洛阳市城区道路扩张态势及其驱动因素研究

张宇飞

摘 要：随着社会经济的快速发展、城市化水平的不断提高，交通道路成为连接人类生产生活的枢纽。完善便利的道路交通有利于社会经济的发展，道路的快速发展不仅带来社会财富、方便人们生活，而且也影响着区域发展规划。笔者以洛阳市为研究区域，以2004年、2018年高分辨率的谷歌影像为数据源，基于面向对象的分类方法提取出道路信息，对分类后结果进一步处理后得到两个时期的主干道路的长度及空间分布。然后对比两期影像上道路的规模、密度、扩张速度，分析了道路的时空变化特征，研究了近20年该市主干道路的扩张情况，并进一步探究了道路扩张的驱动因素。研究结果表明，洛龙区的道路扩张最为显著，道路规模扩张了531.181 km，扩张速度为37.94 km/a;其余市区均有不同程度的扩张且扩张态势相对均衡。道路扩张的主要驱动因素有人口的增加、经济的发展和政策导向等。

关键词：道路扩张;面向对象分类;高分辨率影像

中图分类号：TP79   文献标志码：A     文章编号：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础设施中最主要、分布最广泛的设施，对于城市建设的空间分布和建设用地规划起主导性作用。因此，交通道路对土地利用的影响是生态学、景观生态学等相关领域的学者探讨的热点问题[1]。

在20世纪90年代，Aschauer指出一个地区道路交通设施的资金投入额度对该区域经济社会发展和城市建设用地扩张存在较重大的影响[2]。陈源研究道路穿过景观斑块后，对由道路造成的斑块破碎度指数造成的影响进行了定量评价[3]。Geneletti通过构建空间指示函数，对道路影响周边土地利用破碎化的程度差异进行研究[4]。赵国梁等在基于区位理论的基础上提出了交通可达性的概念，并且建立了城市建设用地与交通道路网络之间系统性联系，将两者的发展一体化[5]。Marcy等提出了道路网络会促进城镇用地面积的增加[6]。姜成对广州市城市交通与土地利用相互关系进行了大量的研究[7]。荣月静等人研究江西省的道路扩张态势，计算了道路网络影响下土地利用变化的路网密度阈值范围[8]。秦天天选取农村道路为研究对象，研究了农村道路在农村城镇化影响的过程中对于农村土地利用状况及农村景观格局的影响[9]。

因此，笔者以洛阳市为实证研究对象，通过对洛阳市主干道路扩张的研究来分析洛阳市近年来的发展状况。

1 研究区概况

洛阳市是河南省地级市，总面积15 230 km2，位于河南省西部，地处东经112°16'—112°37'，北纬34°32'—34°45'。横跨黄河中下游南北两岸，东邻郑州市，西接三门峡市，北跨黄河与焦作市接壤，南与平顶山市、南阳市相连。城市北靠邙山，南临洛河，地形平坦，交通便利。洛阳市位于中原城市群西部，随着中原城市群经济的快速发展，洛阳市的道路扩张及城市发展的速度日益明显。相关研究区域为洛阳市老城区、瀍河回族区、涧西区、西工区、洛龙区，面积大约806 km2。

2 数据源及处理

2.1 数据来源

研究所用的影像数据是洛阳市区的18级高分辨率的谷歌影像（2004年和2018年），分辨率达0.48 m，可清楚地分辨出洛阳市区的道路，能较好地满足本次研究要求。洛阳市行政区划数据来自全国地理信息资源目录服务系统（http：//www.webmap.cn）。人口和社会经济数据来源于洛阳市统计年鉴，从洛阳市统计局网站获取（http：//www.lytjj.gov.cn）。

2.2 道路信息的提取

基于ENVI选用面向对象的分类方法对各个市区的主干道路进行提取。

首先根据影像特点建立特征工程，可以用归一化植被指数和HSI颜色空间来提高图像分割的精度，对图像进行分割与合并。由于相关研究只提取主干道路信息，而对其他的地类无特殊要求，在反复对比分割参数的设置后分割阈值设为75，分割方法选用基于边缘检测。设置合并尺度为90，进一步设置矩形化程度、面积、长度得到提取结果，如图1所示。

2.3 分类后处理

由于一些地物的阴影存在导致部分道路的提取结果不连续，对初步提取后的结果首先进行类别集群处理，可以将一些碎斑合并为道路，并且更为平滑。将结果转为矢量，设置阈值面积，可以实现对道路中的岛状要素进行去除。再将面状要素转为线要素，并处理为单行线以满足研究要求。以谷歌影像为底图，对未能提取的道路采用目视解译，得到2004年和2018年洛阳市区的道路分布（图2、图3）。本次研究主要提取了洛阳市区宽度大于10 m的道路。

3 主干道路的空间特征

3.1 道路设施规模

道路设施规模指标反映的是研究区域中的每个评价单元所有道路的总里程，以km为单位。道路设施规模越大，表示评价单元公路里程越长，道路交通设施通达性越好，为正向指标。

由表1、表2可知，2004年洛阳市区道路空间分布中道路设施总长度为519.903 km，平均长度为103.981 km。洛龙区的道路设施规模最高，比平均规模高出102.346 km，瀍河回族区道路设施规模最低，比平均规模低63.970 km。2018年洛阳市区道路空间分布中道路設施总长度为1 228.640 km，平均长度为245.728 km。在2018年各个市区的道路规模等级层次发生变化。瀍河回族区道路规模最低，老城区、西工区、涧西区为中等，洛龙区道路规模最高。各个区的道路设施规模均有不同程度的扩张。在2018年洛龙区的道路规模比全市平均水平高出491.780 km，甚至拉动了全市区的道路设施规模，从而使得除洛龙区外其余市区的道路规模均低于全市的平均水平，其中瀍河回族区的道路规模比全国平均水平低了191.006 km。

3.2 道路密度

由于各个辖区的面积不同，仅用道路设施规模指标反映主干道路的特征并不充分。道路密度是道路发展水平的重要标志，也是衡量道路作为社会经济发展中重要基础设施并满足交通需求的直观指标。因此，在研究道路建设发展问题时，必须对道路密度这一指标进行深入研究[10]。

道路密度是单位面积单元内道路的长度。道路密度的值越大，即表示市区内主干道路越密集，为正向指标。

道路密度A的计算方法如式（1）。

[A=i=1nLis]      （1）

式中，L为道路长度，S为研究区域的面积。

由表3可知，洛阳市2004年的道路密度平均值为1.238 km/km2。其中洛龙区和老城区的道路密度低于全市区的平均水平。从道路密度指标来看洛龙区与其他辖区存在较大差异，洛龙区的道路密度比全市平均密度低了0.891 km/km2，与道路设施规模的分布格局有较大不同。而瀍河回族区、涧西区、西工区道路密度差距不大，均在1.5 km/km2左右，比全市密度高0.3 km/km2左右。

由表4知，洛阳市2018年的道路密度平均值为2.077 km/km2。洛龙区道路密度最低，老城区、瀍河回族区道路密度中等，涧西区、西工区道路密度等级最高。其中，仅有洛龙区的道路密度比全市平均密度低了0.835 km/km2。另外，虽然各个市区的道路密度均有扩张，但是从道路密度的空间分布特征来看存在明显的南北分异特点。

3.3 汇总变化

从上述数据可发现，从道路规模上看洛龙区道路扩张最为显著，老城区、西工区、涧西区的道路扩张程度大体接近，基本都在4 km/a，而瀍河回族区的道路扩张程度最小，如表5所示。从道路密度变化来看，老城区、西工区、洛龙区的道路密度变化较接近，而瀍河回族区和涧西区道路密度变化接近。除洛龙区外，其他市区道路规模变化和道路密度变化基本对应，道路规模变化最明显的市区道路密度变化也最大，如表6所示。

4 道路扩张的驱动因素分析

道路作为区域发展中极其直观的指标，道路的扩张与地区的人口状况、社会经济发展、城市的发展等有密切的联系。因此单纯通过道路指标数据来分析洛阳市区的道路扩张并不能准确地对扩张态势进行概括，只有结合各个区的人口、环境、政治导向等进一步分析，才能准确把握道路扩张态势及驱动因素。

4.1 人口因子

城市化发展过程中人口数量的迅速增加会导致道路拥堵，进一步引起道路扩张。一般人口增加量最显著的市区同时也是道路规模变化最显著的市区，且人口变化等级与道路设施变化等级一一对应。因为人口的增加会激化人们对交通道路的需求矛盾，比如要求道路更加便捷、规划更加合理等。洛阳市区两期人口情况如表7所示。

4.2 经济因子

交通运输在社会经济发展中的地位日益重要，道路是社会经济发展中的重要基础设施和支柱[11]。结合表5、表6、表8可知：道路规模和道路密度变化最显著的市区也是生产总值变化最明显的市区，并且各个市区的生产总值与道路扩张也呈现正相关的趋势。因为道路交通越发达对社会经济的发展推动作用也就越大，而社会经济的发展促使交通道路更加完善，并且社会经济发展的状况在一定程度上与道路交通发展相适应。

4.3 政策导向

政策的导向作用是道路扩张的另一重要因素，由于发展政策的导向会进一步结合人口、经济等因素从而使得城区道路大幅扩张。从道路分布上看，洛龙区的道路从市区中心到边缘地区均有不同程度的扩张，不仅涉及各种类型道路且道路建设更加条理化、结构化。另外，由于洛阳市其他市区城市化进程早，因此道路扩张主要集中在市区中心外的边缘地区，扩张的道路主要是快速路、环城路。

5 结语

①2004年洛阳市总主干道路长度为519.903 km，平均长度为103.981 km。2018年洛阳市总主干道路长度为1 228.640 km，平均长度为245.728 km。在2004—2018年間洛阳市总道路长度扩张了708.737 km。整个洛阳市的道路密度从2004年的1.238 km/km2扩张为2018年的2.077 km/km2。

②从各个市区来看，道路扩张程度最为明显的市区为洛龙区。洛龙区道路长度从206.327 km扩张到737.508 km，增加了531.181 km。而瀍河回族区的道路扩张最舒缓，道路长度从2004年的40.011 km扩张到54.722 km，增加了14.711 km，且瀍河回族区的道路密度变化也最低。尽管洛龙区道路扩张极其明显，但是道路密度仍相对较低，因此洛龙区的道路建设仍存在很大发展空间。

③ 道路扩张的主要区域很大程度上受政策导向的影响。城市化从各个市区中心逐步向外发展，道路扩张在市中心边缘地区最为明显。人口的增加、经济的发展、城市的发展导向等因素将促进道路的扩张;而道路的扩张也会带动区域的发展从而进一步影响人口、社会经济的变化以及发展策略的导向。

参考文献：

[1] 赵国梁，郑新奇，原智远，等.道网密度与城镇扩张时空变化特征及关联性分析[J].农业工程学报，2015，31（12）：220-229.

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[3] 陈源.道路交通对城乡建设用地扩张的影响研究[D].长沙：湖南师范大学，2017.

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

[5] 赵国梁. 道路网络与城市扩张互动关系研究[D].北京：中国地质大学（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.郑州市城市交通与城市空间结构互动作用研究[D].开封：河南大学，2013.

[8] 荣月静，张慧，杜世勋.基于格网的近十年江西省道路网络对土地利用变化影响阈值研究[J].环境与可持续发展，2016，41（6）：226-230.

[9] 秦天天.基于道路网的黄河三角洲地区景观格局研究[D].泰安：山东农业大学，2012.

[10] 魏伟，石培基，脱敏雍，等.基于GIS的甘肃省道路网密度分布特征及空间依赖度分析[J].地理科学，2012，32（11）：1297-1303.

[11] 梁晨溪.北京市远郊区县内部道路交通对区域经济发展的影响研究[D].临汾：山西师范大学，2012.