一種量化路網(wǎng)特征及其土地利用效應(yīng)的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種量化路網(wǎng)特征及其土地利用效應(yīng)的方法，屬于交通與土地利用規(guī)劃領(lǐng)域。本發(fā)明提供的道路與土地利用相關(guān)性的研究方法先采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)多中心性測(cè)度模型量化道路網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)路段的中心值，然后通過核密度估算和重分類的方法按照中心程度將區(qū)域劃分成不同等級(jí)的子區(qū)，并對(duì)各個(gè)子區(qū)計(jì)算景觀指數(shù)，最后利用Spearman秩相關(guān)分析分別得到道路中心度與土地利用景觀格局之間的相關(guān)系數(shù)。本發(fā)明從地理空間的角度考慮了道路網(wǎng)絡(luò)的中心特性，對(duì)道路網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了度量，相比于傳統(tǒng)的道路特征參數(shù)更好的量化了道路的網(wǎng)絡(luò)特征及其和區(qū)域土地利用之間的互動(dòng)關(guān)系，有利于為交通網(wǎng)絡(luò)與土地利用規(guī)劃提供理論支持。
【專利說明】一種量化路網(wǎng)特征及其土地利用效應(yīng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于交通與土地利用規(guī)劃領(lǐng)域，尤其是涉及一種量化路網(wǎng)特征及其土地利用效應(yīng)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]交通網(wǎng)絡(luò)體系對(duì)城市群經(jīng)濟(jì)發(fā)展及空間結(jié)構(gòu)的形成起著關(guān)鍵作用，在帶來(lái)廣泛社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也改變著周圍的環(huán)境。深入揭示基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)對(duì)自然一人文一社會(huì)一環(huán)境系統(tǒng)的綜合效應(yīng)及發(fā)生機(jī)制，探討調(diào)整和優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)與區(qū)域發(fā)展關(guān)系的機(jī)制與途徑，是交通地理學(xué)的重要研究方向。作為一種由若干線性實(shí)體和鏈接實(shí)體的交匯點(diǎn)組成的典型地理空間網(wǎng)絡(luò)，路網(wǎng)的分布和結(jié)構(gòu)決定了城市內(nèi)部或區(qū)域范圍內(nèi)各點(diǎn)(比如其路網(wǎng)上的節(jié)點(diǎn))的區(qū)位特征，影響著土地利用類型的分布及利用強(qiáng)度，從而改變周邊的景觀格局。
[0003]交通網(wǎng)絡(luò)具有空間地理分布特征和復(fù)雜性結(jié)構(gòu)特征。傳統(tǒng)的對(duì)于交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的研究方法，大多是運(yùn)用圖論、空間句法、分形理論等。圖論思想是將交通網(wǎng)絡(luò)抽象描述為拓?fù)鋱D，通過計(jì)算相關(guān)的度量指標(biāo):β指數(shù)、回路數(shù)、α指數(shù)和Υ指數(shù)，進(jìn)行定量研究，這些指標(biāo)側(cè)重于從宏觀上反映網(wǎng)絡(luò)的連通性，易于進(jìn)行不同地區(qū)間的橫向比較；空間句法通過視覺感知空間與主體運(yùn)動(dòng)心理選擇研究空間拓?fù)鋮?shù)，分析網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性和滲透力；分形理論(劉繼生)是運(yùn)用分形維數(shù)，如長(zhǎng)度維數(shù)、分枝維數(shù)等對(duì)交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的整體形態(tài)和空間分布復(fù)雜性進(jìn)行刻畫。上述傳統(tǒng)研究方法對(duì)交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的研究起到了積極的作用，然而除分形外，其它不能算是嚴(yán)格意義上的空間“復(fù)雜”研究。
[0004]20世紀(jì)末，基于圖論和統(tǒng)計(jì)物理的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論興起，為道路網(wǎng)復(fù)雜性的研究提供了新的支撐。相比較而言，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論作為一種新興的理論方法為深入研究交通網(wǎng)絡(luò)的各種特性及動(dòng)力學(xué)過程與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)間的相互作用等問題奠定了理論基礎(chǔ)，因此吸引了眾多學(xué)者的關(guān)注。但已有成果多偏向基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣y(tǒng)計(jì)參數(shù)進(jìn)行研究，忽略了交通網(wǎng)絡(luò)本體的地理空間屬性，即只考慮了網(wǎng)絡(luò)的連接性，忽視了實(shí)際距離，導(dǎo)致在土地利用相關(guān)分析中不能真實(shí)地反映路網(wǎng)的作用，無(wú)法有效揭示土地利用景觀格局的空間分異規(guī)律。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問題；提供了一種克服了傳統(tǒng)人工分界，如格網(wǎng)或行政區(qū)邊界分區(qū)所帶來(lái)的局限，為進(jìn)一步量化路網(wǎng)與土地利用的關(guān)系提供了有力的分析工具，從而可以有效揭示土地利用景觀格局的空間分異規(guī)律的一種量化路網(wǎng)特征及其土地利用效應(yīng)的方法。
[0006]本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的:
[0007]—種量化路網(wǎng)特征及其土地利用效應(yīng)的方法，其特征在于該方法包括如下驟:
[0008]步驟1，對(duì)道路數(shù)據(jù)與土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；包括對(duì)道路數(shù)據(jù)設(shè)置屬性，進(jìn)行拓?fù)溴e(cuò)誤檢查及構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，對(duì)土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行圖斑融合處理，以消除歸屬地的影響；[0009]步驟2，以多中心性測(cè)度指標(biāo)(MCA)為基礎(chǔ)，對(duì)步驟I中建立的道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)計(jì)算節(jié)點(diǎn)中心度，包括鄰近中心度、中介中心度和直線中心度，路段中心度值為該路段兩端節(jié)點(diǎn)中心度的平均值，根據(jù)此數(shù)值量化路網(wǎng)特征；
[0010]步驟3，分別計(jì)算步驟2中得到的鄰近中心度、中介中心度和直線中心度的核密度；
[0011]步驟4，采用自然間斷點(diǎn)分類法分別將步驟3中的三個(gè)中心度的核密度結(jié)果分成10級(jí)，得到三個(gè)中心度分級(jí)結(jié)果圖；
[0012]步驟5，將步驟4中得到的三個(gè)中心度分級(jí)結(jié)果與步驟I中融合后的土地利用數(shù)據(jù)分別進(jìn)行空間疊加操作，得到土地利用鄰近中心度分級(jí)結(jié)果、中介中心度分級(jí)結(jié)果和直線中心度分級(jí)結(jié)果；(等級(jí)分別為1、2、3……10)。其中空間疊加操作采用ArcGIS模塊進(jìn)行。
[0013]步驟6，根據(jù)步驟5得到的土地利用鄰近中心度分級(jí)結(jié)果將土地利用數(shù)據(jù)分成10個(gè)子區(qū)，然后分別計(jì)算各子區(qū)的土地利用景觀指數(shù)；根據(jù)土地利用中介中心度分級(jí)結(jié)果將土地利用數(shù)據(jù)分成10個(gè)子區(qū)，然后分別計(jì)算各子區(qū)的土地利用景觀指數(shù)；根據(jù)土地利用直線中心度分級(jí)結(jié)果將土地利用數(shù)據(jù)分成10個(gè)子區(qū)，然后分別計(jì)算各子區(qū)的土地利用景觀指數(shù)。
[0014]步驟7，將步驟6中得到的各子區(qū)土地利用景觀指數(shù)與各子區(qū)所屬的中心度等級(jí)進(jìn)行Spearman秩相關(guān)性分析，分別得到鄰近中心度與土地利用景觀指數(shù)間的相關(guān)性系數(shù)、中介中心度與土地利用景觀指數(shù)間的相關(guān)性系數(shù)和直線中心度與土地利用各景觀指數(shù)間的相關(guān)性系數(shù)。分析這三種中心度對(duì)土地利用的效應(yīng)。其中相關(guān)性分析采用SPSS17.0模塊完成。
[0015]在上述的一種量化路網(wǎng)特征及其土地利用效應(yīng)的方法，步驟I的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下，
[0016]步驟1.1，對(duì)道路數(shù)據(jù)中各路段添加速度屬性；
`[0017]步驟1.2，對(duì)步驟1.1得到的道路數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)溴e(cuò)誤檢查，其中拓?fù)錂z查規(guī)則包括不能有偽節(jié)點(diǎn)，不能有線重合(不同要素間)，不能自覆蓋，不能有線交叉(不同要素間)，不能有線自交叉；
[0018]步驟1.3，對(duì)步驟1.2得到的道路數(shù)據(jù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，形成道路網(wǎng)絡(luò)，其中道路網(wǎng)絡(luò)邊的屬性設(shè)置成通行時(shí)間，為路段長(zhǎng)度除以路段速度。
[0019]步驟1.4，對(duì)土地利用數(shù)據(jù)根據(jù)利用類型字段進(jìn)行融合處理。
[0020]在上述的一種量化路網(wǎng)特征及其土地利用效應(yīng)的方法，步驟2中多中心性測(cè)度指標(biāo)(MCA)計(jì)算公式如下:
[0021]中心度計(jì)算一:鄰近中心度CiS該點(diǎn)與圖中所有其他點(diǎn)的捷徑距離(即捷徑中包含的線數(shù))之和的倒數(shù)，衡量節(jié)點(diǎn)的全局中心度。
N-\
[0022]
[0023]N為節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)，為節(jié)點(diǎn)1、節(jié)點(diǎn)j間通行時(shí)間。鄰近中心度是一個(gè)全局測(cè)度，能夠揭示道路網(wǎng)絡(luò)的中心。鄰近中心度指標(biāo)較高的節(jié)點(diǎn)至其他道路節(jié)點(diǎn)的可達(dá)性較好，在網(wǎng)絡(luò)中交通流傳播的速度和影響范圍均較大。
[0024]中心度計(jì)算二:中介中心度Qb:指網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的最短路徑(以所用時(shí)間衡量)中經(jīng)過該點(diǎn)的數(shù)量比例之和，衡量點(diǎn)的中介作用。
【權(quán)利要求】
1.一種量化路網(wǎng)特征及其土地利用效應(yīng)的方法，其特征在于，該方法包括如下驟: 步驟1，對(duì)道路數(shù)據(jù)與土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；包括對(duì)道路數(shù)據(jù)設(shè)置屬性，進(jìn)行拓?fù)溴e(cuò)誤檢查及構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，對(duì)土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行圖斑融合處理，以消除歸屬地的影響； 步驟2，基于多中心性測(cè)度指標(biāo)，對(duì)步驟I中建立的道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)計(jì)算節(jié)點(diǎn)中心度，包括鄰近中心度、中介中心度和直線中心度，路段中心度值為該路段兩端節(jié)點(diǎn)中心度的平均值，根據(jù)此數(shù)值量化路網(wǎng)特征； 步驟3，分別計(jì)算步驟2中得到的鄰近中心度、中介中心度和直線中心度的核密度；步驟4，采用自然間斷點(diǎn)分類法分別將步驟3中的三個(gè)中心度的核密度結(jié)果分成10級(jí)，得到三個(gè)中心度分級(jí)結(jié)果圖； 步驟5，將步驟4中得到的三個(gè)中心度分級(jí)結(jié)果與步驟I中融合后的土地利用數(shù)據(jù)分別進(jìn)行空間疊加操作，得到土地利用鄰近中心度分級(jí)結(jié)果、中介中心度分級(jí)結(jié)果和直線中心度分級(jí)結(jié)果； 步驟6，根據(jù)步驟5得到的土地利用鄰近中心度分級(jí)結(jié)果將土地利用數(shù)據(jù)分成10個(gè)子區(qū)，然后分別計(jì)算各子區(qū)的土地利用景觀指數(shù)；根據(jù)土地利用中介中心度分級(jí)結(jié)果將土地利用數(shù)據(jù)分成10個(gè)子區(qū)，然后分別計(jì)算各子區(qū)的土地利用景觀指數(shù)；根據(jù)土地利用直線中心度分級(jí)結(jié)果將土地利用數(shù)據(jù)分成10個(gè)子區(qū)，然后分別計(jì)算各子區(qū)的土地利用景觀指數(shù)；步驟7，將步驟6中得到的各子區(qū)土地利用景觀指數(shù)與各子區(qū)所屬的中心度等級(jí)進(jìn)行Spearman秩相關(guān)性分析，分別得到鄰近中心度與土地利用景觀指數(shù)間的相關(guān)性系數(shù)、中介中心度與土地利用景觀指數(shù)間的相關(guān)性系數(shù)和直線中心度與土地利用各景觀指數(shù)間的相關(guān)性系數(shù)，分析這三種中心度對(duì)土地利用的效應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種量化路網(wǎng)特征及其土地利用效應(yīng)的方法，其特征在于，步驟I的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下， 步驟1.1，對(duì)道路數(shù)據(jù)中各路段添加速度屬性； 步驟1.2，對(duì)步驟1.1得到的道路數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)溴e(cuò)誤檢查，其中拓?fù)錂z查規(guī)則包括不能有偽節(jié)點(diǎn)，不能有線重合，不能自覆蓋，不能有線交叉，不能有線自交叉； 步驟1.3，對(duì)步驟1.2得到的道路數(shù)據(jù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，形成道路網(wǎng)絡(luò)，其中道路網(wǎng)絡(luò)邊的屬性設(shè)置成通行時(shí)間，為路段長(zhǎng)度除以路段速度； 步驟1.4，對(duì)土地利用數(shù)據(jù)根據(jù)利用類型字段進(jìn)行融合處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種量化路網(wǎng)特征及其土地利用效應(yīng)的方法，其特征在于，步驟2中多中心性測(cè)度指標(biāo)(MCA)計(jì)算公式如下: 中心度計(jì)算一:鄰近中心度Qe:該點(diǎn)與圖中所有其他點(diǎn)的捷徑距離之和的倒數(shù)，衡量節(jié)點(diǎn)的全局中心度:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種量化路網(wǎng)特征及其土地利用效應(yīng)的方法，其特征在于，步驟3中核密度估算公式如下:
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103823951SQ201410107962
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】劉耀林, 王慧敏, 焦利民, 危小健 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)