基于空間句法的小城鎮路網結構與功能分析

丁梓軒 韓寶睿 濮海建 潘義勇 朱震軍

摘 要：為完善空間句法的道路網應用，優化小城鎮路網體系的規劃指標，運用空間句法，以選擇度定量分析對外交通節點的功能等級，以集成度研究片區間連接通道布局的合理性，以集成核軸線和基于大數據平臺的人口熱力分布圖的耦合關系判斷路網結構對于用地功能發揮的影響程度。基于此方法，以宿遷市洋河鎮為應用案例，分析發現，洋河鎮東西兩處對外交通節點選擇度偏低，不利于保障鎮區與主城的聯系，片區間的通道集成度數值良好，但北部通道缺乏貫通性，南部攔馬河路集成度與其道路等級匹配程度較低;鎮區集成核周邊人流密集程度與道路集成度具有一致性，且鎮區用地類型的功能發揮受到集成核分布的顯著影響。研究表明，本方法對于實現小城鎮道路網結構與功能合理配置具有積極意義。

關鍵詞：道路網;小城鎮;空間句法;路網結構;規劃指標;集成核

中圖分類號：U13;U411 ? ?文獻標識碼：A ? 文章編號：1006-8023（2021）03-0111-08

Abstract：In order to complete the application of space syntax on the road network and to improve the planning indexes of the road network system in small towns， based on the space syntax， this paper quantitatively analyzed the function level of external traffic nodes， the rationality of connecting layout between channels and the influence of road network structure on land use function by choice， integration and the coupling relationship between the integrator and the population thermal distribution map. Yanghe Town was taken as a case under this method. It was found that the choice of corridors which were in east and west sides were low， which was not conducive to ensuring the connection between the town and the main city. Though the integration was enough high， the corridors which lied in north region were lack of coherence， meanwhile， the grades and integration of the road in south region did not very match. It was also found that the density of people activities around the integrator was consistent with the roads integration and the function of the land type was affected by the integrator significantly. Research showed that this method had positive significance for realizing the reasonable configuration of the road network structure and function of small towns.

Keywords：Road network; small town; space syntax; road network structure; planning index; integrator

0 引言

在小城鎮演化發展過程中，始終難以實現內在要素資源的合理集聚與配置，這也是絕大多數小城鎮未能得到應有發展的主要原因[1]。如何使小城鎮道路規劃促進當地發展，實現人口土地資源合理配置，是目前亟需解決的問題。在傳統交通規劃過程中，對道路功能定位多基于其歷史地位和經驗判斷等，定性多而定量少;同時，傳統方法缺乏對道路幾何網絡的空間分析研判，很少從拓撲關系分析道路所具備的區位優勢。因此，有必要探索新的量化方法對道路網絡進行客觀分析，把握道路的地位和作用。

空間句法基于可視性與集成性構建拓撲網絡[2]，客觀地反映網絡內各條軸線與節點在網絡中的地位。關于道路網形態研究方面，劉承良等[3]以GIS技術聯合空間句法理論，揭示了武漢都市圈路網發育的空間結構性規律;吳左賓等[4]基于空間句法，以路網為載體，預測定邊縣的路網形態分化趨勢和城市空間演變趨勢;朱東風[5]研究了蘇州市道路網集成核形態、結構和增長中心的演變過程，為城市演變提供了道路空間系統的內在解釋。在分析區域用地空間方面，李江等[6]以空間句法的集成度和智能度量化分析武漢市CBD和內環線分割的圈層空間，指出空間結構是城市空間經濟和城市用地分布的基礎;鄒利林等[7]從空間句法的視角解析城區不同用地類型在空間范圍內的分布和組成狀態;吳子豪等[8]分析了蘇州老城步行街區空間形態對人流集聚和穿行的影響，并發現街區的用地類型與句法指標聯系緊密。

從上述研究來看，學者們對于路網形態的研究多著眼于大尺度空間，針對小尺度街區、小城鎮路網的微觀分析較少，研究成果難以直接應用于城鎮建設;在用地空間的研究方面，學者們大都從句法理論的角度討論拓撲空間與用地類型的關系，缺乏以人流量等數據佐證其理論可靠性的研究。Hillier[9]認為空間結構通過對人流密度分布的塑造，極大地影響著土地利用的分布。本研究從小城鎮的尺度出發，以空間句法量化分析道路在網絡中的地位;并采用數據可視化技術，在Arcgis平臺中繪制Python程序抓取的人流密度分布熱力圖，判斷鎮區用地類型和句法指標的契合程度。

1 研究基礎與方法

1.1 空間句法與軸線模型概述

空間句法的本質是對空間進行尺度劃分，以拓撲連接的形式進行展現，從中導出一系列形態分析變量，以進一步描述空間與空間的相互關聯和相互作用關系[10]。在研究路網結構時，空間句法著眼于路網間的拓撲關系，以可視范圍內的街道空間作為句法軸線，據此來表征城市空間系統的社會性與內在復雜性[11]。DepthmapX是基于空間句法理論的空間結構分析軟件，可以用于對路網模型的連接度、集成度、選擇度和智能度等指標的分析。

軸線模型是空間句法模型中最為常用的一種，其構造簡單，表意清晰，對于宏觀上把握道路軸線在網絡中的地位有很好的表現。構建軸線模型，其本質在于將道路空間轉化為句法軸線。軸線模型是以長度最長且數量最少的一系列直線來表示空間關系，并形成軸線網絡[12]。在構建道路軸線網絡模型時，并不設置其道路等級以及服務水平等附加信息，僅從拓撲空間角度，分析網絡當中哪些節點處于關鍵位置，哪些路段可能承受較多的交通壓力。

1.2 基于大數據平臺的人口熱力空間分布

為進一步研究區域人口分布與路網形態的關系。本研究基于騰訊出行大數據服務平臺，通過Python程序抓取保存在平臺的用戶定位信息[13]。獲取csv格式原始數據，其中包含Count（計數）、經度、緯度和獲取時間4個字段，其中Count字段攜帶人口熱力信息。經ArcGis平臺坐標變換后，將經緯度信息轉換為點數據，與衛星地圖疊加形成人口空間分布熱力圖。熱力圖可以反映研究區人口的實時空間分布和聚集趨勢。圖1為某區域18：30的人口熱力分布，顏色越紅，代表人口越密集。

1.3 小城鎮路網結構與功能評價方法

本文采取以下方法分析小城鎮路網的結構和功能。首先，將區域交通路網抽象為網絡拓撲的形式，使用空間句法軟件DepthmapX中軸線模型分析其網絡拓撲指標。依據選擇度量化交通節點被穿越的可能，分析現有節點位置的合理性，并提出優化建議;其次，以集成度指標表征組團間通道的分布狀態，論證其現有布局形式的優劣;最后，基于可視化人口分布熱力數據和集成核軸線的分布情況，研究區域中存在的交通和用地問題。依次從點、線、面3個層次分析城鎮路網結構形態與功能組成的合理性。具體流程如下。

1.3.1 選擇度與節點分析

選擇度（Choice）也稱穿行度，在路網分析中一般被用來預測穿越性交通潛力。選擇度的定義是：空間重映射以后，除中心空間以外，搜索全系統中任意一個元素到另一個元素的最短拓撲路徑，遍歷所有路徑后，中心空間被穿越的次數即為選擇度的數值。選擇度對于研究路段上的過境交通具有重要意義。傳統道路網規劃中，客流、貨運走廊等通常根據經驗在圖紙上人為確定方位和功能等級等。然而，由于缺乏定量分析，新規劃區域走廊節點及其交通地位難以精準界定。

從空間句法理論來看，由于對外交通節點承擔更多過境交通量，因此鎮區對外節點位置合理與否，取決于其所在位置的道路選擇度是否足夠高。進行節點分析時，須將路網在DepthmapX軸線模型中進行選擇度分析，如節點周邊道路的選擇度在系統中排序靠前，則此節點適合作為承接對外交通的樞紐。

1.3.2 集成度與通道分析

集成度（Integration）表示某一空間與其他空間的聯系程度[14]。對于路網而言，集成度越高，其道路更居于核心地位，吸引力越強，可達性越高。集成度的計算是基于局部平均深度值的數學變換， Hillier等[9]通過相對不對稱值將集成度標準化，其標準化后計算公式為[6]：

Ii=1RRAi=mlog2m+23-1+1m-1MDi-1。（1）

式中：i為道路軸線的編號;Ii為全局集成度;RRAi為實際相對不對稱值;m為系統中節點總數;MDi為局部平均深度值（系統中某節點到其余所有節點的最少步數的平均值）。

各用地組團之間的通道規劃是小城鎮規劃的重要內容之一，主要考慮組團之間的通道數量與功能組合，規劃的位置也須合理。表達通道性能好壞主要視其在區域交通的吸引與輻射能力，在空間句法指標中對應集成度這一概念。在進行通道分析時，首先根據鎮區規劃方案確定各組團功能區的位置范圍，并確定哪些是連接各片區間的主要通道;其次將路網在DepthmapX軸線模型中進行集成度分析，依據集成度值的高低判斷已有通道是否具有良好的集成能力，并分析通道是否在形態組成上存在不足，以對應提出改進建議。

1.3.3 集成核與人口熱力分布耦合關系分析

集成核指區域中集成度較高的句法軸線[15]，集成核在軸線網絡中處于支配地位，在區域中主導交通流運動形式。Hillier指出城市的所有社會功能取決于其中的行為主體的運動流，交通流的運動帶來運動經濟性，空間的社會職能因此產生[16]。所以集成核不僅主導了網絡中交通流的走向，而且與最短路徑分布和土地利用方式有著密切的內在聯系[17-18]。通過分析集成核與人口熱力分布的耦合關系，可驗證空間句法指標在城鎮規劃方面的可靠性，同時，人口熱力分布直觀地展示了用地功能的發揮效果，有利于發現集成核分布對于土地利用的影響規律。

在分析集成核與人口熱力分布耦合關系時，首先須嵌合人口熱力圖和路網集成度分布圖，判斷人口密度較高的區域是否與集成核所在位置具有一致性;其次參照用地規劃圖，重點分析商業區和住宅區的功能發揮是否充分，并依據集成度分析結果解釋其內在成因。

2 案例應用分析

2.1 研究區概況

為驗證研究方法的適用性，本文選取江蘇省宿遷市洋河鎮為案例區域進行研究。該鎮位于江蘇省宿遷市域中部，鎮域總面積89.98 km2。截至2020年底常住人口20.12萬人。洋河鎮是著名的酒鄉，以其特有的釀酒業引領洋河鎮的產業發展。近年來不斷發展木材加工和包裝物流等現代農業產業體系，對于路網的運輸需求日益提升[19]。洋河鎮中心鎮區面積4.8 km2，人口3.7萬人。鎮區具有良好的交通條件，S325省道和鹽洛高速穿境而過，洋河站樞紐也位于鎮區中心，洋河鎮鎮區交通規劃圖如圖2所示。

2.2 鎮區路網軸線模型構建

2.2.1 對外交通節點功能量化分析

洋河新城規劃中指出，中心城區向南拓展加強與洋河鎮的聯系，是宿遷提升中心城區能級和彰顯“酒都”城市特色的重要戰略措施[20]。根據洋河新城交通規劃方案，洋河鎮區連接中心主城主要依靠1處客運樞紐、1條客流走廊、1條高速公路走廊以及1條貨運走廊。如圖3所示，客運樞紐和3條交通走廊的起點即為鎮區對外交通的主要節點，將4處節點按順序標號為A、B、C、D。

由表1可知，A節點總選擇度排名很高（排第7），即理論上承擔較大的中轉交通量，將其規劃為洋河站綜合交通樞紐是合理的;C節點總選擇度在路網中排序靠前，用作連接外部城區和繞城高速的出入口是可行的;B、D節點總選擇度排在中游水平，原因可能是二者所在道路位置較偏僻，路網稀疏，導致其認可度較低。可考慮將B處客運走廊起點向中大街和夢都大道交匯處遷移，依托二者良好的選擇度更好地進行客流集散;D作為規劃中的貨運樞紐明顯不夠合理，建議將D處貨運樞紐向西部金樽路等具有更好選擇度的區域轉移，結合包裝釀造產業區的生產線，構建生產-運輸物流體系。

從節點選擇度排序中可以發現，鎮區中還有若干具有高選擇度的區域可供開發利用，如選擇度較高的金樽路沿線適宜規劃鎮區未來的場站樞紐;老城區南部具有良好選擇度的道路空間尚未發揮對外交通的銜接性優勢等。

2.2.2 組團間通道地位分析

根據鎮區路網軸線模型的實際情況，相鄰兩組團間拓撲半徑均不超過5步，即最多經過5段軸線即可到達相鄰組團區域。因此以5步作為拓撲半徑，計算路網局部集成度，將相鄰兩功能區間集成度最高的兩條通道（如只有唯一通道只保留該通道）編號為A、B、C、D、E、F、G、H、I號路段（圖4），研究功能區間通道配置的合理性。

12條通道中有9條集成度達到1.90以上，即大部分連接功能區間的通道具有良好的集成度，能夠吸引和引導兩側組團的交通流向，同時這些道路被選擇作為出行路線的期望度較高，見表2。

但在通道組成上也存在以下問題：

（1）鎮區北部缺少東西走向的貫通型干道。泰康路（G）和黃河路（H）雖然可以連接酒廠和生物科技園區，但無法向西連接新城區域。且二者選擇度較低，較難被周邊居民感知和選擇。因此可以考慮打通1條連接3大片區（新城區、酒廠產業園區和生物科技園）的干道，增強功能區間的連接性。

（2）具有良好集成度的通道道路等級過低。攔馬河路是連接老城區至包裝釀造園中心區的重要通道，集成能力強，但其等級為支路，難以承擔過多的交通量到達，可以考慮將其連接段進行擴建或展寬。

2.2.3 集成核與熱力分布耦合關系分析

通過嵌合人口熱力分布和路網集成度分布圖（圖5），并對照洋河鎮用地類型規劃圖（圖6），以驗證集成核軸線與人口、用地的耦合關系。由于鎮區發展的不均衡性，人口分布熱力圖所顯示的外部城區的人口分布較為稀疏，因此以人口更密集、分布更有規律的老城中心區作為耦合關系的研究區域。

通過老城局部與鎮區全域集成核的對比發現：①作為老城區的主干道，酒家路和中大街始終保持著穩定的集成度優勢。這說明老城區長年發展導致周邊用地已經圍繞干道形成了穩固的結構;②在不同范圍內分析特定道路的集成度可以顯示其交通地位的變化。在由全域分析轉向老城范圍分析對比中，攔馬河路的集成度由1.82下降至1.61;南大街的集成度由1.73上升至2.32，集成度顯著提升。這表明攔馬河路在全局路網上，溝通東西部城區的交通能力更強;而南大街在老城內部交通的銜接上更有優勢。

根據老城區集成核軸線，結合人口熱力分布圖可以發現：①無論在工作日或休息日，集成度最高的酒家路始終吸引著高密度的人群聚集，熱力與集成度契合度良好;②新建的中大街兩側的人流較為稀疏，熱力與集成度契合程度較低。其原因在于此處商業用地尚未形成有規模的商業廣場，只有沿街零散的商鋪，難以吸引更密集的人流;③酒家路與南大街的交匯區域屬于可達性最高的區域，此處規劃了大片居住小區。從居住的私密性看來，這片可達性極強對于建設住宅區的適應性較差，可充分利用其集成優勢建設商業、公共服務和文體場所等;④在集成度較低的空間建設的商業場所，例如梅香街以南的酒都商貿城和酒都建材城等，始終難以吸引客流的聚集。

3 結論

本文通過對案例區域點、線、面3個空間層次進行研究發現，洋河鎮的對外客貨運交通節點存在改進的空間;洋河鎮大部分通道可以作為承接組團間客貨流交換的媒介，但在通道貫通性和通道道路等級等方面還需進行提升;案例鎮區集成核與人流分布具有一致性，且鎮區部分商住用地功能受空間位置的限制，未能發揮較好的效果。

本文方法的創新點在于以空間句法理論結合GIS數據可視化技術，從小尺度路網著手，運用選擇度表征節點重要程度，抓取人口熱力分布數據與集成核軸線進行對照分析，完善了以往學者的相關研究，結論如下。

（1）空間句法中選擇度分析能客觀地預測節點的被選擇和使用程度，除了評價現有節點的合理性，也可反映路網內其余節點的重要度。

（2）功能區間通道的集成度體現了各通道對于其所銜接區域內交通的吸引力，可據此判斷其作為通道的合理性。

（3）著眼于集成核軸線及其功能定位，結合可視化的人口熱力分布數據，發現道路集成能力帶來的人流集散效應影響著用地功能的發揮。通過分析城區空間的可達性與實際土地利用之間的契合程度，可以確定適合規劃公共服務等場所的空間區域。

研究表明，本方法在評價小城鎮路網結構與功能方面具有良好的適用性，對于小城鎮的道路與用地建設具有積極的指導意義，也對完善小城鎮路網體系的規劃指標提供了新思路。在后續研究中，對于鎮區路網結構等級的合理性分析，可結合道路交通管理的有關規定進行研究，以具備更好的可操作性;在針對集成核與人口分布的耦合關系分析中，可以依據道路交通流量的分布情況，更精細化地分析二者相關程度。

【參 考 文 獻】

[1]本刊編輯部.小城鎮之路在何方？——新型城鎮化背景下的小城鎮發展學術筆談會[J].城市規劃學刊，2017，61（2）：1-9.

Editorial Department. Where is the road to small towns？ ——Academic conference on the development of small towns under the background of new urbanization[J]. Urban Planning Forum， 2017， 61（2）： 1-9.

[2]HILLIER B， YANG T， TURNER A. Normalising least angle choice in Depthmap and how it opens new perspectives on the global and local analysis of City space[J]. Journal of Space Syntax， 2012， 3（2）：155-193.

[3]劉承良，余瑞林，段德忠.基于空間句法的武漢城市圈城鄉道路網通達性演化分析[J].地理科學，2015，35（6）：698-707.

LIU C L， YU R L， DUAN D Z. The evolution of spatial accessibility of urban-rural road network based on the space syntax in Wuhan metropolitan area[J]. Scientia Geographica Sinica， 2015， 35（6）： 698-707.

[4]吳左賓，姬一丹，程功.陜西省定邊縣城市空間結構優化邏輯探究[J].規劃師，2019，35（11）：44-49.

WU Z B， JI Y D， CHENG G. Optimizing logic of Dingbian urban spatial structure， Shaanxi Province[J]. Planners， 2019， 35（11）： 44-49.

[5]朱東風.1990年以來蘇州市句法空間集成核演變[J].東南大學學報（自然科學版），2005，35（S1）：257-264.

ZHU D F. Evolution of Suzhou citys global integrator since 1990s[J]. Journal of Southeast University （Natural Science Edition）， 2005， 35（S1）： 257-264.

[6]李江，郭慶勝.基于句法分析的城市空間形態定量研究[J].武漢大學學報（工學版），2003，36（2）：69-73.

LI J， GUO Q S. Quantitative research of urban spatial morphology based on syntactic analysis[J]. Engineering Journal of Wuhan University， 2003， 36（2）： 69-73.

[7]鄒利林，王建英.基于空間句法的老城區用地空間結構解析：以泉州古城為例[J].中國土地科學，2016，30（3）：63-70.

ZOU L L， WANG J Y. A syntactic analysis of land spatial structure in old City： taking Quanzhou old city as an example[J]. China Land Sciences， 2016， 30（3）： 63-70.

[8]吳子豪，方奕璇，石張睿.基于空間句法的歷史文化街區空間形態研究：以蘇州閶門歷史文化街區為例[J].建筑與文化，2019，16（12）：36-38.

WU Z H， FANG Y X， SHI Z R. Research on spatial forms of historical and cultural blocks based on space syntax -taking the Changmen historical and cultural block in Suzhou as an example[J]. Architecture & Culture， 2019， 16（12）： 36-38.

[9]HILLIER B. Credible mechanisms or spatial determinism[J]. Cities， 2013， 34： 75-77.

[10]申鵬.基于空間句法的鄭東新區空間發展研究[D].鄭州：鄭州大學，2014.

SHEN P. Zhengdong new research development of space-based space syntax[D]. Zhengzhou： Zhengzhou University， 2014.

[11]賀娟，鄧衛，劉志明，等.基于空間句法的道路布局與居民出行相關性研究：以揚州為例[J].交通運輸工程與信息學報，2010，8（1）：75-81.

HE J， DENG W， LIU Z M， et al. Study on interrelation between road network and resident trips based on space syntax： A case study of Yangzhou[J]. Journal of Transportation Engineering and Information， 2010， 8（1）： 75-81.

[12]程萍.基于空間句法的城市中小學布局規劃研究：以合肥市濱湖新區為例[D].合肥：合肥工業大學，2014.

CHENG P. The research of primary and secondary school layout planning based on space syntax： the case study of Hefei Binhu district[D]. Hefei： Hefei University of Technology， 2014.

[13]湯文蘊，馬健霄，楊震.基于多路徑的交通網絡離線地圖匹配算法[J].森林工程，2019，35（5）：106-112.

TANG W Y， MA J X， YANG Z. An off-line map matching algorithm in transport network based on multi-route[J]. Forest Engineering， 2019， 35（5）：106-112.

[14]袁飛，馬曉旦，夏曉梅.基于空間句法的城市慢行交通需求預測[J].森林工程，2014，30（6）：114-117.

YUAN F， MA X D， XIA X M. Prediction of slow city traffic demand based on space syntax[J]. Forest Engineering， 2014， 30（6）： 114-117.

[15]張琪，謝雙玉，王曉芳，等.基于空間句法的武漢市旅游景點可達性評價[J].經濟地理，2015，35（8）：200-208.

ZHANG Q， XIE S Y， WANG X F， et al. Evaluation on the accessibility of the scenic spots in Wuhan based on the spatial syntax[J]. Economic Geography， 2015， 35（8）： 200-208.

[16]HILLIER B. A theory of the City as object： or， how spatial laws mediate the social construction of urban space[J]. Urban Design International， 2002， 7（3/4）： 153-179.

[17]潘義勇，陳璐，丁袁.隨機交通網絡最小條件風險路徑問題[J].重慶交通大學學報（自然科學版），2019，38（5）：102-107.

PAN Y Y， CHEN L， DING Y. Conditional value-at-risk shortest path in stochastic traffic network[J]. Journal of Chongqing Jiaotong University （Natural Science）， 2019， 38（5）：102-107.

[18]李陽，張立恒，侯旭.城區道路網空間結構布局合理性的模糊綜合評價[J].公路工程，2019，44（3）：102-106.

LI Y， ZHANG L H， HOU X. Fuzzy comprehensive evaluation of urban road network on the rationality of spatial structure layout[J]. Highway Engineering， 2019， 44（3）：102-106.

[19]李敏，段全猛，張誠智，等.鄉村振興戰略下村莊布點規劃研究——以宿遷市洋河鎮為例[J].城鄉建設，2020，65（14）：40-43.

LI M， DUAN Q M， ZHANG C Z， et al. Research on village layout planning under the strategy of rural revitalization -- taking Yanghe town of Suqian City as an example[J]. Urban and Rural Development， 2020， 65（14）：40-43.

[20]張量，張杰.傳統小城鎮向現代新城跨越的規劃實踐與思考——以宿遷市洋河新城規劃為例[C]//中國城市規劃學會，2013.

ZHANG L， ZHANG J. Planning practice and thinking of leaping from traditional small town to modern new town——Taking Yanghe town planning of Suqian City as an example[C]//CACP Annual Meeting， 2013.