郇曉喜

（新疆鐵道勘察設計院有限公司，烏魯木齊 830011）

引言

交通運輸對社會經(jīng)濟發(fā)展具有十分重要的意義，其中高速鐵路運輸是整個交通運輸?shù)暮诵牟糠諿1,2]。近幾年來，高速鐵路不論是規(guī)模還是水平都得以迅速發(fā)展，實現(xiàn)了國家提出的相關政策。

高速鐵路線網(wǎng)是進行高速鐵路運輸業(yè)務以及作業(yè)的支撐基礎，同時它也是高速鐵路基礎設施網(wǎng)絡結構的反映。在實際應用的過程中，由于各個國家的國情以及時代背景完全不同，所以其高速鐵路發(fā)展規(guī)模也是完全不同，合理的規(guī)劃高速鐵路線網(wǎng)能夠有效促使經(jīng)濟發(fā)展[3]。

相關學家針對該方面給出了一些較好的研究成果，例如王忠強等人大量查閱相關資料，對各個高速鐵路線網(wǎng)進行分析，同時設定三項指標為后續(xù)高速鐵路線網(wǎng)規(guī)劃適應性研究奠定基礎；顧金山主要總結了不同城市在軌道運輸方面的建設經(jīng)驗，提出“樞紐錨定網(wǎng)”鐵路線網(wǎng)規(guī)劃方法?，F(xiàn)階段我國高速鐵路線網(wǎng)發(fā)展十分迅速，為了滿足現(xiàn)階段的發(fā)展需求，本文將結合GIS技術對高速鐵路線網(wǎng)規(guī)劃適應性進行研究，通過具體的仿真實驗數(shù)據(jù)全面驗證了所提方法的綜合有效性。

1 基于GIS技術的高速鐵路線網(wǎng)規(guī)劃適應性研究

1.1 高速鐵路線網(wǎng)規(guī)模預測模型的組建

為了全面了解高速鐵路線網(wǎng)規(guī)模，首先需要相關影響因素進行具體的分析研究，方便后續(xù)清理各個影響因素對高速鐵路線網(wǎng)規(guī)模的影響程度[4,5]，同時為高速鐵路線網(wǎng)規(guī)模預算奠定堅實的基礎。

根據(jù)高速鐵路線網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)各個影響因素之間的相互關系組建鄰接矩陣，經(jīng)過運算獲取可達矩陣，其中鄰接矩陣代表不同矩陣之間的相互關聯(lián)性，以下采用A；其中各個元素aij的計算式如下所示：

各個元素之間的鄰接矩陣能夠表示為以下的形式：

不同元素的可達矩陣R能夠利用鄰接矩陣A加上矩陣I獲取，其中矩陣I代表單位矩陣，可達矩陣代表各個影響因素之間通過任意路徑后達到可達到的程度[6]。

結合上述分析，能夠將可達矩陣利用區(qū)域劃分以及極間分解的方法依次組建不同因素之間的層次關系。

結合可達矩陣，能夠將和因素in相關的因素組成對應的可達集到達因素in的因素組成先行集則有：

式中：

N—全部因素組建的集合；

mij—i點到j點的關聯(lián)值；

mji—j點到i點之間的關聯(lián)值。

高速鐵路線網(wǎng)規(guī)模預算方法的好壞決定了最終測試結果的好壞，同時也會對高速鐵路線網(wǎng)規(guī)劃產(chǎn)生一定的影響[7,8]。以下給出具體的操作過程：

首先對高速鐵路線網(wǎng)的合理規(guī)模選用網(wǎng)絡分析方法進行計算，其中該方法的原始計算模型為：

式中：

L—鐵路網(wǎng)規(guī)模；

S—城市群的面積；

N—城市群內(nèi)能夠進行連接的節(jié)點數(shù)量；

C—連通度系數(shù)。

由于鐵路網(wǎng)的線路在實際應用的過程中會受到自然條件等相關因素的影響，導致鐵路線路并不是全部都為直線，根據(jù)各個城市規(guī)模的大小，需要在地理條件的類型中加入線路的非直線系數(shù)ξ，結合GIS技術，則經(jīng)過修改的模型能夠表示為以下的形式：

由于各個城市內(nèi)全部節(jié)點的平均連通度系數(shù)是不同的，需要利用各個節(jié)點連通度之后和進行加權平均計算，以下給出具體的計算式：

式中：

為了滿足城市鐵路網(wǎng)的發(fā)展需求，需要結合相關參數(shù)進行統(tǒng)計分析，同時將定性因素設定為調整參數(shù)，帶入到對應的模型中，則能夠獲取以下計算式：

式中：

R—城市中高速鐵路網(wǎng)密度；

P—城市人口密度；

E—城市人均收入。

以上模型忽略了空間結構以及政府的相關政策等影響因素，因此以下需要加入高速鐵路網(wǎng)依賴性偏好指數(shù)，則有：

式中：

δ—高速鐵路網(wǎng)依賴性偏好指數(shù)；

rR—高速鐵路網(wǎng)密度統(tǒng)計總值；

hR—模型估計值。

經(jīng)過調整后的高速鐵路線網(wǎng)規(guī)模預算模型為：

1.2 基于GIS技術的高速鐵路線網(wǎng)規(guī)劃適應性研究

高速鐵路線網(wǎng)規(guī)劃預測試高速鐵路線路分布的基礎，測算結果需要滿足對應的規(guī)劃目標需求，其中規(guī)劃目標主要包含人口規(guī)模以及空間范圍等相關參數(shù)，主要是以城市覆蓋率、線網(wǎng)密度等進行衡量，在于其他規(guī)劃目標進行對比的基礎上，進一步對比其發(fā)展階段。

高速鐵路線網(wǎng)規(guī)模是城市群鏡以及空間結構以及需求結構相互作用的結果，合理的線網(wǎng)規(guī)模能夠有效滿足不同層次的運輸需求，同時也能夠適應城市群的階段性發(fā)展需求以及發(fā)展速度。

立足于運輸系統(tǒng)本身，線網(wǎng)規(guī)模的合理性主要體現(xiàn)在量以及質兩個層次上，同時需要分別引入供需均衡系數(shù)以及層次平衡次數(shù)兩個指標進行衡量[9]。

其中供求平衡系數(shù)主要從總量的角度全面反映高速鐵路網(wǎng)規(guī)模需要滿足的運輸需求能力，則：

式中：

ζ—供需均衡系數(shù)；

c—單位長度的線路運輸能力；

O—需求總量。

層次平衡系數(shù)是為了滿足不同層次的需求進行配置，通過不同路線的規(guī)劃程度進行合理性判斷，具體的計算模型如下所示：

式中：

為了進一步促進城市的發(fā)展，需要從以下兩方面判斷整個線網(wǎng)規(guī)模的合理性，分別為：

1）線網(wǎng)規(guī)模的合理性；

2）城市群發(fā)育程度的適應性[10]。以下給出具體的計算式：

式中：

η—線網(wǎng)規(guī)模以及城市群發(fā)育程度的適應性；

φ—城市群的發(fā)育程度；

φ—線網(wǎng)的綜合密度。

其中φ的計算式如下所示：

式中：

A—城市群面積；

δ—居住面積修正系數(shù)；

P—人口總數(shù)。

其中：

式中：

ELG—彈性系數(shù)；

ΔL—線網(wǎng)規(guī)模增量；

G—經(jīng)濟總量；

ΔG—經(jīng)濟增量。

結合上述分析，能夠獲取以下高速鐵路線網(wǎng)規(guī)劃適應性評價體系，具體如圖1所示。

圖1 高速鐵路線網(wǎng)規(guī)劃適應性評價體系結構圖

2 仿真實驗

為了驗證所提方法的綜合有效性，需要進行仿真實驗，環(huán)境選取某地區(qū)高速鐵路線網(wǎng)作為研究對象進行仿真測試，具體的實驗結果如下所示：

1）節(jié)點重要度/（%）：

仿真實驗測試選取兩種傳統(tǒng)方法作為對比方法進行仿真實驗，以下實驗主要對比不同方法的節(jié)點重要度，具體對比的結果如圖2所示。

圖2不同方法的節(jié)點重要度對比結果

分析圖2可知，所提方法的節(jié)點重要度一直呈直線上升趨勢；文獻[7]方法的節(jié)點重要度呈直線下降趨勢；文獻[8]方法的節(jié)點重要度則呈現(xiàn)忽高忽低的狀態(tài)。其中節(jié)點重要度越高，則說明線路網(wǎng)越具有推廣價值，相比其它兩種方法，所提方法的節(jié)點重要度明顯較高。

2）高速鐵路線網(wǎng)平均造價/（萬元）：

分析表1～3實驗數(shù)據(jù)可知，相比其它兩種方法，所提方法的高速鐵路線網(wǎng)平均造價明顯較低。

3）高速鐵路線網(wǎng)運行效率/（%）：

在上述實驗環(huán)境的基礎上，以下對比各個方法的高速鐵路線網(wǎng)運行效率，具體的對比結果如表4～6所示。

表1 所提方法的高速鐵路線網(wǎng)平均造價

表2 文獻[7]方法的高速鐵路線網(wǎng)平均造價

表3 文獻[8]方法的高速鐵路線網(wǎng)平均造價

表4 所提方法的高速鐵路線網(wǎng)運行效率

表5 文獻[7]方法的高速鐵路線網(wǎng)運行效率

表6 文獻[7]方法的高速鐵路線網(wǎng)運行效率

綜合分析表4～6實驗數(shù)據(jù)可知，隨著測試樣本數(shù)量的不斷增加，各種方法的高速鐵路線網(wǎng)運行效率也在不斷發(fā)生變化，其中所提方法的高速鐵路線網(wǎng)運行效率在三種方法中為最高；文獻[7]方法的高速鐵路線網(wǎng)運行效率次之；文獻[8]方法的高速鐵路線網(wǎng)運行效率最高。

3 結束語

隨著全球的經(jīng)濟化發(fā)展，城市已經(jīng)成為我國發(fā)展的主要趨勢，大力發(fā)展城市群高速鐵路線網(wǎng)是解決交通問題的重要途徑，也是城市化進程的必然結果。本文重點針對基于GIS技術的高速鐵路線網(wǎng)規(guī)劃適應性展開研究。仿真實驗結果表明，所提方法對于高速鐵路線網(wǎng)規(guī)劃以及指導具有十分重要的意義。雖然現(xiàn)階段所提方法取得了十分滿意的研究成果，但是仍然存在一定的不足，后續(xù)將針對所提方法存在的不足進行進一步完善。