CN105389631A - 多跨海通道分布区域交通可达性分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多跨海通道分布区域交通可达性分析方法，其包括以下步骤：步骤1、对研究区域进行栅格处理；步骤2、构建基于距离衰减理论的距离权重方程；步骤3、构建跨海通道端点引力参数方程；步骤4、计算第一研究区域内任意栅格的质量参数；步骤5、建立多跨海通道分布区域内任意地点的可达性影响分析模型，计算多跨海通道分布区域内任意地点可达性的值。本发明以研究区域存在多条跨海通道(n≥2)为研究情景，建立区域任意地点受多通道影响的可达性指数分配方程，构建多通道地区可达性评估的分析模型，从而精确分析研究区域任一点可达性受通道影响的程度和方向。

Description

多跨海通道分布区域交通可达性分析方法

技术领域

本发明涉及交通规划技术领域，特别是涉及多跨海通道分布区域交通可达性分析方法。

背景技术

现有基于重力模型的可达性分析模型在评估新基础设施影响中得到广泛应用，但模型需要进行改进从而提高精度和准确性。

首先，现有基于重力模型的可达性分析模型中的距离因子d_ij目前多采用最短网络距离，此假设在评价新增单一基础设施时较为有效，但如果区域存在新增的多条基础设施，最短距离法容易“屏蔽”其他新增基础设施的对区域可达性的提升效果。如图1所示，假设交通基础设施(如跨海通道H1)建设后，点A到达海峡另一侧的点B之间的最短时间/路径为S1(A-C-D-B)，H1对点A或B的可达性提升可以通过传统的可达性变化值而体现，但如果该地区同时新增其他交通基础设施(如跨海通道H2)，点A到达点B的路径也可以选择S2(A-E-F-B)，交通设施H2同样对点A和B的可达性提升具有一定的效果(虽然效果可能略低于H1)，但基于重力模型法，由于S1<S2，则交通基础设施H2对点A和B的交通可达性提升完全无法显现。因此，需要对可达性分析模型进行优化和完善，从而准确细致刻画多交通基础设施对研究区域节点可达性变化的分析和模拟。

说明：传统模型中对节点A或节点B的可达性值计算中仅考虑最短距离，并未将其他交通基础设施建设而产生了新的可达性影响辐射考虑在内。节点A或B的可达性变化应该由多交通基础设施的影响综合考虑。

其次，模型将空间(如整个城市)简化为点,被简化的原有空间区域的尺寸和形状都会影响到可达性的计算结果,需要在权衡数据量与精度的基础上确定空间简化方式。

对传统基于重力模型的可达性分析方法进行进一步的改进和完善，可以提升可达性分析模型的科学性和准确性。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种多跨海通道分布区域交通可达性分析方法，本发明通过建立区域任意地点受多通道影响的可达性指数分配方程，构建多通道地区可达性评估的分析模型，从而精确分析研究区域任一点可达性受通道影响的程度和方向。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种多跨海通道分布区域交通可达性分析方法，其包括以下步骤：

步骤1、对研究区域进行栅格处理，在ArcGIS中将研究区域划分为100×100米的栅格，获取栅格总数m，并将常住人口和生产总值数据分配到各个栅格，生成研究区域人口和GDP分布栅格图，所述研究区域包括分别位于海峡两侧的第一研究区域和第二研究区域，所述第一研究区域内的第j个端点B(j)以及与所述端点B(j)相对应的第二研究区域内的第j个端点C(j)之间的连线构成第j个跨海通道H_j，0<j≤n，n为跨海通道总数；

步骤2、构建基于距离衰减理论的距离权重方程：

$W_r=f\left(d_{iB\left(j\right)}\right)=f\left(z\right)=\exp \&lsqb;\frac{-{(z-1)}^2}{\mathrm{\&beta;}}\&rsqb;---\left(1\right)$

其中：W_r是第一研究区域内任意栅格与第一研究区域内任意端点构成的距离权重；d_iB(j)是第一研究区域内第i个栅格的中心到端点B(j)的距离，0<i≤m；

β是阻抗系数；

z为第一研究区域内端点B(j)对应的地区号，同时z的取值按照式(2)进行设定：

其中，D′_k是第一研究区域内端点B(j)对应的第k个地区，其定义为：

其中，h为小时；

步骤3、构建跨海通道端点引力参数方程，所述引力参数方程用于计算端点C(j)所覆盖区域引力质量总值，所述引力参数方程为：

$M_{C\left(j\right)}=f(Gdp,Pop)=\underset{p=1}{\overset{x}{\&Sigma;}}\underset{k=1}{\overset{y}{\&Sigma;}}\left({\mathrm{Gdp}}_{C\left(j\right)}{\mathrm{pop}}_{C\left(j\right)}\right)---\left(4\right)$

其中：M_C(j)为端点C(j)所在地区的引力质量总值，x为第二研究区域内的行政区总数，y为第二研究区域内端点C(j)对应的地区总数；

Gdp_C(j)为端点C(j)所在地区的生产总值总量，其计算公式为：

${\mathrm{Gdp}}_{C\left(j\right)}=W_{r,g\&Element;D_k}Gd{p^{\&prime;}}_{C\left(j\right)}=W_{r,g\&Element;D_k}\left(\frac{S_{p,g\&Element;D_k}}{S_p}\right){\mathrm{Gdp}}_p---\left(5\right)$

其中，D_k为第二研究区域内端点C(j)对应的第k个地区，1≤k≤y；为第二研究区域内任意栅格与第二研究区域内任意端点构成的距离权重；

为第二研究区域内第p个行政区与第二研究区域内端点C(j)对应的第k个地区相交区域内的栅格总数，1≤p≤x；

S_p为第二研究区域内第p个行政区的总栅格数；

Gdp_p为第二研究区域内第p个行政区的生产总值总量；

Pop_C(j)为端点C(j)所在地区的常住人口总量，其计算公式为：

${\mathrm{Pop}}_{C\left(j\right)}=W_{r,g\&Element;D_k}Po{p^{\&prime;}}_{C\left(j\right)}=W_{r,g\&Element;D_k}\left(\frac{S_{p,g\&Element;D_k}}{S_p}\right){\mathrm{Pop}}_p---\left(6\right)$

Pop_p为第二研究区域内第p个行政区的常住人口总量；

步骤4、计算第一研究区域内任意栅格的质量参数，该质量参数通过该栅格的常住人口和生产总值来表示，具体的计算见式(7)：

M_i＝Gdp_iPop_i(7)

M_i为第一研究区域内第i个栅格的质量参数，Gdp_i为第一研究区域内第i个栅格的生产总值分配值，Pop_i为第一研究区域内第i个栅格的常住人口分配值；

步骤5、建立多跨海通道分布区域内任意地点的可达性影响分析模型：

$A_i=\underset{j=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}\frac{M_{C\left(j\right)}{M}_i}{d_{iB\left(j\right)}^{\mathrm{\&alpha;}}}---\left(8\right)$

其中，A_i为第一研究区域内第i个栅格受n条跨海通道影响的可达性，α是固定值为2的系数。

得到的可达性A_i的值具有大小和方向属性，其值越大，说明该n条跨海通道对第一研究区域内第i个栅格(可扩展为跨海通道分布区域内任意地点)影响就越大，则该第一研究区域内第i个栅格的交通就越便利。

所述β可分别取1、1.5、2，以测试距离权重W_r的敏感性。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明以研究区域存在多条跨海通道(n≥2)为研究情景，基于“区域某一点的可达性变化受多通道影响的差异随该地点与通道端点的距离增加而衰减”的基本假设，建立区域任意地点受多通道影响的可达性指数分配方程，构建多通道地区可达性评估的分析模型，从而精确分析研究区域任一点可达性受通道影响的程度和方向。

附图说明

图1为多跨海通道两侧任意点之间的交通路线图。

图2为本发明多跨海通道分布区域交通可达性分析方法的可达性模型。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例

本发明通过构建数理模型对多跨海通道对区域任意地点交通可达性进行精确分析和模拟，主要借助GIS分析模块进行分析，其具体包括以下步骤：

步骤1、对研究区域进行栅格处理，在ArcGIS中将研究区域划分为100×100米的栅格，获取栅格总数m，并将常住人口和生产总值数据分配到各个栅格，生成研究区域人口和GDP分布栅格图，具体方法参考文献(陈学刚，杨兆萍.《基于GIS的乌鲁木齐市人口空间分布模拟与变化规律研究》.干旱区资源与环境.2008.22(4):12-15)，请参照图2所示，所述研究区域包括分别位于海峡两侧的第一研究区域和第二研究区域，该第一研究区域和第二研究区域均又包括多个行政区，所述第一研究区域内的第j个端点B(j)以及与所述端点B(j)相对应的第二研究区域内的第j个端点C(j)之间的连线构成第j个跨海通道H_j，0<j≤n，n为跨海通道总数。

步骤2、构建基于距离衰减理论的距离权重方程：

$W_r=f\left(d_{iB\left(j\right)}\right)=f\left(z\right)=\exp \&lsqb;\frac{-{(z-1)}^2}{\mathrm{\&beta;}}\&rsqb;---\left(9\right)$

其中：W_r是第一研究区域内任意栅格与第一研究区域内任意端点构成的距离权重；d_iB(j)是第一研究区域内第i个栅格的中心到端点B(j)的距离，0<i≤m；

β是阻抗系数；

z为第一研究区域内端点B(j)对应的地区号，同时z的取值按照式(10)进行设定：

其中，D′_k是第一研究区域内端点B(j)对应的第k个地区，对于端点B(j)对应的每个地区，满足每个地区中任意地点到达端点B(j)的时间在一定的范围内，其分布与图2中第二研究区域内端点C(j)对应地区的分布结果基本相同(这里为了避免图2中线条混乱，未画出第一研究区域内端点B(j)对应的地区分布)在本发明较佳的实施例中，其定义为：

其中，h为小时，例如，当第一研究区域内第i个栅格的中心到端点B(j)的距离为1.8小时时，则落入D′₃这个地区内。

同时，我们分别将β取值设为1，1.5和2，测试阻抗系数对距离权重的敏感性影响。则在β取不同值时，距离权重W_r的值为方程(12)、(13)、(14)所示：

当β＝1时，

当β＝1.5时，

当β＝2时，

步骤3、构建跨海通道端点引力参数方程，所述引力参数方程用于计算端点C(j)所覆盖区域引力质量总值，所述引力参数方程为：

$M_{C\left(j\right)}=f(Gdp,Pop)=\underset{p=1}{\overset{x}{\&Sigma;}}\underset{k=1}{\overset{y}{\&Sigma;}}\left({\mathrm{Gdp}}_{C\left(j\right)}{\mathrm{pop}}_{C\left(j\right)}\right)---\left(15\right)$

其中：M_C(j)为端点C(j)所在地区的引力质量总值，x为第二研究区域内的行政区总数，y为第二研究区域内端点C(j)对应的地区总数，当然，对于第一研究区域或第二研究区域内任意端点对应的地区总数均为y个，在本发明较佳的实施例中，y＝6。

Gdp_C(j)为端点C(j)所在地区的生产总值总量，其计算公式为：

${\mathrm{Gdp}}_{C\left(j\right)}=W_{r,g\&Element;D_k}Gd{p^{\&prime;}}_{C\left(j\right)}=W_{r,g\&Element;D_k}\left(\frac{S_{p,g\&Element;D_k}}{S_p}\right){\mathrm{Gdp}}_p---\left(16\right)$

其中，D_k为第二研究区域内端点C(j)对应的第k个地区，1≤k≤y；为第二研究区域内任意栅格与第二研究区域内任意端点构成的距离权重，其计算方法与式(9)类似，只是将第一研究区域和第二研究区域进行调换即可，Gdp′_C(j)为端点C(j)所在地区的生产总值总量估计值；

为第二研究区域内第p个行政区与第二研究区域内端点C(j)对应的第k个地区相交区域内的栅格总数，该栅格总数需要通过GIS可达性分析计算获得，具体方法可参考文献(吴旗韬，张虹鸥，叶玉瑶，苏泳娴.《基于交通可达性的港珠澳大桥时空压缩效应》.地理学报.2012,67(6):723-732)，如果二者无相交，则1≤p≤x；

S_p为第二研究区域内第p个行政区的总栅格数，该数据可以通过GIS在步骤1直接计算获得；

Gdp_p为第二研究区域内第p个行政区的生产总值总量，可通过各地区的统计报表直接获得；

Pop_C(j)为端点C(j)所在地区的常住人口总量，其计算公式为：

${\mathrm{Pop}}_{C\left(j\right)}=W_{r,g\&Element;D_k}Po{p^{\&prime;}}_{C\left(j\right)}=W_{r,g\&Element;D_k}\left(\frac{S_{p,g\&Element;D_k}}{S_p}\right){\mathrm{Pop}}_p---\left(17\right)$

Pop′_C(j)端点C(j)所在地区的常住人口总量估计值，Pop_p为第二研究区域内第p个行政区的常住人口总量，可通过各地区的统计报表直接获得；

步骤4、计算第一研究区域内任意栅格的质量参数，该质量参数通过该栅格的常住人口和生产总值来表示，具体的计算见式(18)：

M_i＝Gdp_iPop_i(18)

M_i为第一研究区域内第i个栅格的质量参数，Gdp_i为第一研究区域内第i个栅格的生产总值分配值，Pop_i为第一研究区域内第i个栅格的常住人口分配值，Gdp_i和Pop_i均可以通过GIS在步骤1直接计算获得。

步骤5、建立多跨海通道分布区域内任意地点的可达性影响分析模型：

本模型假设研究区域内任意栅格i的可达性影响程度大小与该栅格i与同一侧跨海通道端点的距离成反比，与任意栅格i所在区域对岸的引力质量总值成正比。特别需要说明的是，跨海通道端点B(j)所对应的引力质量总值为端点C(j)的引力质量总值计算结果，而跨海通道端点C(j)所对应的引力质量总值为端点B(j)的引力质量总值计算结果，其他跨海通道端点以此类推。因此，可达性影响分析模型为：

$A_i=\underset{j=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}\frac{M_{C\left(j\right)}{M}_i}{d_{iB\left(j\right)}^{\mathrm{\&alpha;}}}---\left(19\right)$

其中，A_i为第一研究区域内第i个栅格受n条跨海通道影响的可达性，α是系数，为固定值，一般取值2。得到的可达性A_i的值具有大小和方向属性，其值越大，说明该n条跨海通道对第一研究区域内第i个栅格(同理可得到第二研究区域内的任意栅格的可达性值)影响就越大，则该第一研究区域内第i个栅格的交通就越便利。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种多跨海通道分布区域交通可达性分析方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤1、对研究区域进行栅格处理，在ArcGIS中将研究区域划分为100×100米的栅格，获取栅格总数m，并将常住人口和生产总值数据分配到各个栅格，生成研究区域人口和GDP分布栅格图，所述研究区域包括分别位于海峡两侧的第一研究区域和第二研究区域，所述第一研究区域内的第j个端点B(j)以及与所述端点B(j)相对应的第二研究区域内的第j个端点C(j)之间的连线构成第j个跨海通道H_j，0<j≤n，n为跨海通道总数；

步骤2、构建基于距离衰减理论的距离权重方程：

$W_r=f\left(d_{iB\left(j\right)}\right)=f\left(z\right)=\exp \&lsqb;\frac{-{(z-1)}^2}{\mathrm{\&beta;}}\&rsqb;---\left(1\right)$

其中：W_r是第一研究区域内任意栅格与第一研究区域内任意端点构成的距离权重；d_iB(j)是第一研究区域内第i个栅格的中心到端点B(j)的距离，0<i≤m；

β是阻抗系数；

z为第一研究区域内端点B(j)对应的地区号，同时z的取值按照式(2)进行设定：

其中，D′_k是第一研究区域内端点B(j)对应的第k个地区，其定义为：

其中，h为小时；

步骤3、构建跨海通道端点引力参数方程，所述引力参数方程用于计算端点C(j)所覆盖区域引力质量总值，所述引力参数方程为：

$M_{C\left(j\right)}=f(Gdp,Pop)=\underset{p=1}{\overset{x}{\&Sigma;}}\underset{k=1}{\overset{y}{\&Sigma;}}\left({\mathrm{Gdp}}_{C\left(j\right)}{\mathrm{pop}}_{C\left(j\right)}\right)---\left(4\right)$

其中：M_C(j)为端点C(j)所在地区的引力质量总值，x为第二研究区域内的行政区总数，y为第二研究区域内端点C(j)对应的地区总数；

Gdp_C(j)为端点C(j)所在地区的生产总值总量，其计算公式为：

${\mathrm{Gdp}}_{C\left(j\right)}=W_{r,g\&Element;D_k}{\mathrm{Gdp}}_{C\left(j\right)}^{\&prime;}=W_{r,g\&Element;D_k}\left(\frac{S_{p,g\&Element;D_k}}{S_p}\right){\mathrm{Gdp}}_p---\left(5\right)$

其中，D_k为第二研究区域内端点C(j)对应的第k个地区，1≤k≤y；为第二研究区域内任意栅格与第二研究区域内任意端点构成的距离权重；

为第二研究区域内第p个行政区与第二研究区域内端点C(j)对应的第k个地区相交区域内的栅格总数，1≤p≤x；

S_p为第二研究区域内第p个行政区的总栅格数；

Gdp_p为第二研究区域内第p个行政区的生产总值总量；

Pop_C(j)为端点C(j)所在地区的常住人口总量，其计算公式为：

${\mathrm{Pop}}_{C\left(j\right)}=W_{r,g\&Element;D_k}{\mathrm{Pop}}_{C\left(j\right)}^{\&prime;}=W_{r,g\&Element;D_k}\left(\frac{S_{p,g\&Element;D_k}}{S_p}\right){\mathrm{Pop}}_p---\left(6\right)$

Pop_p为第二研究区域内第p个行政区的常住人口总量；

步骤4、计算第一研究区域内任意栅格的质量参数，该质量参数通过该栅格的常住人口和生产总值来表示，具体的计算见式(7)：

M_i＝Gdp_iPop_i(7)

M_i为第一研究区域内第i个栅格的质量参数，Gdp_i为第一研究区域内第i个栅格的生产总值分配值，Pop_i为第一研究区域内第i个栅格的常住人口分配值；

步骤5、建立多跨海通道分布区域内任意地点的可达性影响分析模型：

$A_i=\underset{j=1}{\overset{n}{\&Sigma;}}\frac{M_{C\left(j\right)}{M}_i}{d_{iB\left(j\right)}^{\mathrm{\&alpha;}}}---\left(8\right)$

其中，A_i为第一研究区域内第i个栅格受n条跨海通道影响的可达性，α是固定值为2的系数。

2.根据权利要求1所述的多跨海通道分布区域交通可达性分析方法，其特征在于，所述β等于1或1.5或2。