鄭曉蕾

[提要] 本文采用GIS技術(shù)強(qiáng)大的分析和數(shù)據(jù)管理能力對(duì)城市道路網(wǎng)可達(dá)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)收集數(shù)據(jù)、建模，數(shù)據(jù)導(dǎo)出，剖析重慶市涪陵區(qū)江南組團(tuán)可達(dá)性特點(diǎn)，并提出建議。

關(guān)鍵詞：GIS；城市道路網(wǎng)；可達(dá)性

基金項(xiàng)目：重慶市教委2015年度科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目：“城市交通改善評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與方法研究”（KJ1504208）

中圖分類(lèi)號(hào)：F29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

原標(biāo)題：基于GIS的城市道路網(wǎng)可達(dá)性評(píng)價(jià)——以重慶市涪陵區(qū)江南組團(tuán)為例

收錄日期：2017年1月12日

一、引言

可達(dá)性這一概念很早就用于城市交通規(guī)劃研究中，用以作為描述兩分區(qū)間交通聯(lián)系程度的指標(biāo)。在城市道路網(wǎng)評(píng)價(jià)中，可達(dá)性被作為一項(xiàng)重要指標(biāo)，能夠?qū)Τ鞘械缆肪W(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行正確的評(píng)價(jià)，分析出城市道路網(wǎng)的缺點(diǎn)，為建改和綜合治理提供決策依據(jù)。本文利用GIS的網(wǎng)絡(luò)分析模塊能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)影響城市道路方案布局的各項(xiàng)影響因素的分析評(píng)價(jià)，得到精確合理的分析結(jié)果。GIS技術(shù)的發(fā)展為復(fù)雜自然環(huán)境與獨(dú)特社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的山地城市道路優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)優(yōu)化提供了有效的技術(shù)平臺(tái)。

二、城市道路可達(dá)性計(jì)算方法

車(chē)輛的行程時(shí)間由路段行駛時(shí)間和交叉口通過(guò)時(shí)間組成?？疾旖徊婵谕ㄟ^(guò)時(shí)間的主要內(nèi)容是分析車(chē)輛在交叉口的延誤時(shí)間。車(chē)輛在交叉口的平均延誤主要取決于交叉口的交通組成、流量流向和控制情況，而后者通常是在基于前者的分析確定的。由于關(guān)聯(lián)因素多，交叉口延誤計(jì)算一直是比較復(fù)雜的問(wèn)題，實(shí)際中可通過(guò)交通調(diào)查獲取有關(guān)數(shù)據(jù)。本文采用了較為簡(jiǎn)便的計(jì)算方法，該方法對(duì)交叉口的流量、流向等因素不作考慮，僅根據(jù)交叉口的控制情況進(jìn)行平均延誤估算。車(chē)輛在交叉口的平均延誤時(shí)間？子包括平均直接延誤時(shí)間？子0（減速和停車(chē)等待時(shí)間）和通過(guò)損失時(shí)間t（車(chē)輛起動(dòng)和加速通過(guò)交叉口時(shí)的損失時(shí)間），即？子=？子0+t。

假定一輛車(chē)在交叉口的平均直接延誤時(shí)間？子0是所研究路線在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的非通行時(shí)間的一半，即：

？子0=0.5Y1/？姿YC

式中：C為信號(hào)周期長(zhǎng)；λ為計(jì)算方向上的綠信比。

在沒(méi)有公共汽車(chē)轉(zhuǎn)彎和禁止左轉(zhuǎn)（或左轉(zhuǎn)車(chē)輛很少）的干線道路交叉口，采用兩相位控制時(shí)可按？子=0.3C作簡(jiǎn)單估算。這一結(jié)論來(lái)自于前蘇聯(lián)對(duì)不同周期下延誤的估算，一般在周期時(shí)間為40～120s時(shí)均可使用。

在T形交叉口，以及有公共汽車(chē)轉(zhuǎn)彎或在某條路線上有較多左轉(zhuǎn)車(chē)輛的一般交叉口上，通常會(huì)使用三相位控制方法。在這種情況下，每輛車(chē)的平均直接延誤時(shí)間將會(huì)提高10%～20%，這時(shí)可取？子=0.33C。通過(guò)損失時(shí)間t與道路允許車(chē)速和交叉口幾何特性等因素有關(guān)，當(dāng)交叉口允許車(chē)速為15～20km/h，交叉口通過(guò)長(zhǎng)度為20～70m時(shí)，可取t=5s。這樣，從節(jié)點(diǎn)A到B，經(jīng)線路l時(shí)，所需行程時(shí)間為：

式中，TABl為從節(jié)點(diǎn)A到B，經(jīng)線路l的道路長(zhǎng)度，VABl為線路l上的平均行駛車(chē)速；N為線路l上經(jīng)過(guò)的交叉口數(shù)；？子n為第n個(gè)交叉口在線路方向上的平均延誤時(shí)間。如果能得到線路l上各路段的平均行駛車(chē)速數(shù)據(jù)，則可按下式計(jì)算：

式中：m為線路l包含的路段數(shù)；Lm為路段m的長(zhǎng)度（計(jì)入交叉口長(zhǎng)度）；Vm為路段m上的平均車(chē)速。上述行程時(shí)間的計(jì)算考慮了路段和交叉口的狀況。將路段行程時(shí)間和交叉口通過(guò)時(shí)間分別作為路段和節(jié)點(diǎn)的費(fèi)用進(jìn)行交通分配，由所得的流量分配和行程時(shí)間計(jì)算結(jié)果，則可進(jìn)行可達(dá)性指標(biāo)的計(jì)算。

三、GIS道路網(wǎng)可達(dá)性過(guò)程分析

空間分析是GIS的核心，也是GIS價(jià)值的體現(xiàn)。在進(jìn)行道路可達(dá)性評(píng)價(jià)前，首先要在GIS下實(shí)現(xiàn)對(duì)城市道路的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行模擬，為了較好地達(dá)到模擬效果，需要收集道路相關(guān)的一些基礎(chǔ)資料，包括：道路線路的測(cè)繪數(shù)據(jù)、道路長(zhǎng)度、道路平均車(chē)速、十字路口是否允許左轉(zhuǎn)彎、十字路口轉(zhuǎn)彎半徑、紅綠燈時(shí)長(zhǎng)、綠信比、道路是否為單行道等。具備了這些基本資料之后，利用GIS建立網(wǎng)絡(luò)模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分析，并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行屬性操作，以便更形象地表達(dá)空間分析的結(jié)果。

（一）建立城市道路網(wǎng)絡(luò)模型。根據(jù)收集到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，建立GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)、分層表達(dá)，如道路數(shù)據(jù)圖層具有道路長(zhǎng)度、道路各段統(tǒng)計(jì)的平均車(chē)速、單行道數(shù)據(jù)等，轉(zhuǎn)彎要素圖層則包含了車(chē)輛轉(zhuǎn)彎信息等，并根據(jù)交叉口轉(zhuǎn)彎半徑、紅綠燈時(shí)長(zhǎng)、綠信比等設(shè)置交叉口阻斷時(shí)長(zhǎng)，在此基礎(chǔ)之上就可以建立城市道路網(wǎng)絡(luò)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市道路的模擬。

（二）對(duì)城市道路進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析。在城市道路網(wǎng)絡(luò)模型建立的基礎(chǔ)上，通過(guò)GIS網(wǎng)絡(luò)分析中的新建服務(wù)區(qū)分析，以車(chē)輛通過(guò)每條路段的時(shí)間長(zhǎng)度為通行成本，以時(shí)間為中斷值，以每個(gè)路口為設(shè)施點(diǎn)，能夠分析出在一定時(shí)間范圍內(nèi)，從各個(gè)路口機(jī)動(dòng)車(chē)沿道路在統(tǒng)計(jì)的平均速度能到達(dá)的范圍圖。

（三）對(duì)屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行空間操作。利用GIS對(duì)網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分級(jí)，并對(duì)不同的分級(jí)結(jié)果賦予不同的色彩予以區(qū)分，使分析結(jié)果更易于辨別。

（四）結(jié)果輸出。GIS的結(jié)果輸出具有多樣性和靈活性的特點(diǎn)，根據(jù)需要以相應(yīng)的圖、表的形式對(duì)結(jié)果進(jìn)行輸出。例如，可輸出城市道路諸影響因素屬性表、城市道路分級(jí)圖、城市道路平面線形圖、城市道路各中斷時(shí)間出行范圍圖等。

四、江南組團(tuán)城市道路網(wǎng)可達(dá)性評(píng)價(jià)

（一）江南組團(tuán)片區(qū)概況。涪陵區(qū)位于重慶市五大功能區(qū)的城市發(fā)展新區(qū)。涪陵區(qū)江南組團(tuán)被長(zhǎng)江、烏江所包繞，占地面積約17平方公里，規(guī)劃人口約40萬(wàn)。江南組團(tuán)與江東片區(qū)、江北片區(qū)間分別被烏江、長(zhǎng)江分隔，距李渡新城區(qū)約12公里。片區(qū)呈典型的“單邊坡”地形，沿江地帶與最高處之間的高差達(dá)到400米。江南組團(tuán)路網(wǎng)密度約6.12公里/平方公里，作為典型的三峽庫(kù)區(qū)城市以及典型的山地城市，受地形及現(xiàn)狀的限制，交通問(wèn)題突出，交通供給已無(wú)法滿足交通需求的快速增長(zhǎng)，具有很高的研究?jī)r(jià)值。

（二）江南組團(tuán)道路可達(dá)性評(píng)價(jià)方法

1、源數(shù)據(jù)的收集。本例中主要考慮的因素有：道路線路的測(cè)繪數(shù)據(jù)、道路名稱、道路平均車(chē)速（為了更好地表達(dá)城市道路的可達(dá)性，本文收集8：00～9：00、12：00～15：00、17：00～18：00等上下班高峰期的機(jī)動(dòng)車(chē)平均車(chē)速）、單行道、路口禁止左轉(zhuǎn)等數(shù)據(jù)，并在實(shí)地調(diào)查時(shí)，實(shí)時(shí)填寫(xiě)調(diào)查表。（表1）

2、城市路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立。將江南組團(tuán)城市道路網(wǎng)布局圖轉(zhuǎn)換為ArcGIS可識(shí)別的數(shù)據(jù)格式后輸入GIS平臺(tái)之中，對(duì)城市道路網(wǎng)數(shù)據(jù)分層化，并根據(jù)統(tǒng)計(jì)的道路名稱、車(chē)速、是否為單行道等數(shù)據(jù)建立屬性數(shù)據(jù)表，其中Name屬性指道路名稱、Speed指道路平均車(chē)速（單位：公里/小時(shí)）、Minutes指每段道路的長(zhǎng)度（單位：公里）、Oneway指單行道（空：表示不為單行道）、Meters指每段路的長(zhǎng)度（單位為米），為數(shù)據(jù)庫(kù)建立提供數(shù)據(jù)支撐。利用ArcGIS，能夠建立強(qiáng)大的城市道路數(shù)據(jù)庫(kù)，有效地提取道路評(píng)價(jià)所需的城市道路數(shù)據(jù)，為下一步道路評(píng)價(jià)提供充分的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。（表2、圖1）

3、道路交通網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建。在建立江南組團(tuán)道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上就可以進(jìn)行城市道路交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，為了能夠更真實(shí)地模擬城市道路系統(tǒng)，在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)分析模型時(shí)還考慮到交叉口紅綠燈對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)輛的延遲的影響。利用GIS平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)分析工具，構(gòu)建出江南組團(tuán)道路交通網(wǎng)絡(luò)模型，并對(duì)整個(gè)江南組團(tuán)城市道路網(wǎng)進(jìn)行模擬，為江南組團(tuán)道路網(wǎng)優(yōu)化評(píng)價(jià)提供優(yōu)化數(shù)據(jù)支撐。（圖2）

4、基于出行范圍的可達(dá)性分析。本節(jié)主要分析的內(nèi)容是對(duì)城市內(nèi)部各個(gè)位置的機(jī)動(dòng)車(chē)出行能力進(jìn)行模擬分析。利用基于機(jī)動(dòng)車(chē)出行范圍的可達(dá)性評(píng)價(jià)方法，將研究城市各個(gè)路口3分鐘、5分鐘機(jī)動(dòng)車(chē)出行范圍，計(jì)算其出行面積，并據(jù)此生成可達(dá)性分布圖。實(shí)驗(yàn)主要包含以下三個(gè)主要步驟：首先，計(jì)算各路口機(jī)動(dòng)車(chē)出行范圍；其次，統(tǒng)計(jì)機(jī)動(dòng)車(chē)出行范圍的面積；最后，生成江南組團(tuán)的可達(dá)性分布圖。（圖3、圖4）

機(jī)動(dòng)車(chē)出行范圍分析圖中色塊范圍和顏色深淺表示城市內(nèi)部各個(gè)點(diǎn)在3分鐘、5分鐘之內(nèi)沿道路出行范圍的大小，色塊越大、顏色越深，表示機(jī)動(dòng)車(chē)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的通行距離越長(zhǎng)，證明道路網(wǎng)可達(dá)性較好；色塊范圍越小、顏色越淺表示機(jī)動(dòng)車(chē)通行距離越短，道路網(wǎng)可達(dá)性較差。

5、江南組團(tuán)可達(dá)性評(píng)價(jià)。通過(guò)對(duì)江南組團(tuán)出行范圍的道路可達(dá)性分析對(duì)比后可以發(fā)現(xiàn)道路網(wǎng)布局存在以下幾點(diǎn)特征：第一，江南組團(tuán)西老城區(qū)道路可達(dá)性較高，機(jī)動(dòng)車(chē)通行能力較強(qiáng)，這是由于西老城區(qū)道路網(wǎng)布局合理，主次干道比例與道路網(wǎng)密度設(shè)計(jì)合理，道路交叉口較少；第二，老城區(qū)東南部可達(dá)能力差，這是由于高筍塘—易家壩—南門(mén)山是老城區(qū)的商業(yè)中心，人口密集，道路交叉口多，車(chē)流量大；第三，老城區(qū)北部濱江路沿線，雖然道路較寬、道路等級(jí)較高，但此條道路承擔(dān)了到江東、江北、李渡等城區(qū)的過(guò)境交通，車(chē)流密集道路通達(dá)性較差。

6、江南組團(tuán)道路改善方案。由于江南老城區(qū)建設(shè)土地利用率高、人口密度大、拆遷成本高，加上江南組團(tuán)是典型的山地城市，使得城市道路進(jìn)行改建、擴(kuò)建非常困難。為增強(qiáng)江南組團(tuán)城市道路網(wǎng)的可達(dá)性，針對(duì)上述存在的突出問(wèn)題，提出以下改善方案：第一，對(duì)于濱江路沿線道路可達(dá)性差的現(xiàn)狀可以增加涪陵城區(qū)城市內(nèi)環(huán)線，加強(qiáng)各組團(tuán)之間的聯(lián)系，分擔(dān)濱江路車(chē)行壓力；對(duì)濱江路進(jìn)行擴(kuò)寬處理，在濱江路東部增加跨烏江大橋，在濱江路西部新增跨長(zhǎng)江大橋，聯(lián)系李渡新區(qū)，并設(shè)為快速通道，增強(qiáng)濱江路的通行能力；第二，對(duì)于老城區(qū)商業(yè)中心道路可達(dá)性差的現(xiàn)狀，可以合理利用山地城市所特有的梯坎道等步行道路，增加步行道路的便捷性和舒適性，增強(qiáng)市民步行出行的意愿；完善中心商業(yè)區(qū)的公共交通線路和增加公共交通數(shù)量，最大限度方便市民便乘，減小對(duì)私家車(chē)的依賴；設(shè)置中央防護(hù)欄和地下通道，解決車(chē)輛的隨意調(diào)頭和行人隨意穿越道路，增加道路的運(yùn)行效率和行車(chē)安全。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文首先從城市道路可達(dá)性的概念入手，分析如何計(jì)算城市道路網(wǎng)的可達(dá)性，以及影響道路可達(dá)性的主要因素，最后應(yīng)用地理信息系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型模型進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，并且利用網(wǎng)絡(luò)分析手段進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和綜合，進(jìn)而完成對(duì)城市道路可達(dá)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并提出相應(yīng)的整改意見(jiàn)。在這過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了不少問(wèn)題，比如在道路可達(dá)性的影響因素方面發(fā)現(xiàn)有很多影響因素并不能量化的進(jìn)行評(píng)價(jià)，如行人穿越道路對(duì)道路可達(dá)性的影響，也沒(méi)有對(duì)城市紅綠燈對(duì)可達(dá)性的影響進(jìn)行精細(xì)量化等，對(duì)于這些因素的考慮還需要更為深入的研究。

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