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1、精品论文基于粒度思想的道路网交通小区划分方法黄长青（武汉大学遥感信息工程学院）5摘要：本文基于粒度的思想，将交通小区定义为了满足不同信息粒度的需求，在道路交通网络模型构建和相关交通调查、规划、控制与管理的交通分析中按照一定的原则将道路交通 网络信息划分为一系列的逻辑小区，并以相应的粒度综合概括其信息，而对其细节进行模 糊。该方法以用不同粒度的道路交通信息粒来满足人们对道路交通网络的现实需求。关键词：地理信息系统；交通小区; 粒度; 粒化10中图分类号：P28A Tansportation Zone Partition Method for Road NetworkBased on Inform
2、ation GranularityHUANG Changqing15(School of Remote Sensing Information Engineering, Wuhan University)Abstract: In this paper, the road network is partitioned into many logic zone named transportationzone based on the information granularity. The transportation zones present the essentialinformation
3、 and dont present its detail used for road network model building and its20 transportation analysis. The zones can be satisfied of different information granularityrequirement.20Key words: GIS；Tansportation Zone; Granularity; Granularity Partition0引言交通小区（Zone）的概念来源于道路交通网 OD 调查。为了了解交通源于交通源之间的 交通流信息，鉴
4、于区域内交通流的数目众多，不可能对每一个交通源都进行单独研究，再交25通分析过程中需要按照一定的原则和行政区将交通源划分为一系列的小区，这些小区即称为 交通小区1。而文献2中则定义交通小区为一种交通方式的交叉点或是两种以上交通方式的 衔接点，并且有社会、经济指标，可以没有准确的边界；交通小区的划分和行政区域具有不 完全的重合性。而城市区域的交通规划一般是根据对该区域所划分的交通分区进行的。另外， 在交通通行能力分析中，还有一个交织区的概念，即指行驶方向相同的两股或多股交通流，30沿着相当长的路段，不借助交通控制设施进行的交叉，当合流区后面紧连着一分流区，或当 一条驶入匝道紧连着一条驶出匝道，并
5、在两者之间有辅助车道连接时，就构成了交织区3。 另外，其他现实管理中，还有居民小区等说法，如因街道、单位、居民区而设立的街道办和 居委会等，实际上交通流的产生和规律与它们也有着紧密联系。而实际上，人类对客观世界的认知过程总是由粗到细、由简到繁、由表及里的，人们对35事件的兴趣度也是因人而异，随时变化的，而决定事件兴趣度的因素主要是该事件的信息含 量。道路网本身也存在着这种规律4,5.本文基于粒度的思想，将交通小区定义为了满足不同 信息粒度的需求，在道路交通网络模型构建和相关交通调查、规划、控制与管理的交通分析 中按照一定的原则将道路交通网络信息划分为一系列的逻辑小区，并以相应的粒度综合概括基金
6、项目：高等学校博士学科点专项科研基金资助（20090141120004）作者简介：黄长青（1977-），男，讲师，主要研究方向：交通 GIS；网络 GIS. E-mail: - 2 -其信息，而对其细节进行模糊。401交通小区定义和划分的目的和意义交通小区定义和划分的目的和意义主要体现在以下几个方面：1)将交通流信息与交通小区所对应的人口、经济等社会经济指标联系起来；2)人们所关心的对象是不同的，有层次的，将交通小区的内部特征与人们认识和关注 的兴趣度联系起来，符合人类认知规律；453)交通小区的合并与分割与粒计算中的基本操作一致，便于利用粒计算进行交通信息 的粒化表达；4)便于将交流流信息在
7、空间上的分布状况用交通小区之间的交通分布图表现出来，避 免用道路等线性方式表达的不显著特点；5)粒度层次表现出空间对象间一定的从属关系,它在导航,定位等方面有重要应用价50值6)可以根据应用的需要来设置粒度，从而得到满足应用要求的空间对象层次关系；7)粒度层次为定性空间表示和推理提供了一条新的途径；8)便于采用交通分配理论来模拟道路网上的交通流。2交通小区的划分方法55交通小区的划分是应该紧紧围绕交通分析需要的信息粒度来进行的，不同需求所要求划 分的交通小区的精细程度是不同的。区域的交通出行规律是另一个应该考虑的主要因素，力 图使不同性质的交通出行归属相应的交通小区，即使交通小区的范围与其所辖
8、区域的交通出 行特征相对应，以期在满足交通分析信息粒度的前提下，尽量减少交通小区的数目。当然， 交通小区的划分还应该尽量的结合实际区域（如行政区、居民区等）的边界，以更好的与其60人口、经济等社会经济指标相联系，也能更好的与日常管理保持一致。 应用商空间法可将整个道路网络用一个三元组 ( X , f , T ) 描述一个问题。X 表示问题的论域，如分析交通小区； f 表示论域上(元素) 的属性集，即此处的交通小区，可用函数f : X Y 表示；T 是论域的结构,指论域 X 中各元素的相互关系，对于交通小区而言，既 包括其自身的各种属性结构，也包括其相互间的空间拓扑关系。因此，对于交通小区分析或
9、65求解的问题 ( X , f , T ) ,就转化为对论域 X 及其有关的结构、属性进行分析、研究。当 X 很复杂时,用比较“粗”的粒度来考察问题,即将论域中的子集当作新的元素进行研究,也就是对 论域 X ，在其上给定一个等价关系 R ，对应与 R 的商集 X ,然后将 X 当作新的论域，对 它进行分析、研究。故不同粗细粒度的交通小区就可用等价关系转换，以不同新元素而构成 的新空间表示。70交通小区的划分就归结为交通小区的不同粒度表示。问题的不同粒度表示对应于不同的 等价关系 R ,也就是不同的粒度,只不过是对论域进行不同的划分而已。因此, 因此，划分就是构成不同粒度世界的方法,可依据结果Y
10、 对 X =类。具体说,可以有下述划分法6：f -1 (Y ) 进行分类, 也可直接对 X 进行分(1) 属性划分法：即将属性相同或相似的元素归为一类.75(2) 投影划分法：若元素 x 的属性函数是多维的,如有 n 个属性函数分量 f1 , f 2 ,L , f n , 若暂不考虑其中i 个属性 f1 , f 2 ,L , fi, 将 f i +1 , f i + 2 ,L , f n 属性相同的元素归为一类。(3) 结构划分法：把结构上或功能上关系密切的元素分为一类。- 3 -(4) 约束划分法：设有 n 个约束条件C1 , C2 ,L , Cn,那么可按Ci 进行划分。实际问题求解中，粒
11、度的划分有时是动态的，即先进行一次分类，在这个粒度上进行推80理与分析，得到一定的性质，问题初步明确后，再进一步分类，直至问题的解决。对于交通 小区的划分而言，可综合应用属性划分法和结构划分法，这样既考虑了交通小区之间的空间 拓扑关系，也考虑了其属性相关性。鉴于两者的复杂性，本文将交通小区之间的空间拓扑关 系按交通分析的基本方法转换为连通度、便捷度、紧凑度等几个基本参量。一般说来，粒度 的选择与划分，与问题所属的领域的具体知识密切相关。因此交通小区的信息粒度可由小区85的经济发展程度、连通度、便捷度、紧凑度以及实物和行政边界影响等几个方面衡量。1)经济发展程度（记为 F1 ） 一个小区的交通生
12、成量的大小与该小区及其相邻小区的城区面积、国内生产总值、人均GDP 等经济指标相关，经济越发达，小区信息粒度就越大。F1 = K1Si Si+ K 2GiGi+ K 3Di Di(式 1)90其中， K1 , K 2 , K 3 为修正系数； S i , Gi , Di 分别为交通小区i 的面积、GDP 和人均 GDP。2)连通度（记为 F2 ） 即交通小区与相邻小区的联系，可以用小区之间通道数目和等级等因素来衡量。ma j H ij N ijF =j =1(式 2)2n m a j H ij N iji =1j =195100其中，a j 为 j 等级道路的连通度影响参数；H ij , N
13、ij 分别为交通小区i 内的 j 等级道路长 度和道路数目；n 为路网交通小区数目。道路等级越高，高等级道路条数越多，小区的信息粒度也就越大。表 3-1 为道路的等级对连通度的影响参数。表 1 道路等级对连通度的影响参数Tab.1 The Road Grade Parameter Influence Its Connectivity公路等级高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路aj1.210.80.70.63)便捷度（记为 F3 ）其由交通小区与公路网中心的距离及交通小区到中心区的平均车速决定，便捷度越高， 信息粒度就越大。LiF3 = K 4 n+ K vi5 Vi(式 3)Lii =11
14、05其中， Li , vi 分别为交通小区 i 到中心区的距离和平均车速；Vi 为路网的平均车速。K 4 , K 5 为修正系数；- 7 -1104）紧凑度（记为 F4 ）交通小区的紧凑度描述了小区内部的道路网密度以及小区中心到小区出口的平均时间。 交通小区紧凑度越大，其信息粒度就越大。道路网密度是道路交通网络性能的重要指标，为道路网路线总长与用地总面积的比值。nliD = i =1 (式 4)S其中， D 为道路网密度，li 为第i 条路线的长度，n 为路网路线总数， S 为用地总面积。 因此交通小区的紧凑度为：F4 = K 6n l内iV7 i =1 + K内S内R(式 5)115120其
15、中，l内i 为第i 条路线的长度， n 为小区内路网路线总数， S内 为用地总面积，V内 为小 区内平均时速， R 为小区平均“半径”, K 6 , K 7 为修正系数。4）实物与行政边界影响度（记为 F5 ）交通小区的划分要尽量的考虑地表实物边界与行政管理范围边界，边界越吻合，其影响 度就越小,而其信息粒度就越大。实物边界和形状管理范围也是有不同层次的，同时也越交通小区的范围大小有关。因此实物与行政边界影响度 F5 可由下式表示：N F5 = K8S内(式 6)125其中， N 为小区内所包含其下一粒度级所对于的实物或形状范围边界的总数，S内 为用 地总面积，, K 8 为修正系数。综合上述
16、几个方面的因素，结合交通管理等政策性影响因素，交通小区的信息粒度可由下式计算：15Gran(Zonei ) = K 9 F+ F2+ F3+ F4+ F (式 7)130135其中 K9 为政策影响因素。 对于整个道路网的交通小区划分，往往是需要根据整个道路网情况及应用需求情况确定交通小区划分的信息粒度等级以及数量，并依据交通小区信息粒度的计算方法，将整个路网 划分为信息粒度相近的多个交通小区，如图 1 所示。3方法应用实验参考香港 CTS-3（The Third Comprehensive Transport Study）模型，在构建自适应道 路网数据模型（Adaptive Road Net
17、work Data Model,ARNDM）中进行交通小区的动态划分。 对城市区域表示的详细程度，主要取决于交通小区的大小。对城市区域交通流的分析一 般不注意对每个交通小区内部交通流的分析；采用形心与形心连接线的表示，只能保证各交 通小区间交通流分析的正确性。如果交通分析人员对某一交通小区内的交通流感兴趣，则可 以将该交通小区划分成更小的小区，并清晰地表示出这些小区间的道路网络。这样进行详细 的分析可能更精确些。然而，随着交通小区数的增加和网络规模的扩大，分析成本（包括直140接分析成本以及数据搜集的成本）将急剧上升。因此，只有权衡所要求的精度与所具有的资金后，才能确定所能分析网络的规模及划分
18、交通小区的详尽程度。145150155图 1 交通小区的划分Fig.1 Transportation Zone Partition每个交通小区的大小有所不同，可以是一个城市块，整个街区或者是城市区域内的一条 街（如图 2 所示）。交通小区的数量也可以从几个到几千个不等，每个交通小区用一个称为 形心的点、形心连接线及其边界来表示（如图 3 所示）。形心实际上是交通小区的几何重心。城市网络的表示还包括许多其他点，例如交叉口、 公共汽车站以及其他交通设施的节点。然而，形心是其“源点”和“漏点”，即交通由此产 生，到此终止。图 2 交通小区的范围 Fig.2 Transportation Zone图
19、3 交通小区的表达Fig.3 Representation of Transportation Zone160165170175图 4 是一个由四条双向道路环绕的交通小区。小区中间的节点即为其形心。形心通过特殊的连接路段（也成为“连接线”或“虚路段”）与道路网连接起来。图中的形心是出行起 点，因此所有连接线的方向是离开形心指向道路网其他节点的。如果形心也是出行终点，那 么就要增加指向形心的连接线。图 4 由四条双向道路环绕的交通小区Fig.4 Transportation Zone Surround with 4 Road形心是交通小区中所有实际起终点的聚合。形心连接线集中代表着交通小区内普遍
20、存在 的道路网络。如果实际的起终点在交通小区内均匀分布，那么连接线上的交通时间就可用小 区形心与适应点间的交通时间来表示。如果实际起终点的分布是非均匀的，那么各连接线对 应的交通时间就应加权求得。形心也可与公交网络中的节点直接相连。这种情况下，连接线代表上车线和下车线。与 形心相连的上车线的阻抗为步行到车站的时间、等车时间以及车费；而下车线的阻抗表示从 车站步行到形心的时间。我们把形心连接线看成是具有固定交通时间的路段。或者说，连接线上的交通时间不随 交通流量而变化，因此这些路段仅表示普遍存在的道路子网络，并不表示某种特定的设施。 同样，上车线和下车线对应的时间和成本因素也不随交通流量变化。1
21、80185190本文中对交通小区的形心位置的选择，采用小区交通流的集中点，而不是小区小区几何中心或行政中心。同时考虑小区中心与道路交叉连接点的连接，一般将形心设在小区内重要 路口附近。而对小区连接线则一般是形心与具有转向交通流的最为重要的交叉口连接点连 接，而不是直接与没有岔路分流的路段上。对于特殊情况，若交通小区若在地理上有明显的 出入口，则直接与该出入口所对应的连接点相连。另外考虑实际中过境道路的等级高、车速 快分担市区交通流少等特点，一般不将小区连接性与过境道路相连。4结论基于粒度思想可将道路交通信息粒化表达，对不同道路单元以相应规则粒化，道路单元 之间的关系，则用粒的关系来表达，以用不
22、同粒度的道路交通信息粒来满足人们对道路交通 网络的现实需求。与多尺度道路网模型不同，交通信息粒化是以信息粒度为原则和标准进行 的交通信息综合抽象和分级细化，与具体采用的地图表达比例尺无直接关系；而多尺度道路 网模型中对道路网的表达主要是根据不同比例尺表达对数据的要求来进行的，信息粒度并非 最主要的考虑因素。参考文献 (References)1952001 王凤侠, 陈红. 在交通预测中应用 TRIPS 软件对交通小区问题的处理研究J. 西安工业学院学报,2005,125(13):281-2852 陈芳, 李娟.基于覆盖度的公路网交通生产预测方法J.公路工程与运输,2004,126(2):20-223 张亚平, 裴玉龙.道路通行能力研究现状及发展综述J. 交通运输工程学报, 2002, 2(2):94-974 沈建武, 严宝杰. 道路网规模系统的多级递阶结构技术J. 武汉城市建设学院学报,1996,13(4):63-66 5 郭大忠, 冯晓. 城市规划中合理路网密度问题的探讨J. 重庆交通学院学报,2003,2(1):52-556 张燕平, 张铃, 吴涛.不同粒度世界的描述法商空间法J. 计算机学报. 2004, 27(3):328-333