山東省高速公路網(wǎng)合理規(guī)模研究

山東省高速公路網(wǎng)合理規(guī)模研究

陸由付1李貽武2施慶利2韓國華2韓宗娜3

(1.重慶交通大學(xué)交通運輸學(xué)院重慶400074；2.山東省交通規(guī)劃設(shè)計院濟(jì)南250031；

3.山東省工程咨詢院濟(jì)南250013)

摘要高速公路網(wǎng)規(guī)模是區(qū)域綜合交通規(guī)劃中重要的指標(biāo)。在分析山東省社會經(jīng)濟(jì)及高速公路網(wǎng)現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，運用了改進(jìn)的國土系數(shù)法、連通度法、類比法、時間序列法4種模型，系統(tǒng)分析了高速公路網(wǎng)與人口、人均GDP、高速公路系數(shù)等因素的關(guān)系，合理預(yù)測了未來山東省高速公路網(wǎng)規(guī)模。

關(guān)鍵詞高速公路網(wǎng)合理規(guī)模連通度法國土系數(shù)法類比法

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.02.043

收稿日期：2014-12-18

高速公路作為最高等級通道，對山東省未來社會發(fā)展乃至國家一系列戰(zhàn)略的實施具有舉足輕重的作用。因此如何清晰地把握高速公路的合理規(guī)模，使高速公路的社會和經(jīng)濟(jì)效益得到充分發(fā)揮，是高速公路規(guī)劃需要解決的重要問題，合理地確定山東省高速公路網(wǎng)發(fā)展規(guī)模有著極其重要的現(xiàn)實意義。

目前國內(nèi)外在路網(wǎng)規(guī)模預(yù)測上主要有國土系數(shù)法、連通度法、時間序列法、類比分析法等[1]，這些方法基本上都是以路網(wǎng)演變歷程為依據(jù)，通過對路網(wǎng)與GDP、人口等因素相關(guān)分析，找到他們之間的相關(guān)關(guān)系，從而得到某特征年的合理規(guī)模。

1基于改進(jìn)的國土系數(shù)法模型

國土系數(shù)法是根據(jù)國土系數(shù)理論“道路長度與人口和面積的平方根及其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)系數(shù)成正比”，從區(qū)域面積、人口、經(jīng)濟(jì)水平等社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來計算區(qū)域內(nèi)的合理理論公路長度，可用下式表述。

(1)

式中：L為高速公路總里程，km；K為高速公路網(wǎng)系數(shù)；P為區(qū)域內(nèi)總?cè)丝?，萬人；A為區(qū)域面積，萬km2。

本文通過對山東省歷年道路長度、人口、地區(qū)生產(chǎn)總值等指標(biāo)進(jìn)行研究分析，求得公路密度與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)之間的關(guān)系規(guī)律，達(dá)到預(yù)測未來年經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展水平，得到山東省未來年高速路網(wǎng)的總規(guī)模。歷年基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[2]見表1。

表1　歷年高速公路規(guī)模與國土系數(shù)及人均GDP數(shù)據(jù)

由山東省歷年高速公路規(guī)模、人口等指標(biāo)，經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計分析、回歸擬合，得到山東省高速公路系數(shù)K與人均地區(qū)生產(chǎn)總值G之間有如下關(guān)系。

(2)

經(jīng)計算，2020，2030，2040年的高速公路系數(shù)分別為17.6，22.0，25.7。再根據(jù)式(1)確定未來山東省高速公路網(wǎng)合理規(guī)模，見表2。

表2　國土系數(shù)法確定山東省高速公路網(wǎng)合理規(guī)模

2基于改進(jìn)的連通度模型

2.1　連通度法

連通度模型也叫“網(wǎng)絡(luò)節(jié)點模型”，傳統(tǒng)的連通度法在具體計算時，非直線系數(shù)難以確定。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)幾何學(xué)，考慮高速路網(wǎng)的通達(dá)深度和路網(wǎng)節(jié)點的連通狀況，引入高速路網(wǎng)變形系數(shù)，將傳統(tǒng)的連通度分析法做改進(jìn)，可建立如下改進(jìn)的連通度模型。

(3)

式中：L為高速公路總里程，km；Dn為高速公路網(wǎng)連通度，表達(dá)路網(wǎng)中各節(jié)點間的連通狀況。據(jù)區(qū)域公路網(wǎng)長度和節(jié)點數(shù)，可計算出Dn值。不同的圖形對應(yīng)不同的值，當(dāng)路網(wǎng)為樹形，Dn=1.0；格子形，Dn=2.0；格子+對角線形，Dn=2.41；正三角形，Dn=3.22；ξ為路網(wǎng)變形系數(shù)。山東省以山地、丘陵為骨架，平原、盆地交錯環(huán)列期間的地形地勢，對路線線型有較大影響，路網(wǎng)變形系數(shù)取值約為1.1；A為區(qū)域內(nèi)面積，萬km2；N為區(qū)域內(nèi)節(jié)點數(shù)，個。

2.2　節(jié)點選擇及節(jié)點重要度計算

在高速公路網(wǎng)規(guī)劃中，將所研究的區(qū)域分為若干個子區(qū)域，同時將每個區(qū)域都抽象為一個點，該點就稱為節(jié)點。就省域高速公路網(wǎng)而言，規(guī)劃節(jié)點一般需覆蓋縣(市、區(qū))、主要港口(港區(qū))、運輸機(jī)場、客運專線站等。

各節(jié)點由于社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和地理條件等方面的差異在交通網(wǎng)絡(luò)中的地位是不同的。為了定量地描述不同節(jié)點在區(qū)域內(nèi)的重要度，便于節(jié)點類型的劃分和有層次地進(jìn)行高速公路網(wǎng)布局優(yōu)化，引入了節(jié)點重要度這個指標(biāo)。重要度是描述一個節(jié)點在區(qū)域內(nèi)中亞程度的相對指標(biāo)。節(jié)點重要度的計算公式

(4)

式中：wi為節(jié)點vi的重要度，i=1,2,…，n；aj,ai分別為定性和定量因素的權(quán)重系數(shù)；kij,kil分別為節(jié)點vi的定性和定量因素的標(biāo)準(zhǔn)化值。

2.3　規(guī)模預(yù)測

根據(jù)各節(jié)點的社會經(jīng)濟(jì)綜合重要度計算結(jié)果和系統(tǒng)聚類分析方法對節(jié)點進(jìn)行初次劃分，再對照各縣市的政治和地理等因素進(jìn)行最終分層。根據(jù)層次劃分結(jié)果，結(jié)合山東省高速路網(wǎng)中長期規(guī)劃[3]目標(biāo)，到2030年山東高速路網(wǎng)通達(dá)全省所有縣(市、區(qū))，且所有縣(市、區(qū))、主要港口(港區(qū))、運輸機(jī)場、客運專線站等節(jié)點30 min進(jìn)入高速公路網(wǎng)。

因此，選擇所有106個縣市及主要港口、機(jī)場、客運站等作為測算節(jié)點(約120個)，隨著山東省高速公路的發(fā)展，里程逐漸增加，因此在2020年連通度的取值范圍為1.4～1.6，2030年取值范圍為1.6～1.8，2040年基本達(dá)到國外發(fā)達(dá)國家水平，取值范圍為1.8～2.0。按照連通度模型計算方法，確定未來山東省高速路網(wǎng)合理規(guī)模，見表3。

表3　連通度法確定山東省高速公路網(wǎng)合理規(guī)模

3類比分析法

3.1　類比國外發(fā)達(dá)國家

發(fā)達(dá)國家高速公路的發(fā)展軌跡表明[4-5]：土地面積大、人口密度高的國家對高速公路的需求量大；高速公路的發(fā)展規(guī)模隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高而提高；當(dāng)公路網(wǎng)發(fā)展到一定階段時，必將出現(xiàn)一個高速公路的發(fā)展高峰期；在高速公路規(guī)模到一定水平后，其總規(guī)模逐步趨于穩(wěn)定，即達(dá)到這個階段后，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的進(jìn)一步提高對高速公路發(fā)展的影響趨弱，或者說是變得“不敏感”。這是高速公路網(wǎng)已適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的表現(xiàn)。大多數(shù)發(fā)達(dá)國家在經(jīng)過20～30年的快速發(fā)展之后，開始進(jìn)入這種基本穩(wěn)定狀態(tài)。因此，可以選擇發(fā)達(dá)國家高速公路基本穩(wěn)定狀態(tài)時的發(fā)展水平，采用類比法測算中國山東未來高速公路的規(guī)模。類比的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表4。

表4　發(fā)達(dá)國家的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

由表4可見，山東省的人口密度極高，2013年達(dá)到620 人/km2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于主要發(fā)達(dá)國家的人口密度，而人均GDP卻和發(fā)達(dá)國家相差甚遠(yuǎn)。綜合考慮人口密度、土地資源、地理特征等因素，同時考慮山東省高速公路處于高速發(fā)展時期，以及發(fā)達(dá)國家6車道以上高速公路的比例大于山東省的情況，認(rèn)為未來20年左右山東省高速公路密度將達(dá)到5.5～6.0 km/(100 km2)左右，與德國、美國加州目前的水平相當(dāng)，2030年8 500 km，2040～2050年穩(wěn)定在9 400 km左右。

3.2　類比國內(nèi)部分省份

2013年，山東、廣東、江蘇、安徽、河南、河北6省的人口、面積、人口密度、人均GDP、高速公路密度、高速公路里程經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)見表5。

表5　國內(nèi)部分省份的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

另外，根據(jù)上述各省份交通運輸廳的信息，以及從各省份未來高速公路網(wǎng)規(guī)劃報告資料中查閱整理，得出2020，2030年的高速公路網(wǎng)里程和高速公路網(wǎng)密度，見表6。

表6　國內(nèi)部分省份的預(yù)測數(shù)據(jù)

由表5可見，在6個省份中，山東和廣東的各項數(shù)據(jù)均相差不大；比江蘇、河南兩省的密度要低；但比安徽、河北2省的密度要高。再分析表6中其他省份未來2020，2030年的高速規(guī)劃里程，以及高速公路網(wǎng)密度的增長值。綜合考慮人口密度、人均GDP、高速公路里程等因素，本文認(rèn)為山東省2020年高速公路密度仍會和廣東省相當(dāng)，低于江蘇、河南2省，高于安徽、河北2省，高速公路的增長值和廣東、江蘇、河南三省一致，所以預(yù)測2020年山東省高速公路網(wǎng)密度為4.4～4.5 km/100 km2，同理2030年高速公路網(wǎng)密度為5.2～5.3 km/100 km2，2040年高速公路達(dá)到穩(wěn)定規(guī)模密度為5.5～5.8 km/100 km2。

3.3　預(yù)測合理規(guī)模

根據(jù)與上述國外發(fā)達(dá)國家和國內(nèi)省份類比分析，確定未來山東省高速公路網(wǎng)合理規(guī)模，見表7。

表7　類比法確定山東省高速公路網(wǎng)合理規(guī)模

4時間序列法

時間序列法就是將某一個指標(biāo)在不同的時間上的不同數(shù)值，按照時間的先后順序排列而成的數(shù)列。時間序列法以時間作為變量，通過已有數(shù)據(jù)計算出因變量的發(fā)展變化規(guī)律，從而獲得目標(biāo)年的預(yù)測數(shù)據(jù)。本文根據(jù)山東省的省情以及高速公路的發(fā)展趨勢，將山東省高速公路發(fā)展分為4個階段，第一階段(1993～1998年)為起步階段，第二階段(1999～2020)為快速發(fā)展階段，第三階段(2021～2030)為趨于穩(wěn)定階段，第四階段(2030～2050)為飽和狀態(tài)。

通過數(shù)據(jù)分析，得到如下關(guān)系式。

第一階段：L1=109.7N-218 265

第二階段：L2=251.2N-500 483

第三階段：L3=109.7N-214 492

第四階段：L4=55N-103 526

據(jù)關(guān)系式得到未來山東省高速公路網(wǎng)合理規(guī)模，2020年約7 000 km，2030年約8 200 km，2040年約8 700 km，2050年約9 200 km，具體見表8。

表8　時間序列法確定山東省高速公路網(wǎng)合理規(guī)模

根據(jù)以上各種方法預(yù)測結(jié)果，經(jīng)過對比分析，綜合考慮未來城鎮(zhèn)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、區(qū)域地理特征等因素，并經(jīng)過專家咨詢，確定了山東省未來高速路網(wǎng)合理規(guī)模，2020年7 000 km左右，2030年8 400 km左右，2040年達(dá)到基本飽和狀態(tài)9 000 km左右，見表9。

表9　山東省高速公路合理規(guī)模推薦結(jié)果

5結(jié)語

本文主要進(jìn)行了山東省高速公路網(wǎng)未來發(fā)展規(guī)模的預(yù)測工作，首先，對山東省高速公路現(xiàn)狀進(jìn)行簡要介紹，并分析影響高速公路網(wǎng)規(guī)模的因素；其次，通過改進(jìn)的國土系數(shù)法、連通度法、類比法(國內(nèi)、國外)和時間序列法4種方法對山東省高速路網(wǎng)發(fā)展規(guī)模進(jìn)行了預(yù)測分析，最終綜合4種預(yù)測方法并經(jīng)過專家咨詢，確定了山東省高速公路網(wǎng)合理規(guī)模。本文預(yù)測方法結(jié)合了定性和定量分析，反映了山東省社會經(jīng)濟(jì)對高速公路的實際需求，有助于避免單一模型局限性所帶來的缺陷。

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Research on Rational Expressway Network Scale of Shandong Province

LuYoufu1,LiYiwu2,ShiQingli2,HanGuohua2,HanZongna3

(1.School of Traffic & Transportation, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China；

2.Shandong Provincial Communications Planning and Design Institute, Jinan 250031, China；

3.Shandong Engineering Consulting Institute, Jinan 250013, China)

Abstract：Expressway network scale is not only an important controlling index of regional comprehensive transportation planning, but also an important research subject. The future expressway networks scale of Shandong province is rational forecasted, by analyzing the relationship between the factors of expressway network and population, per capita GDP, highway coefficient etc, through 4 study models including the improved territory coefficient method, connectivity method, analogy method and time series method, based on its social economy and expressway networks actuality.

Key words: expressway network; reasonable scale; connecting method; territory coefficient method; analogy method