基于GIS的县域交通可达性分析

[摘要] 第 1 章绪论1 1 研究背景与意义交通网络在一个区域的发展

第 1 章绪论

1.1 研究背景与意义

交通网络在一个区域的发展中起着重要作用，可达性作为审评交通网络的一项重要综合性指标[1]，通常意义下，它是指城市中一点到达其他地点的交通方便程度，有时也指其他地点到达这点的交通方便程度。通常情况下都是考查点对点之间的交通可达性，比如考查 i 、 j 之间的交通是否连通，顺畅情况如何等[2]。近年来随着社会经济的发展，城市化的加剧建设，从事交通地理、区域经济研究的相关学者开始逐渐对可达性形成了更广泛的重视与研究。可达性是由区域交通运输情况、交通相互通达的状况，两者的综合条件反映其水平高低的，现实中两者之间的联系主要体现在区域交通与经济一体化之间的关联。经由地区产业规模质量的升级由区域可达性的提升所推动，当这一推动过程顺利，将会顺利使该地区的经济增长提升至新的层次。通常情况下，一定地缘界限的空间内向着集约化发展时，以往的运输能力将不能满足不断增长的对应经济需求，这将会刺激新一轮的交通基础设施的完善，使区域可达性与之成为统一的增长共同体[3]。从目前国家制定区域经济协调化发展的战略部署上讲，作为中国经济发展的基本单位—县域，研究其交通与经济的协调模式与格局显得尤为重要[4]。随着当前国家级顶层经济战略“一带一路”战略的部署，古老而文明商业贸易要道的“丝绸之路”将穿越浩瀚的历史再次呈现在世人面前，而地处“丝绸之路”经济带上同样享负盛名的河西走廊，在提倡经济全球化、贸易全球化的今天，其道路交通运输能力、公路的通达程度，能否出色完成“一带一路”的交通贸易重任，也将得到国内外诸多学者的广泛关注。近年来随着西部大开发等国家有利政策的支持下，在甘肃省县域经济发展取得翻天覆地变化的同时，也面临着地区经济发展不平衡的严重问题。与其他省市相比，甘肃省的经济发展水平仍严重落后，空间发展差异依旧问题突出，经济发展格局仍未发生改变[5-6]。对此区域经济发展不平衡问题，甘肃省应予以重视，做到全省市的经济统筹规划协调发展战略部署。交通设施作为区域经济发展空间模式的“桥梁”，重视基础交通设施的建设，显得尤为关键。其中，“带状经济”与基础设施的空间作用联系紧密，区域经济发展的空间模式在一定程度上取决于交通路线的走向。

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1.2 国内外研究现状

可达性在地理学中的研究与应用可谓历史久远，其思想理论体系最早体现在杜能的农业区位论和韦伯的工业区位论里[8]。欧美等发达国家和地区在可达性领域的研究与应用发展较为迅速，分别体现在城市的空间规划、公共交通基础设施的建设、城乡土地道路的开发利用、社区服务设施的建设、边缘地带及弱势群体可达性等不同领域，其成果日渐丰满，细致入微[9]。美国学者 Hansen 于 1959 年首次提出了可达性的含义，通过其与城市土地利用之间的联系与相互作用为例进行探讨与实践研究分析，初步将可达性的含义定义为交通网络中各个节点之间相互作用的机会的大小[10]。在数字化革命之后，可达性得到更多学者的关注与思考，其含义也得到更深层次的补充与完善。学者 Edward Ullman 在 20 世纪 60 年代在其交通领域的研究中，结合 Hansen 提出的可达性的含义，应用网络分析方法分析了交通网络中空间相互作用的模型。他的研究与应用为可达性提供了更为精确的定义，演示了其在实际研究中的操作与测度方法，使可达性更为广泛的出现在学者的面前，为他们在后期的城市土地利用、空间规划等研究项目提供重要的参考价值，使之成为今天展现在我们面前的可达性的基础[11]。在针对可达性的具体概念问题上，学者 Kwan 认为可达性可以在空间上分为两类，分别为个体可达性（Personal accessibility）和地方可达性（Place accessibility）[12]。学者 Shen 在此基础上再次进行更为细致的区分，将可达性看做一个指标，用来具体探测实际事物之间的广度与深度[13]。接着学者 Mitchell 和 Rapkin 将可达性的概念应用到地域的内外在联系上，这样就可以度量某一问题在不同地域的相对优劣程度。后期在可达性概念问题上的进一步完善、深入、更新，是在学者 Rannells、Meier、Webber 等人在他们的研究成果基础上附加了非时空的概念与理解[14]。在可达性的评价指标领域研究方面，通常情况下采取的方法是先评价事物二者之间的关系，对数据进行量化，总结出一个较为合适的测度方法，通过数学建模的方法去进行具体的应用操作与计算，得到最终的评价结果。

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第 2 章基于 GIS 的交通可达性评价理论

2.1 地理信息系统概述

地理信息系统作为一种计算机硬、软件相结合的综合性技术系统，其主要的操作实现是通过收集、处理、管理和解释地理空间的数据信息，几经演变已经成为一门用来描述地理信息数据的重要学科技术工具[33]。GIS 可以解决的主要问题涵盖空间位置、变化趋向、数据状态、模型分析等，具有数据采集及输入、数据编辑及更新、数据存储及解决、空间数据分析及管理、图形与数据的彼此显示等功能。它所覆盖的方法和技术来自于多个传统学科，包括：地理学、地图学、测量学、数学、环境科学、空间科学、计算机科学、信息科学和管理学等等。就应用层面而言，它所涉及的范围极为普遍，如环境影响评估、资本管理、国土规划、城市和地区设计、交通管理、运输筹划、森林经管、生态保护、考古调查等等，凡是需要涉及地理因子或空间资料的问题，都可以利用它来辅助作业，是政府决策支持上的重要工具。地理信息系统是用于确定研究对象在空间中的位置，存储信息属性和数据库中的文本、问题数据，建立相互关系并分析，并提供了查询和研究功能，最终在显示研究结果时是以一种专业的图片体裁来供学者采纳，这是 GIS 一个核心技术。同时，根据用户的个人需求，GIS 提供的显示方式不仅仅局限于全要素地图，还可以提供统计图、专题图，并生成报告、表格等个性化、多种方式的输出显示方式。GIS 通过地理信息数据库的建立，可以添加空间信息数据和属性信息数据并将二者进行结合，结果的处理分析更具体有代表性。在 GIS 系统数据库的管理模式中，可以接受多种信息的采集与汇总，并在使用的过程中保持相互的一致性、完成性，使处理结果更为全面、丰富[34]。

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2.2 可达性的概念及特征

虽然国内外众多学者长时间以来对交通可达性的研究已很全面与深入，但是在其含义的定义依旧没有达成统一，在不同的科研领域对可达性的应用方法也形色各异。因此，针对本文所涉及到的可达性的应用研究内容，对有代表性的研究作一个综述，并选取一个适合本研究区域的交通可达性的度量方法。交通可达性的概念比较广泛，不同的研究者会给出不同的定义。1959 年，美国学者汉森(Hansen)首次提出了可达性的含义，将其定义为交通网络中各节点相互作用的机会的大小。通常意义下的交通可达性是指城市中一点到达其他地点的交通方便程度，有时也指其他地点到达这点的交通方便程度。通常情况下都是考查点对点之间的交通可达性，比如考查 i 、 j 之间的交通是否连通，通畅情况如何等。这样对给定的城市或地图上的点对就可以给出它们之间的交通可达性，就可以量化交通可达性。学者在对可达性的研究探讨中主要是从宏观和微观两个方面进行深入分析。在微观方面，主要表达的是个体出行对交通设施进行参与的便捷程度，剖析人们使用交通资源出行的一个利用情况；在宏观方面，可达性主要用于体现节点之间的交通系统相互便捷程度，在土地资源利用、城乡空间规划等领域应用广泛，同时在政府决策中扮演重要的角色。

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第 3 章研究内容及方法 ...... 17

3.1 研究对象概述 ......... 17

3.1.1 研究区概况 ......... 17

3.1.2 河西地区交通情况描述 .......... 21

3.2 数据来源 .......... 21

3.2.1 统计数据 ...... 22

3.2.2 道路数据 ...... 22

3.3 研究方法 .......... 25

3.4 本章小结 .......... 35

第 4 章结果分析 .... 37

4.1 最短时间距离分析 ........ 37

4.2 县域交通可达性分析 .... 37

4.3 节点城市的等时圈空间分布评价 ..... 38

4.4 引力模型与潜力模型评价 .......... 39

4.5 断裂点模型评价 ..... 40

4.6 辐射场强模型评价 ........ 42

4.7 本章小结 .......... 45

第 4 章结果分析

4.1 最短时间距离分析

通过分析表 3.6 可以发现，在河西五市中，酒泉市和嘉峪关市之间的时间距离最短。而张掖市的平均时间距离最短，到达每个县域的时间距离平均都要低于其他县域，说明张掖市不仅地处河西地区中心，公路交通网络覆盖范围广，而且作为丝绸之路重镇，其城镇规模越大，对外的联系越紧密，与周边县（市）进行信息、物质和能量交流耗费时间也是最低。而民勤县与肃北县时间距离最长，肃北县也是河西地区平均时间距离最长的县城，二者在地理位置的直线距离上虽然较远，但地处更为靠西的阿克塞县的平均时间距离还要略低于肃北县。通过观察分析图 3.5 我们可以发现，通往阿克塞县的交通网络不仅包含省道，其中还有一条国道贯穿阿克塞县域，而通往肃北县的只有一条省道且不是很完善，连通区域只是到达县城驻地，同时也表明了肃北县公路交通网络的开发还有很大的提升空间。张掖市临泽县、高台县和山丹县有高速公路贯穿，这在一定程度上极大提高了县城对外交流联系的通畅程度，其中临泽县的平均时间距离在河西地区的 5 市13 县最短。民勤县、肃南县和金塔县等县城只有省道和乡县道路，而这些县城与其他县市的时间距离相对也较长。