新疆生產建設兵團第十師北屯市“十三五”公路網布局研究

溫啟明

【摘要】公路網發展規模研究是從量上合理的確定公路網發展建設的總規模和路網各層次公路里程所占的比重，作為指導布局規劃的基本控制總量。本論文主要是通過十師“十三五”公路網布局研究，合理確定建設規模和建設等級（層次）。

【關鍵詞】公路網；布局；研究；

一、路網規模研究

公路網發展規模研究就要從量上合理的確定公路網發展建設的總規模和路網各層次公路里程所占的比重，作為指導布局規劃的基本控制總量。

公路交通是社會經濟發展的派生需求，其發展與一定時期內社會經濟所處的發展階段狀況密切相關。因此在進行公路網發展規模研究時主要考慮以區域社會經濟指標建立模型。

路網發展規模研究的思路如圖1。

公路網的發展規模取決于未來的交通需求發展情況和公路建設可用資金兩者之間的協調統一。公路網的規模包括公路網總里程和公路網中各等級公路里程所占的比重這兩個方面，它從量上反映了公路建設的發展水平和區域的經濟水平。從量上確定公路網的規模就是要確定公路網發展建設的合理密度和公路網中各等級公路的里程，發展規模應與經濟發展的每個階段相適應，在增加路網密度的同時，應盡快提高公路網的技術等級，以達到促進區域經濟發展、滿足交通需求的目的。根據第十師的基礎資料，建立相應的預測模型，對第十師公路網布局規模進行預測。

預測一個地區未來公路網發展水平是一件較復雜，且難以準確量化的工作。如果直接用密度指標對比法來測算未來公路網布局需求規劃則因各地具有不同的特點難以保證可靠性，采用“網絡結點模型分析方法”并結合對比分析方法則可從公路網絡化水平和密度分析入手，進行未來總體布局規模測算研究。網絡結點模型分析方法可運用圖解模型分析公路網是否有效連接區域內結點，其理論為：假定區域（面積A）內應該連接的結點均勻分布，連接這些結點所需的道路長度（L）可用下列公式表示：

由上述模型可以看出，在區域面積及節點行政區劃相對穩定的情況下，影響合理發展規模的主要參數有路網連通度及路網變形系數。通常情況下，影響路網連通度的主要因素是節點的分布密度。分布密度大，連接路網各節點的平均距離則較短，路網的邊數則相對較多，路網連通度則較大；相反，路網連通度則較小。而對另一個參數——路網變形系數（ξ）來說，影響它取值的主要因素是區域的地形分布以及節點的空間分布情況。在假設節點均勻分布的情況下，如果區域中的山地較多，該地區路線的彎曲程度則較大，進而該區域路網的變形系數也較大；相反，則較小。

一般說來，對地形條件較為復雜的地區，路網變形系數（ξ）的取值大致為1.30～1.65； 對地形條件較好的地區， 路網變形系數（ξ）的取值大致為1.10～1.30。對經濟比較發達，人口密度較大的地區，路網連通度（C）的取值一般為2.0～3.0；對經濟發展水平較為落后，人口密度較小的地區，路網連通度（C）的取值一般為1.0～2.0。連通度C=1.0表示為樹形結構，C=2.0表示為格子結構，C=2.41為格子加對角形結構，C=3.22為正三角形結構。當C≤1時，表示路網連通度差；當12.41時， 對于平原地區表示達到成熟狀態。規劃近期，C取值較低，規劃遠期，C取較大值。

路網的結點包括第十師境內各團及營、連所在地。2013年年底，第十師路網密度為69.22公里/百平方公里，同年底公路網通車里程達2864公里，根據網絡節點模型理論，可算出目前公路網連通度C=2.19，說明第十師公路網水平基本達到格子加三角型水平，第十師的路網在今后相當長的時間內規模已經足夠大。

根據十師在“十三五”期間社會經濟的發展趨勢，結合北屯市經濟區的影響范圍，綜合以上考慮，本規劃全部完成時第十師2020年末公路網布局規模增加至4149公里，公路網連通度C=3.18，公路網為“格子+對角型”結構，同時在局部進行加密。

二、布局研究思路

本次公路網布局規劃的方法，一般可以歸納為三類：經驗分析法、節點系統優化法及目標法。

經驗分析法是由專家（對規劃區域的情況比較熟悉，具有一定的實踐經驗的專業人員）構思，集體研究分析，通過一定的調查和測算，并經領導決策而進行的一種方法。節點系統優化法的使用比較廣泛，其特點是概念明確，具有一定的理論基礎，可以從經濟發展及運輸系統全方位的角度分析公路網的布局。目標法是在節點系統優化法的基礎上，確定規劃基本目標，根據規劃的各個方面影響因素，確定規劃布局的具體目標。

三種方法各有利弊，經驗分析法由于缺少足夠的定量分析，雖然專家的經驗在公路網布局規劃中具有重要作用，但容易受規劃人員素質和基礎資料限制的影響，難以實現規范化和系統化；節點系統優化是將公路網的布局分解為路網的節點選擇和路線的選擇來進行分析計算。強調公路網布局的整體優化，并且可以充分結合公路網的發展目標、原則以及諸多因素進行分析，但是對路線的遠景交通量分配和預測比較困難。目標法能夠通過綜合考慮各個方面的影響因素，比較合理的進行路網的布局。缺點也是定量分析不足。

在確定第十師公路建設的指導思想和規劃原則的基礎上，考慮到可以收集到的資料及數據，本次規劃綜合使用經驗分析法、節點系統優化法和目標法。即根據現狀交通出行及經濟發展狀況，預測未來的交通出行量的基礎上，以節點系統優化法為指導，通過經驗分析法進行必要的修正，并廣泛調研和征求師、團及有關專家意見，進行了多次深化完善，采用目標法最終形成干線公路網的布局方案。

本次規劃擬采用節點重要度法建立布局模型，從對規劃區域內的節點分析入手，通過節點重要度、路線重要度和路網重要度的計算，完成由點到線，由線及網的布局過程，同時對局部地區路網采用專家經驗法來調整路網布局。該方法首先是確定路網的節點，并用節點的人口、產值、公路客、貨運量等反映節點功能強弱及地位高低的指標，計算各節點的重要度；其次，根據路線連接節點的重要度，計算路線的重要度；再次，根據重要度最大的原則，確定公路網重要度最大樹；最后，在重要度最大樹的基礎上，以單位里程的路線重要度最大為優化目標，并以預測的未來公路網發展里程為約束條件，加以展開，逐次優化，并結合具體情況，合理安排各條線路的布局與走向，使公路網由樹狀向網狀擴展完善。節點重要度法布局的工作流程圖如圖2所示。

三、影響因素分析

一般說來，在人類社會的發展過程中，由于受多種因素影響，各地區土地利用的開發模式、社會經濟活動的空間組合并無統一的標準，因此對公路合理布局的確定是一個較為復雜的過程。影響第十師公路布局的因素包括：現有路網、生態環境、產業布局、綜合運輸體系目標、交通流量流向、總體規劃及社會經濟發展目標等。第十師干線公路網規劃通過對社會經濟和綜合運輸的各個方面的影響因素進行分析，確定規劃的合理目標，使公路網規劃能夠滿足第十師社會經濟和交通發展的需求。規劃的主要影響因素見圖3。

為了使公路網布局規劃方案科學合理，系統最優，在制定布局方案時，必須對影響第十師公路網布局規劃的因素進行系統分析。一般情況下，應對影響公路網布局規劃方案的以下主要因素進行分析：

（1）規劃區域內社會經濟發展格局（如城鎮規劃，產業布局等）；

（2）國、省干線公路網布局；

（3）旅游資源、礦產資源以及其它客貨集散點的分布（如商品生產基地、工礦企業、學校等）；

（4）相鄰區域縣、市、師公路網布局；

（5）自然保護與環境保護的要求。

在進行第十師公路布局時，應結合第十師的社會經濟發展格局，考慮今后團場及連隊發展的規劃和重點，以自然條件和地理特點為基礎，結合第十師境內兵團墾區經濟干線、團場干線及周邊國道G217、G216、S227、S318、S319和北疆鐵路的布局，同時注意出口路的建設，避免斷頭路，保證第十師與相鄰縣市路網的銜接，局部與整體相結合，對第十師公路網進行合理的布局。

另外，第十師根據資源優勢條件所建立的工農業生產基地等，都是在公路網布局時需要具體考慮的因素，只有全面考慮這些因素，才能做出合理、可行的路網布局規劃。

四、 布局方案研究

（一）節點選擇

對于第十師“十三五”公路發展規劃，全師擬采用節點重要度法布局。為此首先要建立節點重要度的概念，在公路網布局規劃中確定節點和主要控制點是一個十分重要的環節，因為節點是要求路網必須連通的點，直接與區域公路建設的發展方向有關，直接關系到公路網規劃層次的深淺，節點劃分太粗，會脫離實際影響精度；劃分太細，則會使規劃工作過于繁雜，影響重點突出。一般就公路網布局規劃而言，在綜合考慮節點分布均衡、規模相當、數量適宜的基礎上，認為以連隊為節點較好，除此之外一些資源點、旅游點、路網構造點，也應作為節點（虛節點）一并納入布局考慮范圍。但考慮到第十師的具體情況，節點采取以團級單位、營級單位和連級單位為節點較為合適。同時，考慮與生產區、旅游點、農業生產基地、礦產基地等特殊節點的銜接，并結合地區經濟發展、資源開發，自然地理條件等因素，按此原則在第十師區域內取節點180個。

（二）節點重要度計算

各個運輸集散點（節點）由于社會經濟發展水平、地理位置以及政治、歷史因素等方面的差異，在運輸網中所起的作用和所處的地位是不同的，為定量描述不同節點在區域內的重要程度，便于節點類型的劃分和有層次的進行公路網布局優化，需引入節點重要度這個指標。重要度是描述一個節點在區域內重要程度的相對指標，僅用來比較不同節點之間功能強弱的相對性，而不能用來判斷它們重要程度的絕對性。

一個運輸集散點的功能強弱，即節點的重要程度是受很多因素影響的，它與區域的政治、經濟、文化、商業等方面都有聯系，是綜合諸多方面反映的結果。為了盡可能真實地、全面地反映一個節點的重要程度，在選擇定量指標時都需經過仔細斟酌，一般在計算市、縣和團場的節點重要度時，適宜選擇總人口、國內生產總值、人均收入三個指標來計算。而在計算連隊節點重要度時，需要根據實際情況選擇人口、職工人均收入來做為節點重要度計算的相關指標。本規劃報告連隊節點重要度指標選擇采用人口、職工人均收入。人口是節點規模大小的直接反映，職工人均收入反映了節點的經濟發展水平，其值高的節點，說明該區域的生產潛力大。按上述方法計算結果所得的是各節點當前相對重要度量值，對于長期而言，由于發展的不平衡性，對節點層次規劃結果需結合生產力布局、城鎮體系規劃進行必要調整。

以上幾個指標從不同角度反映出一個節點的功能強弱情況，可通過主要成分分析法計算出各指標的權重，然后采用加權平均值，做為節點當前相對重要性綜合效果，其計算公式為：

（三）節點的系統聚類分析

根據系統聚類分析的原理，對第十師區域內的314個節點進行聚類分析，按照各節點功能強弱，可將其分為兩層四類，即第一層中心節點、重要節點，第二層較重要節點、一般節點。對節點進行聚類分析的目的，是為了劃分節點的類型，以便能夠確定不同層次路線走向的主要控制點，主次分明、層次清楚地進行公路網布局方案設計。

1 聚類分析原理

我們稱所要進行分類的對象為樣本，為了對樣本進行合理分類，將樣本的各種特性數量化，稱為樣本的指標，如果某樣本有M種特性指標，則在距離空間中可以用M維空間的一個點來描述該樣本，若有N個樣本，每個樣本有M個指標，則它們可以表示為如表A.4.3-1所示的矩陣形式。

由表可知，樣本X1可以由行向量（X11 ，X12 ， …，X1M）來描述，記為X1=（X11 ，X12 ， …，X1M）。為了刻劃樣本之間接近的程度，可以用廣義的距離量X概念來描述，其中最常用的表示方法為標準化平方歐氏距離法。定義為

式中SK表示變K的方差。

在傳統的聚類分析中常用的是系統聚類法和逐步聚類法，而系統聚類法在模糊數學領域中的推廣就是目前常用的模糊聚類法。這里采用系統聚類標準化歐氏距離法，其步驟如下：

（1）計算各樣本之間的距離，將距離最近的兩樣本歸并為一類；

（2）把拼成的類看成新的樣本，用以代替該類中的所有樣本，并以后者的各項指標的平均值作為新樣本的該項指標；

（3）反復進行（1）、（2），直至所有的樣本都歸并成類，我們可以從中任意選擇所需要的分類系數。

2 節點聚類結果

本次規劃將北屯市選為中心節點，認為它影響并處于第十師各團場、連隊的政治、經濟、文化、商業中心，作為第十師公路網主骨架上的節點，即稱之為中心節點。其次，在對8個團場進行節點重要度計算，認為它們相對連級單位而言均是重要節點；另外，監區、礦點和旅游點等節點也定義為重要節點。最后，對180個營級單位和連級單位等節點重要度計算。并將其分為較重要節點和一般節點。各團場的節點重要度計算見表A.4.3-2；各連級單位節點聚類結果如表A.4.3-3所示。

（四） 公路網布局規劃

公路網布局優化的主要內容就是依據節點聚類分析結果，擬定各條路線走向，劃分其功能和作用，實質是進行網的平面輪廓設計，主要著眼與網絡結構和空間分布的整體優化，而不對兩點間的公路具體走向作過多地探討。

1路線重要度計算

2 求解路線重要度最優樹

在第十師公路網路線重要度圖上利用破圈法，逐層求解公路網路線中重要度最大樹。具體做法為：在網絡圖中任取一個回路，去掉路線重要度最小的邊，直到連接相同層次節點的同一層次路網中不存在回路為止。路線重要度最優樹是公路網的主骨架，同時也是未來公路的重點建設項目，因此可為公路建設項目的序列安排和戰略設想提供可靠的依據。

3 公路網布局優化

路線重要度最優樹，是公路網最優布局的主骨架，它只是保證了區域內各節點的有效連通，卻不能體現各節點間的通達便捷程度。為此，有必要使公路網由樹狀向網狀發展，以進一步提高各節點的通達性，降低區域內公路網的運輸費用，提高公路網的經濟效益。

為了做出較優的公路網布局，必須立足于區域內實際，因地制宜，合理區分各類節點，選擇路線主要控制點，使之與國省干線規劃相協調。在路線重要度最優樹的基礎上，以單位里程的路線重要度最大為優化目標函數，附加被選聯絡線，現狀交通圖上的干線公路、通營公路均可用為公路網的被選聯絡線。在附加的過程中，要注意廣泛采用專家的構思和設想，及時進行必要的調整，最終才能得到公路網布局方案的優化結果。

第十師在編制“十三五”公路網規劃布局中需充分考慮和依托經過第十師內的自治區干線和兵團公路網主骨架而展開合理、科學布設。

按照兵團路網布局骨架的基礎上，根據第十師經濟發展的布局及地理特點，對“十三五”期間第十師干線公路網進行調整和布局，同時在第十師干線公路網布局的基礎上，進行多種方案的優選，最終提出第十師通營連公路網布局方案。

第十師“十三五”公路網規劃期內，公路網布局將以十師轄區內兵團墾區經濟干線為主要依托骨架，結合自治區國省干道而展開。為充分發揮和利用自治區國省干道、鐵路和兵團墾區干線引發的區位優勢，帶動沿線團場的社會經濟發展，提出了第十師公路網布局規劃。

第一層次：主骨架層，即干線網，由轄區現有的自治區干線和第十師墾區內干線組成。第十師干線公路網主骨架通過自治區國省道作為對外連接線，通往全疆其它各地州市縣。

第十師干線網由19段路線構成，以團場和礦點、旅游點為節點。

第二層次：是在第一層次干線基礎上布局的通營公路，以及連接師域內重要節點（含開發區、產業基地、重要旅游景點、資源礦點）的主要公路組成。形成了第十師團場公路網的主干網絡。

第三層次：由路網中的通連公路組成，主要是加強各團場與連級單位之間，以及連與連之間及和各旅游景點、資源開發點、工礦企業等之間的聯系功能，共同構成第十師團場內部公路網絡。

以上三個層次的公路網絡相輔相承，基本形成以各團場為重要節點，輻射整個師域的公路網絡。

國邊防公路網：第十師國邊防公路網連接十師邊防連隊和哨所，線路多獨立，大都連接通營連公路成網。

5 路網等級結構優化分析

公路網的等級結構是指公路網中不同技術等級公路的組合，合理的公路網等級結構，就是滿足一組給定的條件，從而達到預期目標的一種公路網的等級結構，公路網的等級結構首先取決于交通需求的增長，其次取決于建設資金的限制，還取決于服務水平的要求。

路網平均車速是體現一定規模路網運輸效率的重要指標，也是優化路網結構的主要依據。路網平均車速（V）可用下列公式表示：

一般說來，按照目前的公路用交通工具，節點平均距離小于6公里，人們心理期望車速為30km/h；節點平均距離在6～10公里之間，人們心理期望車速為40km/h；節點平均距離在10～20公里之間，人們心理期望車速為60km/h；節點平均距離在20～80公里，人們心理期望車速為80km/h；節點平均距離在80公里，人們心理期望車速為100～120km/h。

2013年，第十師路網節點平均距離為7.96公里，路網平均車速為15.29km/h，還達不到人們的心理期望車速。

此外，隨著第十師的北屯市城市化和開發區建設速度加快，交通干道發展趨勢為城市主干道，規劃標準應適當提高。

“十三五”時期規劃第十師公路規模達到4149公里，公路網連通度C=3.18，維持格子加三角型公路網結構并在局部加密；其中一級公路66公里，二級公路1587公里，三級公路838公里，四級公路623公里，等外公路1035公里。公路總里程較2013年底增加1285公里，增加里程為戰略通道等新建道路；等外公路2013年底減少412公里，路網平均車速達到36.8km/h，路網通行效率有了一定的提高。