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基于空间句法的道路通达度作用分计算

更新时间:2016-07-05

0 引言

城镇土地定级是根据土地的自然与经济两方面属性及其在社会活动中的作用,综合分析城镇土地使用价值,揭示城镇内部土地质量的地域差异性,并按照商业、住宅、工业等用途分别评定城镇土地级别。目前,主要采用多因素综合评定法和市场资料分析法等实现对城镇土地的分等定级。其中,多因素综合评定法是通过选取一系列的定级因素确定土地使用价值。《城镇土地分等定级规程GBT 18507-2014》(简称“规程”)中明确规定,交通条件在各类用地定级评价体系中必不可少,而道路通达度与公交便捷度共同构成评定交通条件的至少一种必选因素,在城镇土地定级工作中发挥着重要作用。城镇土地定级工作是基准地价评估和城镇各项规划制定的基础,道路通达度作为其中具有重要影响的指标,对其进行准确度量的重要性不言而喻。在当前城镇土地定级工作中,对于道路通达度作用分的计算,需要将对道路固有属性的定性描述定量化,确定其作用指数,进而推算作用半径和作用分。这种作用分的确定方法虽然广为使用,但仍存在如下不足:1)需要调查搜集的数据指标众多,包括道路网分布、道路类型、级别标准、车流量、道路长度、宽度等,数据获取难度大,往往会对道路作用分的计算造成困难,且数据采集过程会受到定级工作者的主观影响;2)道路间的空间连接会将道路分割成不同区段,同一条道路不同区段的通达性存在明显差异,而当前城镇土地定级工作中的道路通达度计算方法并不能体现同一条道路的内部差别。

在道路可达性的测度方面,学者们采用加权最短距离[1]、交通距离[2]、交通成本[3]、机会可达性[4]、时间距离[5]、旅行时间[6]、旅行距离[7]、旅行成本[8]等研究可达性,通过距离度量法、重力度量法、拓扑度量法、累计机会度量法等方法实现可达性与拓扑结构的结合[9]。这些方法可归纳为基于最短距离和基于最短时间[10]两种计算思路。随着空间句法的出现,周群等基于空间句法形态分析变量进行了道路可达性研究[11]。与基于空间句法的可达性算法相比,最短距离算法过于简单,不能实现对现实世界中复杂地理环境与要素的表达,而最短时间算法考虑因素较多,数据获取和模型计算难度较大。因此,基于空间句法的道路可达性算法得到广泛关注[12-15]及应用,但鲜有将其与城镇土地定级结合进行改良道路通达度作用分算法的研究[16-20]

1 空间句法

从空间感知的角度看,人对空间系统的认识总是基于小尺度空间,通过对局部信息的整合,形成对整体的理解,因此,小尺度空间是感知大尺度空间的基础。而空间句法就是基于将大尺度空间系统分割为大量小尺度的可感知的基本单元,将空间的关联关系抽象为连接图,建立相应模型进行研究。常用的分割方法主要包括视域法、轴线法及凸多边形法,其中轴线法是一种基于拓扑网络的可达性度量方法,被广泛应用于城市空间研究,它将实际中可通视的道路概括为一条很长的轴线,不同轴线交织形成连接图,但轴线不能反映可通视的道路在不同区段的差异。因此,Hillier等在轴线模型基础上提出了线段模型[21],即将一条长轴线通过道路交叉点分为若干线段;线段模型逐渐取代轴线模型,成为分析城市空间的重要工具。Turner依据“转角总和最小”的原则选择最短路径,将角段分析方法应用于线段模型,并将其与道路中心线结合,用于抽象道路路网,实验证明,该方法得到的分析结果与车流量相关度更高[22]。改进的线段模型需要将道路网络在“最少且最长”的原则下概括为一条条轴线,绘制轴线地图。需要注意的是,轴线交汇处应保证轴线出头,以防止轴线局部调整破坏轴线间的连通性。同时,尽可能尊重和保留道路的空间特征,根据道路特征点绘制轴线图。连接轴线模型中网络节点的不是道路,而是空间上描绘道路的轴线,而轴线模型中的网络节点是描绘沿道路视线可达性的轴线的交点,即沿不同方向视线的交点,而非传统意义上的道路特征点。

创新是促进经济社会不断发展进步的革命性力量,区域创新体系的完善与否对山东省制造业发展升级的方向、路径、速度具有决定性作用,因此应积极推动山东省制造业企业的自主创新。

空间句法认为,人和车的空间移动与街道网络可达性相关,城市中人(车)流量与整合度等空间句法变量间具有很高的相关性[23]。而城镇土地定级中的道路作用分指数一般与道路作用或车流量呈正比。因此,可将空间句法应用于道路通达度指标的计算,再与城镇土地定级工作中的现有计算方法相结合,以改进当前的城镇土地定级过程,提高城镇土地定级工作的效率和准确性,从而为城镇土地评价工作提供便利。赵虎等基于扩展空间句法理论,以武汉市汉口等部分城区为例,运用特征点法生成轴线图,提出句法变量整合度与道路通达性相关,认为基于整合度确定土地级别具有可行性[24]。本文在此基础上,从道路的空间组织结构入手,考虑同一道路不同路段可达性的差异,利用空间句法中基于角段分析的线段模型[22]计算道路通达度作用分,该方法具有所需数据量小、操作简单等特点。

与基于空间句法的道路通达度作用分计算过程不同,现有的道路通达度作用分计算多依据道路类型、车流量、道路长度和宽度等,将道路划分为不同的等级,计算道路作用指数,并在此基础上计算道路通达度作用分。二者的区别主要在于步骤(1)中对于不同路段道路通达度作用指数的计算。由于同一条道路的不同路段具有明显的通达性差异,因此,基于线段模型的新算法将每条道路都划分为不同的路段,并分别赋予差异化的通达度作用分值,以此表征同一条道路通达度的空间差异(图2)。

2 基于空间句法的道路通达度作用分算法

基于空间句法的形态分析变量众多,对交通网络(包括密度)的众多特征进行了详细刻画。为验证整合度作为基于空间句法的道路通达度作用分计算的关键指标的合理性,定量分析整合度与其他空间句法形态分析变量的相关性。根据研究区整合度与平均深度、选择度相关性分析结果(表1),整合度与平均深度值在99%的置信水平下,呈现高度负相关,与选择度值显著正相关。

(2)基于整合度的道路通达度作用分计算。空间内部的通达性由围合成该空间的几条道路的通达性共同决定。人们总是优先选择距离近且可达性良好的道路通行。因此,道路对空间内部不同点位的影响,随着距离的增加而逐渐缩小,且通达性越强的道路越具吸引力。根据作用指数的频率直方图,将各路段道路通达度作用指数划分为k个级别,并计算不同等级道路影响范围,即作用半径dk(dk=S/2LS为空间总面积,Lk等级路段总长度),每一条道路仅对其作用半径范围内的网格产生影响。若将空间视为大小相等的若干微小网格(图1),则每个网格的通达度,即道路通达度作用分Fi的计算公式为:

“文化的征服是最彻底的征服,文化的屈从是最彻底的屈从。”[3]西方国家不费一颗子弹,就能在他国掀起轩然大波,甚至导致政权更迭,美国承认耶路撒冷为以色列首都,巴以重燃战火,国际局势动荡不安,这正是文化殖民效用的结果。今天,西方一些国家推行的文化殖民,正在以更加隐蔽的形式向全球扩张,发展中国家对此必须提高警惕。推进新时代孝廉文化传承与创新,让中国精神、中国价值、中国力量走向世界,提升国家文化软实力,正当其时,十分必要。英国智库成员马丁·雅克在他书中写到:“中国的复兴不可逆转,作为唯一一个没断层的中华民族,其独特的历史文化是西方无法模仿和学习的。”[4]

(1)

(2)

(3)

棉湖镇位于广东省揭阳市揭西县,地处榕江南河中游东岸。该镇作为全县东南方向对外联系的枢纽,具有优越的经济地理区位,其建成区依托老城(镇)区发展迅速,城镇路网也在老城(镇)区基础上向外延伸,并不断完善。棉湖镇对内交通以公路为主,尚未建设轨道交通。本文数据主要包括2014年棉湖镇TM遥感影像(30 m分辨率)和道路等级、路宽、车流量等基本信息。通过目视解译从经过校正的遥感影像中提取棉湖镇建成区边界。本文拟定城镇土地定级对象为2014年棉湖镇建成区商服用地,评估范围是2014年棉湖镇建成区,面积约为10 km2。在ArcGIS10.0中,以2014年棉湖建成区边界为处理范围建立30 m×30 m的格网作为评价单元。以遥感影像为底图,分别采用城镇土地定级中道路通达度作用分计算方法和基于空间句法的算法,求算评价单元的道路通达度作用分。其中线段模型通过利用DepthmapX软件对轴线模型转译得到。

(1)基于整合度的道路通达度作用指数计算。在空间句法中,两个空间之间的距离用深度值度量。如果把系统中邻接(即直接相连)的两个空间的深度记为1步,那么从一个空间走到另一个空间的最少步数,即为空间句法中两个空间之间的距离(深度值)。一个空间到系统中其他所有空间的深度值之和为全局深度值(Total Depth)。系统本身的元素数量会影响全局深度值的取值,使不同系统中的全局深度值不具有可比性,同时,对称性也是决定拓扑结构能否直接相比的重要因素。因此,采用数学方法消除系统元素数量和空间结构连接方式影响,并考虑空间结构本身的对称性,学者们提出了真实相对非对称值(Real Relative Asymmetry,RRA),并将其倒数值作为整合度。计算公式如下:

(4)

式中:为路段j(j=1,2,3,…,m)的道路通达度作用指数,m为能够对网格i产生影响的路段总数;dij为网格i与路段j的距离;dk为路段j的作用半径。

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3 实验与结果分析

3.1 研究区与数据处理

式中:MDi为元素i的平均深度值;TDi为元素i的全局深度值;n为系统中元素总数。平均深度值越高,则RRAi越大,整合度越小,空间与其他空间的连接性越复杂,道路通达度也就越差,反之,道路通达度越好。因此将基于线段模型得到的各路段的整合度值作为其道路通达度值,将该值标准化到[0,100]区间内,得到各路段道路通达度作用指数I*

3.2 空间句法形态分析变量相关性分析

由于线段模型对于空间形态结构的描述是通过每条线段的各种形态分析变量值来表达的,连接值[25]、控制度[26]、深度值(包括全局深度值、平均深度值等)[26]、整合度[27]、道路线密度选择度[28]等是传统空间句法模型的主要形态分析变量。其中,平均深度值可用于衡量线段的空间转换程度,在拓扑中即为空间的可达性;深度值能反映路段吸引到达交通的潜力;选择度值能反映其吸引穿越交通的能力;道路线密度反映一定空间尺度范围内的路网密度;整合度值反映了对应线段与其他所有线段的聚集和离散程度。空间句法的主要形态分析变量并不是孤立存在的,不同形态分析变量间存在着内在联系[29]。如:一个结点的控制度是用与之关联结点连接值的倒数计算得到;整合度值又与标准化后的平均深度值成反比。因此,采用整合度指标可以同时反映多个形态分析变量的信息,综合反映网络通达性。鉴于此,本文提出基于整合度的道路通达度作用分算法,主要包括两个步骤:

指标相关度显著水平平均深度-0.9630.000选择度 0.6230.000

河道行洪能力复核是一个非常复杂的过程,需要进行大量数据采集和复杂计算[9]。防洪工程河道行洪能力复核计算过程,如图1。

基于全局范围测定的空间句法形态分析变量是全局变量,而根据指定步长空间相关性得到的变量则是局部变量。全局变量适用于分析区域整体状况,因此研究道路通达度——每一路段与其他各路段的联通状况,应选用全局整合度变量。分析全局整合度与不同尺度下街网密度的相关性(表2):由于全局整合度考量的不仅是网格周边,而且包括整个区域道路的聚集度,因此当道路线密度的计算半径小于1 500 m时,二者相关性随空间范围扩大而增加;当尺度范围过大时,路网密度空间差异减小,不同元素的路网密度趋于一致,因此整合度与街网密度的相关性逐渐降低,这进一步验证了整合度能反映出系统内路网的空间差异。同时,整合度与不同尺度的道路线密度呈显著正相关,可在一定程度上反映局部道路密度特征。

空间范围(m)30050080010001300150018002000250030003500相关度0.3320.4450.5190.5320.5320.5340.5430.5430.5370.5050.467显著水平0.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.0000.000

相关性分析结果显示,采用整合度作为道路通达度作用分计算的关键指标,可从多方面反映研究区的路网形态特征和路段空间通行能力。在一个空间系统中,整合度可用于衡量一个元素与其他所有元素的相交情况,整合度大的区域,道路密度大,吸引交通能力强,空间可达性也强,在土地评价中,这种可达性就表现为道路的“通达度”。

3.3 两种通达度作用分算法结果对比分析

基于整合度计算的道路通达度作用分可反映不同路段道路通达度的相对大小,但不具有绝对意义。图3为两种方法得到的道路通达度作用分克里金插值结果。可见图3中两种结果的整体变化趋势相同,道路间的相对关系吻合,反映出道路通达性良好的路段保持一致,均为棉湖大道、道江西路、兴华路、道江东路等。这些道路正是棉湖镇建成区内的交通干道和生活干道,人(车)流量大,承担棉湖镇内的主要客(货)运输,是全镇的交通枢纽。因此,基于空间句法的道路通达度作用分计算结果与实际情况较相符,具有可行性。

但两种结果在细节上仍存在诸多不同:1)基于空间句法的道路通达度计算结果中,建成区中部与边界的差异较传统方法更为明显,道路通达度高的区域更为集中。建成区中部路网密集,道路纵横交错,而建成区边界路网稀疏,因此两区域的人(车)流量存在明显区别,基于空间句法的计算结果则突出了这种差异。2)基于空间句法的计算结果中,道路交叉点处的通达度往往高于该道路的其他区段。在实际情况中,道路交叉点正是人(车)流交汇处,起到沟通和连接不同道路的作用,是一条道路通达性最好的地方。3)通过空间句法计算的道路通达度作用分,在同一条道路上的不同位置,其道路通达度和作用半径存在差异,而采用现有城镇土地定级中的方法得到的整条道路的通达度均一致。研究区内位于道江西路、兴华路两侧的众多支路,大多起点与城镇主干道相连,通达性良好,而道路的末端往往深入片区内部,服务于片区内居民的日常生活,通达度较差,这进一步验证了基于空间句法的计算结果能更好地反映道路通达度的实际变化。

4 结论

当前城镇土地定级工作中的道路通达度作用分算法需要采集的数据繁杂,难以准确描述道路的特征,同时忽略了同一道路不同区段真实存在的可达性差异。本文基于空间句法的线段模型构建拓扑网络,通过分析道路的空间转折实现对道路通达度的定量计算,进而获取道路通达度作用分,结果表明:基于标准化整合度指标计算的道路通达度与实际情况更为吻合,与现有计算方法相比,避免了繁杂的数据采集工作,同时又能准确描述道路的通达性特征,顾及同一条道路不同路段的差异,突出道路交叉点与路段中部的区别,并强调城市中心与边缘通达性的不同,其结果更符合人们对于通达性的普遍认知。但本文中采用的方法仅考虑了路网结构对道路通达度的影响,未考虑道路本身特征(如道路宽度等),今后研究将为道路宽度等因素设计权重,加载到空间句法连接图中,进一步改善算法。

由此可见,管世铭诗歌描述的是乾隆五十年(1785年)正月举行的千叟宴。诏书中的“仰惟皇祖圣祖仁皇帝……三代以上”,传递了乾隆承袭圣祖皇帝的德行举办千叟宴的信息。此时的清王朝四海承平,天下富足,又适逢乾隆喜添五世元孙,为了向天下昭告皇恩浩荡,乾隆选老人三千在乾清宫举行宴会。管氏以“自愧为郎贱,无文敢颂天”一句作结,表达了他对这一盛会的感激之情。《千叟宴恭纪六首》其一云:

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张安琪,王海军,夏畅
《地理与地理信息科学》2018年第03期文献

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