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如何对道路的“规律性”进行量化分析?全国主要城市道路特征图分享

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2021-09-27

随着城市的快速发展,我们的城市道路系统也变得日渐复杂,也有越来越多的市民愈发“找不着北”而迷失在城市道路中,当然这其中的原因是多样的,或许和市民个体的方向感有关,也可能和城市道路的规划有关。今天我们尝试从城市道路的一些自身特征出发,对这一现象进行分析。



一  道路的方向性和规律性

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图 1  同比例下的镇海老城(左)与东部新城(右)


不同地区的城市道路有着截然不同的差异,以我们熟悉的宁波为例,东部新城的道路呈现明显规律的网格特征,而镇海老城的城区道路则显得相对不够规整,从图片上可以看出主干道路将镇海分成三片,但三片的主要道路方向均有差异,不统一。


显然,若一个地区的道路方向有着较高的统一性,我们潜意识里会认为这个地方的道路更“规律”,人在城市中的感知也会更加清晰;而当道路的方向性不规律时,市民在城市道路感知中更加容易“找不到北”。


基于以上认知,我们可以对道路的“规律性”进行量化。通过对一个地区各个方向的道路长度进行累加计算,并以“玫瑰图”的形式进行展示,便能得到该区域道路方向的总体规律性特征,进而帮助我们对道路方向的规律性有一个直观认知。



二  所用数据和研究方法

本文中所使用的数据主要涉及各城市的各级公路、城市道路、乡村道路。其中,后文所用的各城市比较的数据来源为OpenStreetMap,宁波市道路特征分析的数据来源为国普路网。


基于以上数据,通过python对各地区的道路数据进行数据读取、道路分类分段、方向角度计算、道路长度累加等步骤,并利用第三方可视化包matplotlib进行“玫瑰图”绘制,进而实现后续的分析。



三  全国各城市道路特征总览

我们先来看看全国主要城市的道路“规律性”如何?

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图 2  全国部分城市的道路特征图


利用上述研究方法,我们对全国主要城市的道路“规律性”进行了计算,并得到了各城市的道路特征图。通过对各城市的特征进行初步观察,我们大致可将各城市分为三类,并选取了典型城市案例,见图2。


(一)“十字形”道路网

“十字形”道路网的典型城市是北京、西安、郑州等。这些城市都是历史悠久的古城,现代城市的道路网受古代城市建制的影响较深,南北向和东西向的道路占比极高,从而使城市道路特征呈现了极强的“十字形”。


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图 3  “十字形”道路网典型城市


(二)“异十字”道路网

“异十字”道路网的典型城市杭州、深圳、上海等。这类城市在呈现较为明显的“十字形”基础上,或在其他方向上也有较长的道路,如杭州、深圳;或有两组“十字”,但呈一夹角并存,如上海,可见上海主要存在四种方向的主要道路。


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图 4  “异十字”道路网典型城市


(三)“团状”道路网

“团状”道路网的典型城市是重庆、福州、昆明等,而我们的宁波也在这一类中。宁波的道路方向其实有大致的“十字形”特征,且与“正十字”形成了一定的顺时针夹角,但由于其他方向的道路也较多,因此整体还是呈“团状”;南京整体呈现为一个菱形,在南北、东西方向上有主要的城市道路特征,但在其他方向上道路也较多;而重庆、福州、昆明等城市的道路方向完全没有特征。


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图 5  “团状”道路网典型城市


对上述三类城市道路特征进行分析后,同时结合全国主要城市的道路特征分析,我们还能发现一些特点:


1.很少有城市道路是完全呈正南北、正东西的“正十字形”,往往都有一点旋转角,且值得注意的是,旋转方向都是顺时针方向,旋转角度多在6°左右,如北京、济南、郑州、合肥、武汉、深圳、西安。(注:风玫瑰图上的每个格子的角度为6°,除西安外其他城市相比“正十字”都顺时针旋转了一个格子,而西安旋转在1-2格之间)。


2. 北方城市的道路整体比南方城市更规律,呈“正十字形”的城市主要为北京、济南、青岛、石家庄、太原、西安、郑州、合肥、苏州,除合肥和苏州外,其余城市皆为北方城市。这当然和地形特征分不开,北方城市多平原,而南方城市受山地、丘陵、水系等影响,因山因水道路有所改变,自古代建城开始逐步影响至今。



四  宁波道路特征分析

在对全国主要城市的道路特征进行简单分析后,我们可以看到宁波属于“团状”道路网特征,在全国各城市对比中,更多地呈现出一种“混乱”的特征。


但作为多山地、丘陵区域,那么宁波内部各地区又分别处于一种什么状态呢?


(一)宁波各区县特征分析

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图 6  宁波道路特征图(上)、分析所用道路图(下)


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图 7  宁波各区县道路特征图


通过对各区县的道路进行了分别统计计算,见图7。我们发现在十个区县中,江北、奉化呈现出相对规律的特征,呈比较清晰的“十字形”;镇海、余姚、慈溪呈现“异十字”;其他区县基本呈“团状”。


当然,这也是由于宁波的山地和丘陵面积占了全市陆域的一半,在大量的山区以及农村,这些道路蜿蜒曲折,道路方向受地形影响大,从而影响了全宁波的道路总体特征;但这部分道路其实对大多数居民的生活影响较小,因为城市道路才是城市居民使用的主体。


为了让实际的分析结果,能够更加符合大多数居住在城市中的市民的实际感受,我们剔除了宁波的乡村道路以及连接各区域的公路,只选取城市道路,并从全市和各区两个维度进行了重新计算,见图8和图9。


图 8  宁波道路特征图(城市道路)(上)、分析所用道路图(下图中红色部分为城市道路,黑线为各区县边界)


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图 9  宁波各区县道路特征图(不含乡村道路图)


显然,和前者相比,剔除乡村道路后的结果有一个明显的“瘦身”。宁波全市道路呈现了明显的“十字形”。


1.“十字形”道路网

在各区县中,道路规律性更加明显,鄞州、奉化、余姚、慈溪、宁海、象山都几乎呈“十字形”道路网,和前者得到的结果相比,也更说明这几个区县的乡村道路占比高,方向杂乱的乡村道路影响了全区的整体“规律性”。从图10也可看出,各区城市道路相对比较规整,道路主方向比较明晰,居民在城市中的道路方向感也会更好。


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图10   “十字形”道路网区县的城市道路


2.“异十字”道路网

海曙、江北、北仑呈现明显的“异十字”特征。其中,江北的道路特征明显,无论有无去除乡村道路,其南北方向上的道路长度明显大于东西方向,这是由于江北的横向道路有正东西方向以及西北-东南两个方向,因此消减了各自的长度。海曙和北仑相似,道路方向上都有一定倾斜,各自都有明晰的主方向道路,但是也有较多其他方向的道路,形成“异十字”道路网。


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图11   “异十字”道路网区县的城市道路


3.“团状”道路网

镇海呈现出典型的“团状”道路网特征。镇海各部分的城市道路发展都有自己的特征,招宝山地区道路沿甬江布置,骆驼地区按正十字方向布置,北部园区沿海岸线布置,因此城市道路呈现出多个方向的特征,居民在该地区车行时,主道路方向会时常变化,使人的道路方向感会更弱。


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图12  “团状”道路网区县的城市道路


(二)宁波重点地区分析

通过相同的方法,我们对宁波的几个重点地区道路进行了同样的计算,见图13。东部新城和南部商务区等新建设地区,道路网都较为规整,两新城由于同在鄞州区,主道路方向比较一致,和全区道路方向统一。海曙老城和镇海老城也有着较为清晰的道路方向,但老城在部分道路上由于受水系等影响,因此在一些次方向上也会有一定道路。


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图13  各重点地区道路网特征


(三)宁波拥挤道路分析

利用全市的拥堵路段数据,我们对宁波的拥堵路段方向特征进行了计算,见图14。可以发现该路网特征与全市城市道路网特征高度相似,可见宁波道路的拥挤度和城市道路方向并无明显关系,各方向上道路均会出现拥挤情况,这方面研究需要更多从城市的通勤特征去考虑。


图14  宁波道路特征图(城市道路)(上)、宁波拥堵路段特征图(中)、宁波交通路网拥挤度(下)



五  小结

本文在对全国主要城市的道路“规律性”进行总体分析后,从宁波各区县、重点地区等角度进行深入分析。可以得到一些结论:


1 从全国来看,各城市的道路“规律性”特征可以分成“十字形”、“异十字形”、“团状”等三种类型,而宁波道路网方向整体处于一个“无序”的状态,属于“团状”道路网;


2 聚焦到宁波,我们发现宁波道路网的“无序”主要是由乡村道路、水系、地形特征等因素造成的。当排除这些因素,只对城市道路进行分析后,发现除镇海、北仑外,多数区县具有清晰的“十字形”路网,可见多数城区范围内道路均有着较强的“规律性”,在城区的重点地区道路方向也和周边环境一致,均较为规整。


3 江北、北仑、镇海的城区部分沿江或沿海分布,受江岸、海岸线等影响,道路方向有明显的地理性特征,因此在道路方向上相较其他区县更为混乱,“规律性”较弱。



延伸阅读:全国主要城市道路网特征图



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