1.2.1　面向智慧規劃的高速公路系統空間分異研究

我國國土面積大，為了將不同的城市通過高速公路連接起來，高速公路系統的空間分布非常廣泛，具有多樣的空間分異。智慧高速公路系統應該在明晰高速公路多樣空間分異的基礎上，進行智慧規劃和建設，因而利用已有高速公路時空大數據探測高速公路系統多樣的空間分異，是高速公路系統智能化改造和智慧高速公路建設的第一步。

在我國，高速公路系統通常是收費的，這就要求高速公路系統在某種程度上成為相對封閉的系統，即人員和車輛不能隨意進出高速公路系統，只能通過固定的出入口進出。基于此，可以將表征高速公路系統的空間分布的元素抽象為兩種，即交通線路和收費站。其中收費站設立在高速公路系統的入口和出口，一般靠近城市進行修建；交通線路是連接不同城市的通道，在高速公路系統中占據主要地位。從網絡的視角來看，多個收費站形成節點，交通線路形成邊，高速公路系統是通過節點和邊形成的網絡，高速公路系統的這種網絡化抽象對于探測高速公路的空間分異具有重要的指導意義。因而高速公路系統的空間分異可以通過兩種典型的空間單元——以節點為空間單元和以邊為空間單元——進行展示。此外，也可從車輛移動行為的整體出發，以不同節點組合形成的“連線”為單元說明高速公路系統的空間分異規律。

首先是以節點為空間單元的高速公路系統空間分異，即高速公路系統在不同節點之間的差異性。各種收費站抽象而成的高速公路網絡節點，是高速公路系統的入口和出口，對所有節點進行流入量和流出量的連續觀測，可以測明高速公路系統內的車輛總數，進而推測高速公路系統的容量和容量變化。以高速公路系統節點為空間單元，最主要的空間分異規律就是不同節點之間流入量的差異和流出量的差異。匯總某一段時間內從不同節點進入高速公路系統的車流量，并進行空間上的展示和分析，可以得到流入量的空間分異規律。高速公路流入量的空間分異，可以反映區域人口流動和經濟活動的繁忙度和活躍度，流入量大的節點附近城市更為活躍。相應地，匯總某一段時間內從不同節點離開高速公路系統的車流量，并進行空間上的展示和分析，可以得到流出量的空間分異規律。高速公路流出量的空間分異，一定程度上可以說明對應節點附近的城市在人口流動和經濟活動方面的吸引力。進一步計算不同車輛類型在不同節點的流入量和流出量，可以對節點附近區域的經濟結構和產業特色進行刻畫和定位。例如貨車流入量大的節點反映了附近區域工業活動相對頻繁一些，可能屬于工業廠區或者消費品集散區；大型客車流入量大的節點反映了附近區域人口流動更為活躍，可能屬于某種旅游景區或者度假區。因而，以高速公路系統節點為空間單元，重點挖掘流入量和流出量的空間分異，以及不同類型車輛的流入量和流出量的空間分異，可以充分了解高速公路系統在區域交流中扮演的角色，解析人口流動和經濟活動的特色，從而便于區域管理者從實際情況出發，制定相關的發展規劃與管理政策，實現高速公路系統的智慧規劃。

其次是以邊為空間單元的高速公路系統空間分異，即以高速公路系統的不同路段為空間單元，在充分測度和衡量路段內交通狀況的基礎上，說明不同路段之間的差異，從而說明在高速公路系統內路段尺度的空間分異。路段內交通狀況的度量可以從兩方面入手：一是對影響駕駛行為的交通環境進行綜合測度和說明，如路段長度、平均坡度和最大坡度、彎道數量、路段周邊山體狀況等；二是對路段上車輛行駛的狀態和特征進行歸納，如不同時段的車流量、不同類型的車流量、不同類型車輛的平均通行時間、擁堵時間及發生頻率、擁堵持續的時間、不同種類交通事故的發生頻率等。從交通環境和行駛特征兩個方面，充分挖掘并度量每一個路段上的交通狀況，并將不同路段之間的交通狀況進行地圖綜合展示和差異對比分析，可以分析并得出高速公路系統內路段尺度上的空間分異規律。基于所發現的空間分異規律，交通管理部門和規劃部門在智慧高速公路系統建設或智能化改造的過程中，可進行針對性的改造以優化現有的交通設施體系。例如，基于交通環境的空間分異特征和規律，針對空間分異中交通環境相對較差的部分，通過增加建設額外路段等措施，優先改造最差路段，并進一步確定逐步改造的路段，根據路段空間分異的結果制定路段改造的順序和策略，從而輔助于智慧交通建設中對已有路段進行改造的合理規劃；基于行駛特征的空間分異特征和規律，針對空間分異中車輛行駛狀態異常頻發的路段，可以進行專門的監測和管理，采取增加提示信號牌、增加路況感知設備、增加巡檢頻率以及補充建設應急狀態處置點等措施，使交通系統實現更為精確有效的管理。綜上所述，基于高速公路系統內以邊為空間單元、從交通環境和行駛狀況兩個方面來展示的空間分異，可以提升對已有交通系統的精確管理，同時也有助于對已有高速公路系統在智慧高速公路建設改造過程中的智慧規劃。

最后，從整體上對車輛在高速公路系統內的空間移動行為進行考慮，也是研究高速公路系統內空間分異規律的重要方面。高速公路系統具備的一個重要功能，就是將區域內多個城市連接起來，方便不同城市之間的交流和聯系。在這種交流和聯系中，逐漸形成了特定的穩定關聯模式，即某兩個城市之間往往具備更為緊密的關聯，挖掘一定區域系統內多個城市之間具備的某種內在的緊密空間關聯關系，對于評估高速公路系統在區域發展中的作用、制定區域系統內不同城市之間協同發展的策略具有重要意義。單從高速公路道路分布來看，區域內多數城市之間均被路網連接，并不能直接反映城市之間的關聯關系，只能通過路網距離的遠近來說明城市之間存在的關聯關系的緊密與否，通常認為路網距離近的城市之間的關聯也更緊密，這種認知一定程度上可以說明現實世界之間的空間關聯關系，但不夠直接。更為直接的做法是聚焦到高速公路系統內車輛的移動，從車輛移動的整體行為來評價城市之間的關聯關系，即車輛移動的起點和終點之間的連線使得不同城市連接在一起。從所有車輛行駛形成的空間關聯之中，識別出數量最多、規律最明顯的空間關聯，也可以說明高速公路系統內區域關聯的空間分異規律，這對區域管理部門制定面向城市協同發展的規劃措施和政策具有重要的參考意義。

因而，在高速公路系統內分別探討以節點、邊和整體為單元的空間分異規律，能夠為交通管理部門和區域規劃部門進行智慧高速公路建設規劃和區域發展經濟發展規劃提供重要的指導和依據，進而促進區域發展的智慧規劃。