王 元，鄭貴省，王 鵬

(1.軍事交通學(xué)院 研究生管理大隊，天津300161;2.軍事交通學(xué)院基礎(chǔ)部，天津300161)

可達(dá)性(accessibility)的概念最早由美國學(xué)者于1959年提出，并將其定義為“交通網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)相互作用的機(jī)會大小”。此后，可達(dá)性在城市規(guī)劃、交通地理、區(qū)域經(jīng)濟(jì)等眾多科學(xué)領(lǐng)域里受到廣泛關(guān)注，也因此產(chǎn)生了對于可達(dá)性概念的不同理解。對于可達(dá)性概念理解的差異，本質(zhì)上來源于可達(dá)性不同層面的涵義［1］。從交通運(yùn)輸這一客觀層面理解，可達(dá)性即為各點(diǎn)之間交通的便捷程度，簡單地說，指從一個地方到另一個地方的容易程度。

按照交通網(wǎng)絡(luò)的表現(xiàn)不同，可達(dá)性度量的方法主要分為基于幾何網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性度量方法和基于拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性度量方法。建立在幾何網(wǎng)絡(luò)上的可達(dá)性度量方法主要包括空間阻隔法、距離法、累積機(jī)會法、等值線法、重力模型法、平衡系數(shù)法、時空法以及效用法等。建立在拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)上的可達(dá)性度量方法，可劃分為基于矩陣的拓?fù)浞ㄅc基于空間句法的拓?fù)浞?。兩類中?yīng)用最為廣泛的度量方法分別是空間阻隔法和空間句法，本文結(jié)合實(shí)例采用上述兩種方法分析了城市路網(wǎng)的可達(dá)性，并對兩種方法的分析結(jié)果作了分析和比較。

1 可達(dá)性度量方法

1.1 空間阻隔法

空間阻隔法單純地基于圖形理論來研究區(qū)域中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的可達(dá)性，認(rèn)為可達(dá)性計算就是計算空間阻隔程度，阻隔程度越低，可達(dá)性越好。它不考慮出行的目的，評價指標(biāo)為

式中:Ai為區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)i的可達(dá)性;A為整個網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性;n為目的地節(jié)點(diǎn)個數(shù);dij為節(jié)點(diǎn)i、j間的空間阻隔，可以為距離、時間或費(fèi)用等，在此表示區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)i通過交通網(wǎng)絡(luò)到達(dá)節(jié)點(diǎn)j的最短通行時間。

指標(biāo)Ai表示交通網(wǎng)絡(luò)里任一節(jié)點(diǎn)到其他所有節(jié)點(diǎn)的出行時間的平均值，描繪了到達(dá)該點(diǎn)的便捷程度。指標(biāo)A用整個道路網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性平均時間來反映了整個道路網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性水平。

1.2 空間句法

空間句法是從數(shù)理量化的角度來研究空間形態(tài)的一種理論，這里所指的“空間”是指與實(shí)體相對立的物質(zhì)形態(tài)，即人們可穿行和使用的物質(zhì)虛體?？臻g句法所關(guān)注的并非空間目標(biāo)間的實(shí)際距離，而是彼此間的通達(dá)性和關(guān)聯(lián)性。

空間句法基本原理是對空間進(jìn)行尺度劃分和空間分割，3種基本的空間分割方法是軸線法、凸?fàn)罘ê鸵晠^(qū)法。根據(jù)不同的空間尺度，空間分割的方法不同，本文基于城市層面的空間研究采用軸線法。軸線分析法是指用穿過所有街道的最少最長的軸線來表示城市中的道路網(wǎng)絡(luò)，從而將整個路網(wǎng)分割為一系列較小的空間，即街道段;然后將這些街道段表達(dá)為無向、無權(quán)重的圖的頂點(diǎn)，構(gòu)成新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D［2］;最后運(yùn)用圖論的方法推導(dǎo)出一系列形態(tài)分析變量，如連接值、控制值、節(jié)點(diǎn)深度、局部集成度與整體集成度、不對稱性等一系列基于拓?fù)溆嬎愕男螒B(tài)變量。其中，平均深度值可表示該點(diǎn)所居位置便捷度的比較值，不對稱性值可表示該點(diǎn)居于整體性系統(tǒng)中的便捷程度，可用來衡量可達(dá)性水平。

(1)深度值。規(guī)定兩個鄰接節(jié)點(diǎn)間的距離為一步，則從一個節(jié)點(diǎn)到另一個節(jié)點(diǎn)間的最短路程(即最少步數(shù))就是這兩個節(jié)點(diǎn)間的深度值。它主要表達(dá)空間轉(zhuǎn)換的次數(shù)，而不是指實(shí)際距離。

(2)平均深度值。系統(tǒng)中某個節(jié)點(diǎn)到其他所有節(jié)點(diǎn)的最短路程(即最少步數(shù))的平均值，即稱為該節(jié)點(diǎn)的平均深度值，平均深度值MDi可表示為

式中:dij為節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j間的空間阻隔;n為拓?fù)潢P(guān)系圖中的節(jié)點(diǎn)數(shù)目。

(3)不對稱性(relative asymmetry)。由于平均深度值的大小在很大程度上取決于系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的數(shù)目。為剔除系統(tǒng)中元素數(shù)量的干擾，PSteadman［3］改進(jìn)了計算方法，用相對不對稱值RAi將其標(biāo)準(zhǔn)化。因此，不對稱性值用于對比兩個關(guān)系圖解中不同節(jié)點(diǎn)的便捷程度，即

(4)可達(dá)性評價指標(biāo)。為符合數(shù)值越高可達(dá)性越高的習(xí)慣，以RAi的倒數(shù)作為可達(dá)性指標(biāo):

2 可達(dá)性實(shí)例分析

2.1 分析步驟

以天津市和平區(qū)的公路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)為研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，圖1為提取出的和平區(qū)的道路網(wǎng)絡(luò)圖。根據(jù)JT—GD20—2006《公路路線設(shè)計規(guī)范》，并結(jié)合實(shí)際情況，為不同等級公路賦予行車速度屬性:高速公路 120 km/h，國道 100 km/h，省道 80 km/h，縣道 60 km/h，其他公路 30 km/h［4］。

圖1 天津市和平區(qū)道路網(wǎng)

分別采用空間阻隔法和空間句法對天津市和平區(qū)道路網(wǎng)的可達(dá)性進(jìn)行定量分析及比較。采用ArcGIS軟件進(jìn)行分析，建立路網(wǎng)的Network數(shù)據(jù)集。

(1)空間阻隔法。采用ArcGIS軟件中的Network Analyst網(wǎng)絡(luò)分析工具模塊，構(gòu)建OD成本矩陣來分析各節(jié)點(diǎn)間的最短行程時間。首先，根據(jù)各路段的里程和行車速度屬性計算各路段的行程時間并添加作為一個屬性字段;之后，構(gòu)建OD成本分析矩陣并以行程時間作為阻抗字段，添加所有的交通節(jié)點(diǎn)為起始點(diǎn)和目的地點(diǎn);經(jīng)過分析即可得到各節(jié)點(diǎn)間的最短行程時間，處理后即可得到各節(jié)點(diǎn)的可達(dá)性指標(biāo)。

(2)空間句法。采用ArcGIS的插件Axwomen6.0，首先按照空間句法的原理繪制軸線圖。根據(jù)空間句法分析原理，在軸線分析圖的構(gòu)建中，除了考慮河流、橋梁及其他重要建筑物、構(gòu)筑物等對空間的分割作用外，同時考慮不同道路的等級關(guān)系:高速公路、快速路作為同一級別，相互之間交叉時互相分割為不同路段;主干路之間相互交叉時互相分割為不同路段;主干路與快速路、高速公路相交時分割為不同路段。之后根據(jù)軸線圖建立的拓?fù)潢P(guān)系計算空間句法變量［5］。

2.2 分析結(jié)果

(1)空間阻隔法。如圖2所示，圖中較大節(jié)點(diǎn)表示可達(dá)性較高的路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。分析結(jié)果顯示可達(dá)性較高的節(jié)點(diǎn)主要分布在南京路、鞍山道、萬全道、哈密道、錦州道、長春道、新疆路、青海路、甘肅路、寧夏路、陜西路、山西路、林里路、蒙古路區(qū)域，以及個別節(jié)點(diǎn)較為密集且靠近主要路段的地域。

(2)空間句法。如圖3所示，粗線表示的路段為可達(dá)性較高的路段。分析結(jié)果顯示可達(dá)性較高的路段主要集中在營口道、南京路、和平路商業(yè)街以及多倫道圍成的區(qū)域里，此外新興路、貴州路、貴陽路、昆明路和西寧道也具有較高的可達(dá)性，具有最高可達(dá)性的路段為新華路。

3 可達(dá)性評價結(jié)果對比分析

3.1 特點(diǎn)分析

(1)從可達(dá)性分析結(jié)果看?？臻g阻隔法和空間句法分析城市路網(wǎng)的可達(dá)性總體一致，可達(dá)性較高的區(qū)域都主要分布在路網(wǎng)比較密集的鞍山道、南京路、營口道以及新華路所圍成的區(qū)域內(nèi)，但是也存在著一定的差異?？臻g阻隔法分析的具有較高可達(dá)性的區(qū)域集中在南京路、營口道和貴州路，氣象臺路、西康路和新興路的可達(dá)性相對較低;而空間句法的分析結(jié)果顯示氣象臺路、西康路和新興路卻具有較高的可達(dá)性。

圖2 空間阻隔法分析結(jié)果

圖3 空間句法分析結(jié)果

(2)從分析的原理上看?？臻g阻隔法建立在幾何網(wǎng)絡(luò)之上，以行程時間作為空間阻隔的程度來度量可達(dá)性;而空間句法是建立在拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)之上的可達(dá)性度量方法，以拓?fù)渚嚯x為基礎(chǔ)來度量路網(wǎng)的可達(dá)性。兩者分析可達(dá)性的基礎(chǔ)和角度不同。

(3)從可達(dá)性的概念出發(fā)?？蛇_(dá)性主要受到土地利用、交通系統(tǒng)、時間和個體差異等4個因素的影響?？臻g阻隔法考慮的是交通和時間的因素，涉及的因素較少，易于理解?；趲缀尉W(wǎng)絡(luò)的其他可達(dá)性度量方法則是在空間阻隔法的基礎(chǔ)之上考慮其他的影響因素而建立起來的?？臻g句法融合了個體對環(huán)境的心理認(rèn)知，考慮了心理可達(dá)性，對路徑的選擇具有主動權(quán)。空間句法的理論認(rèn)為人作為對“作用客體”選擇與使用的行為主體，處于最能動的地位，不同主體的行為選擇也存在一定的差異性，但由于行為主體對空間環(huán)境的認(rèn)知及主體的社會需求存在極大的共性特征，空間格網(wǎng)在一定程度上決定了人流的運(yùn)動，由此，在空間環(huán)境中，群體的行為選擇與空間格網(wǎng)結(jié)構(gòu)存在高度的關(guān)聯(lián)性。

(4)從研究工作的特色來看。兩種度量方法的研究工作也各具特色;空間阻隔法常作為基礎(chǔ)可達(dá)性指標(biāo)參與路網(wǎng)空間格局研究，具有直觀、簡潔的特點(diǎn)?？臻g句法將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性運(yùn)算轉(zhuǎn)換成為矩陣運(yùn)算，所需的數(shù)據(jù)量小、計算簡單。

3.2 不足之處

(1)空間阻隔法。過于直觀和簡單，在實(shí)際應(yīng)用中單獨(dú)使用最短行程時間來度量可達(dá)性，考慮的因素較少，忽視了路網(wǎng)的空間形態(tài)，結(jié)果不夠精確，也會受到很多的限制，如獲取的數(shù)據(jù)有限等，還需要在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)。

(2)空間句法。該理論目前處于發(fā)展完善的過程當(dāng)中，其分析方法仍欠缺一定的嚴(yán)密性。由于現(xiàn)實(shí)世界的復(fù)雜性，空間句法在實(shí)際的應(yīng)用中，所模擬的環(huán)境與現(xiàn)實(shí)有一定差異。如軸線模型中，所提取的道路網(wǎng)絡(luò)本身只是一種近似模擬，現(xiàn)階段的研究方法中并不能反映出立交橋、地鐵等情況，其二維的平面表示方法也無法模擬高程差等所形成的三維世界。此外，我們在道路網(wǎng)絡(luò)的提取中也存在著一定的人為主觀因素，對于同一道路網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，不同人所提取的道路網(wǎng)絡(luò)可能不盡相同［6］。

4 結(jié)語

基于幾何網(wǎng)絡(luò)的空間阻隔法和基于拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)的空間句法均可應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性度量。由于兩種方法可達(dá)性度量指標(biāo)的選取以及度量方式的不同，使度量過程以及產(chǎn)生的度量結(jié)果各具特色。

路網(wǎng)可達(dá)性是一個綜合問題，由于各種可達(dá)性度量方法針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域提出，側(cè)重點(diǎn)各不相同，導(dǎo)致度量因子數(shù)目眾多、適宜性差別巨大，因此，如何選擇適宜的度量方法將是需要研究的問題。這就需要對多種可達(dá)性度量方法進(jìn)行綜合研究，在此基礎(chǔ)上建立完善的可達(dá)性度量體系，進(jìn)而構(gòu)建可達(dá)性度量方法適宜性模型，以實(shí)現(xiàn)可達(dá)性度量方法的統(tǒng)一管理與度量因子的統(tǒng)一調(diào)用，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，對研究區(qū)進(jìn)行可達(dá)性度量方法的適宜性測試與比較研究。此外，如何結(jié)合各種可達(dá)性度量方法的優(yōu)勢以多視角綜合測度路網(wǎng)的可達(dá)性也是需要進(jìn)一步研究的問題。

［1］ 陳潔，陸鋒，程昌秀.可達(dá)性度量方法及應(yīng)用研究進(jìn)展評述［J］.地理科學(xué)研究進(jìn)展，2007(5):100 －101.

［2］ 魯海軍，劉學(xué)軍，程建權(quán)，等.基于空間句法的城市道路網(wǎng)可達(dá)性分析［J］.中國水運(yùn)，2007(7):131－132.

［3］ 馬曄，李曉龍.基于空間句法的上海、北京城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治黾氨容^［J］.佳木斯大學(xué)學(xué)報，2011(5):680－690.

［4］ 吳超，王棟，吳黎明.基于GIS的南通市公路交通網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性研究［J］.信陽師范學(xué)院學(xué)報，2014(1):58－59.

［5］ 杜彩軍，任偉，陳建華.基于空間句法分析的客運(yùn)樞紐布局規(guī)劃［J］.交通信息與安全，2013(4):114－115.

［6］ 曲靜.基于空間句法的城市住區(qū)配套商業(yè)設(shè)施可達(dá)性研究［D］.合肥:合肥工業(yè)大學(xué)，2012.