湘江流域綜合交通優(yōu)勢度測度與分析

田小琴, 彭 鵬, 楊靜靜,丁潔瓊

?

湘江流域綜合交通優(yōu)勢度測度與分析

田小琴, 彭 鵬*, 楊靜靜,丁潔瓊

(湖南師范大學 資源與環(huán)境科學學院, 湖南 長沙, 410081)

以湘江流域為研究區(qū)域, 選取縣級及以上城市為評價單元, 運用GIS分析技術(shù)從公路網(wǎng)密度、鄰近度、通達性3方面分別對各評價單元的差異進行分析, 并利用以上3個指標構(gòu)建區(qū)域交通優(yōu)勢度綜合評價模型, 分析湘江流域交通優(yōu)勢度的空間分布格局和特征以及其形成成因. 研究表明: 湘江流域路網(wǎng)密度整體較低, 城市間差異較大; 鄰近度和通達性以地級市為中心呈圈層分布; 城市間交通優(yōu)勢度極化嚴重, 交通優(yōu)勢度較高的地區(qū)主要在長株潭城市圈、衡陽市及周邊地區(qū); 整個流域交通優(yōu)勢度成“H”字型分布格局.

交通優(yōu)勢度; 鄰近度; 通達性; GIS; 湘江流域

交通設(shè)施對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展具有引導、支撐和保障能力, 是反映區(qū)域發(fā)展條件優(yōu)劣的重要指標. 交通優(yōu)勢度是為測度一個地區(qū)現(xiàn)有通達水平而設(shè)計的一個綜合性指標, 由公路網(wǎng)密度、鄰近度、通達性3項指標構(gòu)成[1]. 目前對交通優(yōu)勢度的測度多借用GIS技術(shù)從可達性視角進行研究, 但已有的研究多集中于單一的交通方式(如鐵路[2]、公路[3]、航空等), 其分析結(jié)果并不能較好表征由多種交通因素組成的區(qū)域綜合交通的優(yōu)勢[4—6]. 近年來, 為了更全面地測算區(qū)域的交通優(yōu)勢度, 部分學者通過構(gòu)建多要素模型對交通網(wǎng)絡(luò)進行了綜合評價與分析. 封志明從交通設(shè)施保障程度和與外界聯(lián)系便捷程度2個方面建立了交通可達性指數(shù)模型[7]; 金鳳君等構(gòu)建了多指標的度量模型, 并以全國為例進行了驗證[1]. 該模型隨后也被一些學者應(yīng)用到多個區(qū)域進行驗證, 如廣東省[8]、山西省[9]、海南省[10]和長江三角洲[11]. 但該模型分析單元尺度較大, 且模型中的閾值及權(quán)重需根據(jù)不同區(qū)域的發(fā)展實際來確定才可真實反映區(qū)域的交通優(yōu)勢度. 在計算鄰近度, 通達性等指標時也多采用歐氏距離計算, 對區(qū)域交通的站場影響也考慮較少. 本文借用GIS分析技術(shù), 采用構(gòu)建O-D矩陣的網(wǎng)絡(luò)分析方法計算通達性, 在計算鄰近度時考慮鐵路站點和高速出入口對區(qū)域交通的直接影響來分析區(qū)域的交通優(yōu)勢度, 具有較強的實際意義.

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

湘江流域位于湖南省東南部, 流域內(nèi)形成了以京珠高速, 106國道、107國道為縱向主干道, 以319國道、320國道、上瑞高速、滬昆高速、衡炎高速、長益高速等橫亙東西, 縱橫交錯的區(qū)域間公路交通網(wǎng)絡(luò)和以京廣、滬昆、湘桂鐵路干線、石長鐵路和京廣高鐵客運專線交匯成一個南達兩廣, 北通中原, 東聯(lián)江、浙、滬, 西接云、貴、川、渝的網(wǎng)狀框架(圖1).

湘江流域(湖南境內(nèi)降雨匯入湘江的區(qū)域)包括長沙、湘潭、株洲、衡陽、郴州、永州、婁底、邵陽、岳陽等9市, 共67個縣市區(qū). 考慮到部分地級市城區(qū)面積較小、區(qū)域內(nèi)部各個區(qū)交通優(yōu)勢度差異較小, 對其進行合并處理, 以利于比較, 最終以58個分析單元作為研究對象.

圖1 湘江流域交通網(wǎng)絡(luò)分布圖

1.2 數(shù)據(jù)來源

首先對湖南省交通地圖(2011年)進行掃描、校正, 然后運用ArcGIS軟件矢量化, 最后以湖南省基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)進行裁剪, 建立湘江流域路網(wǎng)空間數(shù)據(jù)庫.

圖2 交通優(yōu)勢度評價指標體系

2 研究方法及評價模型

依據(jù)國家頒布的《省級主體功能區(qū)技術(shù)規(guī)程》, 結(jié)合多位學者對不同區(qū)域交通優(yōu)勢度的研究, 綜合考慮湘江流域交通發(fā)展的實際情況, 構(gòu)建多維指標體系來定量測算湘江流域交通優(yōu)勢度(表1). 一級指標包括公路網(wǎng)密度、鄰近度和通達性, 然后進行集成分析, 綜合評價湘江流域交通優(yōu)勢度的空間分布特征及成因. 具體流程見圖2.

表1 交通優(yōu)勢度多維指標體系及權(quán)重

2.1 公路網(wǎng)絡(luò)密度

在各種線狀交通設(shè)施中, 公路線路本身對區(qū)域交通優(yōu)勢度的影響較大, 鐵路線路本身對區(qū)域交通優(yōu)勢度的影響相對較小, 它的影響主要是在站場的位置和選擇方面, 因此研究公路網(wǎng)絡(luò)密度更具有實際意義. 由于不同等級公路對交通優(yōu)勢度的影響不同, 因此對不同等級的道路長度乘以對應(yīng)的權(quán)重, 得到縣域模擬路網(wǎng)長度, 參照表1依據(jù)公式(1)計算. 公路網(wǎng)絡(luò)密度的計算為各評價單元模擬路網(wǎng)長度與各評價單元土地面積的比值, 依據(jù)公式(2)計算.

式中,L為等級道路在區(qū)域的實際運營長度;A為等級道路權(quán)重;L為區(qū)域模擬路網(wǎng)長度;S為區(qū)域土地面積;D為縣域的公路網(wǎng)絡(luò)密度.

2.2 鄰近度

鄰近度主要用來描述地理空間中2個地物距離相近的程度. 鄰近度表征鐵路、公路、港口、機場等交通基礎(chǔ)設(shè)施及交通干線對區(qū)域交通優(yōu)勢度的影響. 通過ArcGIS軟件對各評價單元行政中心點與各種交通干線之間的距離進行計算(鐵路選擇最近的鐵路站點, 高速公路選擇最近的高速出入口), 按距離的遠近分類賦值(表2), 最后對不同交通設(shè)施得分經(jīng)過歸一化處理, 得出各評價單元不同交通干線的影響度, 然后進行加權(quán)匯總. 設(shè)某區(qū)域的鄰近度函數(shù)為(x), 其為區(qū)域種交通干線及重要交通基礎(chǔ)設(shè)施的鄰近度, 則計算公式為:

表2 交通設(shè)施影響度賦值表

注:r、c、p、a分別為該區(qū)域行政中心與最近的鐵路站點、高速公路出入口、港口、機場的交通距離.

2.3 通達性

通達性反映區(qū)域交通網(wǎng)絡(luò)交流的便捷程度, 是為了更加實際地反映城市間基于路網(wǎng)的空間距離. 借助ArcGIS技術(shù), 在交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集基礎(chǔ)上運用O-D矩陣分析模塊, 采用網(wǎng)絡(luò)分析法計算各縣域基于交通網(wǎng)絡(luò)與最近地級市的空間距離, 計算依據(jù)公式(4). 通達度是一個逆向指標, 值越大, 表示通達度越小, 本文先將逆指標正向化, 再采用極差法進行標準化處理.

式中:L為縣域行政中心到最近地級市行政中心的交通網(wǎng)絡(luò)距離,L為區(qū)域行政中心到地級市行政中心的交通網(wǎng)絡(luò)距離.

2.4 交通優(yōu)勢度

在交通優(yōu)勢度的集成時, 先采用極差法分別對公路網(wǎng)密度、鄰近度、通達性3個指標進行歸一化處理, 最后對處理后的數(shù)據(jù)進行賦權(quán)重求和(參照表1). 設(shè)區(qū)域的交通優(yōu)勢度函數(shù)為(x), 計算公式如下:

式中:D、P、A分別為交通網(wǎng)絡(luò)密度、鄰近度、綜合通達性的標準化值.

3 結(jié)果分析

隨著“兩型”社會、中部崛起等戰(zhàn)略的實施, 湖南省的公路網(wǎng)建設(shè)突飛猛進, 全省公路網(wǎng)密度達到109.63 km/100 km2(高速、國道、省道、縣道及鄉(xiāng)道), 高于全國平均水平. 本文以交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)及行政區(qū)域面積數(shù)據(jù)為基礎(chǔ), 計算得到的湘江流域58個評價單元的公路網(wǎng)密度、鄰近度、通達性及利用3指標構(gòu)建數(shù)學模型計算得出的交通優(yōu)勢度見圖3.

圖3 湘江流域交通優(yōu)勢度分布

3.1 公路網(wǎng)密度分析

在湘江流域58個研究單元中公路網(wǎng)密度(高速、國道、省道)高于20 km/100 km2(歸一密度為0.5)的單元為5個, 僅占總數(shù)的8.6％(表3). 主要分布在長沙、株洲、湘潭、衡陽、邵陽幾個地級市單元中. 90%以上的地區(qū)路網(wǎng)密度值在0.5以下, 在路網(wǎng)密度分類圖中為了體現(xiàn)區(qū)域內(nèi)部差異, 采用如圖3(a)的分類方式. 根據(jù)評價結(jié)果(圖3(a)), 路網(wǎng)密度呈現(xiàn)以下特征: 路網(wǎng)密度值整體較低, 較高的地區(qū)主要為幾個地級市; 路網(wǎng)密度地區(qū)差異明顯, 密度最高單元為34.11 km/100 km2, 而密度最低單元僅為3.14 km/100 km2, 前者為后者的10倍; 在格局上, 呈“井”字形分布, 沿京珠高速、二廣高速、滬昆高速和泉南高速形成四大高密度帶; 嘉禾縣由于省道1806線橫貫東西, 1803線縱穿南北, 省道密度較大, 所以成為路網(wǎng)密度較大地區(qū).

表3 湘江流域交通優(yōu)勢度分布

注:—交通優(yōu)勢度;1—路網(wǎng)密度;2—鄰近度;3—通達性.

3.2 鄰近度分析

根據(jù)評價結(jié)果(圖3(b)), 湘江流域交通設(shè)施鄰近度呈現(xiàn)出以下特征: 首先, 與路網(wǎng)密度一樣, 鄰近度城市極化嚴重. 鄰近度在0.75～1之間的單元僅有10個, 占17.2%(表4), 主要分布在長株潭城市群、邵陽等幾個地級市研究單元中. 其次, 鄰近度南北差異突出. 北部的長株潭城市群, 衡陽都市圈明顯高于南部的永州、郴州地區(qū), 主要是由于北部公路網(wǎng)、鐵路網(wǎng)較為密集(圖1), 二泉高速通過江華、道縣境內(nèi), 京珠高速、京廣高鐵通過郴州市境內(nèi), 所以鄰近度值較高. 鄰近度分布呈圈層分布, 地級市中心對外輻射明顯, 呈由地級市中心向四周逐漸降低的態(tài)勢.

表4 不同等級區(qū)域相關(guān)系數(shù)匯總表

注:1、2、3分別指交通優(yōu)勢度與公路網(wǎng)密度、鄰近度、通達性之間的關(guān)系系數(shù).

3.3 通達性分析

通達性與最近中心城市的空間距離遠近對區(qū)域接受輻射的能力及發(fā)展?jié)摿τ休^直接地影響. 評價結(jié)果(圖3(c))顯示: 湘江流域的通達性與鄰近度一樣, 呈現(xiàn)典型的以長株潭、婁底、邵陽、衡陽、永州、郴州為中心向周邊逐漸降低的圈層狀分布格局. 地區(qū)性的重要城市輻射作用現(xiàn)象較為明顯. 通達性值小于0.25的地區(qū)主要分布在桂東、汝城、江華、江永等流域的邊緣地區(qū). 多山地的地形可能是其通達性較小的主要原因.

3.4 交通優(yōu)勢度分析

在路網(wǎng)密度、鄰近度、通達性等單指標的分析基礎(chǔ)上, 依據(jù)公式(5)計算各單元的綜合交通優(yōu)勢度, 結(jié)果表明: 區(qū)域分異明顯, 地區(qū)中心城市優(yōu)勢度突出, 呈“H”字型空間格局特征(圖3(d)).

區(qū)域分異明顯. 從總體上看, 流域北部、中部地區(qū)交通優(yōu)勢度高于南部地區(qū), 且差距較大. 在湘南的桂陽、臨武、新田一帶及桂東、汝城、炎陵一帶形成了連片的低值區(qū). 湘江流域及耒水流域的交通優(yōu)勢度明顯高于其他地區(qū). 大致形成以湘江干流、耒水、漣水、蒸水為軸, 東西遞減的空間格局, 瀟水、洣水流域交通優(yōu)勢度相對較差.

地區(qū)中心城市優(yōu)勢度突出. 地區(qū)性城市作為區(qū)域的增長極, 往往是區(qū)域重要的交通樞紐, 具有較高的交通優(yōu)勢度. 目前已經(jīng)形成以長株潭、衡陽等幾個交通優(yōu)勢度比較突出的核心區(qū). 長株潭地處洞庭湖平原邊緣, 流域的交通中心、經(jīng)濟中心, 交通設(shè)施組合狀況和區(qū)位優(yōu)勢突出; 衡陽市位于京廣鐵路與湘桂鐵路的交匯城市, 湘江流域主要港口城市之一, 優(yōu)勢度較為突出.

“H”字型空間格局. 公路、鐵路等交通設(shè)施多分布在河谷平原并聯(lián)系主要中心城市, 在流域范圍內(nèi)形成一個“H”字型的交通優(yōu)勢空間格局, 沿泉南高速、二廣高速和京廣鐵路形成高值帶. 在羅霄山、南嶺等湘東、湘南山地地區(qū)形成連續(xù)的低值區(qū), 交通對區(qū)域發(fā)展的支撐能力和保障水平還較低, 區(qū)域發(fā)展?jié)摿^弱.

湘江流域多山地, 丘陵的地形和復(fù)雜的地貌是塑造交通優(yōu)勢度格局的自然地理背景, 復(fù)雜的自然地理環(huán)境決定了交通基礎(chǔ)設(shè)施多沿湘江及其支流的河谷平原分布, 湘江流域交通優(yōu)勢度“H”字型的交通優(yōu)勢度格局, 是國家主干線建設(shè)和地形地貌因素綜合作用的結(jié)果.

3.5 差異分析

根據(jù)分析結(jié)果, 將研究區(qū)域交通優(yōu)勢度分為4個等級, 分為交通優(yōu)勢度高值區(qū)(0.000～0.700)、較高值區(qū)(0.701～1.400)、較低值區(qū)(1.401～2.100)和低值區(qū)(2.101～2.812), 分區(qū)詳見圖3(d)和表4.

由表4看出: 交通優(yōu)勢度較低值區(qū)域主要是由于鄰近度較差, 與重要的鐵路站點, 高速出入口、港口、機場距離較遠, 內(nèi)部交通的便捷度較差. 其主要分布在距離地級市較遠的邊緣城市. 交通優(yōu)勢度較高值區(qū)域主要是由于交通密度值較高, 鄰近度較好. 其主要分布在主要交通干道通過的地區(qū)性城市及周邊地區(qū).

4 討論與結(jié)論

采用GIS的網(wǎng)絡(luò)分析、空間分析計算湘江流域路網(wǎng)密度、鄰近度和通達性, 并利用此3個指標構(gòu)建區(qū)域交通優(yōu)勢度綜合評價模型, 分析湘江流域交通優(yōu)勢度的空間分布格局和特征, 并分析其成因. 然后對湘江流域交通優(yōu)勢度較高值區(qū)和較低值區(qū)的交通優(yōu)勢度和路網(wǎng)密度、鄰近度和通達性利用SPSS軟件進行相關(guān)分析, 分析區(qū)域差異的原因, 得到的結(jié)論和啟示如下:

第一, 湘江流域路網(wǎng)分布極不均勻, 公路網(wǎng)密度高于20 km/100 km2(歸一密度為0.5)的單元為5個, 僅占總數(shù)的8.6％, 路網(wǎng)密度整體較低.

第二, 鄰近度和通達性的空間布局則基本呈現(xiàn)以長株潭、衡陽、邵陽、永州、郴州為中心的同心圓分布, 距離越遠值越低, 地區(qū)性城市輻射作用明顯.

第三, 國家重要交通干線對湘江流域的交通優(yōu)勢度影響較大. 優(yōu)勢度較高的地區(qū)主要分布在長株潭、衡陽、邵陽等流域的核心城市中, 并以此核心輻射出的3條交通優(yōu)勢度較高的帶, 分別是京廣鐵路交通優(yōu)勢帶、泉南高速交通優(yōu)勢帶、兩廣高速交通優(yōu)勢帶, 整體上呈“H”狀分布. 滬昆高速交通優(yōu)勢帶由于漣源, 冷水江地區(qū)鄰近度較差而被隔斷, 沒能形成.

第四, 山地地形對湘江流域邊緣地區(qū)交通優(yōu)勢度影響可能較大.

根據(jù)以上分析, 建議在湘江流域黃金水道建設(shè)中利用國家重要交通干線通過地區(qū)的交通區(qū)位優(yōu)勢, 對其進行經(jīng)濟發(fā)展引導, 將其交通優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟發(fā)展優(yōu)勢. 同時加強邊緣地區(qū)的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè), 增強地區(qū)交通網(wǎng)絡(luò)的平衡性和穩(wěn)定性, 挖掘其山地地區(qū)的資源、環(huán)境等其他優(yōu)勢, 增強流域整體的發(fā)展?jié)摿?

[1] 金鳳君, 王成金, 李秀偉. 中國區(qū)域交通優(yōu)勢的甄別方法及應(yīng)用分析[J]. 地理學報, 2008, 63(8): 787—798.

[2] Gutirrez J, Gonzalez R, Gomez G. The European high-speed train network: predicted effects on accessibility patterns[J]. Journal of Transport Geography, 1996, 4(4): 227—238.

[3] Holl A. Twenty years of accessibility improvements, The case of the Spanish motorway building programme[J]. Journal of Transport Geography, 2007, 15(4): 286—297.

[4] 陳玲玲. 基于GIS的安徽省交通網(wǎng)絡(luò)可達性研究[J]. 科技創(chuàng)新導報, 2010(15): 28—30.

[5] 張志學, 李同升, 李秀偉. 基于GIS的縣級尺度交通可達性研究—以陜西省為例[J]. 人文地理, 2010(1): 100—104.

[6] 韓增林, 楊蔭凱, 張文嘗,等. 交通經(jīng)濟帶的基礎(chǔ)理論及其生命周期模式研究[J]. 地理科學, 2000, 20(4): 295—301.

[7] 封志明, 劉東, 楊艷昭. 中國交通通達度評價: 從分縣到分省[J]. 地理研究, 2009, 28(2): 419—429.

[8] 吳旗韜, 張虹鷗, 葉玉瑤, 等. 廣東省交通優(yōu)勢度及空間差異[J]. 熱帶地理, 2012, 32(6): 633—638.

[9] 孫威, 張有坤. 山西省交通優(yōu)勢度評價[J]. 地理科學進展, 2010, 29(12): 1562—1569.

[10] 黃曉燕, 曹小曙, 李濤. 海南省區(qū)域交通優(yōu)勢度與經(jīng)濟發(fā)展關(guān)系[J]. 地理研究, 2011, 30(6): 985—999.

[11] 吳威, 曹有揮, 曹衛(wèi)東, 等. 長三角地區(qū)交通優(yōu)勢度的空間格局[J]. 地理研究, 2011, 30(12): 2199—2208.

The measurement and analysis of transport superiority in Xiangjiang river basin

TIAN Xiao-qin, PENG Peng, YANG Jing-jing, DING Jie-qiong

(College of Resources and Environment Science,Hunan Normal University, Changsha 410081, China)

Xiangjiang river basin was selected as the study area, cities at or above county level were used as nodes, differences of transport network density, proximity, accessibility between counties were analyzed by GIS technology. Mathematical model of comprehensive evaluation of regional transportation advantage degree coming from the above three indicators was built to analysis the Xiangjiang river watershed spatial distribution characteristics and the cause of the traffic dominance. The results showed that transport network density was low overall; proximity and accessibility were lower and lower with the distance; transport superiority varies largely between cities, higher traffic advantages of region were mainly in Changsha-Zhuzhou-Xiangtan city circle, Hengyang city and their surrounding areas; the transport superiority of the whole basin showed a“H” distribution pattern.

transport superiority; proximity;accessibility; GIS;Xiangjiang river basin

10.3969/j.issn.1672-6146.2013.04.009

F 512.7

1672-6146(2013)04-0037-07

email: 13208384@qq.com.

email: tianxiaoqin1987@foxmail.com.

2013-11-26.

湖南省教育廳科研項目(09C650)

(責任編校: 江 河)