；东方接京珠高速公路。郑州市三环交通区位线：主要作用是减轻郑州市中心压力，连接其卫星城镇，形成次极中心，加快梯度推进。其位置西为第三交通纵线，北为连霍线，东为第一交通纵线，南为第三交通横线。5）郑州市市域交通区位射线郑州市的区位射线主要为与行政隶属同构的区位射线，交通区位射线的数量是由区划地域层次和中心节点的大小确定的。区位射线可分为两极，一级区位射线有七条，是指郑州市向各市县政府所在地的连通线，二级射线有20条，指由各市县中心城市与其下属各中心乡镇之间的连通线，参见图4-6。它们具体是：七条一级交通区位线：1）郑州市～白沙镇～中牟城关2）郑州市～黄河游览区3）郑州市～荥阳城关～上街区4）郑州市～巩义市5）郑州市～新密城关～登封城关6）郑州市～龙湖镇～新郑城关7）郑州市～新郑机场二十条二级射线1）中牟～韩寺镇2）中牟～郑庵镇3）荥阳～广武镇4）荥阳～王村镇5）荥阳～峡窝镇6）荥阳～乔楼镇7）孝义镇～南河渡镇8）孝义镇～康店镇～回郭镇9）孝义镇～西村镇10）孝义镇～北山口镇～大峪沟镇～小关镇11）登封～颖阳镇12）登封～大金店镇13）登封～东金店乡14）登封～告成镇15）新密～大冶镇16）新密～超化镇17）新郑～薛店镇18）新郑～辛店镇19）新郑～梨河镇20）新郑～和庄镇以上二十条区位射线主要是与行政隶属同构，其理由就不言而喻了。（4）交通区位线的偏离交通区位线只是根据交通的产生机理分析得出的一条假想线，一般说来在交通区位线上建设相应的道路实体都会取得很好经济的和社会效果,但在交通区位线分析中所得出的交通区位线是在一定的无差异的地域背景层次分析中得出的可能产生交通的原理线，而实际地域是存在差异的，这种地域差异使得交通区位线的某些局部存在优化问题，即交通区位线的局部偏移。引起交通区位线偏移的因素可分为自然地理因素和经济地理因素，自然地理因素是指山文、水文、地质等因素，它所引起的偏离是指在现有的技术条件下，因自然地理因素的影响致使交通区位线不能经济地走直线而产生曲折变形或断开，自然地理因素引起交通区位线偏离的具体原则有1）区位线与山文线正交时，区位线应从最近的山口穿过；2）区位线与山文线尽端地区正交时，区位线应越过尽端处；3）区位线不应直接将两条或多条平行山文线的峡谷正交连通，而应沿狭谷曲折走出后再伸展；4）区位线穿过高原时应沿高原之中的低谷通过；5）交通区位线通过地面高度差大的地区时，应沿等高线逐渐变化展开；6）区位线与沙漠、沼泽、河流严重泛滥区正交时，或与有水坝区位的上游淹没区、海涂等地相遇时，区位线应绕行，绕行程度只要能保证交通线正常，安全运作即可；7）区位线应绕开河流的曲流区；8）区位线应绕开地质不稳定区，山崩与泥石流频发区和雪崩可能区；9）当湖泊阻碍区位延伸时，在绕湖里程不长而湖泊较浅时，采用绕行，否则只能用轮渡，架桥或筑堤；10）永久冻土带现暂不会有交通区位线通过，在半冻土带中应拉大东西横向区位线间的距离。考虑经济地理因素影响时主要有：1）全国性区位线应与城市群中的重权轴线重合，而区位线在与城群中的重权轴线重合时可能使自身曲折，从而产生偏离；2）大煤田、大油田等大型能源基地与最近的海港、河港间应有区位线相连，但它不一定能直接抵达水边，从而产生偏离；3）经济互补性很强的大中城市节点，选用折线或环线或星爪线连线后才会整合到全国性的区位线网络中去，故国家级区位线通过这类地区时，可能受这些折线、环线或星爪线的影响；4）区位线应从人口密集区中央穿过，从而可能产生偏离；5）应考虑相应级别区位线与人口迁移线路相重合；6）区位线应远离野生动物自然保护区，尽可能贴近旅游区，但不要破坏景观文化。郑州市位于河南省北部黄河南岸，伏牛山脉向黄淮平原的过渡地带，整个地区西高东低，由西南向东北倾斜，境内河流、水库众多，所以河流、水库、山岭是影响交通区位线偏移的主要自然地理因素；郑州市是有丰富的土地矿产资源和旅游资源，再加上城镇体系和人口分布，这些是影响区位线偏移的主要经济地理因素。（5）交通区位线的运输方式选择交通区位线只是一条大概率发生交通的原理线，只有把交通线建设在交通区位线上时，总体运输效益才能达到最好，至于选择哪种运输方式还须进一步分析。郑州市位于中原腹地，黄河南岸，区域东西长约143公里南北宽约78公里，总面积7446平方公里，从这个地域范围看只要路网发达，郑州市市域内部显然以公路运输为最佳，所以在郑州市市域交通区位线上只考虑公路运输方式。郑州市对外交通的运输方式主要由产业形态决定。随着经济的发展，我国已从以资源密集型产业过渡到以资源密集型产业和资金密集型产业并重的产业形态，并且在不久的将来必然要过渡到以资金密集型产业和信息密集型产业为主的产业形态，这种资金密集型产业在运输过程中，追求运费低廉已让位于缩短在途时间，加速产品流通，而只能用汽车这类小型的运输方式来实现门到门的运输。再者，出入郑州市的主要为西北地区到东部沿海港口货物的集散运输，加上集装箱在全球的普及，所以在华北到中南，西北到华东的交通区位线上均有存在公路交通的必要。4.4郑州市公路网布局4.4.1概述在对郑州市交通区位分析来看，郑州市公路网主骨架由五纵三横三环七条一级射线组成。但这仅是通过对郑州市的经济、地理特征、经济发展模式分析基础上所得出的宏观布局，对路线重要性只能予以定性描述，无法进行定量分析，同时对等级较低的县乡公路无法处理。因此应在上述宏观布局基础上对其进行布局和优化。公路网布局是根据区域内的生产力布局、自然资源分布和区域内的社会客、货流走向，在保证有效连通，满足运输需求的情况下，对区域内公路的线路、地位、功能及走向进行安排确定。其布局结果是未来公路网发展的战略蓝图，它在很大程度上将决定本市在规划年度内的公路建设方向和公路建设规划。公路网布局优化是对公路网布局的总体方案设计，它的主要内容包括公路网主骨架的确定、原有路线走向的必要改动或个别路段功能的降低与提高、各条路线技术等级的调整、新建路线的走向和技术等级的确定等。重要度布局法是在规划区域内分析运输集散点，选择路网节点，在将实际路网简化为抽象路网的基础上，选择能反映节点重要程度的各项指标，通过主成份分析修正分指标之间的相互关系，得出其权重，计算各节点的重要度，然后以此为基础，通过系统聚类分析，将节点分类，并运用图论求解路网的最优树，在路网最优树的基础上运用逐层展开路网布局的方法最终形成公路网布局优化结果。在重要度布局优化前，必须首先确定郑州市公路网规模和等级结构。4.4.2郑州市公路网规模的确定公路网的发展规模是社会经济发展水平的重要标志。公路网发展规模的大小，决定区域交通的便捷程度，直接关系到经济的发展和社会文明的进步。一般说来，公路建设是不可逆的发展过程。公路网总是随着时间的延伸而不断增长的，对于郑州市来讲，公路建设虽有一定基础，但是由于受政治、经济、地理等方面的影响，在不同的时间不同的地点，公路建设又出现不同的速度和不同的侧重，通常是长度导向和等级导向交替进行。从量上确定公路的合理发展规模，就是要确定公路的通车总里程及其各等级公路里程所占的比重。合理只是一个相对的概念，是在给定条件下达到预期目标的一种结构优化组合。公路网发展的合理规模，应以能在一定程度的服务水平上满足交通需求并使建设费用最省为目标，在此前提下，可以确定规划期内公路网发展建设的总里程。并对其等级结构进行优化配置，从而得出投资最省，能满足一定服务水平所需要的各等级公路里程组合方案，为公路项目的建设安排提供依据。因此，公路网发展的规模应与经济发展的每个阶段相适应，对郑州市而言，是在适当增加公路通车里程的同时，重点提高公路的技术等级和服务水平，以达到促进区域经济发展，满足交通需求的目的。（1）郑州市公路网发展合理规模的确定一般说来，在社会的发展进程中，由于受多种因素的影响，各地区土地利用的开发模式，社会经济活动的空间组合并无统一标准，因此，公路发展规模的量化模型也就不能够通过严格的数学推导来获得。但对于一个特定的区域来说，其公路发展却是有规律可寻的，我们可以从历史的发展轨迹，未来社会经济发展要求，建设资金的限制和运输需求的发展等多个方面进行分析，考察公路规模的增长模式，从而建立多种模型，最后通过系统分析来加以综合确定。对郑州市来讲，从整体上看，必须要先考虑干线公路网的主骨架作用，在干线公路网的基础上，匹配相应的县乡公路和乡村公路，从而共同组成一个层次合理的公路交通网络体系，所以，在进行郑州市公路网规模的合理发展预测时，分别对郑州市的干线公路网规模和公路网总规模进行预测，再从中分离出县乡公路和乡村公路的合理发展规模。郑州市1985-2001年的公路网总规模及干线公路网规模历史数据如表4-2所示：表4-2郑州市公路发展指标年份干线里程(km)总里程(km)客运量(万人)19855672799501419865742901523619875713068542219885643214558619895953385602219905953496641219915933800563819925933831620819935934484640119946834719659319957445215778919967675557833319977635848937919987635996993519997636044104032000956610811389200112129根据郑州市的历史数据代入各种预测模型并进行可靠度检验，最终确定用指数平滑、弹性系数法、Logistic模型和灰色系统模型来预测郑州市公路网的发展规模。1）指数平滑模型这里采用二次指数平滑模型：Y全（2000+T）=5587.0+153.1Tα=3Y干（2000+T）=Tα=2）弹性系数法根据郑州市历史数据，郑州市1985-2002年间公路总里程与客运量的增长率如表4-3-1所示；干线总里程与客运量的增长率如表4-3-2所示：表4-3-1郑州市公路总里程与客运量的弹性系数表年分增长率1985-19861986-19871987-19881988-19891989-19901990-19911991-19921992-19931993-19941994-19951995-19961996-19971997-19981998-19992001-2002总里程1.0364客运量弹性系数1985-1990年平均值(1.006)1990-1995平均值(1.0488)1995-1999平均值(0.9654)表4-3-2郑州市公路干线里程与客运量的弹性系数表年分增长率1987-19881988-19891989-19901990-19911991-19921992-19931993-19941994-19951995-19961996-19971997-19981998-19991999-20002000-20012001-2002干线里程1.00001.00001.00001.00001.00001.0000客运量弹性系数0.9590.9790.9391.1330.9080.9701.1180.9220.9640.8840.9440.9551.1440.9460.9401985-1990从上述郑州市客运量与总里程的弹性系数可以看出，郑州市总里程与客运量的弹性系数是先增大后减小的，这正是公路网建设中提高等级与扩大规模交替进行的见证。当公路网处于提高等级时期，路网总里程增长不大，但由于网等级的提高，客运量增长很快，此时弹性系数较小；但当公路网处于扩大里程时期，则客运量的增加主要是由公路里程的增长带来的，此时弹性系数较大由表4-3-1可知，近几年总里程与客运量的弹性系数在0.96左右，但由于到2005年郑州市的第一层次公路网骨架要基本形成，再根据表3-4-2可以预知在此阶段干线里程的增长速度应高于客运量的增长。而郑州市公路密度2001年已达到公里/百平方公里，远高于河南省的公里/百平方公里的水平，而公路网等级为3.25,可见其总规模是领先的，但平均网等级较低，所以郑州市未来十年内公路建设主要以提高公路的技术等级为主，公路里程与客运量的弹性系数将进一步减小（但干线里程与客运量的弹性系数在2001-2005期间将有所增长），根据近十年的数据分析，假设未来十年的发展趋势与近十年相同，郑州市公路总里程及干线里程与客运量的弹性系数在2001-2005年期间分别取，2006-2010年期间。（由于1999年和2000的总里程统计有出入，所以在分析郑州市公路总里程与客运量的弹性系数时没采用这两年的数据）3）Logistic模型Logistic模型是根据郑州市公路里程历史数据分析所建立的时间序列模型。R=0.97014）灰色系统模型通过对郑州市干线网的历史数据分析，可用灰色系统来拟合其发展轨迹，并进行趋势外推，用灰色系统求解时。其发展灰数为α=-E-02，其内生控制灰数U=利用上述模型将郑州市的相关预测数据代入，可预测得郑州市未来公路网的规模如表4-4所示。表4-4郑州市公路规模预测表预测年指数平滑弹性系数Logistic推荐值2000全路网5887601062626108干线网—*2005全路网629566626437干线网—14831123*13032010全路网7118651872206952干线网—15361414*1475其中带*为灰色系统模型计算值从表4-4中所预测的数据可以看出，近年即2000年的预测数据普遍偏小，这主要是数据样本取得较多，前期数据影响较大的而前期公路发展相对缓慢的缘故。如果取较少样本，则会丢失公路网规模扩大与等级提高交替发展的信息，造成中远期公路网规模预测值过大，显得郑州市公路网在将来是提高等级与扩大规模并重的现象，这样不但会与郑州市公路发展战略相悖，而且会形成建设任务过重，而建设资金和施工力量有限，无法在相应的规划期内完成。经综合比较，在郑州市公路网规模的预测推荐值上，2000年以现状数据为准，2005年和2010年由多种预测结果取平均值确定。（2）郑州市公路网等级结构优化公路网的等级结构是指公路网中不同等级公路的组成情况，从量上反映公路网等级结构就是确定各等级公路里程所占的比重。不同技术等级的公路组合会形成不同的公路网等级结构，其结果对郑州市经济发展及路网交通状况会产生不同影响。因此在公路网总里程确定后，须按郑州市社会经济建设发展计划，公路建设发展战略，公路交通需求，建设资金筹措及服务水平要求，运用多目标规划理论，对各种等级结构组合方案进行优化，寻求一种近以最优的公路网等级结构方案，以此指导公路网建设，使公路网满足交通需求，本规划采用最大通行能力模型和最小费用模型进行路网等级结构优化。根据近几年郑州市公路建设费用调查，郑州市各级公路新改建费用如表4-5、4-6所示。表4-5郑州市干线公路建设费用表万元/公里公路等级费用高速一级二级新建35001900550改建——1000350表4-6郑州市县乡公路建设费用表万元/公里等级费用二级三级四级新建956448改建6052401）郑州市全路网等级优化①最大通行能力模型最大通行能力模型是以公路网通行能力作为目标函数，以资金作为约束条件，通过各等级公路的合理配置，使公路网在满足有限建设资金的前提下，通行能力达到最大，优化结果也称作费用约束规模。其数学表达式如下：目标函数：约束条件：式中：——j级公路通行能力（辆/日）（j=0,1,2,3,4,5）——j级公路所对应的里程（公里）；——j级公路里程限值（公里）；——公路网总里程（公里）；——j级公路造价（万元/公里）；Icc——可用于建设的资金（万元）；Icco——现有公路折算资金（万元）。采用单纯形法计算，求得结果后，对各优化方案与交通特征进行分析后，获得优化结果如表4-7所示：表4-7郑州市公路网等级结构优化结果（费用约束规模）等级结构年份高速(km)一级(km)二级(km)三级(km)四级(km)等外(km)总里程(km)等效里程(km)网等级网容量(辆/日)20001693110884261083972200514852662064372010069522）最小费用优化模型最小费用优化模型是以道路建设费用最小作为目标函数，同时满足路网功能要求或一定路网饱和度要求，进行各等级公路里程的合理配置，优化结果也称为可能发展规模，其模型表达式如下：目标函数约束条件：式中：——路网中j级公路里程的下限值（公里）；——路网中j级公路所对应里程（公里）；——路网中j级公路里程的上限值（公里）；——路网总里程的下限值（公里）；——j级公路的造价（万元/公里）；——j级公路通行能力（辆/日）；QNT——未来路网的交通周转量（车公里/日）；S——服务水平系数，即规划路网的饱和度运用上述模型，在计算机上运用程序反复调试，最终算得郑州市公路网可能等级结构配置如表4-8所示：表4-8郑州市公路网等级结构优化结果（可能规模）等级年份高速(km)一级(km)二级(km)三级(km)四级(km)等外(km)总里程(km)等效里程(km)网等级网容量(辆/日)20001693110884261083972200515040643751672010325175006952根据上述费用约束和可能发展规模结果，并通过表对比分析，可得到以下结论。表4-9郑州市公路网规模及结构优化结果等级年份高速（km）一级(km)二级(km)三级(km)四级(km)等外(km)合计(km)2000全路网169311088426108干线网169310县乡网00422005全路网148/5266206437干线网0001303县乡网0014852662051342010全路网06952干线网0001475县乡网0005477否4.4.3重要度布局的基本概念否（1）节点在实际进行道路网规划研究时，为了便于图上作业，直观描述和计算机贮存常采用抽象网络来模拟实际路网，即将所研究的区域划分为若干个子区域，每个子区域抽象为一个具有经济实体意义的点，这样的点称为节点。常用一个一维向量Si=(xi1,xi2,…xin)i=1,2,…,mm为节点数，n为节点Si所采用的指标数。（2）公路网的抽象网络由点和点之间连线所组成的图形称为网络。在进行公路网规划研究时，为了便于图上作业和直观描述，将实际的公路抽象为节点间的连线，称为边。这种由节点和边构成的图形，就称为公路网的抽象网络。（3）节点的重要度所谓节点重要度，是定量描述区域内各节点间相对重要程度的一个指标。由于公路建设是为社会经济发展服务的，因此作为公路网主要节点的城市应在区域内具有较强的政治、经济、商贸、金融等功能。根据社会经济、城市发展、人口分布等实际情况，选择总人口（反映城镇活动机能）、工业总产值（反映城市产业机能）、财政收入三项指标作为定量分析各节点重要度的指标。其计算公式为（4-1）式中：Ii——节点i的重要度；Pi——节点i的人口数（人）；Gi——节点i工业总产值（万元；）Si——节点i的财政收入（万元）；——节点人口的平均值（人）；——节点i工业总产值的平均值（万元）；——节点i的财政收入的平均值（万元）；α1、α2、α3、——各项指标的权重。重要度实质上是节点各种功能强弱的综合度量。（4）路线重要度公路网中两节点的路段重要度，可以用以下公式定义：（4-2）式中：INij——节点i与j之间的路段重要度；Ii——节点i所属区域节点的重要度之和；Ij——节点j所属区域节点的重要度之和；LK——节点i与j之间路段的平均里程（公里）；α——道路行政级别与功能修正参数。显然，路段所连接的两节点所属部分重要度和其乘积愈大，其路段重要度愈大；两点间平均里程越长，其路段重要度愈小。另外由于路段所处的道路的行政级别与功能不同，所以应视具体情况予以修正。路网中的路线是由多个不同的路段所组成，所以路线重要度即为组成路线若干个路段重要度的加权（里程权）平均值，即（4-3）式中：IMij——节点i与j间的路线重要度；INijk——节点i与j间路线中第k个路段的重要度；m——组成路线的路段数；Lk——第k个路段的里程（公里）；Lij——路线的里程（公里）。（5）节点重要度最大树在路网节点所组成的树中，各边重要度之和最大的那棵树称节点重要度最大树，其有三点要求，一是不同的两个节点之间至少存在一条链，二没有回路，三为各边重要度之和最大，求解重要度最大树一般用破圈法或加边法以及适用计算机处理的矩阵标号法。4.4.4郑州市公路网重要度布局重要度法布局优化其基本思路是通过节点重要度、路线重要度和路网重要度为计算，完成由点线网的布局过程。首先计算节点重要度，并对确定节点进行聚类分析和层次划分，其目的为确定节点功能强弱，从而确定不同层次路线为主要控制点。在路线的选择和优化上，建立路线重要度的概念，依据最大树原理，得出路线重要度最大树。然后，以单位里程的路线重要度最大作为优化目标，并以预测的未来公路网通车总里程作为约束条件，附加联络线，使公路由树状向网状过渡。最后在坚持定性分析与定量计算相结合的原则下，修改调整，得出较为合理的公路网布局。其布局优化流程如图4-7所示。（1）节点选取在公路网布局规划中确定节点和主要控制点是一个十分重要的环节，因为节点是要求路网必须连通的点，直接与区域公路建设的发展方向有关，直接关系划分路网规划层次的深浅，节点划分太粗，脱离实际影响精度，划分太细，则会使研究过于繁杂，影响重点突出，就郑州市公路网布局规划而言，在综合考虑节点分布均衡，规模相当、数量适宜的基础上，认为基本以镇（乡）为节点，同时，考虑工业中心、机场运输集散中心和相邻区域等因素，共在郑州市取实际节点109个，虚节点1个即为郑州国际机场，共计110个节点，节点分布如图4-8所示。否否否路网层次划分结果输出节点选取主成份分析节点重要度聚类分析节点层次划分满意路段路线重要度计算逐层求路线重要度最大树全路网路线重要度最大树路网布局结果布局原则满意专家经验构思运输集散分析区域内各节点社会经济指标分析指标逐层加边连线图4-7节点重要度布局优化流程图（2）节点重要度计算在郑州市公路网规划中计算节点重要度的指标选为1999年乡镇总人口、乡镇工业总产值、乡镇财政收入等三项，在计算节点重要度之前，通过主成份分析法计算出三项指标的权向量α=(α1，α2，α3)为（），根据节点重要度计算公式4-1算得郑州市公路网布局规划中109个实节点的重要度如表4-10所示。表4-10郑州市节点重要度计算表序号所属市县节点名称重要度序号所属市县节点名称重要度1中原区须水镇0.99738巩义市大峪沟镇2沟赵乡0.60839河洛镇3二七区候寨乡0.74340站街镇4马寨镇0.51441南河渡镇5管城区十八里河镇0.41142孝义镇6南曹乡0.62843北山口镇7圃田乡0.27244西村镇8金水区柳林镇0.77445芝田镇9祭城镇0.89246回郭镇10姚桥乡0.30247中牟县鲁庄镇11邙山区老鸦陈镇0.98448夹津口镇12古荥镇49涉村镇13花园口镇50核桃园镇14上街区聂寨乡51康店镇15中牟县城关镇52竹林镇16白沙镇53荥阳市城关镇17大孟乡54乔楼镇18官渡镇55豫龙镇19刘集乡56广武镇20郑庵镇57高村乡21韩寺镇58北邙乡22黄店乡59王村镇23狼城岗镇60汜水镇24三官庙乡61高阳镇25张庄镇62峡窝镇26刁家乡63刘河镇27万滩镇64庙子乡28八岗乡65崔庙镇29姚家乡66贾峪镇30东漳乡67新密市袁庄乡31谢庄镇68尖山乡32冯堂乡69米村镇33芦医庙乡70牛店镇34仓寨乡71平陌镇35米河镇72超化镇36新中镇73苟堂镇37小关镇74大隗镇75新密市刘寨镇93龙湖镇76曲梁乡94郭店镇77白寨镇95登封市城关镇78岳村镇96大金店镇79城关镇97送表乡80来集镇98东金店乡81七里岗镇99白坪乡82新郑市城关镇100君召乡83新村镇101颖阳镇84辛店镇102石道乡85干户寨乡103卢店镇86观音寺镇104唐庄乡87梨河镇105告成镇88和庄镇106徐庄乡89八千乡107大治镇90龙王镇108宣化镇91薛店镇109郑州市郑州市92孟庄镇表4-10中的节点重要度是按重要度的计算公式（式4-1）计算得来的，它实际上所反映的是节点现状年的相对重要程度，并没有考虑节点今后的动态发展。为了减少节点重要度静态处理对规划结果的影响，使规划的结果能更好符合郑州市将来的经济发展格局，在通过对郑州市经济发展趋势进行分析的基础之上，对各节点的重要程度加以适当的定性分析调整，以使之更符合将来的实际。具体调整节点有以下两类：1）在开封～中牟～郑州～荥阳～上街区～巩义这一沿运输通道上的节点重要度在节点聚类分析时适当提高其层次。因为从郑州市经济长远发展来看，必然要形成亚欧大陆桥城市群经济带，随着国家西部大开发战略的推进，东中西部之间的经济技术和物资交流的规模日益扩大，所以在开封～中牟～郑州～荥阳～上街区～巩义这一运输带上节点的经济增长速度会比其它地方快。2）在郑州～新密～登封～少林寺这一线是郑州到西南山区的大通道，沿线具有丰富的土地矿产资源，也是郑州市三点一线旅游战略的重要组成部分，未来发展前景广阔，所以在重要度分析时也应提高其层次。通过上述两类节点重要度调整，使得郑州市节点重要度不再是一个静态的绝对指标，而是经过远期经济发展分析调整后的动态指标，更符合郑州市未来社会经济发展的事实。（3）节点层次分析经过节点重要度计算后，可以按节点重要度大小对节点进行排序，确定区域内不同节点的功能地位，根据节点在区域内经济和社会发展的重要性，用聚类分析的方法，将节点划分为不同的层次，以确定不同层次的路线布局的主要控制点。这种方法具体操作如下：将被评判的对象按它们的某些特性进行科学分类的过程，称为聚类分析。在数学上就要求按一定规律对被评判的对象——节点进行分类。聚类分析法的一般程序是：首先确定分类统计量；其次利用统计量将被评判的节点进行分类。具体作法如下：设有几个待分类的节点X1，X2，……Xn，每一个节点均有k个指标，或称k个特性，于是对于每一个节点就对应着表征这个节点各个指标的一组数Y1，Y2，……Yk（其中Yi表示节点第i个指标的数）。这组数为节点的k个指标值，简称指标。不同的Xi所对应的k个指标值显然是不同的，这里用Xij表示第i个节点的第j个指标。节点i可由行矩阵（Xi1，Xi2，……Xik）来表示，记为Xi=(Xi1,Xi2,……，Xik)。节点Xi与Xj之间的接近程度，可用距离dij来表示（i,j=1,2,……n）。用G1,G2，……表示初始类。并类的原则是：类与类之间的距离最近的两类合并。用Dpq表示Gp与Gq的距离，规定（4-4）当p=q时，Dpq=0。最短距离法就是以准则Dpq进行聚类，其具体步骤如下：1）规定距离dij的计算公式，计算n个节点两两之间的距离dij(i,j=1,2,……n)，本规则采用标准化平方欧氏距离来反映，即(4-5)其中，S2m表示指标m的方差。dij值用矩阵D（0）表示为因为初始每个方案自成一类，所以dpq=dqp。2）选择D（0）中最小非零元素，设为dpq，于是将Gp与Gq并类，记为Gr=(Gp,Gq)，Gr中各指标值取该类中所有方案Gp，Gq各对应指标值的均值。3）计算新类Gr与其它类Gh(h≠p,q)的距离（4-6）于是将D（0）中的第p,q列上的元素按步骤（2）合并成一个新类，认为Gr对应于新列得到的矩阵记为D（1）；4）对D（1）重复上述1、2的作法，得D（2）；5）如此下去，直到所有方案并为一类为止。如果某一步D（h）中最小的元素不止一个时，则对应对于这些元素的类可以同时合并。6）将以上分类过程用聚类谱系图4-9表示（为了说明聚类过程，图中取八个点）。通过聚类分析可将郑州市公路网中109个实节点划分为四个层次，即为最重要节点，很重要节点，重要节点和一般节点，郑州市一个虚节点为郑州国际机场，考虑到其交通枢纽的重要性，也将其列入很重要节点来。XX1X3X5X7X2X4X6X8G1G2G3G4G5G6G图4-9聚类谱系图最重要节点（1个）：郑州市；很重要节点（30个）：中原区：须水镇中牟县：城关镇邙山区：老鸦陈镇巩义市：米河镇，小关镇，大峪沟镇，孝义镇，北山口镇，西村镇，回郭镇，鲁庄镇，康店镇荥阳市：城关镇，乔楼镇，豫龙镇，广武镇，王村镇，峡窝镇，崔庙镇，贾峪镇新密市：城关镇，超化镇新郑市：城关镇，龙湖镇，新郑机场，和庄镇登封市：城关镇，告成镇，大冶镇，大金店镇较重要节点（34个）：中原区：沟赵乡二七区：侯寨乡管城区：南曹乡金水区：柳林镇，祭城镇邙山区：古荥镇，花园口镇中牟县：白沙镇，大孟乡，刘集乡巩义市：站街镇，南河渡镇，芝田镇，涉村镇，竹林镇荥阳市：高村乡，汜水镇，高阳镇新密市：牛店镇，苟堂镇，大隗镇，刘寨镇，白寨镇，七里岗镇，曲梁乡新郑市：新村镇，辛店镇，观音寺镇，梨河镇，薛店镇，郭店镇登封市：东金店乡，颖阳镇，宣化镇一般节点（45个）：二七区：马寨镇管城区：十八里河镇，圃田乡上街区：聂寨乡金水区：姚桥乡中牟县：官渡镇，郑庵镇，韩寺镇，黄店乡，狼城岗镇，三官庙乡，张庄镇，刁家乡，万滩镇，八岗乡，姚家乡，东漳乡，谢庄镇，冯堂乡，芦医庙乡，仓寨乡巩义市：夹津口镇，新中镇，河洛镇，核桃园镇荥阳市：刘河镇，北邙乡，庙子乡新密市：米河镇，平陌镇，岳村镇，来集镇，袁庄乡，尖山乡新郑市：龙王乡，孟庄乡，千户