一种城市群综合交通评价方法

1.本发明涉及综合交通运输技术领域，尤其是涉及一种城市群综合交通评价方法。


背景技术：

2.城市群是城市发展到成熟阶段的空间组织形式，主要承担新型城镇化建设和区域经济协调发展两大任务。在城市群一体化协调发展的背景下，研究城市群经济联系强度与可达性之间的关系意义重大。现有技术中常运用引力模型、改进的引力模型、加权平均旅行时间等，并结合gis技术的网络分析功能，测算城市群可达性和经济联系强度之间的关系。这类研究方法，对于城市群联系强度、可达性等研究中，联系强度缺乏综合考虑经济联系强度与出行联系强度，联系强度与可达性关系的研究不够深入。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供了一种城市群综合交通评价方法，用于解决以往城市群综合交通评价对于区域经济一体化考虑不充分的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种城市群综合交通评价方法，包括如下步骤：
6.s1、基于城市间的出行联系强度和经济联系强度计算城市群综合联系强度；
7.s2、基于栅格方法计算城市间的综合交通可达性时间，并进行归一化处理；
8.s3、计算综合联系强度和综合交通可达性时间的耦合度，并划分耦合等级。
9.优选的，所述s1具体过程如下：
10.s11、根据百度迁徙数据来计算出行联系强度，计算公式如下：
11.tr
ab
＝p
ab
×
sa×
1000(1)
12.式中，tr
ab
为a市迁入b市的出行联系强度；p
ab
为a市迁入b市的迁徙分布数据；sa为a市迁移规模指数；
13.s12、基于npp/viirs夜间灯光数据分析城市间的经济联系强度；
14.(1)城市规模
15.城市规模的大小可以用平均灯光强度来衡量，计算公式如下：
[0016][0017]
式中，anli为平均灯光指数；dni为区域内第i级的灯光亮度；ni为区域内第i级的灯光亮度的像元总数；n为区域内所有的亮值像元总数；n
max
为最大灯光亮度。
[0018]
(2)经济联系强度
[0019]
利用城市引力模型测算城市间的联系强度，计算公式如下：
[0020][0021]
式中，er
ab
为a城市与b城市的联系强度；k为引力常数，取k＝1；pa、pb分别为两城
市的城市规模，用平均灯光强度代替；l
ab
为两城市间的距离；n为距离衰减系数，取n＝1；
[0022]
s13、将上述出行联系强度和经济联系强度的原始数据进行线形变换，使结果落到[0,1]区间，转换函数如下：
[0023][0024]
式中，max为样本数据的最大值，min为样本数据的最小值；
[0025]
s14、基于出行联系强度与经济联系强度计算城市群综合联系强度；
[0026]
cr
ab
＝αtr
ab
+βer
ab
(5)
[0027]
式中，cr
ab
为城市群的综合联系强度；α、β为权重，α＝β＝0.5。
[0028]
优选的，所述s2具体过程如下：
[0029]
s21：计算栅格时间成本，通行时间成本以出行栅格所需的时间来衡量；
[0030][0031]
式中，t为通行时间成本，单位min；l为栅格单元边长，取1000m；v为通行速度，单位km/h；
[0032]
s22：可达性计算，将城市中心点作为耗费距离源点，耗费值作为耗费图层，计算每个栅格通过交通网络到达最近城市中心点所花费的时间；
[0033][0034]
式中，ai为可达性时间，单位min；ti为第i个栅格的耗费值，单位min；t
i+1
为第i+1个栅格的耗费值，单位min；n为栅格总数；
[0035]
s23、对交通可达性时间进行归一化处理，用ct
ab
表示。
[0036]
优选的，所述s3具体过程如下：
[0037]
s31、从综合联系强度和综合交通可达性两方面入手，计算两者的耦合度；
[0038][0039]
式中，c为耦合度，值在0-1之间，值越大表明二者发展越耦合，反之则发展越不耦合；cr
ab
和ct
ab
分别代表标准化后的综合联系强度和综合交通可达性；a、b为权重，a＝b＝0.5；k为调节系数，k＝3；
[0040]
s32、引入相对发展度模型计算两者的相对发展程度，计算公式如下：
[0041][0042]
式中，e为相对发展度，如果0≤e《0.8，则认为综合联系强度滞后，如果e≥0.8，则认为综合交通可达性滞后型。
[0043]
s33、根据耦合度的大小分为低度耦合、中度耦合和高度耦合三个等级，每个等级再依据相对发展度进一步划分为综合联系强度滞后和综合交通可达性滞后。
[0044]
综上，本发明采用上述城市群综合交通评价方法，具有如下优点：
[0045]
1、提出了城市群综合联系强度的概念，从出行联系强度与经济联系强度两个方面
进行研究城市群之间的联系强度，相比以往仅从出行联系强度或经济联系强度，综合联系强度能更加全面表征城市群内城市之间的相互联系。
[0046]
2、城市群综合交通评价时，除了考虑综合交通可达性之外，还考虑可达性与综合联系强度之间的耦合关系，有利于促进综合交通与区域经济的协调发展，实现城市群高质量发展。
附图说明
[0047]
图1为本发明实施例的总体流程图；
[0048]
图2为本发明实施例选用的关中平原城市群的范围图；
[0049]
图3为本发明实施例中城市群出行联系强度分析图；
[0050]
图4为本发明实施例中城市群经济联系强度对比图；
[0051]
图5为本发明实施例中城市群出行联系强度对比图；
[0052]
图6为本发明实施例中城市群综合联系强度分析图；
[0053]
图7为本发明实施例中城市群交通网示意图；
[0054]
图8为本发明实施例中城市群综合交通可达性分析图；
[0055]
图9为本发明实施例中城市群耦合度分析图。
具体实施方式
[0056]
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
[0057]
如图1所示，城市群综合交通评价时，首先基于城市间的出行联系强度和经济联系强度计算城市群综合联系强度，然后基于栅格方法计算城市间的综合交通可达性时间，并进行归一化处理，最后计算综合联系强度和综合交通可达性时间的耦合度，并划分耦合等级。
[0058]
如图2所示，基于关中平原城市群的数据对本发明方法进行拆分详解。其中，百度迁徙数据来源于百度地图2019年的迁徙规模指数和迁徙分布数据；社会经济数据(gdp、人口数据)均来源于《西安统计年鉴2019》；交通道路数据来源于osm官网(https://download.geofabrik.de/asia/china.html)，速度数据来源于《公路工程技术标准(jtcb01-2014)》、中国铁路12306(https://www.12306.cn/)及中国动车组(https://www.china-emu.cn/)。
[0059]
一、城市群综合联系强度
[0060]
s11、出行联系强度
[0061]
根据百度迁徙数据计算出行联系强度，百度迁徙数据包括：1)迁徙规模指数，反映指定日期城市的城际客流规模，能够进行横向对比；2)迁徙分布数据，反映指定日期城市迁入和迁出的分布比例。上述数据的乘积可反映不同城市之间的迁徙规模，具有可对比性。扩大1000倍能够在一定程度上表征城市间的迁徙人口指数，反映城市的出行联系强度。
[0062]
tr
ab
＝p
ab
×
sa×
1000(1)
[0063]
式中：tr
ab
为a市迁入b市的出行联系强度；p
ab
为a市迁入b市的迁徙分布数据；sa为a市迁移规模指数。
[0064]
出行联系强度计算结果如图3所示，11个节点代表城市群中的11个城市，弧线与节
点的接触面积(弦的粗细)表示两个城市时间的出行联系强度。
[0065]
s12、经济联系强度
[0066]
基于npp/viirs夜间灯光数据分析城市间的经济联系强度。
[0067]
(1)城市规模
[0068]
城市规模的大小可以用平均灯光强度来衡量，计算公式如下：
[0069][0070]
式中，anli为平均灯光指数；dni为区域内第i级的灯光亮度；ni为区域内第i级的灯光亮度的像元总数；n为区域内所有的亮值像元总数；n
max
为最大灯光亮度。
[0071]
(2)经济联系强度
[0072]
利用城市引力模型测算城市间的联系强度，计算公式如下：
[0073][0074]
式中，er
ab
为a城市与b城市的联系强度；k为引力常数，取k＝1；pa、pb分别为两城市的城市规模，用平均灯光强度代替；l
ab
为两城市间的距离；n为距离衰减系数，表示联系强度随距离增加或减少的变化情况，根据相关研究结果，n＝1时近似符合国家尺度空间联系情况；n＝2时反映省区尺度空间联系状态并且与牛顿万有引力模型一致，因此本文取n＝1。
[0075]
利用arcgis10.7软件中的自然断点法将城市间出行联系强度和经济联系强度分为五级，结果如图4、图5所示。以西安市、咸阳市、渭南市为顶点组成的“三角形”是城市群经济联系主轴，通过对比分析出行联系强度和经济联系强度，得出：一般而言，经济联系强度与出行联系强度呈现正相关，即经济联系强度大的，出行联系强大也大。但部分城市之间出现不匹配的现象，最明显的是西安市与铜川市出行联系强度较大，但经济联系强度并不大。
[0076]
s13、综合联系强度
[0077]
将上述出行联系强度和经济联系强度的原始数据进行线形变换，使结果落到[0,1]区间，转换函数如下：
[0078][0079]
式中：max为样本数据的最大值，min为样本数据的最小值。
[0080]
s14、出行联系强度与经济联系强度权重分别为0.5，得出城市群综合联系强度。
[0081]
cr
ab
＝0.5tr
ab
+0.5er
ab
(5)
[0082]
城市群综合联系强度计算结果如表1所示。
[0083]
表1城市群联系强度计算结果(部分)
[0084]
[0085][0086]
利用arcgis 10.7软件中的自然断点法将城市群综合联系强度分为五级，如图6所示。可以看出，西安市与周边商洛市、宝鸡咸阳市、渭南市联系强度最大，与西安市作为中心城市的地位一致，西安是城市群的交通枢纽，对外联系最为便捷；同时运城市与临汾市、渭南市综合联系强度较大，商洛市虽然靠近运城市，但与运城市之间的综合联系强度并不大。
[0087]
二、城市群综合交通可达性
[0088]
s21：栅格时间成本计算
[0089]
通行时间成本以出行1km的栅格所需的时间来衡量：
[0090][0091]
式中：t为通行时间成本(min)；l为栅格单元边长，取1000m；v为通行速度(km/h)；考虑到铁路和高速的封闭性，利用缓冲区工具生成铁路和高速的缓冲区。通行时间成本值如表2所示。
[0092]
表2路网通行时间成本
[0093][0094]
s22：可达性计算
[0095]
将城市中心点作为耗费距离源点，耗费值作为耗费图层，计算每个栅格通过交通网络到达最近城市中心点所花费的时间，计算公式如下：
[0096][0097]
式中：ai为可达性时间(min)；ti为第i个栅格的耗费值(min)；t
i+1
为第i+1个栅格的耗费值(min)；n为栅格总数；ai越小，说明所花费的时间越短，交通可达性越高。
[0098]
s23、对交通可达性时间进行归一化处理，用ct
ab
表示。
[0099]
将综合交通可达性划分为五个等级，如图8所示。总体来看，交通可达性呈现“东高西低”的态势。西安市与咸阳市之间的出行时间较短，具有较高的可达性，与西咸一体化发展的目标一致，其次西安市与渭南市、商洛市之间交通便利，可达性显著高于其他城市之间的。宝鸡市与平凉市之间交通可达性较低，可见两市之间的交通不够便捷，咸阳市与平凉市之间也存在同样的问题。
[0100]
三、耦合度
[0101]
s31、从综合联系强度和综合交通可达性两方面入手，使用两者的耦合度来表征其协调性，两者耦合度越高则协调性越好，计算公式：
[0102][0103]
式中：c为耦合度，值在0-1之间，值越大表明二者发展越耦合，反之则发展越不耦合；cr
ab
和ct
ab
分别代表标准化后的综合联系强度和交通可达性。
[0104]
表3城市群耦合度计算结果(部分)
[0105][0106][0107]
s32、相对发展度、耦合度模型虽然可以判断综合联系强度与综合交通可达性的耦合程度，却难以判断两者的优先滞后情况，故引入相对发展度模型计算两者的相对发展程度，计算公式如下：
[0108][0109]
式中，e为相对发展度，如果0≤e《0.8，则认为综合联系强度滞后，如果e≥0.8，则认为综合交通可达性滞后型。
[0110]
s33、参考姚一民、段梅花等学者的分类标准，对耦合度分级，以便更加清晰的分析城市群的耦合度，其结果如表4所示。
[0111]
表4城市群综合联系强度与交通可达性耦合度类型划分标准
[0112][0113]
根据耦合度方法计算城市群综合联系强度与交通可达性的耦合度，将耦合度划分为三个等级，其结果如图9所示。
[0114]
(1)低度耦合，主要以宝鸡市和渭南市为核心，与甘肃省(天水市、平凉市和庆阳市)和山西省(运城市、临汾市)的耦合度低，说明宝鸡市和渭南市虽然地处两省分界处，但与邻省的综合联系强度与交通可达性并不耦合。从表 5可以看出，西安市—运城市、庆阳市—运城市、天水市—西安市处于交通可达性滞后-低度耦合。因此，应该加强这些城市之间的交通基础设施建设，提高交通可达性，对于综合联系强度滞后—低度耦合的类型，应该促进城市间的经济交流，借助较好的交通可达性，增大彼此间的出行强度，进而促进经济发展。
[0115]
(2)中度耦合，大多数城市处于中度耦合状态，以商洛市、铜川市为代表，综合联系强度与交通可达性是相匹配的，呈现协调发展的状态。
[0116]
(3)高度耦合，以西安市、运城市为代表，与周边的城市呈现高度融合状态，城市间的联系与交通基础设施的建设相互促进，融合发展。
[0117]
(4)西安市与周边城市的耦合度呈现“中心-边缘”的分布，西安市作为城市群的枢纽，在促进城际联系方面发挥了重要的作用，可以看出西安市与周边城市(宝鸡、咸阳、铜川、渭南)联系紧密，具有较好的交通可达性，两者耦合程度较高。但西安市与边缘城市(天水市、运城市)耦合度低，因此，西安市应加强与边缘城市的交通联系，进而提高彼此的综合联系强度。
[0118]
表5城市群耦合度类型
[0119][0120][0121]
以上是本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不应局限于此。任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此本发明的保护范围应以权利要求书所限定的保护范围为准。