基于GIS的城市道路網(wǎng)可達性評價

鄭曉蕾

[提要] 本文采用GIS技術強大的分析和數(shù)據(jù)管理能力對城市道路網(wǎng)可達性進行評價，通過收集數(shù)據(jù)、建模，數(shù)據(jù)導出，剖析重慶市涪陵區(qū)江南組團可達性特點，并提出建議。

關鍵詞：GIS；城市道路網(wǎng)；可達性

基金項目：重慶市教委2015年度科學技術項目：“城市交通改善評價指標體系與方法研究”（KJ1504208）

中圖分類號：F29 文獻標識碼：A

原標題：基于GIS的城市道路網(wǎng)可達性評價——以重慶市涪陵區(qū)江南組團為例

收錄日期：2017年1月12日

一、引言

可達性這一概念很早就用于城市交通規(guī)劃研究中，用以作為描述兩分區(qū)間交通聯(lián)系程度的指標。在城市道路網(wǎng)評價中，可達性被作為一項重要指標，能夠對城市道路網(wǎng)結構進行正確的評價，分析出城市道路網(wǎng)的缺點，為建改和綜合治理提供決策依據(jù)。本文利用GIS的網(wǎng)絡分析模塊能夠實現(xiàn)對影響城市道路方案布局的各項影響因素的分析評價，得到精確合理的分析結果。GIS技術的發(fā)展為復雜自然環(huán)境與獨特社會經(jīng)濟條件的山地城市道路優(yōu)化設計技術優(yōu)化提供了有效的技術平臺。

二、城市道路可達性計算方法

車輛的行程時間由路段行駛時間和交叉口通過時間組成?？疾旖徊婵谕ㄟ^時間的主要內(nèi)容是分析車輛在交叉口的延誤時間。車輛在交叉口的平均延誤主要取決于交叉口的交通組成、流量流向和控制情況，而后者通常是在基于前者的分析確定的。由于關聯(lián)因素多，交叉口延誤計算一直是比較復雜的問題，實際中可通過交通調查獲取有關數(shù)據(jù)。本文采用了較為簡便的計算方法，該方法對交叉口的流量、流向等因素不作考慮，僅根據(jù)交叉口的控制情況進行平均延誤估算。車輛在交叉口的平均延誤時間？子包括平均直接延誤時間？子0（減速和停車等待時間）和通過損失時間t（車輛起動和加速通過交叉口時的損失時間），即？子=？子0+t。

假定一輛車在交叉口的平均直接延誤時間？子0是所研究路線在一個信號周期內(nèi)的非通行時間的一半，即：

？子0=0.5Y1/？姿YC

式中：C為信號周期長；λ為計算方向上的綠信比。

在沒有公共汽車轉彎和禁止左轉（或左轉車輛很少）的干線道路交叉口，采用兩相位控制時可按？子=0.3C作簡單估算。這一結論來自于前蘇聯(lián)對不同周期下延誤的估算，一般在周期時間為40～120s時均可使用。

在T形交叉口，以及有公共汽車轉彎或在某條路線上有較多左轉車輛的一般交叉口上，通常會使用三相位控制方法。在這種情況下，每輛車的平均直接延誤時間將會提高10%～20%，這時可??？子=0.33C。通過損失時間t與道路允許車速和交叉口幾何特性等因素有關，當交叉口允許車速為15～20km/h，交叉口通過長度為20～70m時，可取t=5s。這樣，從節(jié)點A到B，經(jīng)線路l時，所需行程時間為：

式中，TABl為從節(jié)點A到B，經(jīng)線路l的道路長度，VABl為線路l上的平均行駛車速；N為線路l上經(jīng)過的交叉口數(shù)；？子n為第n個交叉口在線路方向上的平均延誤時間。如果能得到線路l上各路段的平均行駛車速數(shù)據(jù)，則可按下式計算：

式中：m為線路l包含的路段數(shù)；Lm為路段m的長度（計入交叉口長度）；Vm為路段m上的平均車速。上述行程時間的計算考慮了路段和交叉口的狀況。將路段行程時間和交叉口通過時間分別作為路段和節(jié)點的費用進行交通分配，由所得的流量分配和行程時間計算結果，則可進行可達性指標的計算。

三、GIS道路網(wǎng)可達性過程分析

空間分析是GIS的核心，也是GIS價值的體現(xiàn)。在進行道路可達性評價前，首先要在GIS下實現(xiàn)對城市道路的運行狀態(tài)進行模擬，為了較好地達到模擬效果，需要收集道路相關的一些基礎資料，包括：道路線路的測繪數(shù)據(jù)、道路長度、道路平均車速、十字路口是否允許左轉彎、十字路口轉彎半徑、紅綠燈時長、綠信比、道路是否為單行道等。具備了這些基本資料之后，利用GIS建立網(wǎng)絡模型，并在此基礎上進行分析，并對分析結果進行屬性操作，以便更形象地表達空間分析的結果。

（一）建立城市道路網(wǎng)絡模型。根據(jù)收集到的基礎數(shù)據(jù)，建立GIS空間數(shù)據(jù)庫，對各種數(shù)據(jù)進行分類、分層表達，如道路數(shù)據(jù)圖層具有道路長度、道路各段統(tǒng)計的平均車速、單行道數(shù)據(jù)等，轉彎要素圖層則包含了車輛轉彎信息等，并根據(jù)交叉口轉彎半徑、紅綠燈時長、綠信比等設置交叉口阻斷時長，在此基礎之上就可以建立城市道路網(wǎng)絡模型，實現(xiàn)對城市道路的模擬。

（二）對城市道路進行網(wǎng)絡分析。在城市道路網(wǎng)絡模型建立的基礎上，通過GIS網(wǎng)絡分析中的新建服務區(qū)分析，以車輛通過每條路段的時間長度為通行成本，以時間為中斷值，以每個路口為設施點，能夠分析出在一定時間范圍內(nèi)，從各個路口機動車沿道路在統(tǒng)計的平均速度能到達的范圍圖。

（三）對屬性數(shù)據(jù)進行空間操作。利用GIS對網(wǎng)絡分析結果進行統(tǒng)計，對統(tǒng)計結果進行分級，并對不同的分級結果賦予不同的色彩予以區(qū)分，使分析結果更易于辨別。

（四）結果輸出。GIS的結果輸出具有多樣性和靈活性的特點，根據(jù)需要以相應的圖、表的形式對結果進行輸出。例如，可輸出城市道路諸影響因素屬性表、城市道路分級圖、城市道路平面線形圖、城市道路各中斷時間出行范圍圖等。

四、江南組團城市道路網(wǎng)可達性評價

（一）江南組團片區(qū)概況。涪陵區(qū)位于重慶市五大功能區(qū)的城市發(fā)展新區(qū)。涪陵區(qū)江南組團被長江、烏江所包繞，占地面積約17平方公里，規(guī)劃人口約40萬。江南組團與江東片區(qū)、江北片區(qū)間分別被烏江、長江分隔，距李渡新城區(qū)約12公里。片區(qū)呈典型的“單邊坡”地形，沿江地帶與最高處之間的高差達到400米。江南組團路網(wǎng)密度約6.12公里/平方公里，作為典型的三峽庫區(qū)城市以及典型的山地城市，受地形及現(xiàn)狀的限制，交通問題突出，交通供給已無法滿足交通需求的快速增長，具有很高的研究價值。

（二）江南組團道路可達性評價方法

1、源數(shù)據(jù)的收集。本例中主要考慮的因素有：道路線路的測繪數(shù)據(jù)、道路名稱、道路平均車速（為了更好地表達城市道路的可達性，本文收集8：00～9：00、12：00～15：00、17：00～18：00等上下班高峰期的機動車平均車速）、單行道、路口禁止左轉等數(shù)據(jù)，并在實地調查時，實時填寫調查表。（表1）

2、城市路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的建立。將江南組團城市道路網(wǎng)布局圖轉換為ArcGIS可識別的數(shù)據(jù)格式后輸入GIS平臺之中，對城市道路網(wǎng)數(shù)據(jù)分層化，并根據(jù)統(tǒng)計的道路名稱、車速、是否為單行道等數(shù)據(jù)建立屬性數(shù)據(jù)表，其中Name屬性指道路名稱、Speed指道路平均車速（單位：公里/小時）、Minutes指每段道路的長度（單位：公里）、Oneway指單行道（空：表示不為單行道）、Meters指每段路的長度（單位為米），為數(shù)據(jù)庫建立提供數(shù)據(jù)支撐。利用ArcGIS，能夠建立強大的城市道路數(shù)據(jù)庫，有效地提取道路評價所需的城市道路數(shù)據(jù)，為下一步道路評價提供充分的數(shù)據(jù)基礎。（表2、圖1）

3、道路交通網(wǎng)絡模型的構建。在建立江南組團道路網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫的基礎上就可以進行城市道路交通網(wǎng)絡的構建，為了能夠更真實地模擬城市道路系統(tǒng)，在構建網(wǎng)絡分析模型時還考慮到交叉口紅綠燈對機動車輛的延遲的影響。利用GIS平臺的網(wǎng)絡分析工具，構建出江南組團道路交通網(wǎng)絡模型，并對整個江南組團城市道路網(wǎng)進行模擬，為江南組團道路網(wǎng)優(yōu)化評價提供優(yōu)化數(shù)據(jù)支撐。（圖2）

4、基于出行范圍的可達性分析。本節(jié)主要分析的內(nèi)容是對城市內(nèi)部各個位置的機動車出行能力進行模擬分析。利用基于機動車出行范圍的可達性評價方法，將研究城市各個路口3分鐘、5分鐘機動車出行范圍，計算其出行面積，并據(jù)此生成可達性分布圖。實驗主要包含以下三個主要步驟：首先，計算各路口機動車出行范圍；其次，統(tǒng)計機動車出行范圍的面積；最后，生成江南組團的可達性分布圖。（圖3、圖4）

機動車出行范圍分析圖中色塊范圍和顏色深淺表示城市內(nèi)部各個點在3分鐘、5分鐘之內(nèi)沿道路出行范圍的大小，色塊越大、顏色越深，表示機動車在規(guī)定時間內(nèi)的通行距離越長，證明道路網(wǎng)可達性較好；色塊范圍越小、顏色越淺表示機動車通行距離越短，道路網(wǎng)可達性較差。

5、江南組團可達性評價。通過對江南組團出行范圍的道路可達性分析對比后可以發(fā)現(xiàn)道路網(wǎng)布局存在以下幾點特征：第一，江南組團西老城區(qū)道路可達性較高，機動車通行能力較強，這是由于西老城區(qū)道路網(wǎng)布局合理，主次干道比例與道路網(wǎng)密度設計合理，道路交叉口較少；第二，老城區(qū)東南部可達能力差，這是由于高筍塘—易家壩—南門山是老城區(qū)的商業(yè)中心，人口密集，道路交叉口多，車流量大；第三，老城區(qū)北部濱江路沿線，雖然道路較寬、道路等級較高，但此條道路承擔了到江東、江北、李渡等城區(qū)的過境交通，車流密集道路通達性較差。

6、江南組團道路改善方案。由于江南老城區(qū)建設土地利用率高、人口密度大、拆遷成本高，加上江南組團是典型的山地城市，使得城市道路進行改建、擴建非常困難。為增強江南組團城市道路網(wǎng)的可達性，針對上述存在的突出問題，提出以下改善方案：第一，對于濱江路沿線道路可達性差的現(xiàn)狀可以增加涪陵城區(qū)城市內(nèi)環(huán)線，加強各組團之間的聯(lián)系，分擔濱江路車行壓力；對濱江路進行擴寬處理，在濱江路東部增加跨烏江大橋，在濱江路西部新增跨長江大橋，聯(lián)系李渡新區(qū)，并設為快速通道，增強濱江路的通行能力；第二，對于老城區(qū)商業(yè)中心道路可達性差的現(xiàn)狀，可以合理利用山地城市所特有的梯坎道等步行道路，增加步行道路的便捷性和舒適性，增強市民步行出行的意愿；完善中心商業(yè)區(qū)的公共交通線路和增加公共交通數(shù)量，最大限度方便市民便乘，減小對私家車的依賴；設置中央防護欄和地下通道，解決車輛的隨意調頭和行人隨意穿越道路，增加道路的運行效率和行車安全。

五、結束語

本文首先從城市道路可達性的概念入手，分析如何計算城市道路網(wǎng)的可達性，以及影響道路可達性的主要因素，最后應用地理信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡模型模型進行數(shù)據(jù)管理，并且利用網(wǎng)絡分析手段進行數(shù)據(jù)的分析和綜合，進而完成對城市道路可達性進行評價，并提出相應的整改意見。在這過程中也發(fā)現(xiàn)了不少問題，比如在道路可達性的影響因素方面發(fā)現(xiàn)有很多影響因素并不能量化的進行評價，如行人穿越道路對道路可達性的影響，也沒有對城市紅綠燈對可達性的影響進行精細量化等，對于這些因素的考慮還需要更為深入的研究。

主要參考文獻：

[1]許為一，楊昌新，肖單濤.GIS空間.分析功能在城市規(guī)劃設計中的應用初探[J].科技廣場，2007.

[2]段義猛，杜世宏.GIS技術在山地規(guī)劃設計中的應用[J].規(guī)劃師，2002.11.

[3]秦華，高駱秋.基于GIS網(wǎng)絡分析的山地城市公園空間可達性研究[J].中國園林，2012.