協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)重要度考量的縣域綜合運(yùn)輸通道識別

王建軍，龐 鈺，王 賽，張學(xué)宇，盧霄娟

(長安大學(xué) 運(yùn)輸工程學(xué)院， 西安 710064)

“十四五”期間，國家大力推進(jìn)綜合交通建設(shè)。縣域作為國民經(jīng)濟(jì)基本單元，對于完善綜合運(yùn)輸體系具有重要意義。識別與縣域發(fā)展及交通現(xiàn)狀高融合的綜合運(yùn)輸通道，能夠?yàn)榫C合交通建設(shè)、縣域布局優(yōu)化奠定良好的基礎(chǔ)。

綜合運(yùn)輸通道指承擔(dān)區(qū)域大量或重要客貨流，連接重要節(jié)點(diǎn)的交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中的骨干網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前識別建設(shè)的常用方法包括四階段法、雙層規(guī)劃模型、節(jié)點(diǎn)重要度法和交通區(qū)位法等[1]。學(xué)者們根據(jù)不同需求對這些方法進(jìn)行了改進(jìn)，如從OD信息中識別通道的聚類算法[2]、考慮決策部門與出行個(gè)體需求優(yōu)化通道布局的雙層規(guī)劃模型[3]、根據(jù)線路重要性和貨運(yùn)通信能力選擇通道模型[4]等。然而，該類模型多適用于城市群、都市圈和大型城市層面，與縣域交通特點(diǎn)不符。縣域內(nèi)交通研究多為農(nóng)村公路研究、路網(wǎng)建設(shè)等[5～8]。這導(dǎo)致進(jìn)行綜合交通規(guī)劃時(shí)，對縣域缺乏相關(guān)定義與適應(yīng)自身特點(diǎn)的識別方法，盲目依賴上層規(guī)劃。

為進(jìn)一步完善綜合交通規(guī)劃體系，促進(jìn)縣域發(fā)展、優(yōu)化交通網(wǎng)絡(luò)，從縣域特點(diǎn)出發(fā)，確定縣域綜合運(yùn)輸通道的含義與需求。引入復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和位置屬性分析交通與區(qū)位的協(xié)調(diào)程度，改進(jìn)節(jié)點(diǎn)重要度模型，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建考慮魯棒性優(yōu)化的識別方法，確定最終布局方案。

1 縣域綜合運(yùn)輸通道與需求

縣域交通主要依托國省干線，形成以縣城為中心，經(jīng)濟(jì)區(qū)、園區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、景區(qū)及交通樞紐為重要控制點(diǎn)，鄉(xiāng)村為連接點(diǎn)的樹狀網(wǎng)絡(luò)。由于社會經(jīng)濟(jì)等因素限制，其內(nèi)部缺少軌道等高投資交通方式建設(shè)條件，鐵路、水運(yùn)及航空多以站點(diǎn)形式服務(wù)縣域內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)對外連通。即縣域內(nèi)部交通一般以公路運(yùn)輸方式(包括汽車、公交、自行車等)為主體，連通節(jié)點(diǎn)，銜接多個(gè)換乘站點(diǎn)。這是縣域交通與省市、城市群等大型區(qū)域的基礎(chǔ)區(qū)別。

根據(jù)特點(diǎn)與需求，定義縣域內(nèi)部綜合運(yùn)輸通道：承擔(dān)主要客貨流運(yùn)輸、銜接重要社會經(jīng)濟(jì)節(jié)點(diǎn)，增強(qiáng)縣域交通與多種交通方式銜接的涵蓋多種公路運(yùn)輸方式的內(nèi)聯(lián)外通的骨干網(wǎng)絡(luò)，是上層綜合立體交通網(wǎng)絡(luò)的有效補(bǔ)充與銜接。

結(jié)合縣域特點(diǎn)，綜合運(yùn)輸通道識別模型主要有以下需求：

1) 模型應(yīng)具有靈活、簡便的特征，同時(shí)選擇可準(zhǔn)確獲取的數(shù)據(jù)構(gòu)建合理的指標(biāo)體系。縣域行政等級低、管理水平有限，通常存在統(tǒng)計(jì)粗糙、資料有限等問題，模型簡便易行有利于提高實(shí)用性。

2) 模型應(yīng)考慮縣域交通中路網(wǎng)的主體地位，充分利用現(xiàn)狀，控制成本。縣域中，交通網(wǎng)絡(luò)多以路網(wǎng)為主體連通各節(jié)點(diǎn)和其他交通方式。路網(wǎng)建設(shè)已有一定規(guī)模且不可逆，投資有限的條件下應(yīng)在現(xiàn)狀基礎(chǔ)上準(zhǔn)確識別建設(shè)通道。

3) 模型應(yīng)充分考慮綜合立體交通建設(shè)需求，加強(qiáng)交通方式間的銜接。縣域是國家綜合立體交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的基礎(chǔ)單元，加強(qiáng)全境與多種交通方式站點(diǎn)的聯(lián)系可有效增強(qiáng)交通樞紐服務(wù)水平，提高多層次交通網(wǎng)絡(luò)融合程度。

4) 模型應(yīng)能體現(xiàn)縣域政策影響，識別結(jié)果應(yīng)與區(qū)域發(fā)展需求高度融合。作為縣域城鄉(xiāng)結(jié)合、鄉(xiāng)村振興的重要一環(huán)，交通網(wǎng)絡(luò)除滿足通行需求外，更是促進(jìn)區(qū)域連接、發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，綜合交通通道識別與區(qū)域發(fā)展密切相關(guān)[9]。

5) 模型通道識別結(jié)果應(yīng)具有良好的魯棒性。縣域交通方式單一，路網(wǎng)依賴性高，且多呈樹狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，易出現(xiàn)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)過載、交通網(wǎng)絡(luò)抗毀性低等問題。提高魯棒性能可有效提高交通網(wǎng)絡(luò)效率，確保交通通暢。

2 協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)重要度模型

節(jié)點(diǎn)重要度法具有靈活簡單、數(shù)據(jù)需求小、政策性強(qiáng)等特點(diǎn)[10]，符合縣域綜合運(yùn)輸通道識別模型需求。在后續(xù)模型建立中，選擇節(jié)點(diǎn)重要度模型為基礎(chǔ)模型，并根據(jù)縣域特點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)。從前述模型需求出發(fā)，從網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⑽恢脤傩?個(gè)方面計(jì)算節(jié)點(diǎn)重要度。

根據(jù)“縣域交通以路網(wǎng)為主體、指標(biāo)需易于獲取”等模型需求，選擇與周邊發(fā)展密切相關(guān)[11]、能直接反映交通現(xiàn)狀的道路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵傩杂?jì)算拓?fù)涔?jié)點(diǎn)重要度。該指標(biāo)能夠客觀反映縣域交通網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)狀節(jié)點(diǎn)的建設(shè)、連接情況。同時(shí)，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論成熟，根據(jù)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論能夠客觀分析交通區(qū)塊，選取交通中心，可極大程度地避免主觀影響。

位置屬性是節(jié)點(diǎn)重要度的重要影響因素，也是基礎(chǔ)模型中計(jì)算節(jié)點(diǎn)重要度的傳統(tǒng)指標(biāo)。為解決路網(wǎng)拓?fù)湫再|(zhì)未反映綜合交通影響和缺乏前瞻性的局限，增加位置屬性計(jì)算進(jìn)行調(diào)整。考慮體現(xiàn)綜合交通影響與區(qū)域發(fā)展需求的模型需求，選取綜合交通影響以及區(qū)域發(fā)展?jié)摿χ笜?biāo)計(jì)算位置屬性重要度。

現(xiàn)狀交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與區(qū)域位置屬性的協(xié)調(diào)程度與交通效率、區(qū)域發(fā)展密切相關(guān)，據(jù)此構(gòu)建和協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)重要度計(jì)算模型。

2.1 拓?fù)涔?jié)點(diǎn)重要度計(jì)算

2.1.1加權(quán)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

路網(wǎng)為縣域交通基礎(chǔ)，準(zhǔn)確衡量路網(wǎng)拓?fù)湫再|(zhì)能夠有效反映縣域交通建設(shè)現(xiàn)狀。為直接反映路網(wǎng)的實(shí)際意義以及節(jié)點(diǎn)聯(lián)系的不同程度，使用原始法將路網(wǎng)抽象為基于相似權(quán)的加權(quán)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)[12]。選取距離和道路等級信息進(jìn)行邊權(quán)賦值：

1) 距離權(quán)重。節(jié)點(diǎn)之間的相關(guān)性隨著距離的增加而逐步衰減，與路段長度呈反比。距離權(quán)重是節(jié)點(diǎn)之間路段距離的倒數(shù)。

2) 道路等級權(quán)重。表1展示了國內(nèi)公路等級賦權(quán)情況。

表1 國內(nèi)公路等級賦權(quán)情況

我國道路劃分體系中，技術(shù)等級反映了公路適應(yīng)交通量，但縣域網(wǎng)絡(luò)中存在路段不統(tǒng)一、等外道路難以統(tǒng)計(jì)的情況；行政等級反映道路的政治、經(jīng)濟(jì)意義，即連接節(jié)點(diǎn)的不同意義，一定程度上與其通行能力相關(guān)，便于統(tǒng)計(jì)。綜合考慮，本文中依據(jù)行政等級賦權(quán)。各邊(即各路段)的權(quán)重ωij表示為

(1)

其中：lij為路段距離；i、j表示兩節(jié)點(diǎn)；L為道路等級賦權(quán)，根據(jù) 《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01—2014)確定，如表1所示[13]。

2.1.2基于網(wǎng)絡(luò)模塊化的區(qū)塊識別

縣域內(nèi)部路線繁雜、分布不均的特點(diǎn)導(dǎo)致根據(jù)拓?fù)鋵傩灾苯舆x取節(jié)點(diǎn)易產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)分布不均衡、工作冗雜等問題。為此，根據(jù)區(qū)塊結(jié)構(gòu)理論[13]將縣域劃分為交通小區(qū)，選取交通中心作為代表該小區(qū)的節(jié)點(diǎn)。

區(qū)塊結(jié)構(gòu)是實(shí)際網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中普遍存在的集聚特征，是復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的重要研究內(nèi)容。交通網(wǎng)絡(luò)中區(qū)塊可表示交通連接特征，是合理劃分交通小區(qū)的依據(jù)[13]。

為保證客觀性，不預(yù)設(shè)交通小區(qū)數(shù)量，利用Fast Unfolding算法[14]確定交通網(wǎng)絡(luò)區(qū)塊劃分方案。即通過迭代，計(jì)算總體模塊度最大情景下的縣域交通網(wǎng)絡(luò)區(qū)塊劃分方案。模塊度Q計(jì)算式為：

(2)

2.1.3節(jié)點(diǎn)重要度計(jì)算

選擇小區(qū)中心節(jié)點(diǎn)代表小區(qū)作為綜合交通運(yùn)輸通道的主要節(jié)點(diǎn)，保證綜合交通運(yùn)輸通道的有效服務(wù)范圍覆蓋全境，交通小區(qū)即為其服務(wù)范圍。中心節(jié)點(diǎn)為交通小區(qū)中對局部與全局貢獻(xiàn)最大的節(jié)點(diǎn)。

基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的成熟研究，常用節(jié)點(diǎn)參數(shù)中，節(jié)點(diǎn)度、緊密度從局部和全局2個(gè)不同角度反映節(jié)點(diǎn)的重要性[15-17]。節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度是節(jié)點(diǎn)度在加權(quán)網(wǎng)絡(luò)中的自然推廣，表示與節(jié)點(diǎn)相連的邊的情況，反映節(jié)點(diǎn)的局部特征[12，17]。

(3)

(4)

其中，kij為鄰接矩陣的元素。

接近中心性Xi與節(jié)點(diǎn)至其余節(jié)點(diǎn)的平均最短距離的倒數(shù)相關(guān)，反映節(jié)點(diǎn)全局特征[16]。相似權(quán)網(wǎng)絡(luò)中，距離為邊權(quán)倒數(shù)。

(5)

(6)

其中：dij為節(jié)點(diǎn)i、j之間的最短距離；v、o、u表示節(jié)點(diǎn)i到節(jié)點(diǎn)j路徑的中間節(jié)點(diǎn)，若兩點(diǎn)之間路徑不存在則定義dij=∞；N為節(jié)點(diǎn)總數(shù)。

拓?fù)涔?jié)點(diǎn)重要度Gi計(jì)算式[16]為:

(7)

2.2 位置屬性節(jié)點(diǎn)重要度計(jì)算

位置屬性對節(jié)點(diǎn)重要度具有重要意義[16]。綜合運(yùn)輸通道是銜接各種交通方式的重要組成，與土地、經(jīng)濟(jì)等因素的協(xié)調(diào)發(fā)展是區(qū)域發(fā)展的重要考慮因素[18]。因此，位置屬性主要包含綜合交通建設(shè)影響與區(qū)域發(fā)展?jié)摿?個(gè)方面。

2.2.1指標(biāo)體系構(gòu)建

1) 綜合交通影響

各交通方式場站對交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆兄匾绊憽榧訌?qiáng)綜合交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)融合，結(jié)合空鐵水樞紐站點(diǎn)特征計(jì)算綜合交通影響系數(shù)。綜合交通影響指標(biāo)如表2所示。

2) 區(qū)域發(fā)展?jié)摿?/p>

結(jié)合縣域城鄉(xiāng)一體的特點(diǎn)，參考鄉(xiāng)村發(fā)展的潛力計(jì)算，構(gòu)建發(fā)展類影響系數(shù)計(jì)算方法，包括：基于土地利用數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)的鄉(xiāng)村土地發(fā)展?jié)摿ο禂?shù)、社會經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)[18-19]及縣域旅游影響系數(shù)[10]。區(qū)域發(fā)展?jié)摿Φ闹笜?biāo)如表3所示。

表2 綜合交通影響指標(biāo)

表3 區(qū)域發(fā)展?jié)摿χ笜?biāo)

2.2.2節(jié)點(diǎn)重要度計(jì)算

根據(jù)上述指標(biāo)體系，位置屬性節(jié)點(diǎn)重要度Hi計(jì)算式為：

(8)

(9)

各指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算式為：

(10)

其中：n指第n個(gè)指標(biāo)，與a、b、c、d對應(yīng)。

2.3 協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)重要度計(jì)算

兩個(gè)重要度的協(xié)調(diào)情況能夠反映路網(wǎng)建設(shè)情況與區(qū)域建設(shè)的協(xié)調(diào)性。通過均值量綱為一化消除數(shù)量級和量綱的影響，即計(jì)算指標(biāo)實(shí)際值與相應(yīng)均值的比值hi、gi，使其具有可對比性。此時(shí)，比值hi/gi越接近1，表明路網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)重要度與其位置屬性的節(jié)點(diǎn)重要度越相適應(yīng)，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的重要度適當(dāng)；當(dāng)比值hi/gi小于1時(shí)，表明當(dāng)前路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)已超前建設(shè)，位置屬性重要度在一定程度得到保障，后續(xù)建設(shè)中可相應(yīng)減少已吻合部分；當(dāng)比值hi/gi大于1時(shí)，說明路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)建設(shè)滯后，需增加位置屬性重要度比例。因此，協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)重要度λi計(jì)算式為：

λi=(hi/gi-1)hi+gi

(11)

3 基于協(xié)調(diào)重要度模型的通道識別方法

在節(jié)點(diǎn)重要度分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，通過聚類劃分節(jié)點(diǎn)層次，分層連點(diǎn)成線，進(jìn)一步識別各層次通道組成。基礎(chǔ)模型中，分層通過最優(yōu)樹布局，根據(jù)路線重要度由大到小將路段納入網(wǎng)絡(luò)布局，生成總體效益最優(yōu)的布局。即根據(jù)節(jié)點(diǎn)重要度計(jì)算路段重要性，尋找重要度最大的最優(yōu)樹，識別綜合運(yùn)輸通道。

然而，模型生成樹狀結(jié)構(gòu)時(shí)會出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間路線單一等問題。重要節(jié)點(diǎn)受到攻擊發(fā)生失效時(shí)，易造成大面積級聯(lián)失效現(xiàn)象，影響交通乃至社會正常運(yùn)行。在縣域交通方式單一的情況下，不符合縣域通道高魯棒性的需求。因此需在基礎(chǔ)布局上進(jìn)一步完善通道布局，提高魯棒性，以最大程度保證突發(fā)情況下交通網(wǎng)絡(luò)的通暢運(yùn)行。

在本文的優(yōu)化模型中，以網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涮匦詾榛A(chǔ)計(jì)算節(jié)點(diǎn)重要度。與常規(guī)節(jié)點(diǎn)重要度模型相比，節(jié)點(diǎn)重要度更能反映節(jié)點(diǎn)在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的重要程度。這使得模型更適合進(jìn)行魯棒性優(yōu)化。 綜合運(yùn)輸通道識別建設(shè)流程如圖1所示，關(guān)鍵問題將在后續(xù)部分說明。

圖1 綜合運(yùn)輸通道識別建設(shè)流程框圖

3.1 基礎(chǔ)布局

根據(jù)傳統(tǒng)模型通道識別方法進(jìn)行基礎(chǔ)布局。分層最優(yōu)樹通過劃分不同層次節(jié)點(diǎn)，在各層次中分別通過避圈法尋找權(quán)值最大的最小支撐樹，再合理銜接各層次的樹。

1) 節(jié)點(diǎn)層次劃分：根據(jù)協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)重要度λi計(jì)算結(jié)果，運(yùn)用K-means聚類方法劃分為3類：關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、重要節(jié)點(diǎn)、一般節(jié)點(diǎn)。分別銜接關(guān)鍵綜合運(yùn)輸通道、主要綜合運(yùn)輸通道和次要綜合運(yùn)輸通道。

(14)

3) 最優(yōu)樹算法：采用prim算法尋找權(quán)值最大樹。即從任一節(jié)點(diǎn)開始，搜尋權(quán)值最大邊將其納入最優(yōu)樹中，兩節(jié)點(diǎn)間出現(xiàn)多條線路時(shí)比較路線重要度，更新為權(quán)值更大的線路。

3.2 通道布局魯棒性優(yōu)化

魯棒性優(yōu)化的本質(zhì)是增加連邊的問題。結(jié)合現(xiàn)有研究，選取簡便、易行且與模型適配度高的節(jié)點(diǎn)保護(hù)環(huán)法[21]作為優(yōu)化方法。節(jié)點(diǎn)保護(hù)環(huán)是指根據(jù)連邊貢獻(xiàn)度增加連邊形成包含該節(jié)點(diǎn)、且任意鄰居節(jié)點(diǎn)對間至少存在一條不經(jīng)過該節(jié)點(diǎn)的路徑的環(huán)狀結(jié)構(gòu)[21](如圖2所示)，是一種融合環(huán)形網(wǎng)絡(luò)和星狀網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征、優(yōu)先配置關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)保護(hù)連邊的方法。

圖2 重要節(jié)點(diǎn)保護(hù)環(huán)示意圖

結(jié)合縣域通道特點(diǎn)與基礎(chǔ)模型，為縣域網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)重要度大、承擔(dān)重要的交通和社會經(jīng)濟(jì)任務(wù)的重要節(jié)點(diǎn)配置節(jié)點(diǎn)保護(hù)環(huán)。具體流程為：

1) 確定需要設(shè)置節(jié)點(diǎn)保護(hù)環(huán)的節(jié)點(diǎn)。根據(jù)前述分層確定需要設(shè)置節(jié)點(diǎn)保護(hù)環(huán)的節(jié)點(diǎn)集I。通常認(rèn)為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)及重要節(jié)點(diǎn)需設(shè)置節(jié)點(diǎn)保護(hù)環(huán)，但過多的保護(hù)連邊會增加網(wǎng)絡(luò)成本，數(shù)量不足又無法起到增強(qiáng)魯棒性的作用，因此可根據(jù)數(shù)量、作用等具體情況進(jìn)行調(diào)整。

2) 搜索節(jié)點(diǎn)保護(hù)環(huán)備選路段集，計(jì)算連邊貢獻(xiàn)度。構(gòu)建已有路段合集E1。同時(shí)搜索重要節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)保護(hù)環(huán)p的所有備選路段，形成新增備選合集E2，計(jì)算其連邊貢獻(xiàn)度θ(e)，見式(15)。

(15)

(16)

(17)

式中：已有連邊we取值0是為了使其連邊貢獻(xiàn)度更大，保證已有連邊優(yōu)先納入后續(xù)優(yōu)化，從而提高利用率。

3) 優(yōu)先選擇連邊貢獻(xiàn)度θ(e)值大的納入布局，直至為節(jié)點(diǎn)集I中所有節(jié)點(diǎn)配置了一個(gè)保護(hù)環(huán)。

4 實(shí)例驗(yàn)證

4.1 研究區(qū)域及拓?fù)錁?gòu)建

縣級市代表縣域發(fā)展的較高水平，具有縣域特征的同時(shí)，由于經(jīng)濟(jì)條件好，涵蓋指標(biāo)全面。選取廣西省某縣級市P市作為實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證計(jì)算。該縣級市產(chǎn)業(yè)齊全，礦產(chǎn)豐富，農(nóng)林資源充足，旅游資源多樣；公鐵水空交通方式齊全：南昆客運(yùn)專線、廣昆高速、武平高速、右江1000 t級航泊水道貫通全境，通用機(jī)場已完成選址工作。

通過OSM平臺獲取P市路網(wǎng)數(shù)據(jù)，導(dǎo)入Arcgis進(jìn)行坐標(biāo)投影、構(gòu)建拓?fù)洹⑼負(fù)錂z驗(yàn)處理，提取屬性表中道路等級與長度計(jì)算邊權(quán)，并將結(jié)果導(dǎo)入gephi構(gòu)建相似性拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)由368個(gè)節(jié)點(diǎn)、411條邊組成，其現(xiàn)狀及拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)如圖3所示。

圖3 P市路網(wǎng)現(xiàn)狀及拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)圖

4.2 優(yōu)化模型計(jì)算與分析

4.2.1拓?fù)溆?jì)算與分析

利用gephei軟件對P市道路拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行Fast Unfolding算法模塊化識別。通過迭代，生成模塊度Q值為0.867、含有24個(gè)區(qū)塊的劃分方案。交通小區(qū)劃分及節(jié)點(diǎn)篩選結(jié)果如圖4所示，各中心節(jié)點(diǎn)拓?fù)渲匾热绫?所示。

分析拓?fù)溆?jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，接近中心性指標(biāo)區(qū)分度小；拓?fù)涔?jié)點(diǎn)重要度較兩者分布更加均勻；國省道過境區(qū)域交通小區(qū)密集，中心節(jié)點(diǎn)多位于國省道沿線，與行政中心、小區(qū)質(zhì)心(可參考圖5中傳統(tǒng)模型中心節(jié)點(diǎn))不完全重合。

圖4 交通小區(qū)劃分及節(jié)點(diǎn)篩選結(jié)果

4.2.2位置屬性節(jié)點(diǎn)重要度計(jì)算

根據(jù)上層規(guī)劃明確各小區(qū)內(nèi)綜合交通站點(diǎn)分布情況。將土地利用數(shù)據(jù)導(dǎo)入Arcgis，與小區(qū)劃分結(jié)果疊加分析計(jì)算面積。通過居住區(qū)面積、統(tǒng)計(jì)年鑒及相關(guān)規(guī)劃獲取人口聚集情況、景區(qū)規(guī)劃等級等信息，進(jìn)而根據(jù)表2、3及式(7)計(jì)算位置屬性節(jié)點(diǎn)重要度Hi。其中，農(nóng)業(yè)用地修正系數(shù)為：耕地1、林地0.11、草地0.32、水庫坑塘用地2.71；各指標(biāo)權(quán)重依次為0.09、0.41、0.20、0.36。部分計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)重要度模型部分計(jì)算結(jié)果

4.2.3協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)重要度計(jì)算與節(jié)點(diǎn)層次劃分

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，計(jì)算考慮協(xié)調(diào)發(fā)展的綜合節(jié)點(diǎn)重要度，利用spss軟件進(jìn)行K-means聚類分析，確定節(jié)點(diǎn)層次。結(jié)果如表4所示，其中1表示關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，2表示重要節(jié)點(diǎn)，3表示一般節(jié)點(diǎn)。P市市區(qū)為唯一關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，即市區(qū)是該縣級市中的絕對綜合交通中心；果化、黎明、那厘、新安、P市互通、塘務(wù)、坡造出口7個(gè)節(jié)點(diǎn)為重要節(jié)點(diǎn)，其中果化、黎明為路網(wǎng)發(fā)展滯后區(qū)域，其余多為高速、國道沿線節(jié)點(diǎn)。

4.2.4綜合運(yùn)輸通道識別結(jié)果

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，采用prim算法尋找最大樹。P縣網(wǎng)絡(luò)中，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)僅有1個(gè)，為交通中心；重要節(jié)點(diǎn)構(gòu)成主要綜合運(yùn)輸通道；一般節(jié)點(diǎn)構(gòu)成次要綜合運(yùn)輸通道；結(jié)合節(jié)點(diǎn)、路段分布及其重要度連接3個(gè)層次網(wǎng)絡(luò)。構(gòu)建關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、重要節(jié)點(diǎn)保護(hù)環(huán)，補(bǔ)充建設(shè)綜合運(yùn)輸通道，提高魯棒性。最終識別結(jié)果如圖5所示。

圖5 綜合運(yùn)輸通道識別結(jié)果

根據(jù)識別結(jié)果分析可知：

1) 縣域綜合運(yùn)輸通道以上層通道為基礎(chǔ)，但不完全重合。高速作為上層綜合運(yùn)輸通道的重要組成，由于連接縣內(nèi)節(jié)點(diǎn)有限未完全納入。該布局中G324國道、S52高速為主要通道組成部分，連接了80%以上的重要節(jié)點(diǎn)，服務(wù)范圍涵蓋鐵路站點(diǎn)、港口等多種交通方式的節(jié)點(diǎn)設(shè)施；G80高速僅納入次要通道，2-4小區(qū)無高速銜接。

2) 對關(guān)鍵、重要節(jié)點(diǎn)設(shè)置節(jié)點(diǎn)保護(hù)環(huán)，促進(jìn)縣域通道成網(wǎng)，增強(qiáng)綜合網(wǎng)絡(luò)的魯棒性，避免過載造成交通大面積中斷，保障多種交通方式的運(yùn)行。P縣中，節(jié)點(diǎn)保護(hù)環(huán)連接了4-2、4-9、17-11-8、21-7等，增強(qiáng)各層級通道銜接，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。小區(qū)7、11、17、21內(nèi)部設(shè)有鐵路站點(diǎn)、港口、通用機(jī)場，聯(lián)系增強(qiáng)，提高了綜合網(wǎng)絡(luò)的魯棒性。

4.3 對比分析

為進(jìn)一步證明模型結(jié)果的合理性，選取常用模型中的適當(dāng)方法進(jìn)行對比。根據(jù)分析，四階段法與雙層規(guī)劃模型數(shù)據(jù)需求量大，在縣域統(tǒng)計(jì)資料有限的情況下可能出現(xiàn)難度增大、精確度下降的情況。當(dāng)前實(shí)際項(xiàng)目中，多以節(jié)點(diǎn)重要度法或交通區(qū)位法進(jìn)行布置。為增強(qiáng)可比性，引入基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)重要度模型進(jìn)行對比。

4.3.1基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)重要度識別結(jié)果

基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)重要度法根據(jù)規(guī)劃區(qū)政策、經(jīng)濟(jì)背景劃分交通小區(qū)，并通過分析規(guī)劃區(qū)域的運(yùn)輸集散現(xiàn)狀，選擇區(qū)內(nèi)交通運(yùn)輸集散節(jié)點(diǎn)(通常為行政中心、小區(qū)質(zhì)心、重要廠區(qū)等)，運(yùn)用與交通運(yùn)輸關(guān)系密切的多個(gè)指標(biāo)(如當(dāng)?shù)谿DP、人口、人均收入等)，對節(jié)點(diǎn)的重要程度進(jìn)行綜合評價(jià)計(jì)算。

為方便對比，結(jié)合本文模型結(jié)果，以已有交通小區(qū)劃分結(jié)果作為劃分方案，根據(jù)常用方法重新選取中心節(jié)點(diǎn)。根據(jù)基礎(chǔ)模型理論，考慮指標(biāo)與本文已有位置屬性類似，故根據(jù)已有位置屬性計(jì)算結(jié)果賦值節(jié)點(diǎn)重要度，根據(jù)K-means重新聚類劃分3類節(jié)點(diǎn)(如表5所示)，并識別最優(yōu)樹，優(yōu)化結(jié)果如圖5(a)所示。

表5 基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)重要度模型節(jié)點(diǎn)劃分結(jié)果

4.3.2對比分析

1) 基礎(chǔ)模型中，節(jié)點(diǎn)選擇缺乏客觀性，結(jié)果多變，優(yōu)化模型通過計(jì)算增強(qiáng)了客觀性。另外，基礎(chǔ)模型中部分節(jié)點(diǎn)(如15、16、14)與現(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)不符，與優(yōu)化模型相比不能充分利用現(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)。

2) 基礎(chǔ)模型節(jié)點(diǎn)重要度僅與位置屬性相關(guān)不能全面體現(xiàn)建設(shè)需求，識別結(jié)果中主要通道僅位于縣域南部，南北聯(lián)系及中北部交通仍然薄弱。而優(yōu)化方法能夠有效發(fā)現(xiàn)和調(diào)整位置屬性與建設(shè)的失調(diào)節(jié)點(diǎn)。例如，小區(qū)4、17、14由于景區(qū)或其余交通方式節(jié)點(diǎn)的需求需加強(qiáng)建設(shè)，節(jié)點(diǎn)重要度增加；小區(qū)13等可放緩建設(shè)，節(jié)點(diǎn)重要度減小。

3) 基礎(chǔ)模型結(jié)果呈現(xiàn)以節(jié)點(diǎn)17為中心的樹狀結(jié)構(gòu)，魯棒性明顯不足。優(yōu)化模型中，重要節(jié)點(diǎn)保護(hù)環(huán)形成的通道網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)了通道魯棒性，加強(qiáng)了綜合交通聯(lián)系。

5 結(jié)論

1) 分析縣域需求，將協(xié)調(diào)拓?fù)涮卣髋c位置屬性的理念引入節(jié)點(diǎn)重要度模型計(jì)算中。通過路網(wǎng)拓?fù)洹⒕C合交通建設(shè)及土地利用等數(shù)據(jù)，利用區(qū)塊劃分、拓?fù)涮匦杂?jì)算以及位置屬性計(jì)算等方法進(jìn)行交通小區(qū)劃分、節(jié)點(diǎn)現(xiàn)狀分析、綜合交通影響分析和發(fā)展需求分析，并將其整合為協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)重要度的計(jì)算模型。該模型計(jì)算分析得出的縣域協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)重要度符合后續(xù)建設(shè)需求。

2) 在基礎(chǔ)布局方法中引入節(jié)點(diǎn)保護(hù)環(huán)概念進(jìn)行優(yōu)化，以避免樹狀結(jié)構(gòu)重要節(jié)點(diǎn)易過載的缺點(diǎn)，提高通道布局的魯棒性。該方法優(yōu)化通道布局，能促進(jìn)通道成網(wǎng)，滿足加強(qiáng)綜合交通的聯(lián)系與服務(wù)、保障運(yùn)行通暢的需求。

3) 縣域內(nèi)通道受上層通道影響明顯，但不完全重合。過于依靠上層規(guī)劃識別建設(shè)縣域通道無法滿足縣域內(nèi)部發(fā)展需求，需構(gòu)建符合自身特點(diǎn)的模型體系；

4) 根據(jù)交通建設(shè)情況，小區(qū)交通中心多位于國省道沿線，與行政中心、質(zhì)心不完全重合，通過區(qū)塊識別能夠從交通建設(shè)角度科學(xué)、客觀地劃分交通小區(qū)，篩選覆蓋全域的有效節(jié)點(diǎn)；

5) 節(jié)點(diǎn)建設(shè)現(xiàn)狀和位置屬性不相符合，有建設(shè)超前或建設(shè)滯后的現(xiàn)象。僅以單一重要度識別通道時(shí)，可能出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)交通建設(shè)緩慢、制約發(fā)展，或節(jié)點(diǎn)交通建設(shè)過快、交通不均衡的現(xiàn)象。

6) 新方法在一定程度上填補(bǔ)了縣域綜合運(yùn)輸通道建設(shè)研究的不足，考慮了資料可獲取性的體系建設(shè)，能為后續(xù)縣域綜合交通建設(shè)提供理論參考。同時(shí)，提出的協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)重要度模型可為后續(xù)各層次綜合運(yùn)輸通道識別建設(shè)提供參考。