王 元，鄭貴省，王 鵬

(1.軍事交通學(xué)院 研究生管理大隊(duì)，天津300161;2.軍事交通學(xué)院基礎(chǔ)部，天津300161)

可達(dá)性(accessibility)的概念最早由美國(guó)學(xué)者于1959年提出，并將其定義為“交通網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)相互作用的機(jī)會(huì)大小”。此后，可達(dá)性在城市規(guī)劃、交通地理、區(qū)域經(jīng)濟(jì)等眾多科學(xué)領(lǐng)域里受到廣泛關(guān)注，也因此產(chǎn)生了對(duì)于可達(dá)性概念的不同理解。對(duì)于可達(dá)性概念理解的差異，本質(zhì)上來源于可達(dá)性不同層面的涵義［1］。從交通運(yùn)輸這一客觀層面理解，可達(dá)性即為各點(diǎn)之間交通的便捷程度，簡(jiǎn)單地說，指從一個(gè)地方到另一個(gè)地方的容易程度。

按照交通網(wǎng)絡(luò)的表現(xiàn)不同，可達(dá)性度量的方法主要分為基于幾何網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性度量方法和基于拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性度量方法。建立在幾何網(wǎng)絡(luò)上的可達(dá)性度量方法主要包括空間阻隔法、距離法、累積機(jī)會(huì)法、等值線法、重力模型法、平衡系數(shù)法、時(shí)空法以及效用法等。建立在拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)上的可達(dá)性度量方法，可劃分為基于矩陣的拓?fù)浞ㄅc基于空間句法的拓?fù)浞ā深愔袘?yīng)用最為廣泛的度量方法分別是空間阻隔法和空間句法，本文結(jié)合實(shí)例采用上述兩種方法分析了城市路網(wǎng)的可達(dá)性，并對(duì)兩種方法的分析結(jié)果作了分析和比較。

1 可達(dá)性度量方法

1.1 空間阻隔法

空間阻隔法單純地基于圖形理論來研究區(qū)域中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的可達(dá)性，認(rèn)為可達(dá)性計(jì)算就是計(jì)算空間阻隔程度，阻隔程度越低，可達(dá)性越好。它不考慮出行的目的，評(píng)價(jià)指標(biāo)為

式中:Ai為區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)i的可達(dá)性;A為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性;n為目的地節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù);dij為節(jié)點(diǎn)i、j間的空間阻隔，可以為距離、時(shí)間或費(fèi)用等，在此表示區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)i通過交通網(wǎng)絡(luò)到達(dá)節(jié)點(diǎn)j的最短通行時(shí)間。

指標(biāo)Ai表示交通網(wǎng)絡(luò)里任一節(jié)點(diǎn)到其他所有節(jié)點(diǎn)的出行時(shí)間的平均值，描繪了到達(dá)該點(diǎn)的便捷程度。指標(biāo)A用整個(gè)道路網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性平均時(shí)間來反映了整個(gè)道路網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性水平。

1.2 空間句法

空間句法是從數(shù)理量化的角度來研究空間形態(tài)的一種理論，這里所指的“空間”是指與實(shí)體相對(duì)立的物質(zhì)形態(tài)，即人們可穿行和使用的物質(zhì)虛體?？臻g句法所關(guān)注的并非空間目標(biāo)間的實(shí)際距離，而是彼此間的通達(dá)性和關(guān)聯(lián)性。

空間句法基本原理是對(duì)空間進(jìn)行尺度劃分和空間分割，3種基本的空間分割方法是軸線法、凸?fàn)罘ê鸵晠^(qū)法。根據(jù)不同的空間尺度，空間分割的方法不同，本文基于城市層面的空間研究采用軸線法。軸線分析法是指用穿過所有街道的最少最長(zhǎng)的軸線來表示城市中的道路網(wǎng)絡(luò)，從而將整個(gè)路網(wǎng)分割為一系列較小的空間，即街道段;然后將這些街道段表達(dá)為無向、無權(quán)重的圖的頂點(diǎn)，構(gòu)成新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D［2］;最后運(yùn)用圖論的方法推導(dǎo)出一系列形態(tài)分析變量，如連接值、控制值、節(jié)點(diǎn)深度、局部集成度與整體集成度、不對(duì)稱性等一系列基于拓?fù)溆?jì)算的形態(tài)變量。其中，平均深度值可表示該點(diǎn)所居位置便捷度的比較值，不對(duì)稱性值可表示該點(diǎn)居于整體性系統(tǒng)中的便捷程度，可用來衡量可達(dá)性水平。

(1)深度值。規(guī)定兩個(gè)鄰接節(jié)點(diǎn)間的距離為一步，則從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)間的最短路程(即最少步數(shù))就是這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間的深度值。它主要表達(dá)空間轉(zhuǎn)換的次數(shù)，而不是指實(shí)際距離。

(2)平均深度值。系統(tǒng)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)到其他所有節(jié)點(diǎn)的最短路程(即最少步數(shù))的平均值，即稱為該節(jié)點(diǎn)的平均深度值，平均深度值MDi可表示為

式中:dij為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j間的空間阻隔;n為拓?fù)潢P(guān)系圖中的節(jié)點(diǎn)數(shù)目。

(3)不對(duì)稱性(relative asymmetry)。由于平均深度值的大小在很大程度上取決于系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的數(shù)目。為剔除系統(tǒng)中元素?cái)?shù)量的干擾，PSteadman［3］改進(jìn)了計(jì)算方法，用相對(duì)不對(duì)稱值RAi將其標(biāo)準(zhǔn)化。因此，不對(duì)稱性值用于對(duì)比兩個(gè)關(guān)系圖解中不同節(jié)點(diǎn)的便捷程度，即

(4)可達(dá)性評(píng)價(jià)指標(biāo)。為符合數(shù)值越高可達(dá)性越高的習(xí)慣，以RAi的倒數(shù)作為可達(dá)性指標(biāo):

2 可達(dá)性實(shí)例分析

2.1 分析步驟

以天津市和平區(qū)的公路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)為研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，圖1為提取出的和平區(qū)的道路網(wǎng)絡(luò)圖。根據(jù)JT—GD20—2006《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》，并結(jié)合實(shí)際情況，為不同等級(jí)公路賦予行車速度屬性:高速公路 120 km/h，國(guó)道 100 km/h，省道 80 km/h，縣道 60 km/h，其他公路 30 km/h［4］。

圖1 天津市和平區(qū)道路網(wǎng)

分別采用空間阻隔法和空間句法對(duì)天津市和平區(qū)道路網(wǎng)的可達(dá)性進(jìn)行定量分析及比較。采用ArcGIS軟件進(jìn)行分析，建立路網(wǎng)的Network數(shù)據(jù)集。

(1)空間阻隔法。采用ArcGIS軟件中的Network Analyst網(wǎng)絡(luò)分析工具模塊，構(gòu)建OD成本矩陣來分析各節(jié)點(diǎn)間的最短行程時(shí)間。首先，根據(jù)各路段的里程和行車速度屬性計(jì)算各路段的行程時(shí)間并添加作為一個(gè)屬性字段;之后，構(gòu)建OD成本分析矩陣并以行程時(shí)間作為阻抗字段，添加所有的交通節(jié)點(diǎn)為起始點(diǎn)和目的地點(diǎn);經(jīng)過分析即可得到各節(jié)點(diǎn)間的最短行程時(shí)間，處理后即可得到各節(jié)點(diǎn)的可達(dá)性指標(biāo)。

(2)空間句法。采用ArcGIS的插件Axwomen6.0，首先按照空間句法的原理繪制軸線圖。根據(jù)空間句法分析原理，在軸線分析圖的構(gòu)建中，除了考慮河流、橋梁及其他重要建筑物、構(gòu)筑物等對(duì)空間的分割作用外，同時(shí)考慮不同道路的等級(jí)關(guān)系:高速公路、快速路作為同一級(jí)別，相互之間交叉時(shí)互相分割為不同路段;主干路之間相互交叉時(shí)互相分割為不同路段;主干路與快速路、高速公路相交時(shí)分割為不同路段。之后根據(jù)軸線圖建立的拓?fù)潢P(guān)系計(jì)算空間句法變量［5］。

2.2 分析結(jié)果

(1)空間阻隔法。如圖2所示，圖中較大節(jié)點(diǎn)表示可達(dá)性較高的路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。分析結(jié)果顯示可達(dá)性較高的節(jié)點(diǎn)主要分布在南京路、鞍山道、萬全道、哈密道、錦州道、長(zhǎng)春道、新疆路、青海路、甘肅路、寧夏路、陜西路、山西路、林里路、蒙古路區(qū)域，以及個(gè)別節(jié)點(diǎn)較為密集且靠近主要路段的地域。

(2)空間句法。如圖3所示，粗線表示的路段為可達(dá)性較高的路段。分析結(jié)果顯示可達(dá)性較高的路段主要集中在營(yíng)口道、南京路、和平路商業(yè)街以及多倫道圍成的區(qū)域里，此外新興路、貴州路、貴陽路、昆明路和西寧道也具有較高的可達(dá)性，具有最高可達(dá)性的路段為新華路。

3 可達(dá)性評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比分析

3.1 特點(diǎn)分析

(1)從可達(dá)性分析結(jié)果看?？臻g阻隔法和空間句法分析城市路網(wǎng)的可達(dá)性總體一致，可達(dá)性較高的區(qū)域都主要分布在路網(wǎng)比較密集的鞍山道、南京路、營(yíng)口道以及新華路所圍成的區(qū)域內(nèi)，但是也存在著一定的差異。空間阻隔法分析的具有較高可達(dá)性的區(qū)域集中在南京路、營(yíng)口道和貴州路，氣象臺(tái)路、西康路和新興路的可達(dá)性相對(duì)較低;而空間句法的分析結(jié)果顯示氣象臺(tái)路、西康路和新興路卻具有較高的可達(dá)性。

圖2 空間阻隔法分析結(jié)果

圖3 空間句法分析結(jié)果

(2)從分析的原理上看?？臻g阻隔法建立在幾何網(wǎng)絡(luò)之上，以行程時(shí)間作為空間阻隔的程度來度量可達(dá)性;而空間句法是建立在拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)之上的可達(dá)性度量方法，以拓?fù)渚嚯x為基礎(chǔ)來度量路網(wǎng)的可達(dá)性。兩者分析可達(dá)性的基礎(chǔ)和角度不同。

(3)從可達(dá)性的概念出發(fā)。可達(dá)性主要受到土地利用、交通系統(tǒng)、時(shí)間和個(gè)體差異等4個(gè)因素的影響?？臻g阻隔法考慮的是交通和時(shí)間的因素，涉及的因素較少，易于理解。基于幾何網(wǎng)絡(luò)的其他可達(dá)性度量方法則是在空間阻隔法的基礎(chǔ)之上考慮其他的影響因素而建立起來的。空間句法融合了個(gè)體對(duì)環(huán)境的心理認(rèn)知，考慮了心理可達(dá)性，對(duì)路徑的選擇具有主動(dòng)權(quán)。空間句法的理論認(rèn)為人作為對(duì)“作用客體”選擇與使用的行為主體，處于最能動(dòng)的地位，不同主體的行為選擇也存在一定的差異性，但由于行為主體對(duì)空間環(huán)境的認(rèn)知及主體的社會(huì)需求存在極大的共性特征，空間格網(wǎng)在一定程度上決定了人流的運(yùn)動(dòng)，由此，在空間環(huán)境中，群體的行為選擇與空間格網(wǎng)結(jié)構(gòu)存在高度的關(guān)聯(lián)性。

(4)從研究工作的特色來看。兩種度量方法的研究工作也各具特色;空間阻隔法常作為基礎(chǔ)可達(dá)性指標(biāo)參與路網(wǎng)空間格局研究，具有直觀、簡(jiǎn)潔的特點(diǎn)?？臻g句法將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性運(yùn)算轉(zhuǎn)換成為矩陣運(yùn)算，所需的數(shù)據(jù)量小、計(jì)算簡(jiǎn)單。

3.2 不足之處

(1)空間阻隔法。過于直觀和簡(jiǎn)單，在實(shí)際應(yīng)用中單獨(dú)使用最短行程時(shí)間來度量可達(dá)性，考慮的因素較少，忽視了路網(wǎng)的空間形態(tài)，結(jié)果不夠精確，也會(huì)受到很多的限制，如獲取的數(shù)據(jù)有限等，還需要在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)。

(2)空間句法。該理論目前處于發(fā)展完善的過程當(dāng)中，其分析方法仍欠缺一定的嚴(yán)密性。由于現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)雜性，空間句法在實(shí)際的應(yīng)用中，所模擬的環(huán)境與現(xiàn)實(shí)有一定差異。如軸線模型中，所提取的道路網(wǎng)絡(luò)本身只是一種近似模擬，現(xiàn)階段的研究方法中并不能反映出立交橋、地鐵等情況，其二維的平面表示方法也無法模擬高程差等所形成的三維世界。此外，我們?cè)诘缆肪W(wǎng)絡(luò)的提取中也存在著一定的人為主觀因素，對(duì)于同一道路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，不同人所提取的道路網(wǎng)絡(luò)可能不盡相同［6］。

4 結(jié)語

基于幾何網(wǎng)絡(luò)的空間阻隔法和基于拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的空間句法均可應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性度量。由于兩種方法可達(dá)性度量指標(biāo)的選取以及度量方式的不同，使度量過程以及產(chǎn)生的度量結(jié)果各具特色。

路網(wǎng)可達(dá)性是一個(gè)綜合問題，由于各種可達(dá)性度量方法針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域提出，側(cè)重點(diǎn)各不相同，導(dǎo)致度量因子數(shù)目眾多、適宜性差別巨大，因此，如何選擇適宜的度量方法將是需要研究的問題。這就需要對(duì)多種可達(dá)性度量方法進(jìn)行綜合研究，在此基礎(chǔ)上建立完善的可達(dá)性度量體系，進(jìn)而構(gòu)建可達(dá)性度量方法適宜性模型，以實(shí)現(xiàn)可達(dá)性度量方法的統(tǒng)一管理與度量因子的統(tǒng)一調(diào)用，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，對(duì)研究區(qū)進(jìn)行可達(dá)性度量方法的適宜性測(cè)試與比較研究。此外，如何結(jié)合各種可達(dá)性度量方法的優(yōu)勢(shì)以多視角綜合測(cè)度路網(wǎng)的可達(dá)性也是需要進(jìn)一步研究的問題。

［1］ 陳潔，陸鋒，程昌秀.可達(dá)性度量方法及應(yīng)用研究進(jìn)展評(píng)述［J］.地理科學(xué)研究進(jìn)展，2007(5):100 －101.

［2］ 魯海軍，劉學(xué)軍，程建權(quán)，等.基于空間句法的城市道路網(wǎng)可達(dá)性分析［J］.中國(guó)水運(yùn)，2007(7):131－132.

［3］ 馬曄，李曉龍.基于空間句法的上海、北京城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治黾氨容^［J］.佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)，2011(5):680－690.

［4］ 吳超，王棟，吳黎明.基于GIS的南通市公路交通網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性研究［J］.信陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2014(1):58－59.

［5］ 杜彩軍，任偉，陳建華.基于空間句法分析的客運(yùn)樞紐布局規(guī)劃［J］.交通信息與安全，2013(4):114－115.

［6］ 曲靜.基于空間句法的城市住區(qū)配套商業(yè)設(shè)施可達(dá)性研究［D］.合肥:合肥工業(yè)大學(xué)，2012.