基于ＡｒｃＶｉｅｗ對(duì)城市交通的密集度測(cè)度研究

摘 要：利用ArcView這一相對(duì)于Arc/Info等軟件更為方便、靈活且操作簡(jiǎn)單、通用性強(qiáng)的地理信息系統(tǒng)空間分析方法對(duì)城市交通密集度進(jìn)行測(cè)度，找出某一城市中哪里交通密集，哪里不密集，如何布局、管理更為合理。

關(guān)鍵詞：ArcView；城市交通；密集度

中圖分類號(hào)：C91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3198（2008）07-0023-02

1 城市交通密集的定義

具有高密度交通概念的城市必定是具有高度流動(dòng)性的，具有多路徑選擇功能的，它也是一個(gè)城市是否需要發(fā)展現(xiàn)代化、大眾化智能交通系統(tǒng)的前提條件。需要注意的是本文所說(shuō)的交通密集跟交通擁堵是不一樣的兩個(gè)概念，擁堵是交通的特指術(shù)語(yǔ)，一般含有貶義。交通擁堵是指由于交通干道車輛太多而引起的聚集；而密集是指某種事物的集中程度，是中性詞。它運(yùn)用于很多方面，如人口密集、技術(shù)密集等。交通密集一般發(fā)生在交通主干道和大中型城市中，是交通車輛高度集中的一種表現(xiàn)。

2 ArcView空間分析方法的基本功能

我們知道ArcView空間分析模塊Spatial Analyst具有強(qiáng)大且完備的能力來(lái)分析數(shù)據(jù)空間關(guān)系和解決空間問(wèn)題。

（1）距離制圖。它計(jì)算了主題中每個(gè)柵格與距離其最近的要素之間的距離，這些要素可以是點(diǎn)、線、或其他的有效數(shù)據(jù)，例如：一口井，一片零售店等。輸出的柵格數(shù)據(jù)表示了每個(gè)柵格距最近要素之間的偶幾里德（Euclidean）距離，即兩點(diǎn)之間的直線距離。距離制圖主要包括測(cè)定距離(Find Distance)和臨近制圖(Proximity Mapping)兩個(gè)功能。前者可以應(yīng)用在：①為緊急醫(yī)療救護(hù)找到最近的醫(yī)院，②為失火建筑找到距其500米范圍內(nèi)所有的消防水管等；后者則可以應(yīng)用在：①確定一組電話交換塔的客戶服務(wù)范圍，②為某公司的銷售員工繪制工作區(qū)域圖等。

（2）密度功能。它主要根據(jù)輸入的點(diǎn)要素的分布，計(jì)算整個(gè)區(qū)域的數(shù)據(jù)分布狀況，從而產(chǎn)生一個(gè)連續(xù)的表面。它主要應(yīng)用在：①根據(jù)河流交叉口的分布制作河網(wǎng)密度圖；②計(jì)算城鎮(zhèn)密度分布狀況。

（3）Surface Functions。這是采用抽象的表面（Surface）來(lái)表示連續(xù)分布的空間現(xiàn)象，表面中每一個(gè)柵格的值表示為z=f(x，y)，z值可以是高程值、濃度值或者是應(yīng)用領(lǐng)域的其他量值，例如：污染、噪音等。在ArcView中，有兩種類型的Surface Functions：一種是Surface Interpolators，通過(guò)輸入的樣點(diǎn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生以個(gè)連續(xù)的表面；另一種是Surface Analysis，主要對(duì)連續(xù)的柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，從而對(duì)表面采用不同的表示法或提取在原表面中不太明顯的模式。這一功能可以用來(lái)制作某農(nóng)業(yè)區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量的分布圖。

（4）可視性分析。該功能實(shí)質(zhì)上屬于對(duì)地形進(jìn)行最優(yōu)化處理的范疇。例如：電視塔的發(fā)射站、道路選擇、航空導(dǎo)航等。Visibility Function有兩種類型：一種是通視行分析Line of Sight，通過(guò)此功能可以顯示兩點(diǎn)之間的通視情況，從而判斷從一個(gè)觀察點(diǎn)是否可以看到目標(biāo)物，回答了“從這里我可以看到它嗎？”的問(wèn)題。另一種是可視區(qū)分析Viewshed Analysis，確定了從一個(gè)或者多個(gè)觀察點(diǎn)可以觀測(cè)到的區(qū)域，回答的“從這里我可以看到什么？”的問(wèn)題。

（5）統(tǒng)計(jì)功能。在ArcView中有兩種統(tǒng)計(jì)功能，局部統(tǒng)計(jì)功能（Local Statistical Function）和分區(qū)功能（Zonal Function）。其中Local Statistical Function又包括柵格主題之間的（Between-Grid Themes）和相關(guān)柵格主題的(Relative-To-Grid Themes)統(tǒng)計(jì)。柵格主題之間的局部統(tǒng)計(jì)要求輸入多個(gè)柵格主題來(lái)計(jì)算輸出主題中每個(gè)柵格的統(tǒng)計(jì)值。例如：用此功能可以計(jì)算某農(nóng)業(yè)區(qū)每個(gè)柵格某個(gè)年限之間的年平均糧食產(chǎn)量。而相關(guān)柵格主題的局部統(tǒng)計(jì)計(jì)算要求輸入一個(gè)柵格主題和一個(gè)附加的柵格主題或者數(shù)字，以便進(jìn)行比較。例如：在上個(gè)例子中，為了確定哪些區(qū)域需要世家更多的花費(fèi)，此功能可以提取這五年間糧食產(chǎn)量小于多少公斤的柵格。

（6）選擇、數(shù)學(xué)運(yùn)算功能。選擇功能可以輸入的柵格主題中選擇和提取出一個(gè)柵格單元的子集，并通過(guò)Map Query命令創(chuàng)建邏輯運(yùn)算表達(dá)方式來(lái)提取子集，達(dá)到對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢的目的。數(shù)學(xué)運(yùn)算功能主要運(yùn)用數(shù)學(xué)運(yùn)算符或數(shù)學(xué)函數(shù)。這里需要強(qiáng)調(diào)的是Map Calculator應(yīng)用非常廣泛，能夠解決各種類型問(wèn)題，尤其重要的是它是建立復(fù)雜的應(yīng)用數(shù)學(xué)模型的基本模塊。

（7）領(lǐng)域分析、重分類功能。Neighborhood Statistics功能對(duì)輸入的點(diǎn)主題中的點(diǎn)要素或柵格主題中的柵格在特定的領(lǐng)域范圍內(nèi)進(jìn)行某種統(tǒng)計(jì)計(jì)算，在計(jì)算中使用了領(lǐng)域范圍內(nèi)所有的點(diǎn)或柵格的值。Reclassification Function是將柵格主題的每個(gè)柵格的值改變?yōu)榱硗獾闹怠eclassify是按照一對(duì)一的方式將柵格值從一個(gè)變?yōu)榱硪粋€(gè)。 

（8）水文分析(Hydrologic Functions)功能。

3 ArcView空間分析方法在城市交通密集度的應(yīng)用

3.1 路廊設(shè)計(jì)

路廊設(shè)計(jì)是道路設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是定出公路最終線向的一個(gè)步驟。在路廊設(shè)計(jì)中，要綜合分析多種空間數(shù)據(jù)，包括大比例尺的土地利用、地形圖以及現(xiàn)有的道路網(wǎng)等。從各方面收集來(lái)的資料合并到ArcView資料庫(kù)中，建造約束多邊形，確定公路需要避開(kāi)的區(qū)域，通常這些多邊形可以分為三級(jí)：

①必須要避開(kāi)或減至最少；

②盡量避開(kāi)或減至最少；

③可以避開(kāi)或減至最少。

根據(jù)需要可以用權(quán)重表示不同的約束等級(jí)，并在地圖上分別表示，以便設(shè)計(jì)員在設(shè)計(jì)路線時(shí)盡量繞開(kāi)這些區(qū)域，以免引起交通密集。然后將每條試驗(yàn)性線路輸入到ArcView中，通過(guò)密度分析得到道路可能密集的區(qū)域，與約束多邊形進(jìn)行疊加分析，計(jì)算路廊與每個(gè)多邊形相交的總面積，并乘以權(quán)重，得到該試驗(yàn)線路的約束影響的加權(quán)總面積（Total Impact Weighted Area），用于比較這些線路設(shè)計(jì)。在計(jì)算得到TIWA之后，可以根據(jù)DEM進(jìn)行線向的詳細(xì)設(shè)計(jì)，其主要操作是根據(jù)DEM得到道路橫斷面，進(jìn)而進(jìn)行填瓦方的優(yōu)化，得到最終的路廊設(shè)計(jì)結(jié)果。

3.2 動(dòng)態(tài)分段

城市交通動(dòng)態(tài)是測(cè)試交通是否密集的重要因素之一。眾所周知，交通模型的一個(gè)顯著特點(diǎn)是多種線性物體重疊在以個(gè)物體上，如，限速區(qū)段，交通線路都與路網(wǎng)重疊，利用動(dòng)態(tài)分段（Dynamic Segmentation）可以很好的解決在應(yīng)用時(shí)遇到的困難。在這之前要對(duì)交通管理屬性進(jìn)行記錄和控制。一般是通過(guò)線性定位方法與路網(wǎng)建立關(guān)聯(lián)，通常線性定位的方法有里程碑法和控制段法，前者采用路名和公路上的里程點(diǎn)來(lái)確定物體的位置；后者則采用公路分成相連的、長(zhǎng)度不等的控制段，每段有一個(gè)編碼，并且其屬性一致。（表1）

動(dòng)態(tài)分段是在數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄道路的每種屬性的起止點(diǎn)到道路原點(diǎn)的距離，并不是真的將道路切斷存儲(chǔ)，適合于動(dòng)態(tài)的分析，而且將道路的各種屬性以及其分布集中在一個(gè)圖層中進(jìn)行管理，結(jié)合線性的定位方法，則容易實(shí)現(xiàn)各種“點(diǎn)線”以及“線線”的疊加查詢分析，例如：交通流量>800000AND路面狀況=“良好”AND道路分級(jí)=“省道”。

3.3 道路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洫?/p>

在交通網(wǎng)絡(luò)中，大多數(shù)線與線之間的交點(diǎn)是具有拓?fù)湫缘慕稽c(diǎn)，即自在道路的交點(diǎn)處車輛可以轉(zhuǎn)向；這些在一般GIS的平面圖形中難以實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題在ArcView的中可以得到很好的解決，如立交橋，就需要借助三維空間才能得到很好的顯示，ArcView的可視性分析功能和拓?fù)涞慕Y(jié)合就能得到正確的表示從而使交通密度測(cè)試更準(zhǔn)確。

3.4 流量和網(wǎng)絡(luò)分析的具體應(yīng)用和相關(guān)模型

①“出行產(chǎn)生（Trip Generation）”模型。

根據(jù)交通分析區(qū)的土地利用形態(tài)以及其他社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)各個(gè)區(qū)域所產(chǎn)生進(jìn)和吸引的交通量，例如，居民區(qū)會(huì)產(chǎn)生出行，而商業(yè)區(qū)則吸引出行。

②“出行分布（Trip Distribution）”模型。

根據(jù)出行分析產(chǎn)生的結(jié)果，確定各個(gè)區(qū)域之間的交通量。

③“交通工具選擇（Mode Choice）”模型。

將交通量計(jì)算分配到交通工具上，計(jì)算車流量。

④“出行分派（Trip Assignment）”模型。

根據(jù)交通線路的容量和速度來(lái)測(cè)量哪里密集、哪里不密集，然后將車流量分配到各條道路上，使每一條道路都能順暢運(yùn)行。

以上這些模型的很好運(yùn)用以及結(jié)合ArcView的這些功能，就能很好的測(cè)量出某一城市的交通密集度，從而在一定程度上解決城市由于交通密集過(guò)度而產(chǎn)生的交通擁堵。

4 結(jié)論

本文站在GIS和GIS-T和前人研究的基礎(chǔ)上，充分運(yùn)用ArcView的空間分析功能對(duì)城市交通密集進(jìn)行了測(cè)度，其結(jié)果操作簡(jiǎn)單方便，對(duì)城市交通密集度管理方面有一定的指導(dǎo)意義并得到了一些成果。同時(shí)為城市交通GIS應(yīng)用的普及化和對(duì)傳統(tǒng)信息系統(tǒng)的大眾化做出了一定的貢獻(xiàn)。但是，在得到密集圖之后的重分類方面要做進(jìn)一步的研究。

參考文獻(xiàn)

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