“一帶一路”節(jié)點省份鐵路路網(wǎng)擴張時空關(guān)系研究—以甘肅省為例

高玉祥，韓峰，袁鋒

“一帶一路”節(jié)點省份鐵路路網(wǎng)擴張時空關(guān)系研究—以甘肅省為例

高玉祥1，韓峰2，袁鋒1

(1. 蘭州交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2. 蘭州交通大學(xué) 測繪與地理信息學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

基于GIS以不同時期甘肅省鐵路網(wǎng)密度、人口密度和GDP密度為研究對象，分析路網(wǎng)發(fā)展與GDP、人口的時空關(guān)系，建立甘肅省鐵路路網(wǎng)需求函數(shù)模型并驗證模型的準確性，對未來甘肅省適應(yīng)“一帶一路”戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃所需的路網(wǎng)密度進行預(yù)測，為省內(nèi)路網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃提供決策支持。

一帶一路；路網(wǎng)密度；時空關(guān)系；GIS；路網(wǎng)預(yù)測

鐵路路網(wǎng)密度是鐵路發(fā)展水平高低的重要標志，也是評價鐵路作為國家經(jīng)濟建設(shè)的一項基礎(chǔ)設(shè)施工程社會化參與度高低的直觀指標[1?4]。研究鐵路建設(shè)和發(fā)展規(guī)律時，必須選取路網(wǎng)密度作為指標對特定區(qū)域進行深層次的研究，根據(jù)建立的數(shù)學(xué)模型來得到不同時期符合不同地區(qū)的路網(wǎng)密度，更好地為經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展做出貢獻。目前，大多學(xué)者在道路網(wǎng)密度指標體系研究、道路網(wǎng)絡(luò)通達度和道路網(wǎng)絡(luò)評價等內(nèi)容進行了很多研究，但是研究內(nèi)容主要集中在發(fā)達的公路網(wǎng)方面，對鐵路網(wǎng)的密度及擴張規(guī)律研究則不多[5?7]。本文基于GIS將甘肅省不同時期、不同區(qū)域的鐵路網(wǎng)密度、人口密度和GDP密度進行空間化并分析其時空關(guān)系，運用SPSS軟件分析了甘肅省鐵路網(wǎng)擴張和GDP、人口之間的相關(guān)性[8?11]。近年來，隨著經(jīng)濟大發(fā)展和很多國家政策的實施，甘肅省的線路里程在迅速增長。目前，國家“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略的實施和西部大開發(fā)深入推進，將積極促進甘肅大力發(fā)展路橋通道。研究甘肅省鐵路路網(wǎng)擴張規(guī)律和經(jīng)濟社會發(fā)展之間的時空關(guān)系，預(yù)測不同區(qū)域未來的路網(wǎng)密度，對加快干線鐵路建設(shè)、增強鐵路運輸對甘肅省打造國家向西開放的重要門戶和次區(qū)域合作戰(zhàn)略基地的支撐能力有重要的意義，能夠為“一帶一路”戰(zhàn)略下甘肅省的鐵路建設(shè)發(fā)展提供一定的決策支持，使未來該地區(qū)路網(wǎng)發(fā)展逐步趨于合理，使總體運輸能力滿足甘肅經(jīng)濟快速增長的需要。

1 研究區(qū)概況

甘肅省位于中國西部地區(qū)，東接陜西省，南鄰四川省，西連新疆自治區(qū)、青海省，北邊是內(nèi)蒙古自治區(qū)、寧夏自治區(qū)，西北與蒙古國接壤，是連接亞歐大陸橋的戰(zhàn)略通道和溝通西南、西北的交通樞紐。甘肅鐵路網(wǎng)主要以隴海線、蘭新線為主軸貫穿全省東西，寶中線、西平線和干武線等線路為支撐形成了連接省內(nèi)市州和周圍省份的魚刺狀分布的鐵路運輸網(wǎng)。截止“十二五”末，甘肅省鐵路通車總里程已達到4 245 km以上，其中高速鐵路860 km左右[12?14]，鐵路發(fā)展現(xiàn)狀如圖1所示。但甘肅省鐵路網(wǎng)覆蓋面不足，個別市州依然沒有鐵路通達，發(fā)展不平衡現(xiàn)象依然存在，嚴重限制了鐵路對這些地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展的帶動作用。

圖1 2015年甘肅省鐵路路網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

2 影響鐵路路網(wǎng)擴張的主因素分析

2.1 鐵路路網(wǎng)密度

計算路網(wǎng)密度時雙線鐵路線路長度用里程值的2倍表示，單線鐵路即為其本身長度，將區(qū)域內(nèi)的各段線路長度乘以與該段線路等級對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)后求和，除以該區(qū)域的面積得到路網(wǎng)密度，計算公式如下。

式中：為研究地區(qū)內(nèi)鐵路網(wǎng)的密度，km/km2；為區(qū)域內(nèi)第段的線路長度；為第段線路對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，按照調(diào)查通過能力得到(Ⅰ級鐵路1=1，Ⅱ級鐵路2=0.8,其他3=0.6)；A為研究地區(qū)的面積。

將甘肅省行政區(qū)與甘肅省鐵路網(wǎng)做疊置分析，以各縣(區(qū))為單位統(tǒng)計路網(wǎng)的密度，然后將統(tǒng)計結(jié)果與甘肅省行政區(qū)劃數(shù)據(jù)作鏈接。為更好表達不同縣(區(qū))鐵路網(wǎng)地域分布的特征和空間差異性，通過GIS將各縣(區(qū))的鐵路網(wǎng)密度空間化，采用IDW(反距離權(quán)重插值)法插值后得到甘肅省鐵路網(wǎng)密度空間分布，如圖2和圖3所示。

圖2 2000年甘肅省鐵路路網(wǎng)密度

從圖2可以看出2000年甘肅省的鐵路網(wǎng)密度以蘭州市、嘉峪關(guān)市和天水市為中心向外逐步衰減，路網(wǎng)分布以條帶狀為主要特征，與甘肅省狹長的地形有關(guān)系。根據(jù)鐵路網(wǎng)計算結(jié)果，蘭州市七里河區(qū)的路網(wǎng)密度最高，達到了0.412 3 km/km2，在酒泉的大部分區(qū)域出現(xiàn)了較大的低密度區(qū)，而隴南、甘南、臨夏和慶陽地區(qū)等區(qū)域由于經(jīng)濟發(fā)展、人口數(shù)量、路網(wǎng)規(guī)劃等原因，尚有部分區(qū)域未通達鐵路。從地域分布來看，甘肅省主要形成了以蘭州樞紐為中心的“X”型路網(wǎng)主骨架和從天水經(jīng)蘭州沿河西走廊進入新疆的鐵路大動脈。

圖3 2010年甘肅省鐵路路網(wǎng)密度

從圖3可以看出，經(jīng)過十年的鐵路建設(shè)大發(fā)展，甘肅省的鐵路通達區(qū)域和路網(wǎng)密度都有了較大幅度的增加，以蘭州樞紐為中心的路網(wǎng)密度較高區(qū)域進一步擴大，沿東南?西北鐵路大通道兩側(cè)通車區(qū)域和路網(wǎng)密度也相應(yīng)增大。路網(wǎng)密度較高區(qū)主要是蘭州、武威、張掖、嘉峪關(guān)和天水，這些節(jié)點城市大多處在河西走廊和關(guān)中地區(qū)，經(jīng)濟發(fā)展都比較好，河西走廊是甘肅重要的商品糧產(chǎn)區(qū)，也是內(nèi)地鐵路通往新疆的唯一通道。

隴東地區(qū)的慶陽市未處在甘肅省鐵路網(wǎng)的主骨架地區(qū)，且由于經(jīng)濟、歷史等原因，鐵路建設(shè)一直很緩慢，限制了鐵路對當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展的帶動作用。路網(wǎng)密度較低的區(qū)域主要還有一些少數(shù)民族地區(qū)，如蘭州市附近的甘南州、臨夏州，西北部的肅南縣、肅北縣、阿克塞縣等，人口密度較低、經(jīng)濟發(fā)展緩慢等在一定程度上成為制約這些地方鐵路網(wǎng)發(fā)展的重要因素。

2.2 鐵路路網(wǎng)密度和人口密度的相關(guān)性

為研究鐵路網(wǎng)密度和社會經(jīng)濟發(fā)展水平之間的關(guān)系，以2000年甘肅省第五次全國人口普查數(shù)據(jù)中常住人口為社會因素指標，計算出2000年省內(nèi)各縣(區(qū))常住人口的密度，在GIS中運用IDW法對其進行空間化，結(jié)果如圖4所示。

圖4 2000年甘肅省人口密度

利用SPSS對2000年各縣(區(qū))的鐵路網(wǎng)密度和人口密度作相關(guān)分析，結(jié)果中相關(guān)系數(shù)0.763，在顯著性水平=0.01，自由度為100，約束條件為2時，查相關(guān)系數(shù)臨界值表得相關(guān)系數(shù)臨界值=0.41，表明人口密度和路網(wǎng)密度有顯著相關(guān) 性[15]。

將2010年各縣(區(qū))的人口密度空間化如圖5，在SPSS中對路網(wǎng)密度和人口密度做相關(guān)分析，相關(guān)分析結(jié)果中相關(guān)系數(shù)=0.771，同理在相關(guān)系數(shù)臨界值=0.41時，說明二者有顯著相關(guān)性。

圖5 2010年甘肅省人口密度

2.3 鐵路路網(wǎng)密度和GDP密度的相關(guān)性

利用甘肅省2000和2010年鑒資料計算出各縣(區(qū))GDP密度，在GIS中用IDW法將GDP密度進行插值后得到空間化的密度如圖6和圖7所示。

圖6 2000年甘肅省GDP密度

對2000年路網(wǎng)密度與GDP密度作相關(guān)分析得相關(guān)系數(shù)=0.894，在=0.01、自由度為100，約束條件為2時，相關(guān)系數(shù)臨界值=0.23，說明路網(wǎng)密度與GDP密度有高度相關(guān)性。

同樣在SPSS中將2010年路網(wǎng)密度與GDP密度作相關(guān)性分析得相關(guān)系數(shù)=0.903,同理在相關(guān)系數(shù)臨界值=0.23時,說明二者有高度相關(guān)性。

圖7 2010年甘肅省GDP密度

根據(jù)圖2~7可以看出，甘肅省大多數(shù)地區(qū)隨著GDP密度和人口密度的逐漸增大，鐵路網(wǎng)密度逐漸提高，特別是GDP密度增長較大的區(qū)域，鐵路網(wǎng)密度也迅速增大。因此，鐵路網(wǎng)密度與GDP密度、人口密度有很大的相關(guān)性，鐵路運輸對經(jīng)濟發(fā)展的帶動作用非常明顯。

3 路網(wǎng)需求模型及應(yīng)用

3.1 理論模型

如果不考慮資源?產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對鐵路運輸?shù)囊蕾囆约拌F路建設(shè)政策的影響，甘肅省鐵路網(wǎng)發(fā)展主要受到人口密度、GDP密度這兩個主要因素的控制，并隨社會經(jīng)濟的發(fā)展而變化。為研究人口、GDP對鐵路網(wǎng)密度的綜合影響，根據(jù)柯布—道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)理論，假定甘肅省鐵路路網(wǎng)建設(shè)需求函 數(shù)為[16]：

式中：為區(qū)域鐵路網(wǎng)密度；為區(qū)域內(nèi)的人口密度；為區(qū)域內(nèi)的GDP密度；，和分別為路網(wǎng)需求函數(shù)中的社會進步、人口密度和經(jīng)濟發(fā)展水平彈性系數(shù)。其中，，和可以通過統(tǒng)計資料獲取，，和需要從對應(yīng)的統(tǒng)計分析中進行參數(shù)估計。為了求得彈性系數(shù)和確定鐵路網(wǎng)需求模型，對式(2)兩邊取對數(shù)得：

令=ln，0=ln，1=ln，2=ln，則式(3)可以寫為：

3.2 實際模型

以甘肅省2015年已通鐵路的縣(區(qū))鐵路網(wǎng)密度()、人口密度()和GDP密度(G)為統(tǒng)計資料來求得上述理論模型中的，和，在SPSS中運用多元回歸分析算出相應(yīng)參數(shù)后代入式(4)得

回歸方程擬合度2=0.684，相關(guān)系數(shù)=0.691，在顯著性水平=0.01，自由度為100、約束條件為3時，由相關(guān)系數(shù)臨界值=0.329和擬合度2可知，回歸方程高度相關(guān)，符合模擬要求。去掉式(5)兩邊的對數(shù)后，得到鐵路路網(wǎng)密度與人口密度、GDP密度之間的函數(shù)關(guān)系式：

將2015年甘肅省人口密度、GDP密度代入式(6)，計算各縣(區(qū))的路網(wǎng)密度并空間化如圖8。

圖8 2015年甘肅省鐵路路網(wǎng)密度

然后把計算出來的模擬值與鐵路網(wǎng)密度真實值作比較，可以發(fā)現(xiàn)(5)的模擬計算結(jié)果與實際的結(jié)果有極高的相關(guān)性，結(jié)果如圖9所示。

由以上結(jié)果可知，人口密度、GDP密度越高的區(qū)域鐵路網(wǎng)密度往往較高，而人口密度和GDP密度較低的區(qū)域路網(wǎng)密度也較低。根據(jù)經(jīng)濟社會基本發(fā)展規(guī)律可以得出一個推論，即對于一個人口—經(jīng)濟社會—鐵路網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展的地區(qū)來說，隨著人口數(shù)量增長和社會經(jīng)濟發(fā)展，該地區(qū)的鐵路網(wǎng)建設(shè)也會隨著發(fā)展，在動態(tài)進化過程中保持其協(xié)調(diào)性的基本要求。

圖9 2015年甘肅省鐵路路網(wǎng)密度模擬值與真實值

3.3 路網(wǎng)預(yù)測

隨著高速鐵路的建設(shè)，鐵路已經(jīng)成為越來越多的人出行的交通工具。甘肅省歷史文化悠久，省內(nèi)名勝古跡眾多，將統(tǒng)計的甘肅省各縣(區(qū))旅游人數(shù)空間化如圖10。從圖中可以看出特別是路網(wǎng)密度較低的敦煌、甘南、臨夏、隴南和慶陽等地，具有豐富的旅游資源。

圖10 2015年甘肅省旅游人數(shù)密度

考慮旅游資源的影響，在計算人口密度時將統(tǒng)計預(yù)測的2020年游客人數(shù)考慮在內(nèi)，將預(yù)測計算后的2020年甘肅省人口密度、GDP密度代入式(6)，得到2020年除蘭州市區(qū)外各縣(區(qū))的鐵路網(wǎng)預(yù)測密度如圖11所示。

圖11 2020年甘肅省各縣(區(qū))鐵路路網(wǎng)密度預(yù)測值

通過比較2020年的預(yù)測鐵路網(wǎng)密度與路網(wǎng)實際建設(shè)情況，蘭合線、蘭渝線、寶蘭客專等項目的建成使甘南、臨夏等民族地區(qū)的路網(wǎng)初步發(fā)展，通車區(qū)域和路網(wǎng)密度進一步增大，說明這些鐵路的建設(shè)符合預(yù)測的路網(wǎng)建設(shè)的需要，2020年路網(wǎng)預(yù)測密度空間化如圖12。但這些地區(qū)路網(wǎng)密度依舊較低，在接下來一段時期內(nèi)，還需要進一步加大對該地區(qū)的路網(wǎng)建設(shè)力度。

圖12 2020年甘肅省預(yù)測鐵路路網(wǎng)密度

用上述模型預(yù)測的2020年甘肅省鐵路通車里程應(yīng)該達到7 560 km，路網(wǎng)密度為0.029 km/km2，到2030年，運營里程應(yīng)該達到10 650 km，路網(wǎng)密度達到0.041 km/km2。甘肅鐵路在未來很長一段時期還有一個較大的建設(shè)量，路網(wǎng)建設(shè)將迎來新的發(fā)展契機，加快區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)建設(shè)和完善優(yōu)化路網(wǎng)布局，實現(xiàn)路網(wǎng)覆蓋重要的經(jīng)濟區(qū)域，逐步在省內(nèi)形成多層級、多方位的路網(wǎng)布局和樞紐布局，符合“一帶一路”建設(shè)帶給甘肅新的發(fā)展契機的需求。

4 結(jié)論

1) 甘肅省鐵路網(wǎng)形成了以省會蘭州為中心的“X”型路網(wǎng)主骨架，路網(wǎng)密度整體上東南地區(qū)比西北地區(qū)略高，其魚刺狀路網(wǎng)形態(tài)功能較為單一，路網(wǎng)發(fā)展不均衡，鐵路社會化參與程度較低。

2) 鐵路網(wǎng)密度與人口密度、GDP密度等社會經(jīng)濟因素之間有很高的相關(guān)性，經(jīng)驗證建立的甘肅省鐵路路網(wǎng)需求模型可以科學(xué)預(yù)測不同區(qū)域的路網(wǎng)需求密度。

3) “一帶一路”戰(zhàn)略的實施會為西部省份帶來巨大的發(fā)展機遇，與之相適應(yīng)的路網(wǎng)建設(shè)勢在必行，文中研究成果對于沿線主要省份(區(qū)域)的鐵路建設(shè)規(guī)劃可提供有效支持。

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(編輯 蔣學(xué)東)

Study on temporal-spatial relations of railway network expansion in “the Belt and Road” node province: A case study of Gansu province

GAO Yuxiang1, HAN Feng2, YUAN Feng1

(1. College of Civil Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China; 2. Faculty of Geomatics, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China)

With the railway network density, population density and GDP density from different periods in Gansu province, the temporal-spatial relations among railway network development, GDP and population are analyzed based on GIS. The demand function model of railway network in Gansu was established, and the accuracy of the model was verified. The railway network density adapting “the Belt and Road” development strategic was predicted, which can provide decision support for railway network construction in Gansu.

the Belt and Road; railway network density; temporal-spatial relations; GIS; railway network prediction

10.19713/j.cnki.43?1423/u.2018.08.034

U212.1

A

1672 ? 7029(2018)08 ? 2172 ? 07

2017?06?28

國家自然基金地區(qū)科學(xué)基金資助項目(51568037)；蘭州交通大學(xué)青年科學(xué)基金資助項目(2013029)

韓峰(1975?)，男，陜西蒲城人，教授，博士，從事道路與鐵路方向的選線研究；E?mail：153025377@qq.com