鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合通達(dá)性時(shí)空格局及其與SERE系統(tǒng)的耦合機(jī)理

劉承良+薛帥君+段德忠

摘 要：通達(dá)性發(fā)育及其演化的根本動(dòng)力是城鄉(xiāng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)—資源環(huán)境系統(tǒng)（SERE）要素非線性關(guān)聯(lián)作用的結(jié)果。針對(duì)傳統(tǒng)最短路徑通達(dá)性模型的缺陷及研究視角的狹隘，本文基于2000年～2014年荊州市道路網(wǎng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)，重構(gòu)最短通行時(shí)間通達(dá)性模型，定量刻畫(huà)荊州市鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合通達(dá)性的時(shí)空演化格局，并從區(qū)域交通與社會(huì)經(jīng)濟(jì)資源環(huán)境要素耦合的視角，引入耦合協(xié)調(diào)度模型，揭示鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合通達(dá)性演化的非線性機(jī)理，研究表明：①荊州市鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合通達(dá)性發(fā)育良好，基本呈正態(tài)分布，表現(xiàn)出一定的隨機(jī)性；②中心區(qū)位偏好、荊江“天塹”作用、快速干道建設(shè)，共同引致荊州市鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合通達(dá)性圍繞市域中心呈不規(guī)則的圈層分布；③鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合通達(dá)性與其SERE系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度全局呈弱空間正相關(guān)，但局域空間相關(guān)作用復(fù)雜，四種基本類(lèi)型呈“抱團(tuán)”分布；④鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合通達(dá)性與其SERE系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度雖持續(xù)優(yōu)化，但存在明顯的交通滯后性發(fā)展，同時(shí)空間分異明顯，整體呈高耦合度——低協(xié)調(diào)度的異配性特征。

關(guān)鍵詞：鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合通達(dá)性；時(shí)空演化機(jī)理；最短時(shí)間模型；耦合協(xié)調(diào)度模型；荊州市

中圖分類(lèi)號(hào)：K92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0 引言

便捷、高效的綜合交通運(yùn)輸體系是支撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展、促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步的基礎(chǔ)條件。在諸多交通網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)方法中，通達(dá)性被認(rèn)為是一項(xiàng)應(yīng)用廣泛、行之有效的綜合性指標(biāo)[1]。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)通達(dá)性的研究已趨成熟或飽和，研究對(duì)象包括城市道路[2，3]、公交網(wǎng)絡(luò)[4]、高速公路[5，6]、鐵路[7-9]、航空[10-12]以及區(qū)域綜合交通路網(wǎng)[13-15]；研究尺度從縣域[16，17]、城域[2，3]到省域[18-20]，以至都市圈[12，13]、國(guó)家[8-12]層面，但鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)行政單元研究較少[21-22]；研究方法全面而多樣，包括時(shí)空距離法[13，14，23]、空間句法[13，24-26]等。研究?jī)?nèi)容持續(xù)拓寬，注重交通設(shè)施發(fā)展的經(jīng)濟(jì)、人口效應(yīng)[9，17，24]。

然而，綜觀當(dāng)前國(guó)內(nèi)外交通路網(wǎng)空間通達(dá)性研究，仍存在三大缺憾：其一，就區(qū)域論區(qū)域（實(shí)為區(qū)內(nèi)通達(dá)性研究），人為劃定研究區(qū)（以行政邊界為單元），忽視區(qū)外交通路網(wǎng)尤其是國(guó)家級(jí)或省級(jí)高等級(jí)干道引致的時(shí)空收斂效應(yīng)，跳出研究區(qū)從大區(qū)域視角審視區(qū)際和區(qū)內(nèi)綜合通達(dá)性的研究非常少見(jiàn)；其二，研究方法上普遍采用的基于最短路徑通達(dá)性模型[13，14，18，22，27，28]值得商榷，最短路徑并不意味著最短通行時(shí)間，尤其面對(duì)等級(jí)鮮明的城鄉(xiāng)綜合交通路網(wǎng)，不宜模糊代之；其三，通達(dá)性發(fā)育的根本動(dòng)力是城鄉(xiāng)社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—資源環(huán)境系統(tǒng)（Society， Economy， Resource and Environment Composite Systems，簡(jiǎn)稱(chēng)SERE）要素非線性關(guān)聯(lián)作用的結(jié)果，當(dāng)前交通與區(qū)域發(fā)展關(guān)系的研究多集中于具體快速干道的區(qū)域聯(lián)通效應(yīng)和通達(dá)性—經(jīng)濟(jì)發(fā)展的線性相關(guān)性兩方面，道路網(wǎng)通達(dá)性演化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和資源環(huán)境耦合復(fù)雜性規(guī)律透析相對(duì)薄弱。

荊州市位于湖北中南部、長(zhǎng)江中游、江漢平原腹地，全市國(guó)土面積1.41萬(wàn)平方公里，下轄荊州區(qū)、沙市區(qū)、江陵縣、松滋市、公安縣、石首市、監(jiān)利縣、洪湖市8個(gè)縣市區(qū)，共85個(gè)鎮(zhèn)、10個(gè)鄉(xiāng)、9個(gè)街道辦事處和9個(gè)農(nóng)場(chǎng)管理區(qū)。當(dāng)前荊州市已初步形成了公路、鐵路、水運(yùn)等綜合交通網(wǎng)絡(luò)（截至2014年，荊州市城鄉(xiāng)綜合交通總規(guī)模達(dá)到21563公里，綜合交通網(wǎng)密度為153公里/百平方公里），區(qū)域性綜合交通樞紐地位逐步顯現(xiàn)，在國(guó)家綜合交通網(wǎng)中具有通道性“立交橋”功能。但交通路網(wǎng)發(fā)展的結(jié)構(gòu)性問(wèn)題明顯：荊江“天塹”分割效應(yīng)、對(duì)外運(yùn)輸通道缺乏、交通布局和運(yùn)輸結(jié)構(gòu)不合理。解決問(wèn)題的關(guān)鍵是厘清荊州市道路網(wǎng)發(fā)育的空間特征及其系統(tǒng)要素耦合復(fù)雜性規(guī)律。

因此，重構(gòu)最短通行時(shí)間通達(dá)性模型，從區(qū)內(nèi)與區(qū)際綜合視域，以荊州市為研究區(qū)，全面刻畫(huà)荊州市鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合通達(dá)性（Transportation Comprehensive Accessibility， 簡(jiǎn)稱(chēng)TCA）的時(shí)空結(jié)構(gòu)；構(gòu)建鄉(xiāng)鎮(zhèn)TCA—SERE復(fù)合系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，引入空間自相關(guān)、耦合協(xié)調(diào)度模型，定量揭示荊州市鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合通達(dá)性的時(shí)空演化機(jī)理。一方面，彌補(bǔ)當(dāng)前通達(dá)性研究的相關(guān)缺陷，另一方面，為全國(guó)市域交通路網(wǎng)規(guī)劃和城鄉(xiāng)體系空間組織提供理論借鑒。

1 研究方法

1.1 構(gòu)建最短時(shí)間通達(dá)性模型

傳統(tǒng)時(shí)間距離通達(dá)性模型是基于最短路徑的平均旅行時(shí)間評(píng)價(jià)模型，然而最短路徑并不意味著最短時(shí)間（現(xiàn)實(shí)道路網(wǎng)中存在著道路等級(jí)的差異，不同等級(jí)類(lèi)型的道路額定通行速度不一，如圖1）。

式（5）中，a，b，c為道路等級(jí)，Va，Vb，Vc分別對(duì)應(yīng)三種不同道路等級(jí)的額定通行速度，l（i，j）為鄉(xiāng)鎮(zhèn)i與鄉(xiāng)鎮(zhèn)j的公路距離，T（i，j）為鄉(xiāng)鎮(zhèn)i與鄉(xiāng)鎮(zhèn)j的最短通行時(shí)間。

1.2 構(gòu)建TCA—SERE復(fù)合系統(tǒng)評(píng)價(jià)體系

SERE系統(tǒng)作為道路網(wǎng)發(fā)展“源動(dòng)力”，區(qū)域綜合通達(dá)性總是在社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—資源—環(huán)境各要素相互關(guān)聯(lián)與影響的過(guò)程中不斷發(fā)展演化。構(gòu)建鄉(xiāng)鎮(zhèn)TCA—SERE復(fù)合系統(tǒng)，通過(guò)理論分析、專(zhuān)家征詢、頻度統(tǒng)計(jì)（中國(guó)知網(wǎng)文獻(xiàn)索引），結(jié)合數(shù)據(jù)可獲得性，結(jié)合SPSS統(tǒng)計(jì)軟件開(kāi)展獨(dú)立性和主成分分析，歸并刪減部分指標(biāo)，建立最終評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；同時(shí)構(gòu)建判斷矩陣，通過(guò)歸一化處理，獲得鄉(xiāng)鎮(zhèn)TCA子系統(tǒng)各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，構(gòu)建經(jīng)濟(jì)聯(lián)系強(qiáng)度模型，獲得鄉(xiāng)鎮(zhèn)SERE子系統(tǒng)各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重（表1）。

1.3 引入耦合關(guān)聯(lián)模型

（1）鄉(xiāng)鎮(zhèn)TCA—SERE復(fù)合系統(tǒng)發(fā)展函數(shù)

構(gòu)建鄉(xiāng)鎮(zhèn)TCA發(fā)展函數(shù)[29]：

構(gòu)建鄉(xiāng)鎮(zhèn)SERE系統(tǒng)發(fā)展函數(shù)：

式中，dj表示三級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，Di表示三級(jí)指標(biāo)第i個(gè)因子，cj表示二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，bj表示一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，S即為荊州市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)SERE系統(tǒng)綜合發(fā)展值，U為荊州市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)TCA發(fā)展值。

（2）耦合度—協(xié)調(diào)度模型