1.2.1　面向智慧规划的高速公路系统空间分异研究

我国国土面积大，为了将不同的城市通过高速公路连接起来，高速公路系统的空间分布非常广泛，具有多样的空间分异。智慧高速公路系统应该在明晰高速公路多样空间分异的基础上，进行智慧规划和建设，因而利用已有高速公路时空大数据探测高速公路系统多样的空间分异，是高速公路系统智能化改造和智慧高速公路建设的第一步。

在我国，高速公路系统通常是收费的，这就要求高速公路系统在某种程度上成为相对封闭的系统，即人员和车辆不能随意进出高速公路系统，只能通过固定的出入口进出。基于此，可以将表征高速公路系统的空间分布的元素抽象为两种，即交通线路和收费站。其中收费站设立在高速公路系统的入口和出口，一般靠近城市进行修建；交通线路是连接不同城市的通道，在高速公路系统中占据主要地位。从网络的视角来看，多个收费站形成节点，交通线路形成边，高速公路系统是通过节点和边形成的网络，高速公路系统的这种网络化抽象对于探测高速公路的空间分异具有重要的指导意义。因而高速公路系统的空间分异可以通过两种典型的空间单元——以节点为空间单元和以边为空间单元——进行展示。此外，也可从车辆移动行为的整体出发，以不同节点组合形成的“连线”为单元说明高速公路系统的空间分异规律。

首先是以节点为空间单元的高速公路系统空间分异，即高速公路系统在不同节点之间的差异性。各种收费站抽象而成的高速公路网络节点，是高速公路系统的入口和出口，对所有节点进行流入量和流出量的连续观测，可以测明高速公路系统内的车辆总数，进而推测高速公路系统的容量和容量变化。以高速公路系统节点为空间单元，最主要的空间分异规律就是不同节点之间流入量的差异和流出量的差异。汇总某一段时间内从不同节点进入高速公路系统的车流量，并进行空间上的展示和分析，可以得到流入量的空间分异规律。高速公路流入量的空间分异，可以反映区域人口流动和经济活动的繁忙度和活跃度，流入量大的节点附近城市更为活跃。相应地，汇总某一段时间内从不同节点离开高速公路系统的车流量，并进行空间上的展示和分析，可以得到流出量的空间分异规律。高速公路流出量的空间分异，一定程度上可以说明对应节点附近的城市在人口流动和经济活动方面的吸引力。进一步计算不同车辆类型在不同节点的流入量和流出量，可以对节点附近区域的经济结构和产业特色进行刻画和定位。例如货车流入量大的节点反映了附近区域工业活动相对频繁一些，可能属于工业厂区或者消费品集散区；大型客车流入量大的节点反映了附近区域人口流动更为活跃，可能属于某种旅游景区或者度假区。因而，以高速公路系统节点为空间单元，重点挖掘流入量和流出量的空间分异，以及不同类型车辆的流入量和流出量的空间分异，可以充分了解高速公路系统在区域交流中扮演的角色，解析人口流动和经济活动的特色，从而便于区域管理者从实际情况出发，制定相关的发展规划与管理政策，实现高速公路系统的智慧规划。

其次是以边为空间单元的高速公路系统空间分异，即以高速公路系统的不同路段为空间单元，在充分测度和衡量路段内交通状况的基础上，说明不同路段之间的差异，从而说明在高速公路系统内路段尺度的空间分异。路段内交通状况的度量可以从两方面入手：一是对影响驾驶行为的交通环境进行综合测度和说明，如路段长度、平均坡度和最大坡度、弯道数量、路段周边山体状况等；二是对路段上车辆行驶的状态和特征进行归纳，如不同时段的车流量、不同类型的车流量、不同类型车辆的平均通行时间、拥堵时间及发生频率、拥堵持续的时间、不同种类交通事故的发生频率等。从交通环境和行驶特征两个方面，充分挖掘并度量每一个路段上的交通状况，并将不同路段之间的交通状况进行地图综合展示和差异对比分析，可以分析并得出高速公路系统内路段尺度上的空间分异规律。基于所发现的空间分异规律，交通管理部门和规划部门在智慧高速公路系统建设或智能化改造的过程中，可进行针对性的改造以优化现有的交通设施体系。例如，基于交通环境的空间分异特征和规律，针对空间分异中交通环境相对较差的部分，通过增加建设额外路段等措施，优先改造最差路段，并进一步确定逐步改造的路段，根据路段空间分异的结果制定路段改造的顺序和策略，从而辅助于智慧交通建设中对已有路段进行改造的合理规划；基于行驶特征的空间分异特征和规律，针对空间分异中车辆行驶状态异常频发的路段，可以进行专门的监测和管理，采取增加提示信号牌、增加路况感知设备、增加巡检频率以及补充建设应急状态处置点等措施，使交通系统实现更为精确有效的管理。综上所述，基于高速公路系统内以边为空间单元、从交通环境和行驶状况两个方面来展示的空间分异，可以提升对已有交通系统的精确管理，同时也有助于对已有高速公路系统在智慧高速公路建设改造过程中的智慧规划。

最后，从整体上对车辆在高速公路系统内的空间移动行为进行考虑，也是研究高速公路系统内空间分异规律的重要方面。高速公路系统具备的一个重要功能，就是将区域内多个城市连接起来，方便不同城市之间的交流和联系。在这种交流和联系中，逐渐形成了特定的稳定关联模式，即某两个城市之间往往具备更为紧密的关联，挖掘一定区域系统内多个城市之间具备的某种内在的紧密空间关联关系，对于评估高速公路系统在区域发展中的作用、制定区域系统内不同城市之间协同发展的策略具有重要意义。单从高速公路道路分布来看，区域内多数城市之间均被路网连接，并不能直接反映城市之间的关联关系，只能通过路网距离的远近来说明城市之间存在的关联关系的紧密与否，通常认为路网距离近的城市之间的关联也更紧密，这种认知一定程度上可以说明现实世界之间的空间关联关系，但不够直接。更为直接的做法是聚焦到高速公路系统内车辆的移动，从车辆移动的整体行为来评价城市之间的关联关系，即车辆移动的起点和终点之间的连线使得不同城市连接在一起。从所有车辆行驶形成的空间关联之中，识别出数量最多、规律最明显的空间关联，也可以说明高速公路系统内区域关联的空间分异规律，这对区域管理部门制定面向城市协同发展的规划措施和政策具有重要的参考意义。

因而，在高速公路系统内分别探讨以节点、边和整体为单元的空间分异规律，能够为交通管理部门和区域规划部门进行智慧高速公路建设规划和区域发展经济发展规划提供重要的指导和依据，进而促进区域发展的智慧规划。