网络景观指数分析法：城市道路网元胞模式分析的新方法及其应用

Road network comprises the structural framework of a city, supports the traffic, and it is also the primary visual element of the image of the city. The spatial patterns of road networks reflect their distribution characteristics as well as indicate characteristics of the politics, economics, and cultures associated with particular historical periods. The characteristics of cells composed of road networks related to the size and adjacency also reflect the pattern of road networks. This project proposes a novel approach to the pattern analysis of road networks: network-scape metric analysis. This approach introduces a new idea for pattern analysis of urban road networks. The research includes: network-scape metric analysis method, the influence factors of cellular pattern similarity and scale effect of cellular pattern analysis. By mining the main factors, extracting a core set of indicators and analyzing the influence, this approach helps to develop the insights into how and why the cellular patterns in urban road networks resemble one another, which can further support the research on the origin and mechanisms of road network evolution. The effects of changing the cartographic scale and spatial extent on pattern analysis are then explored to demonstrate the network-scape metrics' responses with changing scale.

道路网构成了城市的结构框架，是城市意象的主要组织元素和移动目标依附的载体。道路网在演化与规划的过程中形成了一定的模式，蕴涵着特定历史时期的政治、经济和文化特征。由道路网构成的元胞（路段构成的多边形）在形态、尺寸和邻接关系上具有一定的特点。本研究提出“网络景观”指数分析法用于分析道路网的元胞模式，为城市道路网的模式分析提供一种新的思路。研究内容包括“网络景观”指数分析法、元胞模式相似性的影响因素分析以及元胞模式分析的尺度效应。由数据驱动挖掘描述城市道路网元胞模式的主要因子和核心指数并进行影响因素的分析，试图探索城市道路网元胞模式的相似性及其与哪些因素相关；探求由比例尺和幅度变化所导致的模式分析的尺度效应，试图确定“网络景观”指数的尺度变换规律。

城市道路网具有丰富多样的特征。由道路网构成的元胞在形态、尺寸和邻接关系上具有各不相同的特点。已有道路网元胞结构的研究主要考察元胞的形状、尺寸以及元胞间的邻接情况，反映了元胞的组成特征，对元胞结构的空间配置特征关注较少。元胞的组成及其配置构成了特定的网络景观，受启发于元胞和景观格局中斑块的相似性，本项目借鉴景观格局分析中的景观指数分析法，提出了一种城市道路网元胞模式分析的新方法：网络景观指数分析法。通过网络景观指数的定义与计算，以及相关分析、因子分析、聚类分析、多尺度分析等探索式分析，本项目发现并解释了城市道路网元胞模式的主要因子及代表指数在道路网模式分析中的含义，可为城市形态的定量化研究提供支持。通过对主要因子的空间分布进行可视化和回归分析发现，欧洲和亚洲道路网具有较高均衡性，而存在城乡发展差距的发展中国家、低山丘陵、亚热带季风气候、热带森林植被的城市则具有较强的尺寸和形状变异。拓扑同配性与第一因子和第三因子的低得分存在关联，拓扑异配性与第二因子和第四因子的低得分以及第一因子的高得分存在关联。多尺度对比和秩相关分析表明，分形维度、形状等景观指数受尺度变化影响较为明显，其他指数影响较小、相对稳定。