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邯郸市区公路网络通达性及其空间特征
邯郸学院本科毕业论文
题目邯郸市区公路网络通达性及其空间特征
分析研究
学生孙旭平
指导教师闫俊霞讲师
年级2010级
专业地理科学
二级学院经济管理学院
邯郸学院经济管理学院
2014年5月
郑重声明
本人的毕业论文是在指导教师的指导下独立撰写完成的。
如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权的行为，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任，并愿意通过网络接受公众的监督。
特此郑重声明。
毕业论文作者（签名）：
年月日
邯郸市区公路网络通达性及其空间特征分析研究
摘 要
本文以邯郸市区公路交通网络为例，邯郸市区五个区为研究对象,采用邯郸市公路网络数据，选取最短路径模型，距离和时间两个指标以及通达性系数来衡量邯郸市区通达性程度的高低，对邯郸市区公路网络通达性及其空间特征进行评价。
把车辆行驶的速度作为检测标准，从而得出四种速度下邯郸市区通达性的空间格局；在60km/h的行车速度下，计算邯郸市区五个地区在给定的时间内能够连接的地区的数量，并对邯郸市区通达性水平所呈现的特点和空间格局进行分析研究。
研究结果显示，公路网络连接的五个地区的通达性水平呈现出同心圈结构，核心--外围模式明显，其中，复兴区通达性水平最高，峰峰矿区最低。
以复兴区为核心，由复兴区向外围公路网络通达性的水平渐渐下降，而且随着车辆行驶速度的增加，通达性水平出现上升的趋向。
未来邯郸市区公路网络除了继续建设外，车辆行驶的速度的增加将对邯郸市区的通达性水平产生很大影响。
关键词：
最短路径通达性邯郸市区速度指标
ThestudyofHandancityroadnetworkaccessibilityandspatialcharacteristics
SunXupingDirectedbyLecturer.YanJunxia
ABSTRACT
ThehighwaynetworkinHandancityasanexample,inthefourdistrictofHandanCity,acityastheresearchobject,theHandancityroadnetworkdata,usingtheshortestpathmodel,thedistanceandtimetwoindexandaccessibilityindextomeasureHandanaccesslevel,toevaluatethecharacteristicsoftheroadnetworkaccessibilityandthespaceofHandancity.Thevehiclespeedasthestandard,sothatfourkindsofspeedspatialpatternofHandanaccessibility;intherunningspeedof60km/h,thecalculationinfiveareasofHandancitytonumberofconnectedregioninagivenperiodoftime,andtheaccessibilitylevelinHandancitywascharacteristicandthespatialpatternoftheanalysisandresearch.Theresultsshowedthat,thefiveareahighwaynetworkaccessibilitylevelpresentsaconcentricringstructure,thecore-peripherymodelobviously,wherein,FuxingDistrictaccessibilitylevelisthehighest,lowestinFengfengminingarea.Torevivetheareaasthecore,graduallydecreasedfromRenaissanceZonetoperipheralroadnetworkaccessibilitylevels,andwiththeincreaseofvehiclespeed,accessibilitylevelsrisingtrend.FutureHandancityhighwaynetworkinadditiontoconstruction,increasethespeedofvehiclewillhaveagreatinfluenceontheaccessibilitylevelofHandancity.
KEYWORDS：
ShortestpathAccessibilityHandancitySpeedindicator
目录
邯郸市区公路网络通达性及其空间特征分析研究I
摘 要I
ThestudyofHandancityroadnetworkaccessibilityandspatialcharacteristicsII
ABSTRACTII
1引言1
1.1研究背景和意义1
1.2国内外研究现状1
1.2.1国外研究现状1
1.2.2国内研究现状2
1.3本文研究流程3
2研究区域概况及相关理论介绍3
2.1研究区域概况3
2.1.1自然地理条件3
2.1.2社会经济条件4
2.1.3交通运输4
2.2公路网络及通达性5
2.2.1公路网络5
2.2.2通达性（Accessibility）5
3公路网络通达性度量方法6
3.1最短距离法6
3.2拓扑通达性6
3.3加权平均出行时间7
4邯郸市区公路网络通达性及其空间特征分析7
4.1邯郸市区公路网络特征指标选取7
4.1.1距离指标7
4.1.2时间指标7
4.1.3通达性系数的确定7
4.2邯郸市区公路网络距离矩阵的构建8
4.3邯郸市区公路网络空间特征分析结论9
4.3.1邯郸市区公路网络距离通达性分析9
4.3.2邯郸市区公路网络不同速度下的通达时间对比分析11
4.3.3一定时间内邯郸市区通达性分析13
4.3.4结合人口密度分析14
5结论16
参考文献18
致 谢20
1引言
1.1研究背景和意义
进入20世纪以来，我国正在处于快速的发展阶段,各项基础设施建设不断地进行和完善,在其中,交通通讯等基础设施建设最为迅猛。
交通运输业是国家发展和社会进步的根本,其规模与质量影响并决定了社会经济的发展速度、发展规模与程度。
随着经济连续高速的增长,全社会对于交通通讯的需要急剧上涨。
在工业发展与城市发展中，公路的地位不断提高。
公路作为“面”上的交通运输的基础设施，是应当代全新的物流运输各种要求而产生的，在地区的经济社会发展中扮演着特别重要的角色,尤其是等级高的公路的建设，首先它极大地提升了交通运输能力，并丰富了交通运输的内容；其次它作为地区开发“轴线”，带来的地区空间通达性和地区之间相互关系的改变，并且使沿线地区的社会经济得到发展，进一步的改善这个地区的投资环境，促进这个地区开发与发展。
总之，高等级公路的建造对完善地域交通网络、提高运输能力、改善地域通达性、提高地域经济竞争力具有重要作用。
通达性又称可达性，这个概念最早是由Hansen提出的,并且把它界说成交通网络中的各个节点相互作用的可能性[1],可以简单地理解为从出发地前往目的地的便捷程度。
大多数学者认为,通达性不仅是交通网络的综合效益的体现还是居民生活水平的体现,并且与地域经济社会的发展有着紧密的关系,通达性越好,获得更多的发展机会和控制市场的机会的可能性越大。
在地域发展中，通达性的变化有着极其关键的作用，可以促进经济的发展。
通达性的变化可以引起地域内相对的区位价值的改变，激活了其周围地区的资金、讯息、劳动动力、技术等生产因素，促进了经济的发展，进而带动地区的各方面发展。
陆大道曾经说“提高区域可达性是区域发展的前提条件”[2]。
在我国,针对交通通讯设施的通达性研究一直被很多学科所重视。
对各种交通网络及其运输方式的通达性分析研究已经非常常见，例如，在尺度上，已经涉及全球、全国、各省之间、省内、市内、县内等领域；运输方式大多是公路、铁路、航空、港口等。
1.2国内外研究现状
1.2.1国外研究现状
外国的专家对通达性的钻研大多数是对公路和铁路等陆地交通的研究，分析的方法有距离度量法、重力模型法等。
Gutierrez和Gonzalez等人以多种定量作为指标,采用不同的标准对跨越欧洲的高速铁路也许导致的各个城市通达性的改变做出分析[3]，Gabrie等人采用了一些指数研究了欧洲城市公路网的通达性和等级体系[4]，Linneker等人剖析了伦敦环路导致的通达性改变对地区经济的影响[5]，Gutierrrez评价了马德里-巴塞罗那-法国边境的高速铁路线对将来地区通达性的影响[6]。
Javier等人把GIS作为通达性平台分析了欧共体公路的通达性，而且发现了一个新的基础设施将影响欧共体的整体布局，尤其是边缘区[7]，XuanZhu等人采用GIS工具分析新加坡空间通达性的改变基于捷运网络[8]，Zakaria把费城作为例子，对区域的公共交通或者小汽车的通达性和土地利用增长率间的关系进行分析[9]，Bowen把东南亚的国际航空作为研究对象并对其的通达性做出了分析[10]。
综上所述，国外的专家对通达性的分析研究已经比较成熟了，从单一的交通发展规划变成了城市空间扩展、交通、通勤和土地利用等多种因素的考察。
1.2.2国内研究现状
国内对通达性的分析在八十年代末开始，刚开始时对于通达性的分析研究大部分是理论的探讨，参考已经有的测量方法和评价模型。
随着城镇化的加快，我国的专家增加对通达性的分析，研究比较重视对各种交通方式的不同尺度地域的通达性空间格局和其时空变化规律进行分析。
从全国尺度上看，曹小曙等人对我国主干公路所连接的地区的通达性的空间特征进行研究[11],金凤君等人评估了中国将近一百年铁路的发展和通达性空间特征的变化[12],钟少颖等人对我国高速铁路建造引起的城市通达性的变化做出了评价[13]。
从中小尺度上看，对省际、省域和城市群尺度上的分析研究较多，研究涉及了我国很多地区，比如长三角、京津唐、珠三角、江苏、福建、武汉、湖南、辽宁、安徽、河南都市圈、广佛、穗港等地区。
研究既包含单一方式的交通通达性的分析研究，又包含了复杂交通方式的通达性的研究分析，比如高速铁路、城际快车、高速公路、普通公路等交通方式。
研究内容大多是研究地区交通的通达性的格局和演化，新兴的交通方式对已存在的通达性空间格局的影响及通达性和地区经济的联系,而且研究的结论比较丰富。
张莉、陆玉麒等人选取长三角的16个城市，对现在与将来该区域内与区域外的通达性进行研究和测定[14]，罗鹏飞等人评价了沪宁沿线的高速铁路的修建对地区通达性的作用[15]，徐旳等人把江苏省作为例子，讨论了高等级公路的建设对地区通达性的影响与地级市通达性的变化特征[16]，徐旭等人对穗港走廊可能存在的通达性与空间特征进行探讨[17]，张兵、金凤君等人讨论了湖南省公路的通达性演变情况[18]，刘承良和其他人评价了武汉都市圈的路网的通达性[19]。
综上所述，国内专家学者对通达性的分析研究都开始的比较晚，发展的方向大多是从原理到实践，从大的尺度到小的尺度，从一种评价指标到多个评价指标，但是在微观上的分析研究才刚刚开始。
1.3本文研究流程
图1本文流程图
Fig.1Inthispaper,flowchart
图1流程图
Tab.1Theflowchart
2研究区域概况及相关理论介绍
2.1研究区域概况
2.1.1自然地理条件
邯郸市在河北省，并且在其最南端，在东经113°30'到115°28'之间，北纬36°10'到37°2'之间，其西面为太行山脉，东面为华北平原，与山西省、山东省、河南省三省接壤，对外交通非常便捷，是四省接壤地区的中心并且是最大的城市。
邯郸市东西的长度大约是198km，南北的宽度大约是110km，管辖4个区、1市、14县，占地约1.21万平方公里。
邯郸市的西部在我国二、三阶梯上都有，东部处于第三阶梯上。
邯郸市的地势由西向东逐渐降低，总体上可以分成五级阶梯，高差比较大，复杂的地貌种类。
2.1.2社会经济条件
经过初步计算，2013年邯郸市的总产值是3061.5亿元。
其中：
第一产业的增加值是409.6亿元；第二产业的增加值是1572.2亿元；第三产业的增加值是1079.7亿元。
邯郸市的固定资产投资是2758.9亿元。
邯郸市农、林、牧、渔业总产值是718.4亿元。
邯郸市的粮食的面积是115.14万亩，每亩的产量是483公斤，总值是55.56万吨。
邯郸市社会消费品零售额是1106.2亿元。
其中：
城镇的是849.8亿元,乡村的是256.4亿元。
2.1.3交通运输
邯郸市地理位置好，交通条件好，是河北省、山东省、河南省、山西省四省的要冲与经济区的枢纽，是交界处最大的城市。
邯郸市有优越的交通，京广铁路、309国道、京深高速公路、107国道、长治——邯郸——济南——青岛铁路、青兰高速公路等都通过邯郸，邯郸市构成“五纵五横”的主干公路网。
在四省交界地区，仅有邯郸市具有国道交织、铁路穿插、机场、高速运输四位一体立体的交通条件。
经过近几年来的建设，邯郸市的公路获得了较大的发展，并且形成了以普通国、省干线公路、高速公路为骨架，地方道路为支线的公路网。
通车里程达14138公里，公路的密度是117.8公里/100平方公里。
到2011年底，高速公路总共有355公里，一级公路总共有769公里，二级公路有1234
公里，三级公路有1279公里，三级以下公路10501公里。
图2邯郸市区路图
Fig.2Handancityroadmap
2.2公路网络及通达性
2.2.1公路网络
公路网是指在一定地区内相互连接的交叉为网状散布的公路体系。
包括各种道路功能与各种等级的公路，用来适应该地区内城市与乡村间，商业区、居民区、农业区与工业区之间，该地区与其它地区之间，别的地方经过本地区的公路运送的需求。
2.2.2通达性（Accessibility）
Hansen第一个提出通达性的概念，但是在此之后由于研究视角的不同，通达性的内涵与内容不断的推广和发展，评价方法也得到不断的改进，通达性的理论、应用研究得到迅速的发展，在不相同的领域和地区的研究与运用越来越丰富。
一般来说，通达性可简单地理解成从出发地到目的地的便利程度。
在不同的时空尺度上，通达性衡量的具体的对象也是不相同的；在地域范围内，通达性表现某个地区和其它地区间是否容易出现空间的相互作用。
通达性可以分成地方通达性和个人通达性两个种类，地方通达性是指某个地区能够被接近的能力，个人通达性是指某个人的生活质量好坏的指标。
总之，在这么多的通达性的界说、评估与运用研究中，其内涵都与以下三点有关：
第一是交通成本，这里不光是指交通花的金钱，还包括出行时间、危害、舒畅度等；第二是节点区位的影响力，比方说出发地和目的地的人口、工作或者经济等状况；第三是节点的选择，不仅是一点与数点之间的选择，还是点和点间的选择。
3公路网络通达性度量方法
3.1最短距离法
最短距离指由某一个地方到达另一个的地方的最短的距离。
两地之间的最短距离越短，通达性就越高。
最短距离包含时空间距离与费用距离，即所选两地之间的最近的距离所消耗的出行时间的长短与出行用度多少来衡量通达性。
拿最短的时间距离来说，通达性公式：
Ai=min（Mj×Tij）或Ai=∑（Tij×Mj）/∑Mj
其中Ai是节点i的通达性，Tij是节点i通过最短路径达节点j的出行时间，Mj是到达地j的权重。
假如所有的节点都一样的重要，那么Mj的值为1，假如不是，Mj的值可以用人口、GDP等来代替。
3.2拓扑通达性
拓扑通达性是指将实际中的各种网络抽象为图像，并且以最短路径为原则，把距离或时间等作为指标来衡量网络中每个点或全部网络的通达性。
一般只考虑点和点之间的通达性，计算某一个点的总的通达性就要把这个点到其余全部点相对的通达性加起来；而通达性系数表示每个点总的距离（Di）与网络中每个点总的距离的平均值的比值。
Adi=Di╱（∑Di╱n）
Di=∑lij（i，j，k=1，…，n）
Lij=min{（lik+lkj）,all}
Di是点i的总共的距离，Adi是通达性系数，lij表示从点i到点j最近的距离。
3.3加权平均出行时间
加权平均出行时间是指某一个点到每个地区的时间的测量，由这个点的空间区位所决定，而且与该地区中心的能力以及连接这个点与地区中心的交通设施质量有重要的关系。
这个值越小，表示这个点的通达性水平越高，与地区的关联程度越高；这个值越大，表明这个点的通达性水平越低，与地区的关联就越少。
计算公式为：
上面公式，Ai是点i的通达性；Tij点i到目的地j所用的最短的时间；Mj是评价体系某个地区中央与目的地某个因素流的流量，即这个地区的经济实力或者对周围地区的辐射能力或者吸引能力；n除了点i以外的其他点的总数。
4邯郸市区公路网络通达性及其空间特征分析
4.1邯郸市区公路网络特征指标选取
4.1.1距离指标
距离指标是指某个节点到其余节点最短的距离的和，和越小，表明它在公路网中的区位越好。
根据矩阵L，将点i的总的运行距离界说为：
Di=∑lij，j=（1，2，…，n）…………………………
（1）
4.1.2时间指标
时间指标是指在给定的时间内道路通达性的限制，把点i的总的运输时间界说为：
Adi=Di／V，i=（1，2，…，n）……………………
（2）
公式中，Adi表示各个点的总的运行距离（Di）和速度（V）的比。
根据矩阵,能够得出给定的速度下各个节点的时间通达性的特征值。
依据国家的标准与邯郸市的现实情况,本文将给定4个不同的速度指标（20km/h，30km/h，40km/h和60km/h）。
4.1.3通达性系数的确定
通达性系数表示每个点总的距离（Di）与网络中每个点总的距离的平均值的比值。
A=Di╱（∑Di╱n），i=（1，2，…，n）………………（3）
通达性系数是在交通系统中,每个节点的通达水平的好坏。
这个值越小,地区的通达水平就越高，交通位置就越好。
通达性系数以1为测量标准。
超过1,表示这个地区的通达性水平要比市内平均水平小；没有超过1,表示这个地区通达性水平要比市内平均水平高。
通达性系数值相对最小的地区能够当做交通的中心。
指定的地区,在特定的时间内计算它能够到达其他地区的个数。
其中特定的时间是5m、10m、40m、45m，特定的速度60km/h,Ni是每个地区穿越公路网可以到达其他地区的个数。
地区的通达性是每个地区在公路网中的相对通达程度。
依据上面模型指标评价在邯郸市公路网中每个地区的通达性水平,并且研究给定速度下的每个地区通达性的空间特征、变化与一定时间范围内邯郸市的通达特征。
4.2邯郸市区公路网络距离矩阵的构建
距离是分析地区间通达程度的重要指标,公路是邯郸市重要的运输方式,选择最短的公路里程求出各节点间的最短距离。
本研究根据邯郸市是行政区划的基本情况，选取5个空间节点（高开区政府，复兴区政府，丛台区政府，邯山区政府，峰峰矿区政府），借助邯郸市交通里程图和相关高速公路、国道和省道等数字资料计算两个节点之间的实际交通里程，构造距离矩阵L。
[20]
矩阵L表述为:
L=[lij]n×n……………………………………（4）
lij计算方法是:
当i=j时,lij=0,lij=lij；当节点i与j是相邻的两个节点时，lij是两个节点的运输距离，其他的lij用最短路径法计算：
lij=min{（lik+lkj），allk}，k=（1，2，…，n）……………………（5）
上面公式，lij是i节点到j节点的最短的距离。
图3本文研究的节点
Fig.3Thispaperstudiesthenode
4.3邯郸市区公路网络空间特征分析结论
4.3.1邯郸市区公路网络距离通达性分析
根据公式
（1）和（3）,得出各个地区的总的运输距离Di、通达性系数A，最后得出各个地区的通达系数表。
邯郸市各地区之间的距离为表1。
表1各市区之间的距离（km）
Tab.1Thedistancebetweeneachcity（km）
市区
复兴区
邯山区
丛台区
高开区
峰峰矿区
复兴区
0
5.84
4.17
7.32
40.2
邯山区
5.84
0
7.34
6.15
38.27
丛台区
4.17
7.34
0
8.11
43.45
高开区
7.32
6.15
8.11
0
44.27
峰峰矿区
40.2
38.27
43.45
44.27
0
Tab.1Thedistancebetweeneachcity（km）
市区
复兴区
邯山区
丛台区
高开区
峰峰矿区
复兴区
0
5.84
4.17
7.32
40.2
邯山区
5.84
0
7.34
6.15
38.27
丛台区
4.17
7.34
0
8.11
43.45
高开区
7.32
6.15
8.11
0
44.27
峰峰矿区
40.2
38.27
43.45
44.27
0
计算过程如下：
①由表1可知邯山区到复兴区距离是5.84km，丛台区到复兴区的距离是4.17km，高开区到复兴区的距离是7.32km，峰峰矿区到复兴区的距离是40.2km。
各个市区到复兴区的总距离：
D复兴=5.84+4.17+7.32+40.2=57.53km
然后，根据表1依次求出各个市区到邯山区、丛台区、高开区、峰峰矿区的总距离。
即：
D邯山=5.84+0+7.34+6.15+38.27=57.6km
D丛台=4.17+7.34+0+8.11+43.45=63.07km
D高开=7.32+6.15+8.11+0+44.27=65.85km
D峰峰=40.2+38.27+43.45+44.27+0=166.19km
②各市区总运输距离的平均值=（57.53+57.6+63.07+65.85+166.19）/5=82.048
③各市区的通达性系数为：
A复兴=D复兴/平均值=57.53/82.048≈0.701
A邯山=D邯山/平均值=57.6/82.048≈0.702
A丛台=D丛台/平均值=63.07/82.048≈0.769
A高开=D高开/平均值=65.85/82.048≈0.803
A峰峰=D峰峰/平均值=166.19/82.048≈2.026
根据上述计算得到表2：
表2邯郸市区通达性水平
T
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