道路网络结构特点及景观格局效应

１引言

道路生态学是景观生态学研究的重要范畴［１，２］，国外道路生态学研究始于２０世纪６０年代［３～５］，此后随着ＧＩＳ技术和遥感手段的大量应用，区域及景观层面的道路生态学研究在上个世纪８０年代之后得到了蓬勃的发展［６～１０］，研究内容涉及道路系统建设和运营对动植物栖息环境的影响［１１～１３］、景观格局及土地利用效应［１４］、污染控制及灾害防治［１５，１６］和区域交通体系建设与管理［１７，１８］等多个重要理论和应用领域。比较而言我国的道路景观生态学研究起步较晚，典型意义的研究报道大多出现在最近１０年中［１９，２０］。由于道路系统通常构成地区社会经济发展的骨架，并且表现出明显的网络结构特征，因而运用网络分析手段研究道路网络结构特征及其成因，进而在区域层面深入剖析其社会经济及景观生态学效应，成为道路生态学研究的热点领域。网络的拓扑结构主要包括规则网络、随机网络和复杂网络三种［２１］，研究表明现实中的大多数网络均非规则网络，特别是道路网络更多地表现为一种复杂的网络结构特征。

总结国内外现有道路网络生态学研究成果报道发现，大多数研究工作比较关注自然及半自然景观研究，城市化地区相关研究比较薄弱。本文拟以深圳市为例，在合理确定不同地域研究单元的基础上，利用２００７年的土地变更调查数据，结合ＧＩＳ技术、网络分析方法和景观格局分析方法，研究道路网络的结构特征、影响因素及其景观生态效应，成果可以为道路生态学理论和实践总结提供案例研究积累。

２研究区概况及研究方法

２．１研究区概况

深圳市地处我国珠江三角洲东南部地区，为典型的南亚热带季风气候区。全市陆域总面积１９５０ｋｍ２，地貌特征包括低山、丘陵、台地、河谷阶地和滨海平原等多种类型组合，其中低山占９．２％，丘陵３９．８％，台地２２．６％，阶地和平原２６．２％。深圳市是我国最早实施对外开放的地区之一，经过三十余年的快速城市化和工业化过程，从以往的一个边陲小县，迅速成长为总人口超过１２００万，社会经济总量居全国第四的特大型城市。在深圳市的快速城市化进程中，“要想富，先修路”和“路大财大，路通财通”等理念一致贯穿各类城市建设用地开发与拓展的始终。到２００７年底，全市道路总里程达到１９３８ｋｍ，其中高速公路２６９．４ｋｍ，其他等级道路１６６８．６ｋｍ，居全国领先水平。从中不难发现，对道路系统建设的重视，无疑是深圳市社会经济和城市建设维持三十余年高速增长的重要前提和保障条件。

２．２研究方法

２．２．１研究单元的确定

深圳市以往总体发展格局包括深圳特区（含罗湖、福田、南山和盐田四个区）以及特区以外的宝安和龙岗两个区（各含１０个镇级行政单元），全市对外开放以后的城市化和工业化过程一直以上述２４个行政单元为全区发展的基本构架（图１）。２００５年前后深圳市为适应全境城市化的发展要求，特别是为协调城市发展与各类资源供给之间的矛盾，将全市管理架构调整为市—区—街道办三级架构。事实上２００５年全区行政架构调整之前，深圳市大规模建设用地扩张，特别是交通体系建设工作已经基本完成，以往２４个行政单元为主的区域管理架构基本奠定了现有的城市景观和交通体系骨架。这些行政管理单元的面积大致在１００ｋｍ２左右，城市化过程的基本特点是先形成一个地域发展中心，并形成相对完善的交通网络；随后再逐步向外围扩张，伴生出一系列与之相匹配的交通体系发展特征（图２）。考虑到后续研究工作将通过统计分析手段解析深圳市道路网络特征、城市化水平空间分异对道路网络发育的影响以及道路网络特征的景观生态学效应，本文将使用２００５年之前深圳市的２４个区（镇）行政单元作为本文统计分析的基本研究单元。

２．２．２道路网络结构特征描述及相关性分析

考虑到铁路交通通常为大尺度跨区域性影响因素，地铁网络则主要表现为节点性影响，本项研究的道路网络研究仅针对深圳市公路交通网络进行。道路网络结构特征分析通常包括网络数量特征和格局特征分析两个部分，其中数量结构特征分析常用指标包括交通用地密度（％）、单位面积的道路里程（ｋｍ／ｋｍ２）、节点数量和廊道数量等；格局特征分析最常用的是各类网络格局特征指数。本项研究中，考虑到利用ＧＩＳ系统从高精度土地变更调查数据上直接提取各类道路总长度可能与实际情况有较大出入，因而选择道路交通用地密度、节点数量、廊道数量三种数量结构指标和网络闭合度（α指数，是用来描述网络中回路出现的程度）、线点率（β指数，指网络中每个节点的平均连线数）、网络连接度（γ指数，是用来描述网络中所有节点被连接的程度）三种格局指数进行道路网络结构特征描述［２２，２３］。其中，交通用地指标、节点数量和廊道数量将依据全市及各研究单元土地利用变更调查数据，通过ＧＩＳ统计或目视判断计数直接得出。道路网络格局指数的数值大小，可以表征不同的网络发育状况。α值的变化范围在０～１之间，当α＝０时，表示网络无回路；当α＝１时，表示网络具有最大可能的回路数［２３］。β值为大于０的值，当β＜１时，表示网络将形成树状格局；β＝１时，表示会形成单一回路；β＞１时，表示有更复杂的连接度水平［２４］。γ指数的变化范围为０～１，γ＝０时，表示没有节点相连；γ＝１时表示每个节点都彼此相连［２３］。道路网络格局特征和数量结构特征往往受自然环境条件和社会经济发展约束会产生较大的差异性，并且这两种结构特征之间可能会因为不同地域单元外部约束条件差异表现出不同的相互关系特征。本研究将以深圳市２４个空间研究单元为样本，再将上述描述指标进行标准化的基础上进行相关性分析，通过不同描述指标之间的相关性特征，剖析工作区道路网络数量结构特征变化对网络格局特征的影响，解析深圳市道路网络发育的基本特征和成因。