基于GIS的道路经济影响范围研究

滕方勇

（招远市政府投资工程建设服务中心，山东 招远 265400）

引言

为了准确、客观地描述地区交通的发展状况和差异，为未来交通规划提供指导和借鉴，需要选择适当的指标和参数对研究地区的交通发展水平进行评价和分析。其中道路路网密度是一个重要指标，道路经济影响范围又是研究路网密度的关键 环节。

国内外学者运用先进的GIS技术从不同的角度和指标研究和评价城市道路、轨道交通、铁路和公路路网。王晓薇和奚砚涛[1]以江苏省徐州市主城区为切入点，利用该区交通道路网数据，借助GIS网络分析功能，选取道路网密度、路网连通度等6个评价指标，对该区域道路网的可达性进行多角度分析。张野和韩峰[2]利用GIS绘制铁路路网密度变化图，对西北地区的铁路路网密度、人口密度以及人均GDP进行相关性分析，得出相应的拟合公式并进行适应性分析。高玉祥和韩峰[3]以不同时期新疆地区铁路网密度、人口密度和GDP密度为研究对象，基于GIS技术分析路网发展与GDP、人口的时空关系，建立新疆地区铁路路网需求函数模型，对铁路网密度、铁路建设量进行预测并提供有效的决策支持。李双和杜建括[4]基于GIS技术，通过OD距离成本分析和服务区范围分析，计算了陕西省汉中市各县区道路的交通密度，对汉中市旅游交通的通达度和连通性进行了分析。

国内学者运用GIS分析地区的道路网密度、通达性等指标时，主要集中在城市道路、轨道交通和铁路领域，对辐射范围广、灵活度高、便捷度好的公路交通网鲜有涉及。并且既有研究大多集中于经济较发达地区，对于西北地区则研究很少，对我国整体的综合交通规划研究尚不全面。我国东西部经济发展不平衡的现状，要求在评价道路路网密度时应考虑经济因素，使道路路网密度评价更为客观和准确。

1 既有评价方法

通过道路总长与总面积之比来表示道路密度。由于不同等级道路的通行能力不同，所以用不同等级道路总长度来计算公路网络密度。

式中：ρ—公路网络密度，km/km2；L—研究区域内所有道路总长度，km；A—区域内总面积，km2。

高速公路作为交通运输通道的骨架和主干，对地区经济的影响作用远大于其他类型的公路，因此，在进行高速公路网密度分析的同时，有必要确定高速公路对地区经济的影响范围，然后再确定高速公路的搜索半径和权重才合理，得出的密度分布才是符合实际的。确定高速公路经济影响范围的方法有很多，主要方法原理和优缺点见表1。

表1 高速公路影响范围界定的常用方法比较

2 考虑经济因素的评价方法

对高速公路来说，虽然通车里程较其他等级的公路少，但是它为地区经济发展所做出的贡献是不可比拟的，所以在研究高速公路网密度时考虑经济因素是十分必要和关键的。通过把运费-时间模型和过境行政区法这两种确定高速公路经济影响范围的方法进行综合考虑并运用到路网密度分析中，对西部某省的高速公路网密度进行研究分析，对缩小省内地区之间的经济差异和促进东西部的技术互补有积极的指导意义。

采用运费-时间模型[5]和过境行政区法[6]相结合的方法来计算高速公路的影响范围。两者结合的优势：（1）虽然这两种计算方法主要在经济学领域应用，但是使用ArcGIS分析高速公路网的密度时需要确定搜索半径，半径大小的确定通常要考虑高速公路所经过地区的人口、设计速度、经济状况等因素，而运费-时间模型把这些因素都考虑进去了，从而使高速公路路网密度具有经济含义，能更好地了解高速公路对地区经济发展的带动作用。（2）我国高速公路管理模式因行政区的不同而不同，采用过境行政区法符合我国的实际 国情。

2.1 运费-时间模型

运费-时间模型见图1。

图1 运费-时间模型

运费-时间模型相关计算：

式中：RA—高速公路AB上出口的经济影响半径，km；RC—运费决定的经济影响半径，km；RT—时间决定的经济影响半径，km；LCB、LAB—非高速公路的长度和高速公路的长度，km；CCA、CAB、CCB—线路CA、CB、AB的运输成本，元；VCA、VAB、VCB—线路CA、CB、AB的运输速度大小，km /h。

3 道路经济影响范围计算

3.1 研究区域概况

研究区域位于我国西北部，地处黄河上游，面积39万余平方千米。地形复杂、狭长，以山地和高原为主，仅北山山地与祁连山地之间为狭长的河西走廊，是通往西域的交通咽喉，故成为丝绸之路的重要地段和军事要地。2019年末该省收费公路里程 4 118.2 km，占公路总里程15.14万公里的2.72%。其中，政府还贷高速公路3 722.6 km，政府还贷一级公路342.3 km，经营性高速公路53.3 km，占比分别为90.39%、8.31%和1.29%。该省高速公路网已初具规模，干线公路覆盖大部分区域，分析结果的可靠性较有保障。

3.2 经济影响半径计算

3.3.1 原始数据处理

从BigMap上下载该省行政区划、境内高速公路和省道矢量数据，然后选取该省的基础地理数据和社会经济统计年鉴作为辅助数据。数据处理时，首先运用ArcGIS对该省境内各个高速公路和省道进行整理、分析和统计，其次对基础地理数据进行整合。

3.3.2 经济影响半径计算

利用ArcGIS处理从BigMap上获取的该省高速公路和支线道路的矢量数据，可以获得运费-时间模型中的LGB、LAB。通过实地调研发现，该省的高速公路的平均运行速度为100 km/h，平均运输成本为 0.7元/（t·km），支线道路的平均运行速度为60 km/h，平均运输成本为0.8元/（t·km）。考虑到支线道路的非直线性将支线的影响半径和长度计算为支线的总长度，把公式（2）～公式（4）变形。

式中：Z—支线长度，km；G—高速公路长度，km。

以该省内一条高速为例进行计算经济影响半径，计算结果见表2。

表2 某高速经济影响范围计算

4 结语

（1）基于GIS技术获取研究区域道路矢量数据，在考虑经济因素情况下，通过综合运费-时间模型和过境行政区法两种模型确定道路经济影响范围，使道路路网密度评价具有经济含义，可充分考虑东西部经济发展不平衡等因素，方法客观、准确，为规划部门在规划路网时提供一定的指导和借鉴。 （2）运用ArcGIS分析路网密度时，搜索半径的大小和population（权重）的赋值是关键，如何合理地确定两者取值需要考虑诸多因素，如设计速度、影响范围、路幅宽度等。