面向我國36大城市的道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)全息畫像指標解析城市道路網(wǎng)連通度

文圖｜朱新宇 戴帥 劉金廣

編者按：科學合理的城市道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，是確保道路交通安全、維護道路交通秩序、提升道路通行能力的重要基礎(chǔ)。為解決我國目前缺乏道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)理論深度研究的問題，在中央級公益性科研院所基本科研項目“基于大數(shù)據(jù)的城市路網(wǎng)畫像及交通控制技術(shù)研究”（編號111041000000180001210102）的支持下，公安部道路交通安全研究中心首創(chuàng)了城市道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)全息畫像模型，從路網(wǎng)連通度、道路等級匹配、路口形狀、車道級別等方面對道路網(wǎng)進行了具體、細微、直觀的量化分析，提出了道路網(wǎng)連通度、百公里斷頭路、交叉口形態(tài)、交叉口間距、交叉口位階差、接入口位階差、高/快速路出入口間距、道路線型曲率坡度等多項量化指標，對城市道路網(wǎng)進行了全方位的解析畫像。該項研究經(jīng)權(quán)威機構(gòu)查新，在國內(nèi)外均屬首創(chuàng)。自本期始，本刊將陸續(xù)刊文，對城市道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)全息畫像模型作詳細介紹。本期首先對模型中的城市道路網(wǎng)連通度指標進行解讀。

一、城市道路網(wǎng)連通度指標

連通度的英文為connectivity，是空間或集合的一種拓撲性質(zhì)。城市道路網(wǎng)連通度指的是城市道路網(wǎng)中交叉口的密度和道路連接的直接程度。目前一般認為道路網(wǎng)連通性是指在一定的道路網(wǎng)密度基礎(chǔ)上，表征道路之間相互連通情況的指標。該指標可以反映出是否存在較多斷頭路、丁字路口等情況。

連通度高的路網(wǎng)對城市交通和民眾出行有眾多利好，連通性高的環(huán)境能提供更多直達的道路從而縮短到目的地的距離，高連通性路網(wǎng)能夠減少主干道的交通量，為緊急車輛騰出空間，還能縮減公共設施連接和服務的成本，提升道路網(wǎng)的平均速度，減少交通擁堵，降低交通沖突的概率，從而避免交通事故。

道路網(wǎng)連通度的計算方法有較多種，且這些度量指標因度量方法的不同而存在一定的差異，綜合國內(nèi)和國外多項計算方法后，本研究采用了我國普遍認可的道路網(wǎng)連接度指數(shù)來反映城市道路網(wǎng)的連通度水平。

二、城市道路網(wǎng)連通度的計算方法

城市路網(wǎng)連通度表征道路網(wǎng)連通的量化程度，數(shù)值越高，連通性相對越好。如果在道路網(wǎng)密度一定的情況下，路網(wǎng)連通度越高，表征道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)越合理。

城市路網(wǎng)連通度有兩種測算方法，如式1、式2所示。

式中：J為路網(wǎng)連通度；N為道路網(wǎng)總節(jié)點數(shù)；mi為第i節(jié)點鄰接的邊數(shù)；M為網(wǎng)絡總邊數(shù)（路段數(shù)）。

我國城市的路網(wǎng)類型多為方格形，方格形路網(wǎng)的連通度隨著節(jié)點的增加而增加，并且漸趨于4。同時，在同樣節(jié)點數(shù)的情況下，十字交叉路口的連通度要優(yōu)于丁字路口，且斷頭路越少，連通度就越高。

表1 不同路網(wǎng)結(jié)構(gòu)情況下連通度的計算結(jié)果比較

三、我國36大城市的連通度實際測算結(jié)果

基于上述連通度的計算模型，本研究對我國36大城市進行了實際路網(wǎng)的測算。首先，通過遙感影像確定城市的建成區(qū)面積與區(qū)域范圍。其次，通過導航電子地圖的實際道路網(wǎng)矢量信息，計算出每個城市的整體連通度指數(shù)，并得出以下結(jié)論。

（一）我國36大城市的路網(wǎng)連通度指數(shù)整體偏低

《城市交通規(guī)劃理論及其應用》中提出，中小城市的路網(wǎng)連通度指標應在3.2～3.5之間，我國大城市的路網(wǎng)連通度指標應在3.6～3.9之間。而根據(jù)實測數(shù)據(jù)計算的我國36個重點城市的道路網(wǎng)連通度介于3.2～3.4，與連通度合理值3.6～3.9相比，道路網(wǎng)連通程度整體偏低。

（二）規(guī)模大的城市道路網(wǎng)連通度高

研究人員將36個大城市按照城市規(guī)模進行了劃分，發(fā)現(xiàn)規(guī)模大的城市道路網(wǎng)連通度普遍較高。超大城市、特大城市的道路網(wǎng)連通度平均值分別為3.29、3.31，普遍高于Ⅰ型、Ⅱ型大城市的道路網(wǎng)連通度平均值3.27、3.26，如圖1所示。

圖1 不同規(guī)模城市的道路網(wǎng)連通度分布

（三）城市道路網(wǎng)的連通度與城市整體形態(tài)有較強相關(guān)性

根據(jù)城市道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的整體形態(tài)不同，研究人員對36個重點城市進行了“團簇狀、組團狀和條帶狀”的區(qū)分。其中，團簇狀是指城市道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較集中，呈現(xiàn)的由內(nèi)到外放射狀與環(huán)形交叉的“攤餅”式路網(wǎng)；組團狀是指城市道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)被山川湖海所阻隔，從而使城區(qū)呈現(xiàn)出多個大小不一的分散組團狀路網(wǎng)；條帶狀是指城市道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)被地形所限制，只能在狹窄的河谷或盆地中發(fā)展，從而形成的類似長條帶狀的路網(wǎng)。

根據(jù)36大城市的實測數(shù)據(jù)表明，團簇狀形態(tài)的城市道路網(wǎng)連通度較高，組團狀或條帶狀形態(tài)的城市道路網(wǎng)連通度相對較低。團簇狀城市如北京、上海、成都等16個城市，位于平原地區(qū)，城市路網(wǎng)發(fā)展不受地形限制，城市主干路網(wǎng)由橫縱向道路和環(huán)狀道路共同構(gòu)成，一般具有較好的連通性；組團狀城市如廣州、深圳、杭州等17個城市，條帶狀城市如西寧、蘭州、拉薩等3個城市，受地理條件限制，城市往往因被水系或山脈分割，城市主干路網(wǎng)的搭建較為困難，道路網(wǎng)連通度普遍較低，如圖2所示。

圖2 不同形態(tài)城市的路網(wǎng)連通度分布

四、總結(jié)與展望

城市道路網(wǎng)連通度是反映道路網(wǎng)的通達性，檢驗道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)合理性的指標之一。本文基于地理信息數(shù)據(jù)，對我國36個重點城市進行了城市道路網(wǎng)連通度的實際測算，相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果能夠真實反映我國大城市在道路網(wǎng)連通性方面的現(xiàn)狀情況，其作為城市道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)評估的相關(guān)指標，可為城市交通管理、城市規(guī)劃建設等領(lǐng)域提供相應依據(jù)參考。