【摘要】：已有交通理論和方法在優(yōu)化交通系統(tǒng)、服務(wù)居民出行方面做出了突出貢獻(xiàn),但其基礎(chǔ)都為底層較為固定的物理空間(路網(wǎng)結(jié)構(gòu))。如果城市路網(wǎng)存在制約交通功能發(fā)揮的缺陷,則后期一系列優(yōu)化舉措可能皆難以真正解決交通問題。因此,有必要從交通工程的角度研究城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)與功能之間的聯(lián)系。大數(shù)據(jù)時(shí)代,城市交通大數(shù)據(jù)為科學(xué)、全面地分析城市路網(wǎng)宏觀特性提供了可能,并進(jìn)一步賦能新時(shí)期城市交通治理與服務(wù)。本文借鑒網(wǎng)絡(luò)科學(xué)和新城市科學(xué)方法論,進(jìn)行數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)和功能特性關(guān)聯(lián)研究,提出研究流程和分析方法,根據(jù)獲取的多源交通數(shù)據(jù)從不同角度揭示底層城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)與功能發(fā)揮的關(guān)聯(lián)特性;兼具創(chuàng)新性與實(shí)用性,可豐富學(xué)科知識,為科學(xué)、合理的城市路網(wǎng)設(shè)計(jì)及政策制定提供理論和實(shí)證保障。城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)特性是交通網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性領(lǐng)域的經(jīng)典研究內(nèi)容。第二章梳理了當(dāng)前城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)特性研究的基礎(chǔ)知識,包括:基礎(chǔ)路網(wǎng)形式、結(jié)構(gòu)特性量化指標(biāo)、拓?fù)渲亟ǚ椒ǖ�。進(jìn)而分析新路網(wǎng)案例的結(jié)構(gòu)特性,并重點(diǎn)考察了路網(wǎng)密度與機(jī)動(dòng)車出行之間的相關(guān)性。第三章結(jié)合車道屬性將路網(wǎng)結(jié)構(gòu)與連接功能在一起,重點(diǎn)對城市路網(wǎng)元素連接特性進(jìn)行考察。利用車道屬性對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論中的度指標(biāo)進(jìn)行改造;選用符合居民認(rèn)知的路網(wǎng)元素確定方法;并采用度相關(guān)性的思想對路網(wǎng)元素連接特性從交叉口元素、道路元素、路網(wǎng)骨架三個(gè)角度進(jìn)行分析。研究結(jié)果表明,廈門市交叉口網(wǎng)絡(luò)和道路網(wǎng)絡(luò)皆為無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò);路網(wǎng)元素的連接皆以某一節(jié)點(diǎn)為臨界呈現(xiàn)分段特性;且存在骨架路網(wǎng)在度分布和連接特性的角度與整體路網(wǎng)一致。第四章集成網(wǎng)絡(luò)理論、地理信息科學(xué)、交通工程學(xué)等的研究思想和技術(shù)工具,提出一個(gè)城市道路網(wǎng)絡(luò)演化分析方法,并考察了一個(gè)中等發(fā)展中城市——中國長春的幾乎完整歷史時(shí)期的道路網(wǎng)絡(luò)演化。主要包括矢量路網(wǎng)繪制、拓?fù)鋱D生成、網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)分類等。其中,指標(biāo)分類通過對狀態(tài)和功能性指標(biāo)進(jìn)行分類進(jìn)而實(shí)現(xiàn)將兩者聯(lián)系在一起的研究目標(biāo)。研究結(jié)果顯示,城市道路網(wǎng)絡(luò)的演化呈現(xiàn)出擴(kuò)張和密集化兩個(gè)明顯特征,其演化模式依賴于特定的歷史時(shí)期和城市規(guī)劃模式。不同時(shí)期的長春道路網(wǎng)絡(luò)皆為小世界網(wǎng)絡(luò)。隨著時(shí)間的推移,路網(wǎng)中的主要道路是一致的;然而核心區(qū)卻各不相同,處于相鄰范圍且通常遠(yuǎn)離老城區(qū)。更重要地,本章發(fā)現(xiàn)了城市道路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)性指標(biāo)與功能性指標(biāo)之間的相關(guān)性,且該相關(guān)性與歷史時(shí)期和規(guī)劃模式有關(guān)。日本的規(guī)劃(1932-1958)可認(rèn)為是外環(huán)線內(nèi)路網(wǎng)密集化的過程,而中國的規(guī)劃(1968-2017)則是密集化與擴(kuò)張的結(jié)合。與第一階段相比,第二階段聚類系數(shù)、路段長度、效率和密度與其他指標(biāo)的相關(guān)性均有所增加。第五章提出基于交通流數(shù)據(jù)和POI的城市交通需求時(shí)空分布及與建成環(huán)境之間相關(guān)性的分析流程和方法。首先從時(shí)間和空間兩個(gè)維度分析交通需求分布的時(shí)空特性,時(shí)間上包括全天、早高峰、晚高峰三個(gè)尺度的高峰小時(shí)分布及流量比分析;空間上主要分析不同道路的實(shí)際最大服務(wù)交通量。然后基于地理探測器提取建成環(huán)境要素,為分析交通流與建成環(huán)境要素之間的關(guān)系提供了可能。最后利用沈陽市SCATS和POI數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)證分析。研究結(jié)果顯示,88%的交叉口和93%的道路交通流量比集中在0.06-0.10,平均流量比為0.08;高峰小時(shí)流量與日流量之間呈明顯相關(guān)性。交通需求主要分布在相對小部分道路上,占路段總數(shù)約66%的中小型道路只承擔(dān)約38%的流量,而占路段總數(shù)約34%的大中型道路承擔(dān)約62%的流量。在交通流與建成環(huán)境因素的相關(guān)性方面,車道數(shù)量的影響要比其它因素更為顯著。當(dāng)交叉口和道路的車道數(shù)分別超過14和4時(shí),車道資源存在一定程度地浪費(fèi)現(xiàn)象�；诤唵谓Y(jié)構(gòu)性參數(shù)(車道數(shù)量和道路長度)提出的改進(jìn)重力模型可用來估計(jì)特定流量范圍內(nèi)的日流量與高峰小時(shí)流量。第六章提出基于軌跡數(shù)據(jù)和電子地圖的城市居民私家車出行及路徑特性分析方法。首先根據(jù)交通出行的定義對私家車出行進(jìn)行規(guī)則界定,依據(jù)這些規(guī)則進(jìn)行出行劃分,利用地理信息技術(shù)生成私家車出行路徑,對私家車基本出行特征進(jìn)行描述分析。然后分析出行與“出行距離”(物理距離、時(shí)間距離)的相關(guān)性。以私家車出行路徑為基礎(chǔ),借助百度地圖的路徑規(guī)劃功能采集最短路徑(距離和時(shí)間兩個(gè)維度)數(shù)據(jù),比較私家車出行路徑和最短路徑的區(qū)別與偏差程度。最后對出行屬性與其它路網(wǎng)結(jié)構(gòu)屬性之間的相關(guān)性進(jìn)行分析。重慶市私家車出行研究結(jié)果顯示,私家車出行有較大比例并未選擇最短路徑,只有約67%的出行選擇了最短路徑,顯著高于國外居民,且工作日與休息日無顯著區(qū)別。最終選擇的實(shí)際路徑與最短路徑之間的偏差較小;與工作日相比,休息日各項(xiàng)指標(biāo)的偏差更大。路徑選擇情況和偏差在不同出行模式、起始點(diǎn)、駕駛?cè)似�、行程時(shí)間、出行距離等情況下存在一定的差異。除了對“出行距離”的考察,居民的出行與路徑通過的交叉口信號燈數(shù)、節(jié)點(diǎn)的中心性指標(biāo)、出行直接性、物理距離、道路等級、方向變化等皆存在一定的相關(guān)性。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U491
【圖文】：

2.4城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)特性實(shí)證分析本節(jié)擬以廈門市路網(wǎng)為例，利用前文總結(jié)的研究方法和技術(shù)呈現(xiàn)城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)特性的分析細(xì)節(jié)和可能的結(jié)果。并聯(lián)系當(dāng)前國務(wù)院提出的“窄馬路，密路網(wǎng)，街區(qū)開放”規(guī)劃理念，該理念從城市社會(huì)整體發(fā)展的角度出發(fā)，可方便慢行交通，增加社區(qū)活力，提升居民生活幸福感，保障社會(huì)和諧。密度作為路網(wǎng)結(jié)構(gòu)特性的一個(gè)指標(biāo)，本節(jié)嘗試從交通工程的角度分析密度對機(jī)動(dòng)車出行的影響。2.4.1廈門市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)特性本節(jié)以廈門市廈門島區(qū)域路網(wǎng)為研究對象，如圖 2.2 所示。廈門是中國經(jīng)濟(jì)特區(qū)和國家中心城市之一，東南沿海重要的中心城市、港口及旅游城市。2016 年全市擁有人口 392 萬，小汽車保有量 95 萬。借助 ArcGIS、Gephi、DepthmapX 軟件分別進(jìn)行不同拓?fù)涑橄蠼�、信息統(tǒng)計(jì)及可視化顯示。廈門島是廈門市核心區(qū)域，交叉口 1379 個(gè)，路段 2521 個(gè)。首先獲取選定研究區(qū)域 GoogleMap 電子地圖，然后利用 ArcGIS 數(shù)字化形成原始矢量路網(wǎng)[129]，最后將數(shù)據(jù)統(tǒng)一輸出處理，分別在 Gephi 和 DepthmapX 中進(jìn)行結(jié)構(gòu)特性指標(biāo)計(jì)算及可視化顯示。

圖 2.4 特殊節(jié)點(diǎn)（a）特殊節(jié)點(diǎn) k 3,4示意根據(jù)矢量路網(wǎng)的連接情況，將拓?fù)潢P(guān)系輸出表 2.1 所示的結(jié)構(gòu)性指標(biāo)。表 2.1 廈門市原始拓節(jié)點(diǎn)數(shù) 路段數(shù) 里程數(shù)/km 路段平均1379 2521 700.19 271.網(wǎng)絡(luò)直徑 模塊性 圖密度 平均聚類系24 0.849 0.002 0.053 聚類系數(shù)在城市路網(wǎng)中代表交叉口與相網(wǎng)絡(luò)的廣度。經(jīng)計(jì)算，廈門市道路交通網(wǎng)絡(luò)小的聚類系數(shù)。在城市路網(wǎng)中，平均路徑長點(diǎn)要通過盡可能少的連接即可通達(dá)。對于廈這表明兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離比較大，平均需起來；考慮平均路段長度，任意兩點(diǎn)間的平聚類系數(shù)與平均路徑長度是判定小世界

第 2 章 基于網(wǎng)絡(luò)理論的城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)特性則 7.00RandomL ，31.71*10RandomCC 。滿足式（2.20）、（2.21）的判定條件，因此，門市道路交通網(wǎng)絡(luò)為典型的小世界網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)使用空間句法對廈門路網(wǎng)進(jìn)行考察時(shí)，可輸出如圖 2.5 所示的參數(shù)可視化效果左圖選擇度（Choice），考察的是一條道路出現(xiàn)在最短拓?fù)渎窂降拇螖?shù)，與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的介數(shù)對應(yīng)。圖種邊的權(quán)重為 1；當(dāng)權(quán)重為道路長度時(shí)，與此圖類似。非藍(lán)色道路顯出路網(wǎng)中的主要道路，最短路徑經(jīng)過的頻率較多，與主干路對應(yīng)。主要包括：仙岳路湖濱東路、湖濱北路、湖濱中路、湖濱南路、廈禾路、成功大道、云頂中路、環(huán)島干等。右圖集成度（Integration）考察的是路網(wǎng)中任意道路到其他所有道路的標(biāo)準(zhǔn)化距離該路網(wǎng)集成度由中間到四周呈現(xiàn)逐漸擴(kuò)大的趨勢。

本文編號：2771004