低等級公路網(wǎng)布局規(guī)劃的方法研究

魏瑤　李燕敏　岳軍紅

摘 要：伴隨國民經(jīng)濟(jì)的不斷快速發(fā)展，國內(nèi)公路網(wǎng)的覆蓋率快速提升，從主要省市的主干道快速向周邊縣域延伸，因此低等級公路網(wǎng)的發(fā)展得到穩(wěn)步推進(jìn)。在低等級公路網(wǎng)的建設(shè)中，應(yīng)用科學(xué)有效的方法，并針對龐大且精細(xì)的數(shù)據(jù)量，應(yīng)用了地理信息系統(tǒng)（GIS）相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析處理，進(jìn)行路網(wǎng)的科學(xué)合理規(guī)劃。

關(guān)鍵詞：低等級公路網(wǎng)；數(shù)據(jù)處理；GIS

中圖分類號：U491.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）17-0131-02

Abstract： With the rapid development of the national economy， the coverage rate of the domestic highway network is increasing rapidly， from the main roads of the major provinces and cities to the surrounding counties， so the development of the low-grade highway network has been steadily promoted. In the construction of low-grade highway network， the scientific and effective method is applied， and in view of the huge and fine data volume， the GIS （Geographic Information system） technology is applied to realize the analysis and processing of the data and the scientific and reasonable planning of the road network.

Keywords： low grade highway network； data processing； GIS

1 概述

伴隨國民經(jīng)濟(jì)不斷快速發(fā)展，國內(nèi)公路網(wǎng)的覆蓋率快速提升，縣鄉(xiāng)公路網(wǎng)在布局上占據(jù)運(yùn)輸系統(tǒng)較大比例，縣級及以下低等級公路網(wǎng)的布局規(guī)劃對縣域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有前瞻性意義，所以，低等級路網(wǎng)的規(guī)劃必須從路網(wǎng)的實(shí)用性，連通性和節(jié)約成本等方面考慮[1]，選擇科學(xué)合理的規(guī)劃方法。

2 低等級公路網(wǎng)布局方法

以往所延用的方法主要有交通區(qū)位線法和節(jié)點(diǎn)重要度法兩種：交通區(qū)位線法作為一種遠(yuǎn)期的宏觀的布局辦法，主要思想是結(jié)合干線主道的主體走向，構(gòu)建路網(wǎng)的空間幾何特征[2]。而對于低等級公路網(wǎng)，其應(yīng)用受到一定局限；節(jié)點(diǎn)重要度法思路主要是將交通的發(fā)生區(qū)與吸引區(qū)抽象成交通節(jié)點(diǎn)，再將各個節(jié)點(diǎn)關(guān)于經(jīng)濟(jì)、人口等指標(biāo)信息以聚類的方法劃分其重要程度來進(jìn)行路網(wǎng)布局[3]。此方法和區(qū)域主要經(jīng)濟(jì)發(fā)展逐層遞進(jìn)的理論相融合，但會造成解算中產(chǎn)生重要節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)占比較大的問題，與路網(wǎng)的實(shí)用性和節(jié)約性原則不相融合適應(yīng)。

總結(jié)分析以往低等級路網(wǎng)布局規(guī)劃的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而得出對于等級較低的公路網(wǎng)規(guī)劃的簡要思路：第一步，對路網(wǎng)所在縣域的地理經(jīng)濟(jì)情況做統(tǒng)計(jì)，結(jié)合內(nèi)部主要路網(wǎng)走向，得到規(guī)劃區(qū)域的路網(wǎng)主骨架；第二步，采用均勢重要度法進(jìn)一步進(jìn)行布局優(yōu)化配置，利用現(xiàn)有路網(wǎng)分析得到最優(yōu)樹解，依此對道路進(jìn)行具體調(diào)整規(guī)劃；最后采用區(qū)位線和最優(yōu)樹相結(jié)合的思路分析得到最理想的路網(wǎng)布局，部分路段可參見最優(yōu)樹進(jìn)行微調(diào)。

均勢重要度法的主要思路是把規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的子區(qū)域概括成相應(yīng)的主要節(jié)點(diǎn)，把路網(wǎng)概括成鏈接節(jié)點(diǎn)的連線。節(jié)點(diǎn)之間的重要度權(quán)重采取主成分分析解算并分層[4]。

而對于布局規(guī)劃中存在的低等級節(jié)點(diǎn)相對較多的問題，采取的措施為：分層次進(jìn)行布局工作。即在形成第一層布局后，把所有節(jié)點(diǎn)重要度更新為已連接節(jié)點(diǎn)的平均值，重新對節(jié)點(diǎn)重要度進(jìn)行解算后，再連接下一個等級的節(jié)點(diǎn)，最終得到重要度最大樹[5]。

3 GIS在數(shù)據(jù)分析處理中的方法

（1）重要節(jié)點(diǎn)的選擇原則基于當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)，地理，人文影響因素，主要節(jié)點(diǎn)包括：當(dāng)?shù)刂匾墓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地；對外交流門戶：機(jī)場、火車站、碼頭等運(yùn)輸樞紐所在地；經(jīng)濟(jì)、政治、文化中心所在地；主要景點(diǎn)、商貿(mào)中心，城市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)所在區(qū)域等。

（2）節(jié)點(diǎn)重要度計(jì)算及等級劃分

節(jié)點(diǎn)重要度是反映節(jié)點(diǎn)之間相對重要程度的一個變量。對于重要度的解算應(yīng)當(dāng)選擇當(dāng)?shù)氐纳鐣?jīng)濟(jì)，人口、GDP等數(shù)據(jù)作為指標(biāo)信息對其進(jìn)行量化的重要程度分析，選取權(quán)重歸一化量化計(jì)算重要度[6]。其公式為：

（3）路段重要度解算

節(jié)點(diǎn)分層完成后需要做節(jié)點(diǎn)之間的連接。連接中需考慮的因素主要有路段間的地理、經(jīng)濟(jì)等情況，鑒于此，須分析解算如何達(dá)到連接的最理想程度，即需求出所連接的路段重要度，路段重要度即所在路段的單位長度的重要度強(qiáng)度，用來表示路線各個邊線的效率值。計(jì)算如下：

其中：Inij為節(jié)點(diǎn)i、j之間道路的單位重要度強(qiáng)度；Ii、Ij為節(jié)點(diǎn)i，j的重要度；Lk為節(jié)點(diǎn)i，j之間的距離；？琢為路線功能修正系數(shù)。

（4）基于ArcGIS的重要度最大樹解算

依據(jù)重要度強(qiáng)度可以解算重要度最大樹，也就是當(dāng)規(guī)劃區(qū)域內(nèi)部的所有節(jié)點(diǎn)全部聯(lián)通且并不形成閉合圈的情況。由此可得到所要布局的區(qū)域路網(wǎng)主體形態(tài)最大樹。解算方法主要有“破圈法”、避圈法和Prim算法。路網(wǎng)規(guī)劃布局的一般思路為：分層研究、逐層展開、整體優(yōu)化[7]。而本思路主體上和Prim算法的節(jié)點(diǎn)分層，逐層解算思路相一致。

基于以上思路，可以利用ArcGIS的ArcEngine平臺做相應(yīng)的二次開發(fā)模塊，構(gòu)建出上述重要度最大樹的Prim算法，添加程序插件，最終可自動求解出所規(guī)劃區(qū)域的重要度最大樹（圖1）。之后可依據(jù)對路網(wǎng)里程數(shù)的規(guī)劃預(yù)測值做細(xì)部的調(diào)整和加密工作。

4 結(jié)束語

GIS技術(shù)在對低等級公路的布局優(yōu)化方面扮演著越來越重要的角色。本文在區(qū)位線方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合均勢重要度的方法進(jìn)行布局規(guī)劃調(diào)整，利用ArcGIS相關(guān)工具對節(jié)點(diǎn)的重要度進(jìn)行量化顯示，求解規(guī)劃區(qū)域的重要度最大樹。使得規(guī)劃區(qū)域的交通對外連通性更加優(yōu)越，區(qū)域內(nèi)部各個主節(jié)點(diǎn)的通達(dá)率有所提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]邵春福.交通規(guī)劃原理[M].北京：中國鐵道出版社，2004.

[2]管楚度.交通區(qū)位論及其應(yīng)用[M].北京：人民交通出版社，2000.

[3]余國才，周偉.公路網(wǎng)布局優(yōu)化的理論和方法[J].西安公路交通大學(xué)學(xué)報，1998，8.

[4]王元慶，崔世華，郝素斌.重要度區(qū)位聯(lián)合農(nóng)村公路布局法[J].中國公路學(xué)報，2002（10）：86-100.

[5]陶永久，劉文生，伊國華.利用二次分布法建立縣鄉(xiāng)公路網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃OD交通流矩陣的內(nèi)容及步驟[J].東北公路，1997（4）：63-69.

[6]魏瑤.基于GIS數(shù)據(jù)庫的縣鄉(xiāng)公路網(wǎng)布局調(diào)整研究[D].長安大學(xué)，2015.

[7]周偉，張樹生.縣鄉(xiāng)公路網(wǎng)的布局優(yōu)化方法研究[J].中國公路學(xué)報，1996，12.