張宇飛

摘 要：隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展、城市化水平的不斷提高，交通道路成為連接人類生產(chǎn)生活的樞紐。完善便利的道路交通有利于社會經(jīng)濟的發(fā)展，道路的快速發(fā)展不僅帶來社會財富、方便人們生活，而且也影響著區(qū)域發(fā)展規(guī)劃。筆者以洛陽市為研究區(qū)域，以2004年、2018年高分辨率的谷歌影像為數(shù)據(jù)源，基于面向?qū)ο蟮姆诸惙椒ㄌ崛〕龅缆沸畔ⅲ瑢Ψ诸惡蠼Y(jié)果進一步處理后得到兩個時期的主干道路的長度及空間分布。然后對比兩期影像上道路的規(guī)模、密度、擴張速度，分析了道路的時空變化特征，研究了近20年該市主干道路的擴張情況，并進一步探究了道路擴張的驅(qū)動因素。研究結(jié)果表明，洛龍區(qū)的道路擴張最為顯著，道路規(guī)模擴張了531.181 km，擴張速度為37.94 km/a;其余市區(qū)均有不同程度的擴張且擴張態(tài)勢相對均衡。道路擴張的主要驅(qū)動因素有人口的增加、經(jīng)濟的發(fā)展和政策導(dǎo)向等。

關(guān)鍵詞：道路擴張;面向?qū)ο蠓诸?高分辨率影像

中圖分類號：TP79 ? 文獻標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）2-0059-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.02.014

Research on Urban Road Expansion Situation and Driving Factors in Luoyang City

ZHANG Yufei

（Institute of Geosciences and Mapping Engineering， China University of Mining and Technology （Beijing），Beijing 100083，China）

Abstract：With the rapid development of social economy and the continuous improvement of urbanization， the traffic road has become the hub connecting the production and life of human beings. The improvement of convenient road transportation is conducive to the development of social economy. The rapid development of roads not only brings social wealth to people's life， but also affects the regional development planning. The author takes Luoyang city as the research area to study the expansion of trunk roads in recent 20 years and analyze its driving factors. In the experiment， the high-resolution Google images of 2004 and 2018 were used as the data source， and the road information was extracted based on the object-oriented classification method. After further processing of the classified results， the trunk road distribution in two periods was obtained. Then， the spatial and temporal variation characteristics of roads are analyzed from the perspective of road size， road density and expansion speed， and the driving factors of road expansion are further explored. Among them， the road expansion in Luolong District is the most significant， with a road expansion of 531.181 km and an expansion speed of 37.94 km / a. Other urban areas have different degrees of expansion and the expansion trend is relatively balanced. The main driving factors of road expansion are： population increase， economic development policy orientation， etc.

Keywords： road expansion; object oriented classification; high resolution image

0 引言

交通道路作為城市基礎(chǔ)設(shè)施中最主要、分布最廣泛的設(shè)施，對于城市建設(shè)的空間分布和建設(shè)用地規(guī)劃起主導(dǎo)性作用。因此，交通道路對土地利用的影響是生態(tài)學(xué)、景觀生態(tài)學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)者探討的熱點問題[1]。

在20世紀(jì)90年代，Aschauer指出一個地區(qū)道路交通設(shè)施的資金投入額度對該區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展和城市建設(shè)用地擴張存在較重大的影響[2]。陳源研究道路穿過景觀斑塊后，對由道路造成的斑塊破碎度指數(shù)造成的影響進行了定量評價[3]。Geneletti通過構(gòu)建空間指示函數(shù)，對道路影響周邊土地利用破碎化的程度差異進行研究[4]。趙國梁等在基于區(qū)位理論的基礎(chǔ)上提出了交通可達性的概念，并且建立了城市建設(shè)用地與交通道路網(wǎng)絡(luò)之間系統(tǒng)性聯(lián)系，將兩者的發(fā)展一體化[5]。Marcy等提出了道路網(wǎng)絡(luò)會促進城鎮(zhèn)用地面積的增加[6]。姜成對廣州市城市交通與土地利用相互關(guān)系進行了大量的研究[7]。榮月靜等人研究江西省的道路擴張態(tài)勢，計算了道路網(wǎng)絡(luò)影響下土地利用變化的路網(wǎng)密度閾值范圍[8]。秦天天選取農(nóng)村道路為研究對象，研究了農(nóng)村道路在農(nóng)村城鎮(zhèn)化影響的過程中對于農(nóng)村土地利用狀況及農(nóng)村景觀格局的影響[9]。

因此，筆者以洛陽市為實證研究對象，通過對洛陽市主干道路擴張的研究來分析洛陽市近年來的發(fā)展?fàn)顩r。

1 研究區(qū)概況

洛陽市是河南省地級市，總面積15 230 km2，位于河南省西部，地處東經(jīng)112°16'—112°37'，北緯34°32'—34°45'。橫跨黃河中下游南北兩岸，東鄰鄭州市，西接三門峽市，北跨黃河與焦作市接壤，南與平頂山市、南陽市相連。城市北靠邙山，南臨洛河，地形平坦，交通便利。洛陽市位于中原城市群西部，隨著中原城市群經(jīng)濟的快速發(fā)展，洛陽市的道路擴張及城市發(fā)展的速度日益明顯。相關(guān)研究區(qū)域為洛陽市老城區(qū)、瀍河回族區(qū)、澗西區(qū)、西工區(qū)、洛龍區(qū)，面積大約806 km2。

2 數(shù)據(jù)源及處理

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究所用的影像數(shù)據(jù)是洛陽市區(qū)的18級高分辨率的谷歌影像（2004年和2018年），分辨率達0.48 m，可清楚地分辨出洛陽市區(qū)的道路，能較好地滿足本次研究要求。洛陽市行政區(qū)劃數(shù)據(jù)來自全國地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)（http：//www.webmap.cn）。人口和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來源于洛陽市統(tǒng)計年鑒，從洛陽市統(tǒng)計局網(wǎng)站獲取（http：//www.lytjj.gov.cn）。

2.2 道路信息的提取

基于ENVI選用面向?qū)ο蟮姆诸惙椒▽Ω鱾€市區(qū)的主干道路進行提取。

首先根據(jù)影像特點建立特征工程，可以用歸一化植被指數(shù)和HSI顏色空間來提高圖像分割的精度，對圖像進行分割與合并。由于相關(guān)研究只提取主干道路信息，而對其他的地類無特殊要求，在反復(fù)對比分割參數(shù)的設(shè)置后分割閾值設(shè)為75，分割方法選用基于邊緣檢測。設(shè)置合并尺度為90，進一步設(shè)置矩形化程度、面積、長度得到提取結(jié)果，如圖1所示。

2.3 分類后處理

由于一些地物的陰影存在導(dǎo)致部分道路的提取結(jié)果不連續(xù)，對初步提取后的結(jié)果首先進行類別集群處理，可以將一些碎斑合并為道路，并且更為平滑。將結(jié)果轉(zhuǎn)為矢量，設(shè)置閾值面積，可以實現(xiàn)對道路中的島狀要素進行去除。再將面狀要素轉(zhuǎn)為線要素，并處理為單行線以滿足研究要求。以谷歌影像為底圖，對未能提取的道路采用目視解譯，得到2004年和2018年洛陽市區(qū)的道路分布（圖2、圖3）。本次研究主要提取了洛陽市區(qū)寬度大于10 m的道路。

3 主干道路的空間特征

3.1 道路設(shè)施規(guī)模

道路設(shè)施規(guī)模指標(biāo)反映的是研究區(qū)域中的每個評價單元所有道路的總里程，以km為單位。道路設(shè)施規(guī)模越大，表示評價單元公路里程越長，道路交通設(shè)施通達性越好，為正向指標(biāo)。

由表1、表2可知，2004年洛陽市區(qū)道路空間分布中道路設(shè)施總長度為519.903 km，平均長度為103.981 km。洛龍區(qū)的道路設(shè)施規(guī)模最高，比平均規(guī)模高出102.346 km，瀍河回族區(qū)道路設(shè)施規(guī)模最低，比平均規(guī)模低63.970 km。2018年洛陽市區(qū)道路空間分布中道路設(shè)施總長度為1 228.640 km，平均長度為245.728 km。在2018年各個市區(qū)的道路規(guī)模等級層次發(fā)生變化。瀍河回族區(qū)道路規(guī)模最低，老城區(qū)、西工區(qū)、澗西區(qū)為中等，洛龍區(qū)道路規(guī)模最高。各個區(qū)的道路設(shè)施規(guī)模均有不同程度的擴張。在2018年洛龍區(qū)的道路規(guī)模比全市平均水平高出491.780 km，甚至拉動了全市區(qū)的道路設(shè)施規(guī)模，從而使得除洛龍區(qū)外其余市區(qū)的道路規(guī)模均低于全市的平均水平，其中瀍河回族區(qū)的道路規(guī)模比全國平均水平低了191.006 km。

3.2 道路密度

由于各個轄區(qū)的面積不同，僅用道路設(shè)施規(guī)模指標(biāo)反映主干道路的特征并不充分。道路密度是道路發(fā)展水平的重要標(biāo)志，也是衡量道路作為社會經(jīng)濟發(fā)展中重要基礎(chǔ)設(shè)施并滿足交通需求的直觀指標(biāo)。因此，在研究道路建設(shè)發(fā)展問題時，必須對道路密度這一指標(biāo)進行深入研究[10]。

道路密度是單位面積單元內(nèi)道路的長度。道路密度的值越大，即表示市區(qū)內(nèi)主干道路越密集，為正向指標(biāo)。

道路密度A的計算方法如式（1）。

[A=i=1nLis] ? ? ?（1）

式中，L為道路長度，S為研究區(qū)域的面積。

由表3可知，洛陽市2004年的道路密度平均值為1.238 km/km2。其中洛龍區(qū)和老城區(qū)的道路密度低于全市區(qū)的平均水平。從道路密度指標(biāo)來看洛龍區(qū)與其他轄區(qū)存在較大差異，洛龍區(qū)的道路密度比全市平均密度低了0.891 km/km2，與道路設(shè)施規(guī)模的分布格局有較大不同。而瀍河回族區(qū)、澗西區(qū)、西工區(qū)道路密度差距不大，均在1.5 km/km2左右，比全市密度高0.3 km/km2左右。

由表4知，洛陽市2018年的道路密度平均值為2.077 km/km2。洛龍區(qū)道路密度最低，老城區(qū)、瀍河回族區(qū)道路密度中等，澗西區(qū)、西工區(qū)道路密度等級最高。其中，僅有洛龍區(qū)的道路密度比全市平均密度低了0.835 km/km2。另外，雖然各個市區(qū)的道路密度均有擴張，但是從道路密度的空間分布特征來看存在明顯的南北分異特點。

3.3 匯總變化

從上述數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，從道路規(guī)模上看洛龍區(qū)道路擴張最為顯著，老城區(qū)、西工區(qū)、澗西區(qū)的道路擴張程度大體接近，基本都在4 km/a，而瀍河回族區(qū)的道路擴張程度最小，如表5所示。從道路密度變化來看，老城區(qū)、西工區(qū)、洛龍區(qū)的道路密度變化較接近，而瀍河回族區(qū)和澗西區(qū)道路密度變化接近。除洛龍區(qū)外，其他市區(qū)道路規(guī)模變化和道路密度變化基本對應(yīng)，道路規(guī)模變化最明顯的市區(qū)道路密度變化也最大，如表6所示。

4 道路擴張的驅(qū)動因素分析

道路作為區(qū)域發(fā)展中極其直觀的指標(biāo)，道路的擴張與地區(qū)的人口狀況、社會經(jīng)濟發(fā)展、城市的發(fā)展等有密切的聯(lián)系。因此單純通過道路指標(biāo)數(shù)據(jù)來分析洛陽市區(qū)的道路擴張并不能準(zhǔn)確地對擴張態(tài)勢進行概括，只有結(jié)合各個區(qū)的人口、環(huán)境、政治導(dǎo)向等進一步分析，才能準(zhǔn)確把握道路擴張態(tài)勢及驅(qū)動因素。

4.1 人口因子

城市化發(fā)展過程中人口數(shù)量的迅速增加會導(dǎo)致道路擁堵，進一步引起道路擴張。一般人口增加量最顯著的市區(qū)同時也是道路規(guī)模變化最顯著的市區(qū)，且人口變化等級與道路設(shè)施變化等級一一對應(yīng)。因為人口的增加會激化人們對交通道路的需求矛盾，比如要求道路更加便捷、規(guī)劃更加合理等。洛陽市區(qū)兩期人口情況如表7所示。

4.2 經(jīng)濟因子

交通運輸在社會經(jīng)濟發(fā)展中的地位日益重要，道路是社會經(jīng)濟發(fā)展中的重要基礎(chǔ)設(shè)施和支柱[11]。結(jié)合表5、表6、表8可知：道路規(guī)模和道路密度變化最顯著的市區(qū)也是生產(chǎn)總值變化最明顯的市區(qū)，并且各個市區(qū)的生產(chǎn)總值與道路擴張也呈現(xiàn)正相關(guān)的趨勢。因為道路交通越發(fā)達對社會經(jīng)濟的發(fā)展推動作用也就越大，而社會經(jīng)濟的發(fā)展促使交通道路更加完善，并且社會經(jīng)濟發(fā)展的狀況在一定程度上與道路交通發(fā)展相適應(yīng)。

4.3 政策導(dǎo)向

政策的導(dǎo)向作用是道路擴張的另一重要因素，由于發(fā)展政策的導(dǎo)向會進一步結(jié)合人口、經(jīng)濟等因素從而使得城區(qū)道路大幅擴張。從道路分布上看，洛龍區(qū)的道路從市區(qū)中心到邊緣地區(qū)均有不同程度的擴張，不僅涉及各種類型道路且道路建設(shè)更加條理化、結(jié)構(gòu)化。另外，由于洛陽市其他市區(qū)城市化進程早，因此道路擴張主要集中在市區(qū)中心外的邊緣地區(qū)，擴張的道路主要是快速路、環(huán)城路。

5 結(jié)語

①2004年洛陽市總主干道路長度為519.903 km，平均長度為103.981 km。2018年洛陽市總主干道路長度為1 228.640 km，平均長度為245.728 km。在2004—2018年間洛陽市總道路長度擴張了708.737 km。整個洛陽市的道路密度從2004年的1.238 km/km2擴張為2018年的2.077 km/km2。

②從各個市區(qū)來看，道路擴張程度最為明顯的市區(qū)為洛龍區(qū)。洛龍區(qū)道路長度從206.327 km擴張到737.508 km，增加了531.181 km。而瀍河回族區(qū)的道路擴張最舒緩，道路長度從2004年的40.011 km擴張到54.722 km，增加了14.711 km，且瀍河回族區(qū)的道路密度變化也最低。盡管洛龍區(qū)道路擴張極其明顯，但是道路密度仍相對較低，因此洛龍區(qū)的道路建設(shè)仍存在很大發(fā)展空間。

③ 道路擴張的主要區(qū)域很大程度上受政策導(dǎo)向的影響。城市化從各個市區(qū)中心逐步向外發(fā)展，道路擴張在市中心邊緣地區(qū)最為明顯。人口的增加、經(jīng)濟的發(fā)展、城市的發(fā)展導(dǎo)向等因素將促進道路的擴張;而道路的擴張也會帶動區(qū)域的發(fā)展從而進一步影響人口、社會經(jīng)濟的變化以及發(fā)展策略的導(dǎo)向。

參考文獻：

[1] 趙國梁，鄭新奇，原智遠(yuǎn)，等.道網(wǎng)密度與城鎮(zhèn)擴張時空變化特征及關(guān)聯(lián)性分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2015，31（12）：220-229.

[2] ASCHAUER D A.Is public expenditure productive [J].Journal of Monetary Economics， 1989（23）：177-200.

[3] 陳源.道路交通對城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴張的影響研究[D].長沙：湖南師范大學(xué)，2017.

[4] GENELETTI D. Ecological evaluation fbr environmental impact assessment[M]. Utrecht： Netherlands Geographical Studies， 2002.

[5] 趙國梁. 道路網(wǎng)絡(luò)與城市擴張互動關(guān)系研究[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2017.

[6] MARCY B， OVERMAN H G， DIEGO P， et al. Causes of sprawl：A portrait from space[J].The Quarterly Journal of Economics ，2005，121（2）：587-633.

[7] 姜成.鄭州市城市交通與城市空間結(jié)構(gòu)互動作用研究[D].開封：河南大學(xué)，2013.

[8] 榮月靜，張慧，杜世勛.基于格網(wǎng)的近十年江西省道路網(wǎng)絡(luò)對土地利用變化影響閾值研究[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2016，41（6）：226-230.

[9] 秦天天.基于道路網(wǎng)的黃河三角洲地區(qū)景觀格局研究[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[10] 魏偉，石培基，脫敏雍，等.基于GIS的甘肅省道路網(wǎng)密度分布特征及空間依賴度分析[J].地理科學(xué)，2012，32（11）：1297-1303.

[11] 梁晨溪.北京市遠(yuǎn)郊區(qū)縣內(nèi)部道路交通對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的影響研究[D].臨汾：山西師范大學(xué)，2012.