基于ＡｒｃＶｉｅｗ对城市交通的密集度测度研究

　　摘 要：利用ArcView这一相对于Arc/Info等软件更为方便、灵活且操作简单、通用性强的地理信息系统空间分析方法对城市交通密集度进行测度，找出某一城市中哪里交通密集，哪里不密集，如何布局、管理更为合理。
　　关键词：ArcView；城市交通；密集度
　　
　　1 城市交通密集的定义
　　
　　具有高密度交通概念的城市必定是具有高度流动性的,具有多路径选择功能的，它也是一个城市是否需要发展现代化、大众化智能交通系统的前提条件。需要注意的是本文所说的交通密集跟交通拥堵是不一样的两个概念，拥堵是交通的特指术语，一般含有贬义。交通拥堵是指由于交通干道车辆太多而引起的聚集；而密集是指某种事物的集中程度，是中性词。它运用于很多方面，如人口密集、技术密集等。交通密集一般发生在交通主干道和大中型城市中，是交通车辆高度集中的一种表现。
　　
　　2 ArcView空间分析方法的基本功能
　　
　　我们知道ArcView空间分析模块Spatial Analyst具有强大且完备的能力来分析数据空间关系和解决空间问题。
　　（1）距离制图。它计算了主题中每个栅格与距离其最近的要素之间的距离，这些要素可以是点、线、或其他的有效数据，例如：一口井，一片零售店等。输出的栅格数据表示了每个栅格距最近要素之间的偶几里德（Euclidean）距离，即两点之间的直线距离。距离制图主要包括测定距离(Find Distance)和临近制图(Proximity Mapping)两个功能。前者可以应用在：①为紧急医疗救护找到最近的医院，②为失火建筑找到距其500米范围内所有的消防水管等；后者则可以应用在：①确定一组电话交换塔的客户服务范围，②为某公司的销售员工绘制工作区域图等。
　　（2）密度功能。它主要根据输入的点要素的分布，计算整个区域的数据分布状况，从而产生一个连续的表面。它主要应用在：①根据河流交叉口的分布制作河网密度图；②计算城镇密度分布状况。
　　（3）Surface Functions。这是采用抽象的表面（Surface）来表示连续分布的空间现象，表面中每一个栅格的值表示为z=f(x,y),z值可以是高程值、浓度值或者是应用领域的其他量值，例如：污染、噪音等。在ArcView中，有两种类型的Surface Functions：一种是Surface Interpolators,通过输入的样点数据产生以个连续的表面；另一种是Surface Analysis,主要对连续的栅格数据进行计算，从而对表面采用不同的表示法或提取在原表面中不太明显的模式。这一功能可以用来制作某农业区的土壤有机质含量的分布图。
　　（4）可视性分析。该功能实质上属于对地形进行最优化处理的范畴。例如：电视塔的发射站、道路选择、航空导航等。Visibility Function有两种类型：一种是通视行分析Line of Sight,通过此功能可以显示两点之间的通视情况，从而判断从一个观察点是否可以看到目标物，回答了“从这里我可以看到它吗？”的问题。另一种是可视区分析Viewshed Analysis,确定了从一个或者多个观察点可以观测到的区域，回答的“从这里我可以看到什么？”的问题。
　　（5）统计功能。在ArcView中有两种统计功能，局部统计功能（Local Statistical Function）和分区功能（Zonal Function）。其中Local Statistical Function又包括栅格主题之间的（Between-Grid Themes）和相关栅格主题的(Relative-To-Grid Themes)统计。栅格主题之间的局部统计要求输入多个栅格主题来计算输出主题中每个栅格的统计值。例如：用此功能可以计算某农业区每个栅格某个年限之间的年平均粮食产量。而相关栅格主题的局部统计计算要求输入一个栅格主题和一个附加的栅格主题或者数字，以便进行比较。例如：在上个例子中，为了确定哪些区域需要世家更多的花费，此功能可以提取这五年间粮食产量小于多少公斤的栅格。
　　（6）选择、数学运算功能。选择功能可以输入的栅格主题中选择和提取出一个栅格单元的子集，并通过Map Query命令创建逻辑运算表达方式来提取子集，达到对空间数据进行查询的目的。数学运算功能主要运用数学运算符或数学函数。这里需要强调的是Map Calculator应用非常广泛，能够解决各种类型问题，尤其重要的是它是建立复杂的应用数学模型的基本模块。
　　（7）领域分析、重分类功能。Neighborhood Statistics功能对输入的点主题中的点要素或栅格主题中的栅格在特定的领域范围内进行某种统计计算，在计算中使用了领域范围内所有的点或栅格的值。Reclassification Function是将栅格主题的每个栅格的值改变为另外的值。Reclassify是按照一对一的方式将栅格值从一个变为另一个。 
　　（8）水文分析(Hydrologic Functions)功能。
　　
　　3 ArcView空间分析方法在城市交通密集度的应用
　　
　　3.1 路廊设计
　　路廊设计是道路设计中的一个重要环节，是定出公路最终线向的一个步骤。在路廊设计中，要综合分析多种空间数据，包括大比例尺的土地利用、地形图以及现有的道路网等。从各方面收集来的资料合并到ArcView资料库中，建造约束多边形，确定公路需要避开的区域，通常这些多边形可以分为三级：
　　①必须要避开或减至最少；
　　②尽量避开或减至最少；
　　③可以避开或减至最少。
　　根据需要可以用权重表示不同的约束等级，并在地图上分别表示，以便设计员在设计路线时尽量绕开这些区域，以免引起交通密集。然后将每条试验性线路输入到ArcView中，通过密度分析得到道路可能密集的区域，与约束多边形进行叠加分析，计算路廊与每个多边形相交的总面积，并乘以权重，得到该试验线路的约束影响的加权总面积（Total Impact Weighted Area），用于比较这些线路设计。在计算得到TIWA之后，可以根据DEM进行线向的详细设计，其主要操作是根据DEM得到道路横断面，进而进行填瓦方的优化，得到最终的路廊设计结果。
　　3.2 动态分段
　　城市交通动态是测试交通是否密集的重要因素之一。众所周知，交通模型的一个显著特点是多种线性物体重叠在以个物体上，如，限速区段，交通线路都与路网重叠，利用动态分段（Dynamic Segmentation）可以很好的解决在应用时遇到的困难。在这之前要对交通管理属性进行记录和控制。一般是通过线性定位方法与路网建立关联，通常线性定位的方法有里程碑法和控制段法，前者采用路名和公路上的里程点来确定物体的位置；后者则采用公路分成相连的、长度不等的控制段，每段有一个编码，并且其属性一致。（表1）
　　
　　动态分段是在数据库中记录道路的每种属性的起止点到道路原点的距离，并不是真的将道路切断存储，适合于动态的分析，而且将道路的各种属性以及其分布集中在一个图层中进行管理，结合线性的定位方法，则容易实现各种“点线”以及“线线”的叠加查询分析，例如：交通流量>800000AND路面状况=“良好”AND道路分级=“省道”。
　　[8]电大学习网.免费论文网[EB/OL]. /d/file/p/2024/0424/fontbr />　　3.3 道路网络拓扑
　　在交通网络中，大多数线与线之间的交点是具有拓扑性的交点，即自在道路的交点处车辆可以转向；这些在一般GIS的平面图形中难以实现的问题在ArcView的中可以得到很好的解决，如立交桥，就需要借助三维空间才能得到很好的显示，ArcView的可视性分析功能和拓扑的结合就能得到正确的表示从而使交通密度测试更准确。
　　
　　3.4 流量和网络分析的具体应用和相关模型
　　①“出行产生（Trip Generation）”模型。
　　根据交通分析区的土地利用形态以及其他社会经济数据来估计各个区域所产生进和吸引的交通量，例如，居民区会产生出行，而商业区则吸引出行。
　　②“出行分布（Trip Distribution）”模型。
　　根据出行分析产生的结果，确定各个区域之间的交通量。
　　③“交通工具选择（Mode Choice）”模型。
　　将交通量计算分配到交通工具上，计算车流量。
　　④“出行分派（Trip Assignment）”模型。
　　根据交通线路的容量和速度来测量哪里密集、哪里不密集，然后将车流量分配到各条道路上，使每一条道路都能顺畅运行。
　　以上这些模型的很好运用以及结合ArcView的这些功能，就能很好的测量出某一城市的交通密集度，从而在一定程度上解决城市由于交通密集过度而产生的交通拥堵。
　　
　　4 结论
　　
　　本文站在GIS和GIS-T和前人研究的基础上，充分运用ArcView的空间分析功能对城市交通密集进行了测度，其结果操作简单方便，对城市交通密集度管理方面有一定的指导意义并得到了一些成果。同时为城市交通GIS应用的普及化和对传统信息系统的大众化做出了一定的贡献。但是，在得到密集图之后的重分类方面要做进一步的研究。
　　
　　参考文献
　　〔1〕汤国安等.ArcView的地理信息系统空间分析方法〔Ｍ〕.北京：科学出版社，2002.
　　〔2〕苏永云.基于GIS的路网交通仿真分析方法研究〔D〕.上海:同济大学,2001.
　　〔3〕宋小东，钮心毅.地理信息系统实习教程〔Ｍ〕.北京:科学出版社，2004.
　　〔4〕Hackenberg.New patterns of urbanization in Southeast Asia: an assessment J. Population and Development Review, 1990, 6 (3)3912419.
　　〔5〕Zeiler M. Exploring Arc Objects M. USA: ESRI Press, 2001.

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