本文是一篇工程硕士论文，本文研究以西安市交通网络数据和 8 条地铁线路为例，对根据理论分析收集的数据进行了数学和统计分析，并提出了相关的假设研究。分析研究西安市交通网络通达性，此外，探索了地铁对改善交通网络通达性的情况，为探索城市交通网络规律、评估地铁对城市发展的影响以及制定与城市道路发展有关的政策提供了一个基准。具体的研究结果如下：（1）以西安市绕城环线以内交通网络为研究对象，构建了以道路密度、道路面积密度、连接度、公交网络连接率的通达性模型，分析评价了西安市区域内的道路交通网络通达性现状。从研究区整体分析，西安市的交通道路路网发育较为成熟，道路密度达到1.02km/km2，受历史因素，经济政策及地形等因素的影响，中心区域路网体系较为完善，道路面积密度为 7.31%，说明研究区区域路网成型量低；研究区整体路网合理性程度高，交通网路连接度为 3.65，单区域通达性较差，西北（Ⅲ）区域路网连接度为 3.40。并根据路网连通性指标，提出了具有参考价值的路网发展建议。加强交通基础设施建设，增加网络延伸度，优化人力与资金分配，促进路网形成多极化格局。
1 绪论
1.1 选题背景及意义
随着中国经济的快速发展和城市建设的深化，城市的区域规模越来越大，而城市轨道交通事业建设项目也越来越多。为了满足居民日常生活的出行需求，近几年，城市不断涌现各种新的交通方式，而对节省居民出行时间、方便居民出行贡献最大的，即是各大城市不断建设的地铁。中国城市地铁始建于 1965 年 7 月 1 日，1969 年 10 月 1 日建成，使北京成为中国第一个拥有地铁的城市，而随着城市轨道交通的不断发展，我国的地铁建设正进入一个高速发展的时代。《中国地铁行业发展前瞻及投资战略规划分析报告》研究显示，地铁作为承载居民出行的交通方式之一，不仅可以缓解城市交通堵塞压力，还能提升居民出行效率，并在合理分配土地、改善城市发展方向等方面具有重要作用。
在地铁对城市的众多影响中，最显著的无疑是地铁对城市道路交通网络的优化作用，具体表现为随着地铁的建设，提升居民出行速度，缓解交通网络环境压力，提高交通网络通达性。西安城市的规模逐渐扩大，随着经济的快速发展，交通也进入瓶颈，频繁发生的交通堵塞、流动受阻等现象标明当前交通网络承载能力已经不足以匹配西安如今的经济发展速度，在已建的道路交通网络中明显存在路网布线不合理、运输效率低下等问题，其道路网络的通达性水平难以适应居民出行需求。1959 年 Hansen 第一次提出通达性（accessibility）的概念，将其称为运输网络的各个节点之间的相互作用机会的大小 [1]，也称为可达性、易达性[2]，并在之后的发展中涵义得到不断的引申和发展。自那时以后，可达性已成为交通地理学的一个重要的和基本的概念，在公路、铁路、水路和航空运输中得到广泛的应用 [3-6]。在通达性上的研究，为交通网络数据流的产生提供了基础和支撑，提升通达性会直接使交通速率受益，并且在交通网络通达性上的研究一直是交通地理学研究的热点，在国内外已经发展出各种关于网络通达性的影响研究。
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1.2 国内外研究进展
网络在经济发展和沟通之间有重要作用，而城市交通网络在区域发展、人口流动、资本转移，以及空间管理和引导方面具有启发性的作用，交通网络的通达性决定了城市区域发展的目标、物流和人口资金信息等的发展变化，这是一个评价社会经济发展水平高低的因素。当前对通达性的研究主要集中在通达性概念的探讨与轨道交通对区域道路的影响。
1.2.1 国外研究现状
在通达性的研究上，国外学者的发展较早，主要研究方向集中在两大类，一是在时空演变与空间格局变化下的交通通达性变革，即是交通技术变迁对交通可达性探索过程中交通区位变化的影响分析。Hansen 在 1959 年首次提出了通达性的观点，他把在交通网络的各个节点相互作用的机会大小称为通达性[1]。Hodge 在 1997 年将通达性的理论研究进行了归纳，整理为四个重要问题分别是：如何定义去评测通达性；通过通达性进行研究的方法论；分析新的交通技术下的通达性以及通达性对整个城市空间形态所带来的影响[7]。Urena J.M 从国家和城市这两个不同的方面对城市群和城市内部的关键点的尺度上进行了分析，讨论了关键的节点间的可达性程度[8]。Murayama 总结了将近 100 年间日本铁路的发展对整个城市通达性所带来的影响，证明了交通系统与通达性之间互相包容、相互作用[9]。Sasaki 等研究了日本的新干线建设和经济活动的扩散两者之间存在的关系以及对新干线建设所带来的人口变动的影响，认为新干线的建设并不是影响区域差异的因素[10]。Shen Q 认为城市交通的通达性是在城市居住的居民自身经历的经济活动与整个地理层面的深度和广度的指标[11]。Kwan 则认为通达性分为两类：个体和地方[12]。Lee以汉城为例，对城市的土地价值的增长变化和通达性之间的关系进行了研究，并通过研究结果预测了未来城市的发展方向[13]。针对欧洲大陆的快速铁路，一些研究以此为对象，Gutierrez 和 Gonzalez 分析了快速铁路网的建设对城市间交通变化的影响，并提出了社会经济活动与未来交通通达性的关系[14]。Vickerman 等研究发现在拉大欧洲大陆核心区域和边缘区域的通达性差异水平时，高铁建设起着关键性作用。
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2 概念界定及相关理论基础
2.1 研究区概况
西安市的地理位置于渭河流域中部关中盆地，东经 107.40°～109.49°和北纬33.42°～34.45°之间，北面与渭河和黄土高原接壤，南面与秦岭山接壤，东面与零河和灞源山地相连，西面与太白山地及青化黄土台塬相连。辖境东西长约 204km，南北宽约116km。面积 9983km2，其中市区面积 1066km2。西安市的地质结构，加上横贯秦岭地槽褶皱带和华北地台两个主要单位，是中国所有城市中境内海拔高度差异最高的。秦岭大山和广袤而广阔的渭河平原是西安市的主要风景。西安是暖温带半湿润大陆性季风气候城市，有四个主要季节，然春季气候多变，夏季炎热多雨，秋季凉爽、雨水较多，冬季则显干冷缺少雨雪。全年平均气温 13℃。 西安是我国主要发展中心城市之一，是中西部地区重要的科技研究、高等教育、国防科技工业和高新技术产业基地，也是中国重要的航天、航空工业中心、机械制造技转化中心和纺织工业中心。西安拥有较强的工业基础，是中国中西部地区科技实力最强、工业门类最齐全的特大城市之一，并且在“西部大开发”经济战略中占主导位置，是“一带一路”经济发展核心城市。
西安位于中国领土中心和中国中西部两大经济区的交汇处，是中国西北向中央平原城市、华北和华东的必经之路。在区域经济框架中，正如西安的地理位置一样，作为新亚欧大陆桥中国段——陇海兰新铁路沿线经济带上城市，其具有贯穿东西、连接南北的重要桥梁作用。城市公路建设形成了一个以西安为中心、向外辐射“米”字型的网络系统，有 9 条国家高速在此交汇，公路长度可达 2800km，有 6 条国道干线通过。市区内全部建成高速公路，满足区域交通出行要求。区域总面积 10097km2，市区规划面积 865km2，城市建成区面积 565.8km2，常住人口 883.2 万人。据 2018 年上半年统计，西安公路客运量达 9197 万人次，城市公交客运量达 78628 万人次，地铁客运量达 42034 万人次。 本研究界定的研究区范围，是以西安绕城高速路为区域界线的主城区，区域面积450km2，此研究区域交通网络复杂，具有研究城市道路网络的典型性。
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2.2 数据来源与处理
本文所定义的交通网络通达性含义为：公路网络中节点之间互相到达的便捷程度。因此，以 2017 年西安市城区交通图为底图，通过地图配准，并对研究区域的基础交通网络数据进行矢量化，共提取出总长度 1658km 的城市道路，其中快速路 81km，主干道343km，次干道 175km，支道 1059km，并根据西安市道路的实际情况生成 1965 个路口节点。运用 ArcToolbox 工具对数据进行处理，构建 GIS 地理数据库，利用网络分析模块，提取分区域道路网络数据模型，对各个区域的路网进行分析。本文按照地理区块、主要道路边界对研究区域进行分割，共划定区域单元 9 个（图 2-3）。区域①为城墙内部的老城区，②—⑤为东西南北中轴线划分的二环线与环城线构成的区域，⑥—⑨为绕城高速路与二环线构成的区域。
西安市路网发达，尤其是主城区路网规划合理，横纵向路网密度高，但交通网络出行选择性少，小型客车的增加导致西安市交通网络整体呈现拥堵状况。为使通达性评价具备一定价值，本文将选择绕城高速内的所有主干道道路节点作为旅客出行的起始节点，并选择市中心（钟楼）作为旅客出行目的地，进行城市道路网络通达性分析。
在道路交通网络通达性评价中，不同类别的要素具有不同的作用，其中“点”要素存储了评价西安市各个节点的位置信息，包括设定的起始点与目的地点，为后续构建 OD成本矩阵奠定基础；“线”要素构成了西安市道路网络，存储了道路长度与行驶速度，这些属性为后续建立网络分析道路阻抗提供依据；“面”要素记录了本研究界定的西安市研究区域与分区域的边界范围，为后续研究各区域差异提供基础，并可根据面边界裁剪格栅插值图像、绘制通达性示意图。
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