洛陽市城區道路擴張態勢及其驅動因素研究

張宇飛

摘 要：隨著社會經濟的快速發展、城市化水平的不斷提高，交通道路成為連接人類生產生活的樞紐。完善便利的道路交通有利于社會經濟的發展，道路的快速發展不僅帶來社會財富、方便人們生活，而且也影響著區域發展規劃。筆者以洛陽市為研究區域，以2004年、2018年高分辨率的谷歌影像為數據源，基于面向對象的分類方法提取出道路信息，對分類后結果進一步處理后得到兩個時期的主干道路的長度及空間分布。然后對比兩期影像上道路的規模、密度、擴張速度，分析了道路的時空變化特征，研究了近20年該市主干道路的擴張情況，并進一步探究了道路擴張的驅動因素。研究結果表明，洛龍區的道路擴張最為顯著，道路規模擴張了531.181 km，擴張速度為37.94 km/a;其余市區均有不同程度的擴張且擴張態勢相對均衡。道路擴張的主要驅動因素有人口的增加、經濟的發展和政策導向等。

關鍵詞：道路擴張;面向對象分類;高分辨率影像

中圖分類號：TP79 ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1003-5168（2022）2-0059-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.02.014

Research on Urban Road Expansion Situation and Driving Factors in Luoyang City

ZHANG Yufei

（Institute of Geosciences and Mapping Engineering， China University of Mining and Technology （Beijing），Beijing 100083，China）

Abstract：With the rapid development of social economy and the continuous improvement of urbanization， the traffic road has become the hub connecting the production and life of human beings. The improvement of convenient road transportation is conducive to the development of social economy. The rapid development of roads not only brings social wealth to people's life， but also affects the regional development planning. The author takes Luoyang city as the research area to study the expansion of trunk roads in recent 20 years and analyze its driving factors. In the experiment， the high-resolution Google images of 2004 and 2018 were used as the data source， and the road information was extracted based on the object-oriented classification method. After further processing of the classified results， the trunk road distribution in two periods was obtained. Then， the spatial and temporal variation characteristics of roads are analyzed from the perspective of road size， road density and expansion speed， and the driving factors of road expansion are further explored. Among them， the road expansion in Luolong District is the most significant， with a road expansion of 531.181 km and an expansion speed of 37.94 km / a. Other urban areas have different degrees of expansion and the expansion trend is relatively balanced. The main driving factors of road expansion are： population increase， economic development policy orientation， etc.

Keywords： road expansion; object oriented classification; high resolution image

0 引言

交通道路作為城市基礎設施中最主要、分布最廣泛的設施，對于城市建設的空間分布和建設用地規劃起主導性作用。因此，交通道路對土地利用的影響是生態學、景觀生態學等相關領域的學者探討的熱點問題[1]。

在20世紀90年代，Aschauer指出一個地區道路交通設施的資金投入額度對該區域經濟社會發展和城市建設用地擴張存在較重大的影響[2]。陳源研究道路穿過景觀斑塊后，對由道路造成的斑塊破碎度指數造成的影響進行了定量評價[3]。Geneletti通過構建空間指示函數，對道路影響周邊土地利用破碎化的程度差異進行研究[4]。趙國梁等在基于區位理論的基礎上提出了交通可達性的概念，并且建立了城市建設用地與交通道路網絡之間系統性聯系，將兩者的發展一體化[5]。Marcy等提出了道路網絡會促進城鎮用地面積的增加[6]。姜成對廣州市城市交通與土地利用相互關系進行了大量的研究[7]。榮月靜等人研究江西省的道路擴張態勢，計算了道路網絡影響下土地利用變化的路網密度閾值范圍[8]。秦天天選取農村道路為研究對象，研究了農村道路在農村城鎮化影響的過程中對于農村土地利用狀況及農村景觀格局的影響[9]。

因此，筆者以洛陽市為實證研究對象，通過對洛陽市主干道路擴張的研究來分析洛陽市近年來的發展狀況。

1 研究區概況

洛陽市是河南省地級市，總面積15 230 km2，位于河南省西部，地處東經112°16'—112°37'，北緯34°32'—34°45'。橫跨黃河中下游南北兩岸，東鄰鄭州市，西接三門峽市，北跨黃河與焦作市接壤，南與平頂山市、南陽市相連。城市北靠邙山，南臨洛河，地形平坦，交通便利。洛陽市位于中原城市群西部，隨著中原城市群經濟的快速發展，洛陽市的道路擴張及城市發展的速度日益明顯。相關研究區域為洛陽市老城區、瀍河回族區、澗西區、西工區、洛龍區，面積大約806 km2。

2 數據源及處理

2.1 數據來源

研究所用的影像數據是洛陽市區的18級高分辨率的谷歌影像（2004年和2018年），分辨率達0.48 m，可清楚地分辨出洛陽市區的道路，能較好地滿足本次研究要求。洛陽市行政區劃數據來自全國地理信息資源目錄服務系統（http：//www.webmap.cn）。人口和社會經濟數據來源于洛陽市統計年鑒，從洛陽市統計局網站獲取（http：//www.lytjj.gov.cn）。

2.2 道路信息的提取

基于ENVI選用面向對象的分類方法對各個市區的主干道路進行提取。

首先根據影像特點建立特征工程，可以用歸一化植被指數和HSI顏色空間來提高圖像分割的精度，對圖像進行分割與合并。由于相關研究只提取主干道路信息，而對其他的地類無特殊要求，在反復對比分割參數的設置后分割閾值設為75，分割方法選用基于邊緣檢測。設置合并尺度為90，進一步設置矩形化程度、面積、長度得到提取結果，如圖1所示。

2.3 分類后處理

由于一些地物的陰影存在導致部分道路的提取結果不連續，對初步提取后的結果首先進行類別集群處理，可以將一些碎斑合并為道路，并且更為平滑。將結果轉為矢量，設置閾值面積，可以實現對道路中的島狀要素進行去除。再將面狀要素轉為線要素，并處理為單行線以滿足研究要求。以谷歌影像為底圖，對未能提取的道路采用目視解譯，得到2004年和2018年洛陽市區的道路分布（圖2、圖3）。本次研究主要提取了洛陽市區寬度大于10 m的道路。

3 主干道路的空間特征

3.1 道路設施規模

道路設施規模指標反映的是研究區域中的每個評價單元所有道路的總里程，以km為單位。道路設施規模越大，表示評價單元公路里程越長，道路交通設施通達性越好，為正向指標。

由表1、表2可知，2004年洛陽市區道路空間分布中道路設施總長度為519.903 km，平均長度為103.981 km。洛龍區的道路設施規模最高，比平均規模高出102.346 km，瀍河回族區道路設施規模最低，比平均規模低63.970 km。2018年洛陽市區道路空間分布中道路設施總長度為1 228.640 km，平均長度為245.728 km。在2018年各個市區的道路規模等級層次發生變化。瀍河回族區道路規模最低，老城區、西工區、澗西區為中等，洛龍區道路規模最高。各個區的道路設施規模均有不同程度的擴張。在2018年洛龍區的道路規模比全市平均水平高出491.780 km，甚至拉動了全市區的道路設施規模，從而使得除洛龍區外其余市區的道路規模均低于全市的平均水平，其中瀍河回族區的道路規模比全國平均水平低了191.006 km。

3.2 道路密度

由于各個轄區的面積不同，僅用道路設施規模指標反映主干道路的特征并不充分。道路密度是道路發展水平的重要標志，也是衡量道路作為社會經濟發展中重要基礎設施并滿足交通需求的直觀指標。因此，在研究道路建設發展問題時，必須對道路密度這一指標進行深入研究[10]。

道路密度是單位面積單元內道路的長度。道路密度的值越大，即表示市區內主干道路越密集，為正向指標。

道路密度A的計算方法如式（1）。

[A=i=1nLis] ? ? ?（1）

式中，L為道路長度，S為研究區域的面積。

由表3可知，洛陽市2004年的道路密度平均值為1.238 km/km2。其中洛龍區和老城區的道路密度低于全市區的平均水平。從道路密度指標來看洛龍區與其他轄區存在較大差異，洛龍區的道路密度比全市平均密度低了0.891 km/km2，與道路設施規模的分布格局有較大不同。而瀍河回族區、澗西區、西工區道路密度差距不大，均在1.5 km/km2左右，比全市密度高0.3 km/km2左右。

由表4知，洛陽市2018年的道路密度平均值為2.077 km/km2。洛龍區道路密度最低，老城區、瀍河回族區道路密度中等，澗西區、西工區道路密度等級最高。其中，僅有洛龍區的道路密度比全市平均密度低了0.835 km/km2。另外，雖然各個市區的道路密度均有擴張，但是從道路密度的空間分布特征來看存在明顯的南北分異特點。

3.3 匯總變化

從上述數據可發現，從道路規模上看洛龍區道路擴張最為顯著，老城區、西工區、澗西區的道路擴張程度大體接近，基本都在4 km/a，而瀍河回族區的道路擴張程度最小，如表5所示。從道路密度變化來看，老城區、西工區、洛龍區的道路密度變化較接近，而瀍河回族區和澗西區道路密度變化接近。除洛龍區外，其他市區道路規模變化和道路密度變化基本對應，道路規模變化最明顯的市區道路密度變化也最大，如表6所示。

4 道路擴張的驅動因素分析

道路作為區域發展中極其直觀的指標，道路的擴張與地區的人口狀況、社會經濟發展、城市的發展等有密切的聯系。因此單純通過道路指標數據來分析洛陽市區的道路擴張并不能準確地對擴張態勢進行概括，只有結合各個區的人口、環境、政治導向等進一步分析，才能準確把握道路擴張態勢及驅動因素。

4.1 人口因子

城市化發展過程中人口數量的迅速增加會導致道路擁堵，進一步引起道路擴張。一般人口增加量最顯著的市區同時也是道路規模變化最顯著的市區，且人口變化等級與道路設施變化等級一一對應。因為人口的增加會激化人們對交通道路的需求矛盾，比如要求道路更加便捷、規劃更加合理等。洛陽市區兩期人口情況如表7所示。

4.2 經濟因子

交通運輸在社會經濟發展中的地位日益重要，道路是社會經濟發展中的重要基礎設施和支柱[11]。結合表5、表6、表8可知：道路規模和道路密度變化最顯著的市區也是生產總值變化最明顯的市區，并且各個市區的生產總值與道路擴張也呈現正相關的趨勢。因為道路交通越發達對社會經濟的發展推動作用也就越大，而社會經濟的發展促使交通道路更加完善，并且社會經濟發展的狀況在一定程度上與道路交通發展相適應。

4.3 政策導向

政策的導向作用是道路擴張的另一重要因素，由于發展政策的導向會進一步結合人口、經濟等因素從而使得城區道路大幅擴張。從道路分布上看，洛龍區的道路從市區中心到邊緣地區均有不同程度的擴張，不僅涉及各種類型道路且道路建設更加條理化、結構化。另外，由于洛陽市其他市區城市化進程早，因此道路擴張主要集中在市區中心外的邊緣地區，擴張的道路主要是快速路、環城路。

5 結語

①2004年洛陽市總主干道路長度為519.903 km，平均長度為103.981 km。2018年洛陽市總主干道路長度為1 228.640 km，平均長度為245.728 km。在2004—2018年間洛陽市總道路長度擴張了708.737 km。整個洛陽市的道路密度從2004年的1.238 km/km2擴張為2018年的2.077 km/km2。

②從各個市區來看，道路擴張程度最為明顯的市區為洛龍區。洛龍區道路長度從206.327 km擴張到737.508 km，增加了531.181 km。而瀍河回族區的道路擴張最舒緩，道路長度從2004年的40.011 km擴張到54.722 km，增加了14.711 km，且瀍河回族區的道路密度變化也最低。盡管洛龍區道路擴張極其明顯，但是道路密度仍相對較低，因此洛龍區的道路建設仍存在很大發展空間。

③ 道路擴張的主要區域很大程度上受政策導向的影響。城市化從各個市區中心逐步向外發展，道路擴張在市中心邊緣地區最為明顯。人口的增加、經濟的發展、城市的發展導向等因素將促進道路的擴張;而道路的擴張也會帶動區域的發展從而進一步影響人口、社會經濟的變化以及發展策略的導向。

參考文獻：

[1] 趙國梁，鄭新奇，原智遠，等.道網密度與城鎮擴張時空變化特征及關聯性分析[J].農業工程學報，2015，31（12）：220-229.

[2] ASCHAUER D A.Is public expenditure productive [J].Journal of Monetary Economics， 1989（23）：177-200.

[3] 陳源.道路交通對城鄉建設用地擴張的影響研究[D].長沙：湖南師范大學，2017.

[4] GENELETTI D. Ecological evaluation fbr environmental impact assessment[M]. Utrecht： Netherlands Geographical Studies， 2002.

[5] 趙國梁. 道路網絡與城市擴張互動關系研究[D].北京：中國地質大學（北京），2017.

[6] MARCY B， OVERMAN H G， DIEGO P， et al. Causes of sprawl：A portrait from space[J].The Quarterly Journal of Economics ，2005，121（2）：587-633.

[7] 姜成.鄭州市城市交通與城市空間結構互動作用研究[D].開封：河南大學，2013.

[8] 榮月靜，張慧，杜世勛.基于格網的近十年江西省道路網絡對土地利用變化影響閾值研究[J].環境與可持續發展，2016，41（6）：226-230.

[9] 秦天天.基于道路網的黃河三角洲地區景觀格局研究[D].泰安：山東農業大學，2012.

[10] 魏偉，石培基，脫敏雍，等.基于GIS的甘肅省道路網密度分布特征及空間依賴度分析[J].地理科學，2012，32（11）：1297-1303.

[11] 梁晨溪.北京市遠郊區縣內部道路交通對區域經濟發展的影響研究[D].臨汾：山西師范大學，2012.