基于路徑規劃服務的交通等時線繪制方法

孫華燦

（江蘇省城鎮化和城鄉規劃研究中心，上海市210036）

基于路徑規劃服務的交通等時線繪制方法

孫華燦

（江蘇省城鎮化和城鄉規劃研究中心，上海市210036）

交通可達性是衡量城鄉空間功能與社會經濟活動關系的重要指標。根據交通可達性研究的應用需求，針對既有柵格分析法存在基礎網絡構建工作量大、評價參數客觀性欠缺、方法可移植性不強等不足，提出了一種新的基于開放數據平臺的交通等時線分析方法。分析了交通等時線的基本要素，闡述了交通等時區和等時線具體繪制步驟和要點。以淮安中央商務區為例，驗證了新方法的有效性。

時空地理；交通可達性；等時線；路徑規劃；二次開發；API

0 引言

交通等時線，其概念來源于時空地理學的空間約束表達，是從某一點出發，以到達該點時間相同的約束點連接而成的閉合線，相鄰兩條等時線之間的區域為等時區。等時線/區是從個體角度出發，綜合考慮空間因素和時間因素，研究在特定的時空約束下的可達時空范圍的方法。時間地理學理論認為，時空背景下的個體活動受到三種制約因素的影響，分別為能力制約（Capability Constraints）、權威制約（Authority Constraints）和組合制約（Coupling Constrains）（Hagerst rand 1970）。只有在特定的時空約束條件下，個體行為及其可達性表達才有具體的意義[1]。對于可達性而言，時間是一個重要的衡量指標，因為它是交通基礎設施網絡的連通性、各種交通方式技術特性和交通出行環境綜合作用的結果。通過一次交通出行，個體得以完成以時間換取空間的時空轉換過程。因此，通過交通等時線可以評估在各種制約條件下個體機會活動空間的時空邊界，從而為通勤范圍估算、社區活動影響范圍界定、公共設施服務選址評估等提供重要的量化支撐。“等時線圖之功用，對于非常時期之軍事運輸，以及承平時期公文郵政之傳遞，旅客商品之往來等，皆可按圖索驥，求取其所需時間值速率，而全國各地交通設施之規劃，亦可與等時線圖中求之。”[2]但是，由于影響因素眾多，國內資料獲取困難，再加上制圖工作繁重，故而很少見到交通等時線地圖[3]。隨著GIS技術的發展，基于遙感影像圖的柵格分析法[4]及其改進方法[5，6]被廣泛接受并使用。

然而，既有的研究方法均需要自行建立綜合交通網絡拓撲結構，而且對不同等級道路行駛速度和網格采取自主賦值的方法，不僅基礎工作量極大，而且主觀性較強，難以反映實際交通狀況和交通環境的制約，方法效率較低，可移植性不強。隨著衛星定位服務技術的發展，諸如谷歌地圖、百度地圖、騰訊地圖等一批通用開放地圖平臺隨之崛起。它們提供的交通路徑查詢和優化功能為時空可達性的評價提供了一個新的視角[7]。與傳統方法相比，基于開放地圖平臺繪制交通等時線或等時區可以直接省去道路基礎網絡和拓撲關系構建步驟，從而大大簡化分析的工作量。同時，面向公眾開放的導航地圖數據，包括空間和屬性數據具有客觀性、統一性和精確性等特點，因此基于其開發的等時線繪制程序具有很強的真實性和普適性。

1 交通等時線的基本要素

等時線的主要要素包括計算時間的起始點、等時點和交通方式。

起始點是等時線評估的中心。等時線圍繞起始點向外擴散。起始點的選擇標準大可到全國范圍內的政治或經濟中心，中可到在區域或城市群范圍內的核心城市或者城市范圍內的商業中心、行政中心、大型綜合交通樞紐等，小可到城市公園、社區中心或者一座單體。具體選址應根據等時線評估的要求而定。起始點應盡量落在分析點中心，由程序自動識別最近的路網接入點，以免由于實際交通運行規則增加不必要的時間消耗。

等時點是等時線的核心要素集。等時點的時間單位劃分由研究范圍結合交通效率愿景而確定。社區生活圈范圍通常按5min、10min、15min取值，中心城區范圍通常以30min、60min、90min為單位，都市圈或城市群則通常以小時單位，但通常不超過3 h。時間間隔的多少決定了等時線的疏密和覆蓋范圍大小。對于同一時間單位而言，等時點的密度越高，等時線越準確，等時線的形狀也越平滑，但是相應的等時點采集的工作量也越大。

交通方式是個體克服空間阻隔能力制約的重要體現。等時線反映的交通便捷性由道路網絡和交通方式共同決定。等時線既可以是基于單一方式的可達性評價，也可以是基于多種交通方式的綜合選優。在同一幅圖上，對不同交通方式而言，盡量選擇同一個起始點，使不同方式等時線的分析結果具備充分的可比性。

2 交通等時線的繪制方法

基于導航地圖繪制交通等時線，其基本過程通過地圖開放平臺的API（Application Programming Interface,應用程序編程接口）對地圖功能進行自主調用與個性化開發，獲得自定義數據集，然后進行空間分析與處理。國內比較常用的地圖API主要包括騰訊地圖API、高德地圖API、百度地圖API、天地圖API等。不同地圖API采用獨立的開發環境和技術，針對的服務平臺多樣，功能也有所差異，但基本架構都比較相近（見圖1）。等時線制作主要采用地圖的路徑導航服務功能，通過批量點對之間的路徑搜索獲得時間點，然后根據時間點分布，借助GIS空間分析功能按定義的時間單位提取等時線或直接使用等時區作為相關分析結果。

總體過程分為數據準備、數據采集和數據分析三大部分。其中：數據準備可以直接在高德開放平臺中用代碼指定，但準備過程不及Arc Map直觀、方便，故而推薦在Arc Map中處理；數據采集則完全利用API功能實現；數據分析與數據準備一樣，還是推薦回歸到Arc Map，借助其內置工具箱進行處理。

以高德地圖開放平臺為例，繪制交通等時線的具體步驟如下：

（1）指定中心點P0（X0，Y0）。通過輸入經緯度或利用高德地圖坐標拾取工具確定。

（2）確定搜索范圍。基于目標點，通過單條路徑試算估算一定的范圍或者直接提取指定行政區域，通過Arc Map工具箱中的漁網（fishnet）命令生成柵格圖，同時生成柵格中心點陣。

（3）在Arc Map中通過數據管理工具箱，為點陣添加基于W GS1984坐標系的經緯度坐標Pi（Xi，Yi）。構建以P0和Pi的點對集。

（4）利用高德地圖的路徑規劃服務請求各目標點Pi到中心點P0的導航路徑，獲取路徑的實際里程和通行時間。

（5）在Arc Map中將目標點對應的里程和時間值關聯賦值給柵格或點陣。

（6）基于柵格圖生成交通等時面，或者直接基于點陣生成交通等時線。

圖1 地圖API基本架構[8]

在以上步驟中，（1）～（3）為數據準備階段，（4）為采集階段，（5）～（6）為分析整理階段。第1步中心點的選擇應充分考慮實際交通規則，盡可能保障基地各方向的連通性。第2步柵格的大小將決定了等時線覆蓋范圍的精準性，并且必須保證Arc Map圖層與高德地圖坐標系（web墨卡托）一致，以實現Arc Map中點陣能準確投射在高德地圖上。第4步路徑規劃有步行、騎行、公交和自駕等4種方式可選，其中自駕和公交路徑規劃策略有多種可選。自駕策略有最快捷、最經濟、最短距離和考慮實時路況4種模式。公交除了最快捷、最經濟外，還有最少換乘、最小步行、最舒適和不乘地鐵模式，基本上覆蓋了不同人群的多種需求。

3 繪制實例

以分析淮安市水渡口中央商務區可達性為例，闡述本文提出的方法及其應用結果。根據工作日晚高峰時間的百度熱力圖，判斷中央商務區主要人口集中在中央國際新亞廣場和金鷹國際購物中心。為了兼顧兩個人口集聚核心，研究將交通東路的淮海東路公交站作為起點。以此起點為中心，建立60 km×60 km的矩形區域（覆蓋高速環內主城區），然后用漁網工具箱將此區域細分為10000個400 m×400 m的柵格和柵格中心對應的點陣。對點陣添加經緯度坐標后導出至Excel，形成符合自定義程序的列表格式（見表1），然后運行自定義程序（見圖2），獲得指定步行或自駕的路徑規劃數據。通過圖上FID與表中ID字段之間的關聯，將路徑規劃數據反饋給柵格圖和點陣。對柵格圖通過分級色彩專題圖獲得15min間隔的等時區，柵格化后采用制圖工具提出顏色邊界做平滑處理即可獲得等時線圖（見圖3）。

表1 路徑規劃表數據結構示意

圖2 等時間輔助工具界面

圖3 淮安市中心商務區15 min等時線圖

由等時線圖結合淮安市空間現狀和發展規劃，可以進一步開展關于城市客運樞紐選址、城市中心體系優化以及樓盤售價與交通可達性相關關系方面的分布[9]等研究。本文主要介紹等時線的采集與繪制方法，相關研究有待進一步開展。

4 結論與展望

基于交通地理學理論的交通可達性在城市空間布局規劃、產業關系分析、設施選址優化中具有十分重要的研究意義。隨著交通運輸網絡的不斷完善和相關問題研究的深入，交通可達性的研究趨向綜合性和微觀尺度發展，評價的時效性和精確性要求越來越苛刻。

基于開放數據平臺二次開發的交通等時線繪制方法，相比于傳統可達性時距獲取具有以下優點：地圖服務商的道路網絡數據比基于遙感影像數字化獲取的數據更為精細，包含上至高速公路、下至建筑巷道級別的道路，并且如實反映了道路互通關系、交通運行規則等復雜路網信息；通過策略選擇，可達性的速度測定可以反饋實時路況，比以往基于規劃時速賦值更為精確，能夠反映交通網絡的實時通達性，可以彌補以往可達性研究在時態變化上的不足。在極大簡化基礎工作量的同時，該方法能夠充分應對顆粒度細化、數據精準化的趨勢要求，其應用價值值得進一步關注和挖掘。

[1] 方志祥，李清泉，蕭世倫.利用時間地理進行位置相關的時空可達性表達[J].武漢大學學報:信息科學版,2010,35(9):1091-1095.

[2] 胡煥庸.國內交通輿等時線圖[J].地理學報,1936(4):761-774.

[3] 孫育秋，郭梅菊.交通等時制圖初探——以1:250萬四川省交通等時圖為例[J].地圖,1991(3):18-20，14.

[4] 蔣海兵，徐建剛.基于交通可達性的中國地級以上城市腹地劃分[J].蘭州大學學報:自然科學版,2010,46(4):58-64.

[5] 何亞坤，艾廷華，禹文豪.等時線模型支持下的路網可達性分析[J].測繪學報,2014,43(11):1190-1196.

[6] 吳旗韜，張虹鷗，孫威，等.基于矢量—柵格集成法的廈深高鐵影響空間分布：以廣東東部地區為例[J].地理科學進展,2015,34(6):707-715.

[7] 劉淼，徐猛.基于互聯網地圖服務的交通時間數據使用實測及其應用設想[EB/OL].(2016-08-19)[2017-06-15].ht t p://bbs.caup.net/read-ht m-t i d-34978-page-1.ht m l.

[8] 毛先成，黃秀蘭.web開發方法的研究與實現[J]．地理空間信息,2008,10（6）:9-12.

[9] 浩飛龍，王士君，謝棟燦，等.基于互聯網地圖服務的長春市商業中心可達性分析[J].經濟地理，2017，37(2):68-75.

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A

1009-7716（2017）11-0182-03

2017-07-05

孫華燦(1982-),男，江蘇南通人，博士，高級工程師，主要從事區域與城市交通運輸規劃與管理工作。

10.16799/j.cnki.csdqyf h.2017.11.055