交通地理与网络科学/网络语法

简介

近年来，网络语法在城市规划中的应用不断增加。网络语法指的是交通网络设计形状语法，它是一套针对规划者的建议，以规则的形式描述了如何将不同的网络元素（如节点和链路）连接在一起。这些规则通常可以在交通网络规划手册和标准中找到。由于网络规划的复杂性，交通网络规划者经常使用形状语法作为网络规划工具来解决NDP（网络设计问题），从而简化设计过程，同时实现网络优化 。通过使用网络语法，可以最大限度地提高网络效率，并实现可靠且稳健的网络。

背景

形状语法的应用可以在网络设计的不同领域找到，例如建筑、城市规划、交通规划、几何和数学。该概念最初由建筑师乔治·斯蒂尼和詹姆斯·吉普斯于 1972 年提出 ，以提供一种形式化方法来指定绘画和雕塑。后来被各种建筑师和城市规划师采用。后来，马歇尔 关注交通网络设计，并提出用于模式和街道布局的语法规则。范·内斯 评估了交通网络在分层网络结构中的组织方式，并确定了背后的主要机制。维廷斯和阿克斯豪森 也对马歇尔提出的现有模型进行了详细阐述。大多数常用的语法可以在设计手册和指南中找到。

优势与局限性

本节概述了形状语法规则在交通网络规划中的优势和局限性。

优势

• 网络规划者可以在没有深入的交通网络知识的情况下应用形状语法规则。

网络设计的专业知识非常广泛，网络规划者可能没有足够的交通知识来设计一个性能良好的网络，这使得网络设计成为一个难以解决的问题。形状语法是一种有效地减轻这种影响的工具。形状语法规则通常从以往的项目经验或专业人士建议的指南中借鉴，通常是经验法则。它们的应用非常简单，只需遵循规则/指南即可。

• 形状语法的计算成本相对较低

计算成本是指执行分析所需的必要资源数量。形状语法通常用于过程建模，可以通过应用算法来创建 3D 图像。它们与需要更高计算成本的双层网络优化形成对比。

• 形状语法规则可以解决拓扑特征

• 形状语法规则可以潜在地克服网络的复杂性。

它们总结了最大化网络性能的可能安排，这样网络规划者就不需要评估所有网络可能性，从而简化网络设计。

• 形状语法能够适应不同的场景

如前所述，形状语法已应用于不同的领域。它们具有广泛的应用的原因在于它们能够适应不同的场景，并允许来自不同学科的形状语法结合起来以实现完整性。

局限性

• 缺乏关于不同网络设计影响的基本研究基础

没有一致的建议集，并且对形状语法对道路网络设计的影响的研究有限 。

• 形状语法规则不明确

由于网络设计的复杂性和庞大的知识，"最佳设计"尚未明确，导致形状语法模糊和不完整。因为语法不仅用于应用物理形状，还代表功能，例如优先级规则或速度限制。如前所述，大多数规则都从过去的项目开发中借鉴而来，因此这些规则可能只在特定情况下适用。

• 指南中经常缺少关于密集城市道路网络设计的建议

虽然城市化地区在网络规划中通常很重要，但没有多少建议可用。

• 指南中经常缺少关于可靠性和稳健性改进的建议

• 规则实际开发和评估中缺乏方法论

形状语法规则的应用

形状语法的应用遍布世界各地。以下是网络语法的一些示例。

• 分层网络设计

下图 展示了分层道路网络设计形状语法规则的示例。在此示例中，网络元素只能在相邻链路最多相差一个层次的情况下相互连接，以保持网络的一致性。A、B、C 和 D 代表不同的网络层次。道路类型 A 只能连接到自身（相同类型）或类型 B（低一个层次）。不建议进行 A-C 和 A-D 连接。

• 道路扩展

这是另一个示例，由 定义道路扩展的方向、角度偏差和长度。有三个不同的方向：直行、左转或右转。如果节点具有 1 个价 (左)，则通常在直行方向上进行扩展。具有 2 个价 (中间) 的节点，方向可以随机选择为左转或右转。如果节点具有 3 个价 (右)，则仅选择剩余的方向。价指的是主要街道的入射数量。

• 指南和手册

许多机构提供指南和手册供规划目的使用。这些指南为交通网络设计提供了基本手段，尤其是道路网络设计。- AASHT（美国州际公路和运输官员协会）的《公路和街道几何设计政策》 - ITE（交通工程师协会）的《交通规划手册》

讨论

1. 为什么对密集道路区域（例如城市化区域）的建议较少？

2. 语法因地而异，在全球范围内也是如此。这是好还是不好？