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2018 , Vol. 20 >Issue 8: 1074 - 1082

DOI: https://doi.org/10.12082/dqxxkx.2018.180090

地理空间分析综合应用

基于自发地理信息的“一带一路”区域陆路交通状况分析

  • 寇培颖 1, 2, * ,
  • 牛铮 1, 2 ,
  • 刘正佳 3 ,
  • 李旺 2
展开
  • 1. 中国科学院大学, 北京100049
  • 2. 中国科学院遥感与数字地球研究所, 北京100101
  • 3. 中国科学院地理科学与资源研究所, 北京100101

网络出版日期: 2018-08-24

收起

Analyzing the Land Transportation Conditions in the Belt and Road Area Based on Volunteered Geographic Information

  • KOU Peiying *, 1, 2 ,
  • NIU Zheng 1, 2 ,
  • LIU Zhengjia 3 ,
  • LI Wang 2
Expand
  • 1. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
  • 2. Institute of Remote Sensing and Digital Earth, Chinses Academy of Sciences, Beijing 100101, China
  • 3. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinses Academy of Sciences, Beijing 100101, China

Online published: 2018-08-24

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《地球信息科学学报》编辑部 所有
Fold

摘要

路网密度的研究是实施“一带一路”愿景之互联互通倡议的基础工作。“一带一路”顺应了世界经济全球化、一体化、多极化、信息化的趋势,牵连着蓬勃发展的亚太和发达的欧洲经济圈,带动中间国家的经济发展。在新形势下,如何通过交通基础设施建设推进丝绸之路经济带沿线区域间的互联互通、促进区域合作和经济发展,具有重要的现实意义。本文利用自发地理信息数据——OpenStreetMap（OSM）道路网数据,运用地理信息系统（GIS）空间分析技术,探究了“一带一路”陆路经济带辐射区域亚欧大陆的路网络密度和通行能力的空间分布格局,并分析了六大经济走廊节点城市的公路可达性空间格局。结果表明：“一带一路”陆路经济带的交通基础设施的发展存在着不平衡现象;路网密度和通行能力均呈现沿海高内陆低的空间格局;中亚、西亚地区和中南半岛地区成为道路水平落后带,限制了丝绸之路经济带资源整合与贸易畅通,建议在建设新跨国公路铁路同时,对原有老旧道路进行加宽加固等升级改造;全区域道路等级级配不合理;节点城市可达性具有明显的分异状况,六大经济走廊中83%的区域可达性在10 h以内。研究产出亚欧大陆1 km分辨率路网密度和通行能力数据集,发现了“一带一路”陆路经济带道路水平的薄弱区域,为“一带一路”陆路经济带的交通基础设施建设以及进一步的道路网研究提供了基础数据。

关键词： “一带一路”; 陆路交通; 自发地理信息数据; 路网密度; 城市可达性

本文引用格式

寇培颖 , 牛铮 , 刘正佳 , 李旺 . 基于自发地理信息的“一带一路”区域陆路交通状况分析[J]. 地球信息科学学报, 2018 , 20(8) : 1074 -1082 . DOI: 10.12082/dqxxkx.2018.180090

Abstract

Analysis on the road network is the basis for implementing the connectivity projects during the Initiative for the Belt and Road. The Belt and Road conforms to the trend of global economic globalization, integration, multi-polarization, and informatization. It implicates a thriving Asia-Pacific and developed European economic circles and drives the economic development of the intermediate countries. Under the new circumstances of the Belt and Road, it is of great practical significance to promote regional cooperation and economic development through the construction of transportation infrastructure along the Silk Road economic belt. In this study, based on the Volunteered Geographic Information (VGI), namely, OpenStreetMap (OSM) road network data of the Eurasian continental, the road network density and weighted road network density were calculated by Geographic Information System (GIS) spatial analysis techniques, and the spatial patterns of urban accessibility for the six economic corridors were studied. Following results have been obtained: there was an imbalance in the development of Land Transportation over the Belt and Road. The road network density and traffic capacity were higher in coastal areas than that in the inland areas. Central Asia, West Asia and Indo-china Peninsula are lagging areas that have restricted the integration of the resources and the smooth flow of trade in the Silk Road Economic Belt. It is suggested that at the same time as the construction of a new transnational road and railway, the existing old roads should be widened, reinforced, and upgraded. The grade levels of the roads across the region are in unreasonable coordination. The spatial distribution of urban accessibility in the six economic corridors showed an obvious interval pattern, and the accessibility of 83% of regions are within 10 h. This study showed that the undeveloped area of road in the Belt and Road, providing a fundamental dataset and support for the study on traffic infrastructure construction of the Belt and Road.

Key words： the Belt and Road; land transportation; Volunteered Geographic Information; road density; urban accessibility

1 引言

“丝绸之路”早期用于丝绸贸易,后发展成为中西方政治经济文化交流的陆路通道[1]。陆路交通状况的研究对于基础设施互联互通倡议的落地具有重要意义。“一带一路”陆路经济带是由交通线路、城市节点及其之间的联系构成的带状陆域经济单元[2]。首先,交通基础设施的互联互通,是人员、商品等得以顺畅流动的物质载体[3],可促进经济带沿线各种独特的资源和要素跨区域流动,带动区域经济发展。其次,改善交通基础设施能降低区域间的贸易成本,提高区域贸易效率[4,5,6]。最后,通过基础设施建设提高城市可达性,可高效吸引外来投资,促成重大合作项目。
路网密度是一个地区路网便捷程度的常用度量指标,也是经济发展中衡量道路是否满足运输需求的直观指标[6,7,8]。基于GIS 研究路网密度的空间特征时,多数学者研究范围主要集中在经济发达的省级行政区,以整个县、县级市、区的路网平均密度为研究对象[9,10,11]。由于缺乏对更小尺度的探究,使得基于生态分区等其他研究单元的分析难以进行。本研究在亚欧大陆范围内进行公里尺度上的路网密度计算,可充分增加对“一带一路”陆路交通分布细节的理解,填补了在细小尺度方面研究的空白。同时,可基于本数据集对更大尺度的研究单位进行统计分析。
联通“一带一路”陆路经济带沿线国家,是通过联通沿线节点城市实现的。空间可达性可以认为是两地之间克服空间阻隔发生联系的指标,基于公路的城市可达性表示某地到达某城市的交通便捷程度[12,13,14,15]。空间阻隔、机会累积和空间相互作用是目前常用的空间可达性3类测算方法类型[16]。张莉等[17]开发了基于时间最短的区域可达性计算与分析系统;程昌秀[14]等基于空间句法平均深度值的形态分析对北京地铁进行了数量化评价。本研究利用栅格时间成本累积的方法评估六大经济走廊内节点城市的可达性,并提出相应公路建设相关建议。
本研究以“一带一路”陆路经济带及其辐射区域——亚欧大陆为研究范围,计算亚欧大陆公里尺度的路网密度、通行能力以及六大经济走廊节点城市的可达性,利用上述3个指标分析了“一带一路”陆路经济带道路发达水平,并提出相关建议。

2 研究区概况

“一带一路”六大经济走廊连接亚欧大陆,东牵活跃的东亚经济圈,西连发达的欧洲经济圈,中间是亟待发展、潜力巨大的腹地国家。中国与“一带一路”沿线国家共同打造中蒙俄、新亚欧大陆桥、中国-中亚-西亚、中国-中南半岛、中巴和孟中印缅六大经济走廊,其发展与亚欧大陆的整体发展密不可分[18]。“一带一路”倡议的推进以节点城市为战略支点,从而形成由“点”（节点城市）及“线”（六大经济走廊）进而达“面”（陆域主要为亚欧大陆）的态势。本文依据国家发改委制定的六大经济走廊路线,向左右两侧各扩展100 km作为研究区;同时依据《全球生态环境遥感监测2015年度报告》及刘悦等研 究[19,20],在六大经济走廊途经区域选取60个节点城市为研究对象（表1）。
Tab. 1 Six economic corridors and the node cities in the Belt and Road

表1 “一带一路”六大经济走廊与节点城市

经济走廊 途径主要国家及地区 节点城市
中蒙俄经济走廊 中国、蒙古、俄罗斯 北京、天津、大连、二连浩特、沈阳、长春、乌兰巴托、赤塔、伊尔库茨克、莫斯科、圣彼得堡等
新亚欧大陆桥经济走廊 中国、哈萨克斯坦、白俄罗斯、波兰等 连云港、西安、兰州、乌鲁木齐、华沙、柏林、鹿特丹等
中国-中亚-西亚经济走廊 中国、哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦、伊朗等 乌鲁木齐、塔什干、阿拉木图、德黑兰、安卡拉、伊斯坦布尔等
中国-中南半岛经济走廊 中国、越南、新加坡等 南宁、仰光、凭祥、河内、金边、曼谷、新加坡等
中巴经济走廊 中国、巴基斯坦 喀什、白沙瓦、伊斯兰堡、拉合尔、卡拉奇、瓜达尔港等
孟中印缅经济走廊 中国、印度、孟加拉、缅甸 昆明、仰光、曼德勒、内比都、达卡、加尔各答、马德拉斯等

3 数据源与研究方法

3.1 数据源

本文针对亚欧大陆所研究的陆路交通基础设施包括公路和铁路,路网矢量数据主要来源于OSM开源地图。OSM是由志愿者的手提GPS、航空影像及其他自由智慧绘制的维基百科模式、可实时更新的公共地图,这种由公众自发性的收集并共享到应用平台的地理数据被称为自发地理信息（Volunteered Geographic Information, VGI）[21]。VGI具有更新及时、获取成本低等优势,得到了众多国内外学者的关注和应用[22,23,24]。OSM现在已经是全球范围内精确度和完善度最高的矢量地理数据集[25,26,27]。本文下载2016年10月的亚欧大陆各个国家的各级公路和铁路矢量数据,其中公路分为Motorway(高速公路/快速公路)、Trunk(主干道路/城市快速路)、Primary(主要道路)、Secondary(次要道路)、Tertiary(普通街道)等。需要说明的是,OSM开源地图并没有提供老挝、马来西亚、文莱、新加坡、叙利亚等8个国家的道路矢量数据,此8个国家数据另下载同期DIVA GIS道路数据。DIVA GIS数据同样是免费的地理信息系统软件,包含全球各个国家的基础地理数据——边界、铁路、道路、气候、生物多样性以及农作物等,得到了众多学者的认可和使用,其道路数据覆盖率与准确率稍低于OpenStreetMap。

3.2 研究方法

3.2.1 道路网密度
道路密度指忽略道路等级和车道数的所有道路的总长度除以区域面积,单位常用m/km2或 km/km2表示。计算公式为：
D i = L i / A i , i ∈ ( 1 , 2 , 3 , … , n ) （1）
式中：Di为区域i的路网密度/（m/km2）;Li为区域i的道路总长度;Ai为区域i的面积。
利用ArcGIS软件,将亚欧大陆按照5°（纬度）×6°（经度）分幅,各分幅陆域按中央经线进行UTM投影,并划分为1 km大小的格网。后将道路与格网相切,使得道路矢量具有格网的属性,再统计每个格网中道路的长度之和,除以下垫面的面积,即为路网密度大小。将其值显示在公里格网上。最后,将各个国家的路网络密度分布格网拼接起来,即可得到直观的道路网络密度分布图。
3.2.2 道路网加权密度
在“一带一路”陆路经济带沿线国家中,各国道路水平差距较大。忽略道路的等级差异来考虑路网密度的分布特征,很大程度上并不能真实地反应亚欧大陆运输线路的通行能力。一方面,不同等级道路,例如高速公路、普通街道的车道数、限速有差异,货物运输的能力不同;另一方面,道路数据中的次等级道路,例如公园服务道路、行人专用街道、社区通道、人行道阶梯等级别道路并不能用于物流运输。因此,本研究提取公路和铁路中的前五个级别,依据相关文献[10,28],赋予不同等级道路如表2所示的权重,计算出亚欧大陆道路的10 km大小格网内的加权密度,以此表征路网的通行能力。
Tab. 2 Weights of road communication capacity in Eurasia

表2 亚欧大陆道路通行能力权重

道路级别
高速公路/快速公路 主干道路/城市快速路 主要道路 次要道路 普通街道
权重 4 2 1.6 1.4 1
3.2.3 城市空间可达性
交通基础设施的互联互通促进着六大经济走廊节点城市的贸易往来,通过各个城市之间的可达性可分析“一带一路”陆路交通的发达程度。在城市区域范围内,对可达性起主要影响作用的是公路,而铁路多影响城市之间交通能力,故本研究计算六大经济走廊节点城市的公路可达性。本研究依据道路等级的时速标准[2,29-30],计算出相应时间成本后（表3）赋予各级公路时间成本属性。计算方法是栅格大小除以时速,即该级别道路以标准时速通过1 km栅格边界所需要的时间。然后,采用1 km大小将其栅格化,并将不同等级公路的时间成本栅格进行空间叠加。选取六大经济走廊沿线节点城市,在ArcGIS中进行Cost Distance计算,得到各像元至各城市节点的时间成本累计和最小的时间成本累计和,即时间成本距离[2,31-32]。
Tab. 3 Speed and time cost of highway

表3 各级公路时速与时间成本

道路级别
高速公路/快速公路 主干道路/城市快速路 主要道路 次要道路 普通街道 其余等级道路
速度/（km/h） 100 100 80 60 50 40
时间成本/min 0.6 0.6 0.75 1 1.2 1.5

4 结果与分析

4.1 路网密度

亚欧大陆的路网密度分布状况如图1所示,其中,公路网平均密度为399 m/km2,铁路网平均密度为22 m/km2。陆路交通通行能力分布如图2所示,通行能力平均值为17.59 m/km2。公路网、铁路网密度及陆路交通通行能力分布状况均较为相似,都存在不平衡现象——沿海高于内陆,欧洲高于亚洲,欧洲-东亚-印度形成“三极”高密度区域领先于中间广大腹地。在中国和印度等发展中国家区域,沿海区域的道路明显比内陆地区发达,而在欧洲发达国家地区中,该现象则不明显,沿海区域与内陆的路网密度差别不大。
Fig. 1 Distribution of road density in Eurasian continental

图1 亚欧大陆路网密度分布状况

Fig. 2 Distribution of weighed road density in Eurasian continental

图2 亚欧大陆陆路交通通行能力分布状况

在“一带一路”陆路经济带沿线国家中,路网分布与城市耦合度较高,即路网密度高的区域与经济活跃、人口聚集的城市区域位置相契合。路网密度与该区域的经济发展程度、人口密集程度以及生态环境地理要素直接相关[9-10,28]。
中蒙俄经济走廊承担了基础设施投资功能。其路网密度和陆路通行能力分布状况为两头高中间低,中国东北部和俄罗斯位于欧洲部分的道路水平较为发达,俄罗斯远东地区和蒙古的道路水平欠发达。俄罗斯和蒙古国的路网平均密度分别为中国的1/2和1/4,而通行能力都仅为中国的1/10。其中俄罗斯远东地区受寒冷气候影响,道路需求稍低;蒙古铁路覆盖率极低,仅有老旧的乌兰巴托铁路,公路等级水平也较为落后,但通过交通运输带动经济发展的需求较为急迫,提出了“草原之路”计划。
新亚欧大陆桥经济走廊是联通亚欧大陆的国际运输要道,随着走廊由东向西延伸,路网密度和陆路通行能力先减后增。中国境内连云港至西安段的路网密度和陆路通行能力均较高,道路水平较发达;西安经阿拉山口出境,进入中亚地区后,受高原、荒漠等恶劣地形和当地经济发展条件限制,道路水平明显降低;进入欧洲路网后,路网密度和陆路通行能力迅速回升,可高速抵达鹿特丹。新亚欧大陆桥东西端连接着太平洋和大西洋两大经济中心,中部地区资源富集而道路水平欠发达,故须集中在中部地区建设铁路交通干线,尤其是解决铁路轨道标准一体化问题,使新亚欧大陆桥沿线各区域资源流通、优势互补。值得一提的是,欧洲国家整体路网密度远超中国,但是通行能力却不如路网密度优势突出,如荷兰的路网平均密度是中国的26倍,通行能力仅为中国的6倍。
中国-中亚-西亚经济走廊铁路整体非常稀疏,公路同样欠发达,目前主要通过“亚洲公路网”将各国城市串联起来。其中哈萨克斯坦位置至关重要,由其北部边境进入俄罗斯进而与欧洲公路网相连。但哈萨克斯坦西部公路网密度却为中亚五国中最低水平,成为运输限制地段,故应加强与哈萨克斯坦的合作,建设跨国运输交通网络。另外,沿线各国陆路交通通行能力中,哈萨克斯坦、吉尔吉斯斯坦、乌兹别克斯坦、土库曼斯坦路网密度与中国平均路网密度整体持平,但是通行能力仅为中国的1/8-1/4,说明改中亚四国地区道路等级较低,故有必要对现有公路进行加宽加固等升级改造。与此同时,应尽快筹建统一铁路轨道标准的跨国铁路。
中国-中南半岛经济走廊整体上公路网密度较高,除老挝、马来西亚的路网平均密度和柬埔寨的通行能力外,其他国家的路网水平指数都超过中国平均水平,且路网覆盖率较大,基本实现全线贯通。但铁路网非常稀疏,缺失路段较多,尤其是越南、老挝等国家铁路水平比较滞后,各国之间不连通。目前,中国与沿线各国就基础设施建设都展开一定的合作,但是由于资源原因推进艰难
中巴经济走廊是贯通南北丝路的贸易廊道,是“中国-中亚-西亚经济走廊”的重要补充。路网密度和通行能力平均水平总体接近,呈现中间高两头低。就通行能力来讲,中巴之间仅有一条陆上贸易通道,且道路等级较低。铁路在中巴两国并不相连,造成运输线路中断。造成现状的原因主要是复杂的地形和不稳定的局势,这也是中巴推进道路合作建设需要攻克的难题。
孟中印缅经济走廊路网密度和通行能力出现分化现象。孟中印缅四国仍由“亚洲公路”连通,中国、印度境内路况较好,孟加拉和缅甸的道路水平相对较差。由对比通行能力可知,各国境内的公路级别均较为落后,须进行升级改造。

4.2 不同等级公路路网密度对比

在所有的道路类型中,高速公路/快速公路、主干道路/城市快速路、主要道路担任了交通性道路职能,以满足交通运输要求为主要功能,承担了城市主要的交通流量以及对外交通的联系,为“一带一路”互联互通作出主要贡献。
高速公路/快速公路总里程数为4.4亿 m,路网密度值主要大多在400 m/km2以下。路网覆盖范围较小,几乎全部集中分布在中国东部和西欧地区,其他区域仅有零星分布。六大经济走廊在中国境内均有高速公路/快速公路连通,出境后即出现路段的大段缺失,直至进入西欧国家（图3）。
Fig. 3 Distribution of motorway road density in Eurasian continental

图3 亚欧大陆高速公路网密度分布状况

主干道路/城市快速路总里程数为6.4亿 m,路网密度值主要分布在在300 m/km2以下。路网覆盖率较高,分布相对均衡。中国境内以城市为中心聚集现象比较明显,出现路网密度的极大值点,东南亚、印度、土耳其、欧洲的主干道路/城市快速路都较为发达,甚至道路水平欠发达的中亚西亚地区也都基本能够承担连贯六大经济走廊的职能（图4）。
Fig. 4 Distribution of trunk road density in Eurasian continental

图4 亚欧大陆主干道路网密度分布状况

主要道路总里程数为12.2亿m,路网密度值主要分布在在280 m/km2以下。路网密度分布状况开始倾向于全路网,即沿海高于内陆,欧洲、中国东部、印度路网水平较内陆各国发达。欧洲部分以西部和北部地区更为发达,中国以京津冀和东南沿海地区最为发达,印度境内发达区域为西南沿海。中国的西北地区、蒙古、俄罗斯南部边境以及中亚六国的主要道路密度小、覆盖率低,不能连通六大经济走廊（图5）。
Fig. 5 Distribution of primary road density in Eurasian continental

图5 亚欧大陆主要道路网密度分布状况

对于城市交通而言,不同等级的道路承担不同的职能,道路等级结构的合理化影响路网的功能,高等级道路与低等级道路级配以“金字塔”比例为佳。亚欧大陆前三级道路里程比例大致为2:3:6,符合“金字塔”模型。但是三级道路空间分布并不均衡,高速公路/城市快速路和主要道路分布明显集中于沿海的中国与欧洲,尤其是高等级公路在中亚西亚地区的缺失。例如哈萨克斯坦的三级道路里程比例大致为1:40:20。
对于“丝绸之路经济带”的六大经济走廊来讲,高速公路/城市快速路对于贸易运输更为重要。据实验证明,道路等级越高,车辆的输运成本越低,车辆燃油约省、车胎损耗越少、运行时间越短、交通事故发生率越低[33,34]。而中间地带的高等级道路的大段缺失,较大程度限制了六大经济走廊贸易往来的经济性和连通性,故需修建较高等级交通基础设施,打通交通运输的瓶颈缺口。

4.3 节点城市的公路可达性

节点城市作为“一带一路”陆路经济带设施联通线上的战略支点,是贸易投资、整合资源等推动发展的实质动力,其公路可达性直接影响了城市区域开拓合作的竞争力。如图6所示,经济走廊节点城市可达性分布具有明显的间断分布和小时圈差异悬殊的特征。并且城市分布及公路网密度具有较高相关性,城市点越紧凑,公路网越密集,可达性越好,且小时圈明显增大。总体上,可达性水平在0~85 h之间,平均值为5.5 h,六大经济走廊中83%的区域可达性在10 h以内。
Fig. 6 Accessibility of cities in the six economic corridors

图6 六大经济走廊城市可达性

可依据城市可达性及小时圈面积,将节点城市大致分为3类：① 第一类节点城市可达性非常好,遥遥领先于第二、三类节点城市可达性,表现为具有明显的小时圈,且1 h圈、2 h圈面积较大,此类节点城市主要位于道路水平极为发达的欧洲,例如华沙、柏林、莫斯科等。② 第二类节点城市可达性较好,也具有小时圈,但其面积稍小,边界不如第一类节点城市小时圈的清晰,这类节点城市包括中蒙俄经济走廊的北京、天津,新亚欧大陆桥经济走廊的连云港、西安,中国-中亚-西亚经济走廊的安卡拉,中巴经济走廊的伊斯兰堡、拉合尔,中国-中南半岛经济走廊的曼谷、金边、昆明,以及孟中印缅经济走廊的加尔各答、马德拉斯等城市。③ 第三类节点城市可达性较差,节点城市周边路网较为稀疏,不能形成清晰的小时圈,例如中蒙俄经济走廊的乌兰巴托、中国-中亚-西亚经济走廊的德黑兰、孟中印缅经济走廊的仰光等城市。
第一类节点城市多为发达城市,道路水平较高,位于经济带的一端。第二、三类节点城市多为“一带一路”陆路经济带发展的重点合作对象,其中第三类节点城市道路水平滞后,是实现区域经济一体化的交通瓶颈。加强合作建设第三类节点城市的道路水平,提升城市间合作短板,优势互补,才能真正实现“一带一路”陆路经济带的共同发展和合作共赢。

5 结论与讨论

本研究利用自发地理信息数据OSM路网矢量,以“一带一路”陆路经济带的点（60个节点城市）-线（六大经济走廊）-面（亚欧大陆）为研究对象,基于GIS提取其路网密度和通行能力,计算了六大经济走廊节点城市的公路可达性,分析了“一带一路”陆路经济带及亚欧大陆的公路网络空间分布格局,得出以下结论：
（1）本研究生产亚欧大陆1 km分辨率路网密度公开数据集,为“一带一路”陆路交通研究提供参考数据,并为进一步的研究提供基础数据。
（2）“一带一路”陆路经济带的交通基础设施的发展存在着不平衡现象,两头高中间低,沿海高内陆低。中亚西亚地区、中南半岛地区为连通经济中心的重要通道和运输瓶颈,应积极促进交通基础设施的建设。
（3）全区域内道路等级级配不合理,中亚西亚地区一、三级道路缺失严重,道路等级较低。在建设新跨国公路铁路的同时,可对原有老旧道路进行加宽加固等升级改造。
（4）六大经济走廊节点城市可达性分异明显,第三类节点城市周边道路水平滞后,应加强城市交通基础设施建设力度,防止其成为“一带一路”陆路经济带发展的短板。
此外,道路密度不仅与国家的人口、经济有关,更受地理地形因素影响较大。例如,中国东南地区路网非常发达,可与欧洲路网密度媲美,但是西北地区多高原、盆地和山地,道路修建十分困难。后续研究可考虑其相关影响因子的影响作用,并结合交通需求进行道路网密度合理性的定量研究。另外,在实际交通运输过程中,当陆路交通周转需求量一定时,除了路网密度之外,道路间距、道路等级级配等道路结构的合理性也会影响交通运输的效率。因此,若要实现“一带一路”经济带互联互通愿景,使得沿线国家资源整合高效畅通,还需进行更加深入细致的研究。

The authors have declared that no competing interests exist.

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Li S M, Shum Y M.Impacts of the national trunk highway system on accessibility in China[J]. Journal of Transport Geography, 2001,9(1):39-48.Recently, China has launched a major programme of motorway construction the National Trunk Highway System (NTHS). The present study analyses the impacts of this highway development programme on the pattern of accessibility gradients, trying to draw implications for regional growth. Obviously, this programme will bring about substantial improvements in accessibility across the nation. There is evidence, however, that highway investment exhibits diminishing returns over time. Greater improvements in the nodal accessibility of the major coastal cities, as compared with cities in interior and periphery provinces, in the initial stage of the highway development programme are found. But as time progresses, the NTHS will bring about more balanced development in the spatial sense.

DOI

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范科红,李阳兵,冯永丽.基于GIS的重庆市道路密度的空间分异[J].地理科学,2011,31(3):365-371.

[ Fan K H, Li Y B, Feng Y L.Spatial distribution of road density in Chongqing based on GIS[J]. Scientia Geographica Sinica, 2011,31(3):365-371. ]

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魏伟,石培基,脱敏雍,等.基于GIS的甘肃省道路网密度分布特征及空间依赖度分析[J].地理科学,2012,32(11):1297-1303.lt;p>以甘肃省为研究对象, 从道路网出发, 结合甘肃省社会经济因素, 以县(区)为单元, 运用GIS理论方法计算甘肃省道路网密度, 并分析了道路网密度与人口密度、GDP密度之间的相关性, 考虑到道路网建设还受资源、产业结构、道路网建设政策及其它运输方式的影响, 提出了道路网依赖－偏好指数。在此基础上, 分析了甘肃省道路网密度和依赖&mdash;偏好指数分布及空间特征。结果表明:① 甘肃省道路网密度以兰州市、嘉峪关市为中心向外衰减, 道路网密度整体分布东南比西北高, 东南比西北均匀;② 道路网密度与人口、生产总值等社会经济因素相关性很高, 受经济发展水平和道路建设政策影响很大;③ 5.75%的县区属于超强依赖或超强偏好型, 20.68%的县区属于强依赖或强偏好型, 62.7%的县区属于中等依赖或中等偏好型, 8.05%的县区属于较弱依赖或较弱偏好型, 3.45%的县区属于弱依赖或弱偏好型。以兰州为中心及河西走廊地区的道路网依赖&mdash;偏好指数高于东部和南部山区。可为甘肃省道路网与人口、经济协调发展提供基础理论和参考依据。</p>

[ Wei W, Shi P J, Tuo M Y, et al.The road network density and its spatial dependence in Gansu province based on GIS[J]. Scientia Geographica Sinica, 2012,32(11):1297-1303. ]

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金凤君,王娇娥.20世纪中国铁路网扩展及其空间通达性[J].地理学报,2004,59(2):293-302.作者设计了运输距离Di和通达性系数等度量交通网络通达性的指标,并以“最短路模型”为基础,分析了100年来中国铁路交通网络的发展以及由此引起的通达性空间格局的变化。结果显示,中国铁路网络结构的演化经历了起步、筑网、延伸、优化4个阶段,但空间扩展的速度相对缓慢。路网扩展和原有路网优化是通达性提高的主要方式;100年铁路建设导致“空间收敛”效果显著。通达性空间格局呈现同心圈层结构,由华北区向四周辐射;且通达性高于全国平均水平的范围也由华北向华东区、中南区扩展,交通中心由天津向郑州逐渐转移。铁路的建设推动了社会经济空间结构的演化,运输走廊的现代化将推动空间经济轴线进一步强化。

DOI

[ Jin F J, Wang J E. Railway network expansion and spatial accessibility analysis in China: 1906-2000[J]. Acta Geographica Sinica, 2004,59(2):293-302. ]

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曹小曙,薛德升,阎小培.中国干线公路网络联结的城市通达性[J].地理学报,2005,60(6):903-910.以“最短路径模型”为基础,选取距离与时间两个特征指标以及联结两者的速度指标,分析了目前中国国家干线公路网络联结的城市通达性空间格局。结果显示,国家干线公路网络联结的城市呈现明显的“核心—外围”模式,通达性最高的50个城市集中分布在东部的中部地区,通达性最低的50个城市散布在西北、西南、东北等外围地区;通达性空间格局呈现同心圈层结构,由最优区域向外逐渐降低;国家干线公路网络联结的城市通达性空间格局具有显著的边界效应,在不同的速度状态下呈现波状形态变化;国家干线公路网络中行车速度从60￣80km/h的城市通达性变化显著大于80￣100km/h的城市通达性变化;120km/h时速下,8小时以内每个城市连接的城市数量平均为33个,联结数量最多的城市集中分布在东部,平均每个城市可联结数量为70个,联结数量最少的城市分布在西北、西南、东北、东南,平均每个城市可联结数量为6个。未来国家干线公路网络除继续建设外,行车速度的提高将大大影响城市通达性的变化。

DOI

[ Cao X S, Xue D S, Yan X P. A study on the urban accessibility of national trunk highway system in China[J]. Acta Geographica Sinica, 2005,60(6):903-910. ]

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马雪莹,邵景安,徐新良.基于熵权-TOPSIS的山区乡镇通达性研究:以重庆市石柱县为例[J].地理科学进展,2016,35(9):1144-1154.交通是支撑区域经济社会发展的基础之一,通达性则是反映交通设施水平的有效评价指标。本文以重庆市石柱县为例,选取空间数据和调研数据,引入熵权-TOPSIS模型构建集内外通达性和摩擦阻抗于一体的指标体系,客观分析山区乡镇的通达性,以期为交通合理规划提供参考。结果表明:(1)通达性指标对区域综合通达性影响程度为:交通设施技术(C_4)摩擦阻抗(C_5)等效道路密度(C_2)乡镇内部连通度(C_1)与省干道衔接度(C_3)。(2)贴近度变异系数达0.5410,说明样区交通通达性水平空间差异大。(3)通达性空间格局表现出以南宾、西沱、悦崃为极核点向外围扩散递减趋势;通达性空间分布表现为西高东低,高通达区主要分布在平缓区,低通达区主要分布在陡峭山区。(4)通达性良好区域呈"一环一轴"模式分布,呈显著主干道指向性。(5)样区乡镇通达性空间分布格局与经济发展水平和土地流转面积有较高趋同性。研究结果能为区域协调发展、交通合理规划提供良好的理论与实践指导。

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[ Ma X Y, Shao J A, Xu X L.Rural transportation accessibility in mountainous areas based on the entropy-weight TOPSIS method: A case study of Shizhu County, Chongqing Municipality[J]. Progress in Geography, 2016,35(9):1144-1154. ]

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程昌秀,张文尝,陈洁,等.基于空间句法的地铁可达性评价分析——以2008年北京地铁规划图为例[J]. 地球信息科学,2007,9(6):31-35.

[ Cheng C X, Zhang W C, Chen J, et al.Evaluating the accessibility about Beijing's subways in 2008 based on spatial syntax[J]. Geo-information Science, 2007,9(6):31-35. ]

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刘贤腾. 空间可达性研究综述[J].城市交通,2007(6):36-43.可达性概念在理解上的分歧产生了许多本质认识及测算方法上的混乱,为了全面、准确地理解可达性,运用文献综述的方法,全面回顾国内外学者对其本质含义及测算方法的论述。对空间可达性的认识及测算方法总体上分为三种类型：空间阻隔、机会累积和空间相互作用。基于空间阻隔的方法是从纯形态学角度来分析可达性,而基于机会累积和基于空间相互作用的方法还考察土地使用和发展机会对可达性的影响。基于机会累积的测算方法强调某点在等时线范围内所能接触到的机会累积量,而基于空间相互作用的测算方法侧重于出发点与目的点间的相互作用强度。与机动性概念相比,可达性在城市研究和交通规划中有着更为广泛且重要的应用：首先,能夯实城市交通规划的指导原则;其次,能准确监测与评价交通项目实施效果;最后,能深刻诠释城市空间结构。

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[ Liu X.General description of spatial accessibility[J]. Urban Transport of China, 2007(6):36-43. ]

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张莉,陆玉麒.基于陆路交通网的区域可达性评价——以长江三角洲为例[J].地理学报,2006,61(12):1235-1246.对于给定的区域而言，区内任意一点可达性的评价应当是区内可达性和区外可达性的综合评价。利用MapX控件和Delphi编程工具．开发了基于时间最短的区域可达性计算与分析信息系统，生成了可达性的分值扩散图。基于长江三角洲的陆路交通网．从时间距离的角度对长江三角洲内16个地级市目前和未来的区内可达性和区外可达性进行了评价．结果表明，长江三角洲区域可达性呈现出以上海为中心的扇状辐射。可达性最好的是上海和嘉兴．可达性最差的是台州和南通。随着苏通大桥、杭州湾跨海大桥和舟山大陆连岛工程的建成．长江三角洲地区内所有城市的区内可达性都有了提高，尤其是绍兴、宁波和泰州．区内可达性减少了1h，其余城市区内可达性平均减少了25min。随着南通洋口港的建成．长江三角洲境内江苏城市以海港为节点的区外可达性都有不同程度的提高．到达海港的平均时间减少了近1h。

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[ Zhang L, Lu Y Q. Assessment on regional accessibility based on land transportation network: A case study of the Yangtze River Delta[J]. Acta Geographica Sinica, 2006,61(12):1235-1246. ]

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中华人民共和国国家发展和改革委员会,外交部,商务部.推动共建丝绸之路经济带和21世纪海上丝绸之路的愿景与行动[R].北京:2015.

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柳钦火. 全球生态环境遥感监测2015年度报告(“一带一路”生态环境状况)[R].北京:中华人民共和国科学技术部国家遥感中心,2015.

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刘悦,李白鹭,李佳智.“一带一路”倡议下的世界城市竞争力——以点带面,共建共赢,行稳致远[J].城市发展研究,2017,24(8):1-5.

[ Liu Y, Li B L, Li J Z.The competitiveness of world cities under the belt and road initiative: from city to area, build a win-win, stable and long-term cooperation relationship[J]. Urban Development Studies, 2017,24(8):1-5. ]

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Goodchild M F.Citizens as sensors: the world of volunteered geography[J]. GeoJournal, 2007,69(4):211-221In recent months there has been an explosion of interest in using the Web to create, assemble, and disseminate geographic information provided voluntarily by individuals. Sites such as Wikimapia and OpenStreetMap are empowering citizens to create a global patchwork of geographic information, while Google Earth and other virtual globes are encouraging volunteers to develop interesting applications using their own data. I review this phenomenon, and examine associated issues: what drives people to do this, how accurate are the results, will they threaten individual privacy, and how can they augment more conventional sources? I compare this new phenomenon to more traditional citizen science and the role of the amateur in geographic observation.

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Schilling A, Lanig S, Neis P, et al.Integrating terrain surface and street network for 3D routing[M]. Berlin, 3D Geo-Information Sciences, 2009.

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Ciepluch B, Mooney P, Jacob R, et al.Using OpenStreetMap to deliver location based environmental information in Ireland[J]. Sigspatial Special, 2009,1(3):17-22.This paper outlines research work-in-progress on delivery of location-based services for environmental information in Ireland. A prototype web map service (WMS) is developed to deliver map-based environmental information using a specially customised version of the OpenStreetMap database. This WMS must deliver a location-based information package to the user: maps of the area that the user is viewing, key state-of-the-environment indicator information for that geographical area, and links to where the actual data and further environmental information can be obtained. This information package must be presented in a way that best matches the environmental preferences of the user. These preferences are derived from a set of 'user profiles' of potential users of the WMS. Software tools developed during this work to derive geospatial products from the OpenStreetMap database are described and some of our observations of working with OpenStreetMap are discussed. The paper closes with the likely directions for the continuation of this research.

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O’Brien O.(2009), Creating and maintatining street orienteering maps using OpenStreetMap,Proceedings of the GIS Research UK 17th Annual Conference, GISRUK 2009, 1-2 April 2009, Durham, UK.

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张英辉,张水平,张凤琴,等.基于OpenStreetMap最短路径算法的分析与实现[J].计算机技术与发展,2013,23(11):37-41.随着计算机网络技术和地理信息科学的发展，最短路径问题无论是在交通运输，还是在城市规划、物流管理、网络通讯等方面，都发挥了重要的作用。文中旨在阐述如何基于OSM运用Dijkstra算法计算两联通节点之间的最短路径。首先介绍了开放式OSM的特点以及地图数据文件中道路图像元素的数据结构；然后运用正则表达式算法从OSM数据中提取出交通道路信息，并选择合适的结构进行存储；最后通过将道路信息抽象成路径拓扑图，并以道路的地理距离作为路径权值，运用Dijkstra最短路径算法求解出两连通节点之间的最短路径。

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[ Zhang Y H, Zhang S P, Zhang F Q, et al.Analysis and implementation of shortest path algorithm based on OpenStreetMap[J]. Computer Technology and Development, 2013,23(11):37-41. ]

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Hklay M, Weber P.OpenStreetMap: User-generated street maps[J]. IEEE Pervasive Computing, 2008,7(4):12-18.The OpenStreetMap project is a knowledge collective that provides user-generated street maps. OSM follows the peer production model that created Wikipedia; its aim is to create a set of map data that's free to use, editable, and licensed under new copyright schemes. A considerable number of contributors edit the world map collaboratively using the OSM technical infrastructure, and a core group, estimated at approximately 40 volunteers, dedicate their time to creating and improving OSM's infrastructure, including maintaining the server, writing the core software that handles the transactions with the server, and creating cartographical outputs. There's also a growing community of software developers who develop software tools to make OSM data available for further use across different application domains, software platforms, and hardware devices. The OSM project's hub is the main OSM Web site.

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罗路长,刘波,刘雪朝. OpenStreetMap路网数据质量评价及应用分析[J].江西科学,2017,35(1):151-157.随着Web2.0的高速发展,基于用户创建的地理数据共享平台为广大用户提供了丰富的数据源。这种基于用户的自发地理信息（VGI）受到其数据采集、表达等特点的限制,其数据质量严重影响其进一步地应用。以VGI中较成功的案例——Open Street Map（OSM）为例,对其路网数据质量和应用进行评价。首先从OSM数据的特点出发,给出了数据长度完整性和道路名称属性完整性2个定量质量要素的描述方法;其次选取国内外大、中、小4个城市做为实验区,与Baidu地图、Google地图的路网数据从长度和道路名称属性完整性进行比较、分析;最终通过实验结果表明,与Baidu地图相比,OSM的路网数据完整性和现势性在国内的3个城市整体上相当,但在国外具有较明显的优势,如果对其做进一步的处理,可以作为Baidu地图在海外电子地图的路网数据,进一步提高其应用价值。

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[ Luo L C, Liu B, Liu X C.Data quality assessment and application analysis for OpenStreetMap road network[J]. Jiangxi Science, 2017,35(1):151-157. ]

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曾文,徐世文.地理信息系统中的常规网络分析功能及相关算法[J].中国地质大学学报,1998,23(4):355-358.网络是ＧＩＳ中一类独特的数据实体，网络分析是空间分析的一个重要方面，通用型ＧＩＳ平台软件提供的网络分析功能有路径分析，资源分配、连通分析，流分析，选址等。其中的诜我功能可以使用图论中的算法来实现。拓要介绍了实现这些功能的重要算法。

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[ Zeng W, Xu S W.Conventional network analysis functions in geogeraphic information system and their relative algorithms[J]. Journal of China University of Geosciences, 1998,23(4):355-358. ]

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王振波,徐建刚,朱传耿,等.中国县域可达性区域划分及其与人口分布的关系[J].地理学报,2010,65(4):416-426.可达性空间划分是交通地理学研究的重要领域。分析其与人口布局的关系,对当下中国的发展具有重要的理论与实践意义。借助GIS 软件平台,运用栅格成本加权距离算法,计算全国县 （市、区） 域单元的空间可达性并进行区域划分,进而探讨中国大区域交通可达性与人口分布的关系,揭示不同交通条件和不同区域类型中人口迁移与人口流动内在机制,为区域规划、交通规划和中国人口配置提供科学依据。研究表明,①栅格成本加权距离算法可以实现空间可达性概念从定性描述转向定量计算的精确转换;②中国县域可达性以低值为主,具有圈层状和＂反自然梯度＂空间结构,＂黑河—腾冲＂线为明显分界线;③中国大陆分为3大区：可达性高值区、可达性中值区、可达性低值区。可达性中值区又可分为东南诸省亚区、陕甘宁晋亚区、吉林亚区;可达性低值区分为云川渝亚区、蒙黑亚区、新疆亚区、青藏亚区;④国家区域范围内县域可达性与人口密度具有明显的相关性,2.5小时圈是目前中国可达性与人口集聚产生作用的最远距离;中国县域可达性越高的区域,可达性对人口集聚产生作用圈就越大,而可达性值与人口数量的相关性越小,说明交通条件对落后地区人口集聚所起到的作用远远大于发达地区。

DOI

[ Wang Z B, Xu J G, Zhu C G, et al.The county accessibility divisions in China and its correlation with population distribution[J]. Acta Geographica Sinica, 2010,65(4):416-426. ]

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潘竟虎,从忆波.中国4A级及以上旅游景点(区)空间可达性测度[J].地理科学,2012,32(11):1321-1327.<p>基于GIS 技术, 运用栅格成本加权距离算法, 计算中国1 063 个4A级及以上旅游景点的空间可达性, 并测算县域单元的整体可达性, 利用空间关联方法分析了县域可达性的空间差异。结果表明:中国4A级及以上景点的空间分布总体上呈现出集聚分布的特点, 人文景点的聚集程度明显高于自然景点。全国4A级及以上景点的平均可达性时间为60.5 min, 63.29 %的景点可达性在120 min 以内;所有4A级及以上景点的可达性在全国的分布差异显著, 且其空间分布具有明显的交通指向性;人文景点可达性好的区域相对于自然景点更加集中。所有景点、人文景点、自然景点均呈强集聚格局, 3 种类型可达性热点区域的分布呈现明显的热点-次热点-次冷点-冷点自东向西带状分布的格局。</p>

[ Pan J H, Cong Y B.Spatial accessibility of scenic spot at 4A level and above in China[J]. Scientia Geographica Sinica, 2012,32(11):1321-1327. ]

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曲小康,芮小平,韩莹,等.栅格成本距离计算的改进蚁群算法[J].地球信息科学学报,2016,18(8):1052-1059.lt;p>栅格数据模型是地理信息科学领域的主要数据模型,成本距离分析是其重要的应用方向之一。但当栅格数据量较大时,传统的Dijkstra求解效率较低,因此本文提出了一种用改进蚁群算法来求解栅格成本距离的方法。首先,构建了适合人工智能算法的栅格数据模型及编码方法;然后,在此基础上初始化蚁群,采用状态概率选择机制计算相邻栅格单元之间距离成本,以及距离成本路径方向选择,同时利用改进的信息素更新机制加强蚁群之间信息交流,加快算法收敛速度;最后,引入了遗传算法的选择、交叉和变异等算子优化生产的成本距离的解,增加解的全局性。本文以北极地区的海冰密集度栅格数据为基础,求解北极地区适合航行路线的成本距离。实验表明,结合了蚁群算法和遗传算法优势的改进蚁群算法,能够快速有效地求解出基于栅格数据的成本距离。</p>

DOI

[ Qu X K, Rui X P, Han Y, et al.A method of computing raster cost distance based on the improved ant colony algorithm[J]. Journal of Geo-information Science, 2016,18(8):1052-1059. ]

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陶卓霖,程杨,戴特奇.北京市养老设施空间可达性评价[J].地理科学进展,2014,33(5):616-624.发展养老服务是当前中国社会建设中的重要部分。近年来，北京市养老设施发展迅速，但是由于快速的人口老龄化，北京市养老设施的供给仍难以满足老年人口对养老设施的需求。对北京市养老设施空间可达性进行科学评价是进行合理空间配置的基础，具有重要的现实意义。本文基于GIS技术，应用改进的两步移动搜索法，对北京市养老设施的空间可达性进行了测算，并重点对1小时单一有效服务半径和按养老设施规模划分的三级有效服务半径这两种情形进行了比较分析。结果表明，后者对北京市养老设施的空间可达性评价更具合理性。本文对空间可达性的测算结果识别出了北京市各区域养老设施的稀缺程度，为养老设施的空间布局提出了政策性建议。

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[ Tao Z L, Cheng Y, Dai T Q, et al.Measuring spatial accessibility to residential care facilities in Beijing[J]. Progress in Geography, 2014,33(5):616-624. ]

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Valera J J, Heriz B, Lux G, et al.Driving cycle and road grade on-board predictions for the optimal energy management in EV-PHEVs[C]. Electric Vehicle Symposium and Exhibition (EVS27), 2013 World. IEEE, 2013:1-10.

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