基于GIS的宁夏公路交通网络可达性研究

王　迪

(哈尔滨师范大学)

0　引言

地理信息系统(GIS)作为一门特殊的重要空间信息系统，随着地理科学、计算机科学、遥感技术和信息技术的发展而兴起.由于地理信息系统(GIS)具有数据组织、管理、分析和显示的功能，GIS的应用越来越广泛[ 1 ].

交通运输是经济和社会发展的重要支撑，也是社会建设中重要的基础建设之一.它是相关地理空间的枢纽.每个单位之间相互联系的程度取决于交通网络的进程，先进的网络运输和运输成本始终是经济活动区位的重要因素之一.许多研究方法应用于交通网络，基于交通网络可达性分析的GIS系统提供一个更新颖的方式和更有效的平台，更好地引导中国的城市基础设施建设布局发展，对网络有重要的指导意义.

可达性是1959年汉登首先提出的[ 2 ]，他将其定义为交通网络中的每个节点的互相交流的机会.由于辅助功能已经应用到各个领域，许多学者分别从不同研究的方向，提出了关于可达性不同定义，但是，大致上可达性是指特定的运输从一个点到另一点的网络便利[ 3 ].可作为交通系统的评价是非常有效的，高质量的服务性能，可以实现全岗位、效率高，对综合指数的基本要求和协调平衡，将其归纳为三种代表性的观点：(1)空间跨度，是指交通网络[4]难克服空间距离，如果从一个点到另一点或其他地区的空间跨度，说明了这一点，交通不便，对可达性较好；(2)机会积累，是指辅助功能可以在单位时间内达到发展机会的数量；(3)相互作用的互动空间.

目前，交通网络可达性的研究主要集中在以下几个方面：不同地区、不同交通方式的可达性研究；可达性空间格局对区域发展演变的影响；对新的交通基础设施的区域经济影响评价；评价、定位分析和区位等.可达性是影响城市空间发展的一个关键因素，对其的研究受到许多学者的广泛的关注.古铁雷斯等人研究欧洲高速铁路网络到欧洲的可达性，举例分析了欧洲城市公路网络可达性和区域差异进行了系统的分类[5].汉森研究了城市人口的分布和居住用地的可达性[2]；linneker等研究了伦敦圆形道路对区域经济的影响[6]；亨德讨论了旧金山湾地区就业的需要和华盛顿周边地区的就业模式.在国内，吴威、金凤君、王姣娥等通过对中国铁路交通网络和进化的可达性空间格局演变的分析，从时间距离的角度提出了在中国铁路旅客运输网络系统的变化，这种变化的影响新时期带来的周边城市变化[7]；关于基于城市群的空间分布，卢峰进行了武汉市城市地理位置的横向比较，然后进行了定量分析，分析了城市的交通可达性.

外国学者认为研究结果的可达性紧密关联,主要是社会和经济问题,他们主要关心的是交通基础设施建设和区域经济发展之间的关系,由于交通基础设施改变了地区可达性和可达性变化,该地区的相对位置改变的值,它将进一步改变区域经济发展的差异.城市交通可达性的研究也引起了国外学者的关注，但研究部分比较小，内部链接可达性和城市景观，土地使用模式，社会服务和就业问题，城市交通系统，居民可达性问题研究不多.

在国内，有更多的城市和区域交通网络可达性研究.也有学者试图通过构建区域交通可达性的空间格局来映射区域城市的影响范围.然而，主要采用的研究方法是国外实证分析，缺乏评价，对价格方法的深刻理解.此外，研究水平主要集中在国家和省域等宏观区域，对微观特定城市的分析较少[8].可达性评价方法主要以下方法：(1)距离法：是最简单的可达性评价方法，从一个地方到不同距离的计算，也被称为“相对性”，距离法分为距离法简单加权平均距离，加权平均距离上的距离简单的方法的不足；(2)积累的机会法：指的是机会，可以在一个特定的时间或距离获得的数.数量越大，可达性越高，数量越少，可达性越差；(3)势模型法；(4)时空方法[9-10].

1　宁夏省交通网络可达性评价

1.1　宁夏公路概况

宁夏回族自治区位于中国的东部，西部地区的黄河上游，位于E104°17′～ 107°38′和N35°14′～ 39°23′，面积是东西窄且南北长的形状，南北毗邻内蒙古，陕西，甘肃省，区域面积6.64 km2，占全国土地面积占0.69%，是中国唯一的省级回族自治区.共有20个县市区、7个地级市(银川市,石嘴山市，灵武市，吴忠市，青铜峡市，中卫市，固原市)，11个县级城镇(永宁县，贺兰县，平罗县，盐池县，同心县，中宁县，海原县，西吉县，隆德县，泾源县，彭阳县)，两个区(惠农区，红寺堡区)，到2008年底，在总里程达21008 km.按照行政级别，国道是2000 km，省道是2245 km，县道是1608 km，乡道是7611 km，村道是 7248 km，特殊路用路287km.按技术分类，高速公路为1001km，一级公路2255km，二级公路2255 km，三级公路6105km，四级公路9817 km，等效公路1605 km.2008年，公路密度为 31.64km/100km2(如图1所示).

图1　宁夏交通分布现状图

1.2　评价方法与评价因子选择

市、县是省级交通网络中的节点，而一个城市或县的其他城市或县的交通费用，传递值代表了市、县的地理空间的可达性，反映了该地区交通区位的质量.该文意在空间障碍的基础上建立可达性研究.首先研究者英格拉姆提出了一种可操作的计算模型，20世纪70年代初，他提出相对可达性(relativeaccessibility)和综合可达性(integral accessibility)[11]，相对可达性是指一个点到另一个点之间的空间障碍；综合可达性指的是区域内所有其他点的空间阻隔，它可以用来得出空间障碍的总和或平均值：

式中i，j, =1, 2, …,n；Cij网络中一个点与另一个点之间的空间，这是相对的可达性，Ai是i点的综合可达性.基于这种空间的阻隔性能指数，两点之间的空间直线距离，交通的距离、行驶时间、资金成本和综合成本，该文利用交通时间的表示空间的研究，以及各路段通行时间根据长度和道路速度计算.

1.3　数据分析过程

(1)在ArcGIS中，引进1∶350000地图.

(2)数字化、编辑路网数据、提取路网要素，该文仅以提取、公路、国道、省道、县乡公路为研究对象.

(3)将属性赋给道路网，建立道路长度、道路技术等级、行车速度、行车时间、属性值的输入和计算.根据中华人民共和国公路工程技术标准的不同层次(JTG B01-2003)”的设计规定，结合宁夏地区的实际情况，设置各种平均等级公路行驶速度为：100 km/h的是高速公路，80 km/h的是一级公路，60 km/h的是二级公路，40 km/h的是三级公路.

(4)在道路数据ArcMap中分析网络拓扑处理，选择编辑工具编辑，选择开始编辑开始编辑，所选的所有元素，选择拓扑工具的平面相交线使用默认的公差，在所有交叉口道路中断，道路的长度和更新属性值驾驶时间.

(5)建立节点元素的数字城市和县城，并给予必要的属性，如市、县与县的公路网连接的节点名称，应保证连接，当数字化，确保节点市县包含道路网络.

(6)把道路网络和市、县在同一数据集节点单元类和导入到网络分析的应用.

(7)在ArcView中的模块的网络分析是网络分析使用查找最佳路径工具；设置“驾车时间”属性值的累计成本分析.

(8)解决每个城市对其他城市的最低交通时间成本，并组织和分析Excel中的数据(见表1).

表1交通时间矩阵

h

续表1

表1为时间组织交通OD矩阵，从表中查看任何两个城市之间的交通时间成本，对其他节点的交通时间并计算每个节点的平均值，代表每个节点综合性价值，其值越小，更好的说明这一点的可达性.

1.4　结果分析

观察表格数据，我们可以分析：

(1)综合性可分为三个等级，可达性最好的组：回族、永宁、青铜峡、中宁，几个城市综合指标的可达性是小于1.8 h，建议从一点到其他节点的平均时间小于1.8 h的几个点，在国道、省公路的四个节点，且邻近高速公路相接，位于宁夏中部平原地区.一组可如下：最坏的彭洋，Hickey先生，靖远隆德，海原，这几个城市综合指数可达性均大于2.9 h，其特点是位于南山区、宁，地理位置偏僻，而彭阳、西吉的指数，在超过3.3 h最大，两节点地理位置偏僻，没有高等公路不仅不能通过，宁夏南路的整个网络衔接较其他地区薄弱；余下节点可达性水平中综合交通可达性指数介于2.1～2.6 h，其特点是比较好的地理位置，主要有高速公路、国道、省道，道路网络在一个很好的连接，再比较好的，也可以是比较接近.

(2)彭阳是宁夏省域内节点，从彭阳与一个单一的指标其他节点可达性最差的可访问性，最快的彭洋阳到其他节点1.1 h，最慢的可以达到5.3 h，4.4 h的综合指标的可达性；西吉县是宁夏省已实现区域差异一个节点的能力.从单指标，其它节点的最快的1.3h，最慢3.3～5.3h，和这两个节点没有国家或公路经过除偏远地区综合交通可达性指数.

(3)银川是宁夏回族自治区的首府，宁夏的政治、经济和文化中心位于宁夏北部.因此，该文的得分相对较低.这将削弱它对南部城市宁夏的影响力.现在提出和实施战略的沿黄城市带，宁夏银川是城市建设的关键，在未来的城市发展，应该向南扩展，提高整个地区的可达性，成为一个强大的银武宁夏省城镇化发展的核心建设.

通过以上分析，无论是高速公路或干线高级公路紧邻，区域中部位置或偏远地点，在所有道路网络中，连通性是影响中的三个重要因素的节点城市、县交通方便，除了地理位置的自然因素是无法变更的，对提高区域公路网的整体连接，通过扩展道路，提高节点县市可达性，皆为可行的对策.

2　宁夏公路交通网络规划方案的分析与优化

运用上述方法对现有的公路交通规划方案进行分析，并提出相应的优化对策.

更多的可达性评价进行了详细的影响可达性的主要因素进行了分析，发现省交通网络的一些薄弱环节，在长期的经济发展趋势[12]，省级公路将全面提高水平，从公路建设与这些人员的时间和效果，首先选择交通转换最脆弱的部分并且最容易见效的节点开始处理.

推荐中南优先改造项目如下：(1)横向省道缺乏，海原-同心-红寺堡，海原-固原北、固原-彭阳、彭阳-隆德的县道提升成为省级公路.(2)加快公路、县、市、公路通信线路的建设.根据上述优化建议修改道路网络元素的特性，可达性分析，对各市县的综合价值的可达性，并与价值观之间的差异调整前，结果列于表1.从结果来看，调整后，所有市县节点控制可在3 h内，减少每个节点的成本范围在0.1～0.4 h之间，包括彭阳,西吉，固原，海原有最显著的改变(如图2所示).

图2　道路网改变示意图

3　结论

在交通网络中的节点，城市和县城的可达性反映了其交通区位的优势和劣势[13].通过对省内交通网络可达性的证实研究，揭示了影响可达性的3个因素:是否邻近高等级公路，区域位置仍然偏远，以及该地区路网的整体连通性.在这些因素的影响下，交通网络的整改明显升高了省级交通网络的可达性，提高了城市节点的交通位置.科研成果和技术手段对交通系统建设、区域交通系统规划和城市系统规划表现出一定的学习意义.

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