城市交通网络是建立在城市空间之上的开放式复杂网络,是人类经济社会地表活动的重要组织形式和表征之一。对于交通网络的建模,常通过拓扑关联特征、人车流特征、可达性特征、方向性特征等几个方面进行考量。伴随城市社会经济的发展,交通网络不断延伸,持续与城市空间结构相互耦合。在此基础上,本文研究遵从的逻辑是,将交通网络视为一种“传输基质”置入城市空间,理想状态下的“城市均质平面”在时空压缩效应下发生形变,并产生“中心性”、“可达性”非均匀分布的复合空间;交通、土地(建成地块)两类要素在这一复合空间中交织于一起,其中交通构成了复合空间的基底骨架,土地(建成地块)嵌入进交通骨架,二者共同展现出复合性结构特征;进一步开展“交通-土地一体化”的城市空间结构测度、机制讨论、模拟优化等相关研究。以开封市中心城区为案例区,开展“交通-土地一体化”的城市空间结构研究具有重要意义。开封是国家历史文化名城,素有“八朝古都”之称,历史悠久,底蕴厚重。在其四千多年建城史期间,历史城区中轴线空间位置从未变动;在最近十五年间,城市向西迅速扩张,城市框架拉伸的同时形成了新老两个城区的基本格局。两个城区规模相当,但交通组织与结构特征存在显著差异,老城区路网基于人行尺度营建,自组织演化特征明显,空间结构呈现出历史继承性,以保留下来的城墙、城门、护城河、中轴线以及古建民居为结构基底;新城区路网基于车行尺度营建,空间结构规划特征显著,以融合了“新宋风”的现代建筑风格为主基调,同时以规则的棋盘式路网为结构基底。两城区虽然以汴西湖东西相隔,但通过东京大桥、豫兴大道(连接段规划中)、郑开大道、晋安路(连接段规划中)、宋城路、魏都路等城市主干路相互连通,协同演化,形成一个结构“共同体”。这样一处案例区极具研究价值。本文以开封市中心城区为例,基于“城市交通—城市空间结构”构建了论文研究框架,进行了以下四个层次的结构研究:第一个层次是交通要素自身的框架性句法解读;第二个层次是土地(建成地块)在以交通为框架的“复合空间”测度,即“交通-土地一体化”结构研究;第三个层次是交通对土地要素的空间关联及作用机制;第四个层次是综合交通网与交通流的建成区扩张空间模拟及优化。得到的主要结论如下:(1)开封市交通网骨架由单中心向多中心结构演化。通过空间句法线段角度模型识别出的局部城市中心数由2002年的1个(历史城区演化中心A)增加到2017年的3个(历史城区演化中心A、新老城区连接中心B和汴西片区集聚中心C),其中A点位于东大街与解放路交叉口,B点位于大梁路与黄河大街交叉口,C点位于郑开大道与五大街交叉口。3个集成中心同处一条东西向城市发展轴,勾勒出城市发展重心由东向西转移的轨迹。(2)新老城区建设用地形成具有不同特征的圈层结构,黏连成片发展。根据本文所发展的基于可达性的分形测量改进算法,可以提取各局部中心的“交通土地一体化”分形特征和与之相对应的圈层结构信息。以A为中心的历史城区圈层结构较为稳定,层次分明,由内到位依次为密度不变区、密度缓降区、密度骤降区;以C为中心的汴西片区由2012年的两圈层发展为2017年的三圈层,对应的集聚维数显著降低,这揭示了新区由外向内集聚填充的开发过程;以B为中心新老城区交界处圈层结构受到中心A、C的影响,对应的空间范围较小,但建成密度较高。总体上,三个局部中心各自的核心圈层相互消长融合,逐步连接成片。(3)交通流增量对城市扩张的空间关联在宏、微观不同尺度下性质相似,强度不同,但宏观规律更加明显。关联强度的粒度效应明显:500m×500m格网<1000m×1000m格网<2000m×2000m格网。这是由于,微观尺度下精细格网划分将打破原有宗地的完整性,掩盖部分交通流增量与宗地开发的关联信息,从而导致所测度的关联系数偏低。宏微观尺度可以更好地从全局展现空间关联规律。(4)穿行性交通流增量对城市扩张的关联作用趋于减弱,目的性交通流增量的关联作用趋于增强。将时间跨度分为三个时段:第一时段(新区扩建前期2002-2007)、第二时段(新区路网框架形成期2007-2012)和第三时段(建成区填充式发展期2012-2017)。全局穿行性交通流:从第一到第二时段关联增强,从第二到第三时段关联减弱;局部穿行性交通流:从第一到第二时段明显减弱,从第二到第三时段变化不大;全局到达性交通流:在三个时段持续上升;局部到达性交通流:微观上呈现出先降后增的趋势。(5)全局性与局部性交通流对城市扩张的作用机制不同,全局性交通流主要通过改变城市内部不同中心点之间的引力关系塑造城市空间结构;局部性交通流更侧重引导新建区的集聚方位。随着时间的变化,城市扩张的交通流关联由局部走向全局,但纵观过去15年,局部指标的作用仍强于全局指标。具体来看,第一时段:局部穿行度>局部整合度>全局穿行度(全局整合度),局部穿行性与局部目的性混合交通流增量是城市扩张的主要关联指标;第二时段:全局穿行度(局部穿行度、局部整合度)>全局整合度,全局、局部穿行性和局部目的性混合交通流增量是城市扩张的主要关联指标;第三时段:全局整合度>局部穿行度(局部整合度)>全局穿行度,全局目的性交通流增量是城市扩张的主要关联指标;全时段(2002-2017):局部穿行度(局部整合度)>全局整合度(全局穿行度),各类交通流增量与城市扩张的关联性显著高于各分时段。(6)多种城市扩张模式并存。叠加不同交通流增量进行城市扩张模拟,结果展现出不同的组合模式,其中新中心型增长模式总是主导模式之一。各模拟结果具体为:叠加全局穿行性交通流,城市扩张呈现出新中心型、边缘型和道路引力型相混合的增长模式;叠加局部穿行性交通流,城市扩张呈现出以新中心型增长为主导,自发型、边缘型和道路引力型增长相混合的模式;叠加全局(或局部)目的性交通流引导,城市扩张呈现出以新中心型和自发型增长为主导,边缘型和道路引力型增长相混合的模式。(7)将空间句法模型与SLEUTH模型进行松散耦合,可以提高像元尺度上模拟精度,增强对城市扩张的解释力度,且能够较好地捕捉到因城市规划等政策因素导致的城市发展中心的转移与飞地型新中心增长团块(汴西片区)的发展变化。这说明,集成空间句法“自上而下”的拓扑分析方法与元胞自动机“自下而上”的邻域转换规则是可行的,尤其可为双核(新老两区)联动发展类型的城市提供借鉴。(8)根据模拟结果,未来开封城市空间发展包括四大重点片区,对应的建设方向分别是:(1)以大、小辛庄为中心的西北片区,要以增强城市活力为主要建设目标,着力将此处打造成开封市西北方向的门户;(2)郑开大道两侧的西部片区,要以培育城市集聚型发展动力为主要目标,高端定位,注重提升城市品质;(3)以杏花营镇为中心的西南片区,要注入城市延展型扩张动力,提前做好规划,在产业、生态、交通等各个方面做好与城市中心区的对接;(4)以李长庄为中心的东部片区,应以调控为主,注重小而精的发展,暂不宜“铺大摊子”。本文的创新之处在于:(1)构造了一种基于交通可达性的集聚维数,实现交通-土地一体化的城市空间结构分形研究。(2)建立了交通视角下的城市空间结构分析框架,将静态的交通“网”和动态的交通“流”共同纳入研究体系,开展整体性、综合性结构研究。(3)整合了“自上而下”的路网拓扑和“自下而上”的CA模拟思想,在高分辨率影像基础上进行城市空间结构精细化模拟。