基于GIS的道路經濟影響范圍研究

滕方勇

（招遠市政府投資工程建設服務中心，山東 招遠 265400）

引言

為了準確、客觀地描述地區(qū)交通的發(fā)展狀況和差異，為未來交通規(guī)劃提供指導和借鑒，需要選擇適當?shù)闹笜撕蛥?shù)對研究地區(qū)的交通發(fā)展水平進行評價和分析。其中道路路網密度是一個重要指標，道路經濟影響范圍又是研究路網密度的關鍵 環(huán)節(jié)。

國內外學者運用先進的GIS技術從不同的角度和指標研究和評價城市道路、軌道交通、鐵路和公路路網。王曉薇和奚硯濤[1]以江蘇省徐州市主城區(qū)為切入點，利用該區(qū)交通道路網數(shù)據(jù)，借助GIS網絡分析功能，選取道路網密度、路網連通度等6個評價指標，對該區(qū)域道路網的可達性進行多角度分析。張野和韓峰[2]利用GIS繪制鐵路路網密度變化圖，對西北地區(qū)的鐵路路網密度、人口密度以及人均GDP進行相關性分析，得出相應的擬合公式并進行適應性分析。高玉祥和韓峰[3]以不同時期新疆地區(qū)鐵路網密度、人口密度和GDP密度為研究對象，基于GIS技術分析路網發(fā)展與GDP、人口的時空關系，建立新疆地區(qū)鐵路路網需求函數(shù)模型，對鐵路網密度、鐵路建設量進行預測并提供有效的決策支持。李雙和杜建括[4]基于GIS技術，通過OD距離成本分析和服務區(qū)范圍分析，計算了陜西省漢中市各縣區(qū)道路的交通密度，對漢中市旅游交通的通達度和連通性進行了分析。

國內學者運用GIS分析地區(qū)的道路網密度、通達性等指標時，主要集中在城市道路、軌道交通和鐵路領域，對輻射范圍廣、靈活度高、便捷度好的公路交通網鮮有涉及。并且既有研究大多集中于經濟較發(fā)達地區(qū)，對于西北地區(qū)則研究很少，對我國整體的綜合交通規(guī)劃研究尚不全面。我國東西部經濟發(fā)展不平衡的現(xiàn)狀，要求在評價道路路網密度時應考慮經濟因素，使道路路網密度評價更為客觀和準確。

1 既有評價方法

通過道路總長與總面積之比來表示道路密度。由于不同等級道路的通行能力不同，所以用不同等級道路總長度來計算公路網絡密度。

式中：ρ—公路網絡密度，km/km2；L—研究區(qū)域內所有道路總長度，km；A—區(qū)域內總面積，km2。

高速公路作為交通運輸通道的骨架和主干，對地區(qū)經濟的影響作用遠大于其他類型的公路，因此，在進行高速公路網密度分析的同時，有必要確定高速公路對地區(qū)經濟的影響范圍，然后再確定高速公路的搜索半徑和權重才合理，得出的密度分布才是符合實際的。確定高速公路經濟影響范圍的方法有很多，主要方法原理和優(yōu)缺點見表1。

表1 高速公路影響范圍界定的常用方法比較

2 考慮經濟因素的評價方法

對高速公路來說，雖然通車里程較其他等級的公路少，但是它為地區(qū)經濟發(fā)展所做出的貢獻是不可比擬的，所以在研究高速公路網密度時考慮經濟因素是十分必要和關鍵的。通過把運費-時間模型和過境行政區(qū)法這兩種確定高速公路經濟影響范圍的方法進行綜合考慮并運用到路網密度分析中，對西部某省的高速公路網密度進行研究分析，對縮小省內地區(qū)之間的經濟差異和促進東西部的技術互補有積極的指導意義。

采用運費-時間模型[5]和過境行政區(qū)法[6]相結合的方法來計算高速公路的影響范圍。兩者結合的優(yōu)勢：（1）雖然這兩種計算方法主要在經濟學領域應用，但是使用ArcGIS分析高速公路網的密度時需要確定搜索半徑，半徑大小的確定通常要考慮高速公路所經過地區(qū)的人口、設計速度、經濟狀況等因素，而運費-時間模型把這些因素都考慮進去了，從而使高速公路路網密度具有經濟含義，能更好地了解高速公路對地區(qū)經濟發(fā)展的帶動作用。（2）我國高速公路管理模式因行政區(qū)的不同而不同，采用過境行政區(qū)法符合我國的實際 國情。

2.1 運費-時間模型

運費-時間模型見圖1。

圖1 運費-時間模型

運費-時間模型相關計算：

式中：RA—高速公路AB上出口的經濟影響半徑，km；RC—運費決定的經濟影響半徑，km；RT—時間決定的經濟影響半徑，km；LCB、LAB—非高速公路的長度和高速公路的長度，km；CCA、CAB、CCB—線路CA、CB、AB的運輸成本，元；VCA、VAB、VCB—線路CA、CB、AB的運輸速度大小，km /h。

3 道路經濟影響范圍計算

3.1 研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于我國西北部，地處黃河上游，面積39萬余平方千米。地形復雜、狹長，以山地和高原為主，僅北山山地與祁連山地之間為狹長的河西走廊，是通往西域的交通咽喉，故成為絲綢之路的重要地段和軍事要地。2019年末該省收費公路里程 4 118.2 km，占公路總里程15.14萬公里的2.72%。其中，政府還貸高速公路3 722.6 km，政府還貸一級公路342.3 km，經營性高速公路53.3 km，占比分別為90.39%、8.31%和1.29%。該省高速公路網已初具規(guī)模，干線公路覆蓋大部分區(qū)域，分析結果的可靠性較有保障。

3.2 經濟影響半徑計算

3.3.1 原始數(shù)據(jù)處理

從BigMap上下載該省行政區(qū)劃、境內高速公路和省道矢量數(shù)據(jù)，然后選取該省的基礎地理數(shù)據(jù)和社會經濟統(tǒng)計年鑒作為輔助數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理時，首先運用ArcGIS對該省境內各個高速公路和省道進行整理、分析和統(tǒng)計，其次對基礎地理數(shù)據(jù)進行整合。

3.3.2 經濟影響半徑計算

利用ArcGIS處理從BigMap上獲取的該省高速公路和支線道路的矢量數(shù)據(jù)，可以獲得運費-時間模型中的LGB、LAB。通過實地調研發(fā)現(xiàn)，該省的高速公路的平均運行速度為100 km/h，平均運輸成本為 0.7元/（t·km），支線道路的平均運行速度為60 km/h，平均運輸成本為0.8元/（t·km）。考慮到支線道路的非直線性將支線的影響半徑和長度計算為支線的總長度，把公式（2）～公式（4）變形。

式中：Z—支線長度，km；G—高速公路長度，km。

以該省內一條高速為例進行計算經濟影響半徑，計算結果見表2。

表2 某高速經濟影響范圍計算

4 結語

（1）基于GIS技術獲取研究區(qū)域道路矢量數(shù)據(jù)，在考慮經濟因素情況下，通過綜合運費-時間模型和過境行政區(qū)法兩種模型確定道路經濟影響范圍，使道路路網密度評價具有經濟含義，可充分考慮東西部經濟發(fā)展不平衡等因素，方法客觀、準確，為規(guī)劃部門在規(guī)劃路網時提供一定的指導和借鑒。 （2）運用ArcGIS分析路網密度時，搜索半徑的大小和population（權重）的賦值是關鍵，如何合理地確定兩者取值需要考慮諸多因素，如設計速度、影響范圍、路幅寬度等。