田小琴, 彭 鵬, 楊靜靜,丁潔瓊

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湘江流域綜合交通優(yōu)勢(shì)度測度與分析

田小琴, 彭 鵬*, 楊靜靜,丁潔瓊

(湖南師范大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 湖南 長沙, 410081)

以湘江流域?yàn)檠芯繀^(qū)域, 選取縣級(jí)及以上城市為評(píng)價(jià)單元, 運(yùn)用GIS分析技術(shù)從公路網(wǎng)密度、鄰近度、通達(dá)性3方面分別對(duì)各評(píng)價(jià)單元的差異進(jìn)行分析, 并利用以上3個(gè)指標(biāo)構(gòu)建區(qū)域交通優(yōu)勢(shì)度綜合評(píng)價(jià)模型, 分析湘江流域交通優(yōu)勢(shì)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(dá)性以地級(jí)市為中心呈圈層分布; 城市間交通優(yōu)勢(shì)度極化嚴(yán)重, 交通優(yōu)勢(shì)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(gè)流域交通優(yōu)勢(shì)度成“H”字型分布格局.

交通優(yōu)勢(shì)度; 鄰近度; 通達(dá)性; GIS; 湘江流域

交通設(shè)施對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有引導(dǎo)、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(biāo). 交通優(yōu)勢(shì)度是為測度一個(gè)地區(qū)現(xiàn)有通達(dá)水平而設(shè)計(jì)的一個(gè)綜合性指標(biāo), 由公路網(wǎng)密度、鄰近度、通達(dá)性3項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)成[1]. 目前對(duì)交通優(yōu)勢(shì)度的測度多借用GIS技術(shù)從可達(dá)性視角進(jìn)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(shì)[4—6]. 近年來, 為了更全面地測算區(qū)域的交通優(yōu)勢(shì)度, 部分學(xué)者通過構(gòu)建多要素模型對(duì)交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)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(gè)方面建立了交通可達(dá)性指數(shù)模型[7]; 金鳳君等構(gòu)建了多指標(biāo)的度量模型, 并以全國為例進(jìn)行了驗(yàn)證[1]. 該模型隨后也被一些學(xué)者應(yīng)用到多個(gè)區(qū)域進(jìn)行驗(yàn)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(shí)際來確定才可真實(shí)反映區(qū)域的交通優(yōu)勢(shì)度. 在計(jì)算鄰近度, 通達(dá)性等指標(biāo)時(shí)也多采用歐氏距離計(jì)算, 對(duì)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(jì)算通達(dá)性, 在計(jì)算鄰近度時(shí)考慮鐵路站點(diǎn)和高速出入口對(duì)區(qū)域交通的直接影響來分析區(qū)域的交通優(yōu)勢(shì)度, 具有較強(qiáng)的實(shí)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(cuò)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(yùn)專線交匯成一個(gè)南達(dá)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(gè)縣市區(qū). 考慮到部分地級(jí)市城區(qū)面積較小、區(qū)域內(nèi)部各個(gè)區(qū)交通優(yōu)勢(shì)度差異較小, 對(duì)其進(jìn)行合并處理, 以利于比較, 最終以58個(gè)分析單元作為研究對(duì)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(duì)湖南省交通地圖(2011年)進(jìn)行掃描、校正, 然后運(yùn)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(jìn)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(shì)度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2 研究方法及評(píng)價(jià)模型

依據(jù)國家頒布的《省級(jí)主體功能區(qū)技術(shù)規(guī)程》, 結(jié)合多位學(xué)者對(duì)不同區(qū)域交通優(yōu)勢(shì)度的研究, 綜合考慮湘江流域交通發(fā)展的實(shí)際情況, 構(gòu)建多維指標(biāo)體系來定量測算湘江流域交通優(yōu)勢(shì)度(表1). 一級(jí)指標(biāo)包括公路網(wǎng)密度、鄰近度和通達(dá)性, 然后進(jìn)行集成分析, 綜合評(píng)價(jià)湘江流域交通優(yōu)勢(shì)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(shì)度多維指標(biāo)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(duì)區(qū)域交通優(yōu)勢(shì)度的影響較大, 鐵路線路本身對(duì)區(qū)域交通優(yōu)勢(shì)度的影響相對(duì)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(shí)際意義. 由于不同等級(jí)公路對(duì)交通優(yōu)勢(shì)度的影響不同, 因此對(duì)不同等級(jí)的道路長度乘以對(duì)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(jì)算. 公路網(wǎng)絡(luò)密度的計(jì)算為各評(píng)價(jià)單元模擬路網(wǎng)長度與各評(píng)價(jià)單元土地面積的比值, 依據(jù)公式(2)計(jì)算.

式中,L為等級(jí)道路在區(qū)域的實(shí)際運(yùn)營長度;A為等級(jí)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(gè)地物距離相近的程度. 鄰近度表征鐵路、公路、港口、機(jī)場等交通基礎(chǔ)設(shè)施及交通干線對(duì)區(qū)域交通優(yōu)勢(shì)度的影響. 通過ArcGIS軟件對(duì)各評(píng)價(jià)單元行政中心點(diǎn)與各種交通干線之間的距離進(jìn)行計(jì)算(鐵路選擇最近的鐵路站點(diǎn), 高速公路選擇最近的高速出入口), 按距離的遠(yuǎn)近分類賦值(表2), 最后對(duì)不同交通設(shè)施得分經(jīng)過歸一化處理, 得出各評(píng)價(jià)單元不同交通干線的影響度, 然后進(jìn)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(jì)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(diǎn)、高速公路出入口、港口、機(jī)場的交通距離.

2.3 通達(dá)性

通達(dá)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(shí)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(yùn)用O-D矩陣分析模塊, 采用網(wǎng)絡(luò)分析法計(jì)算各縣域基于交通網(wǎng)絡(luò)與最近地級(jí)市的空間距離, 計(jì)算依據(jù)公式(4). 通達(dá)度是一個(gè)逆向指標(biāo), 值越大, 表示通達(dá)度越小, 本文先將逆指標(biāo)正向化, 再采用極差法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理.

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

2.4 交通優(yōu)勢(shì)度

在交通優(yōu)勢(shì)度的集成時(shí), 先采用極差法分別對(duì)公路網(wǎng)密度、鄰近度、通達(dá)性3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理, 最后對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行賦權(quán)重求和(參照表1). 設(shè)區(qū)域的交通優(yōu)勢(shì)度函數(shù)為(x), 計(jì)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(dá)性的標(biāo)準(zhǔn)化值.

3 結(jié)果分析

隨著“兩型”社會(huì)、中部崛起等戰(zhàn)略的實(shí)施, 湖南省的公路網(wǎng)建設(shè)突飛猛進(jìn), 全省公路網(wǎng)密度達(dá)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(jì)算得到的湘江流域58個(gè)評(píng)價(jià)單元的公路網(wǎng)密度、鄰近度、通達(dá)性及利用3指標(biāo)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型計(jì)算得出的交通優(yōu)勢(shì)度見圖3.

圖3 湘江流域交通優(yōu)勢(shì)度分布

3.1 公路網(wǎng)密度分析

在湘江流域58個(gè)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(gè), 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(gè)地級(jí)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(píng)價(jià)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(gè)地級(jí)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(shì)度分布

注:—交通優(yōu)勢(shì)度;1—路網(wǎng)密度;2—鄰近度;3—通達(dá)性.

3.2 鄰近度分析

根據(jù)評(píng)價(jià)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(yán)重. 鄰近度在0.75～1之間的單元僅有10個(gè), 占17.2%(表4), 主要分布在長株潭城市群、邵陽等幾個(gè)地級(jí)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(jí)市中心對(duì)外輻射明顯, 呈由地級(jí)市中心向四周逐漸降低的態(tài)勢(shì).

表4 不同等級(jí)區(qū)域相關(guān)系數(shù)匯總表

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

3.3 通達(dá)性分析

通達(dá)性與最近中心城市的空間距離遠(yuǎn)近對(duì)區(qū)域接受輻射的能力及發(fā)展?jié)摿τ休^直接地影響. 評(píng)價(jià)結(jié)果(圖3(c))顯示: 湘江流域的通達(dá)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(dá)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(dá)性較小的主要原因.

3.4 交通優(yōu)勢(shì)度分析

在路網(wǎng)密度、鄰近度、通達(dá)性等單指標(biāo)的分析基礎(chǔ)上, 依據(jù)公式(5)計(jì)算各單元的綜合交通優(yōu)勢(shì)度, 結(jié)果表明: 區(qū)域分異明顯, 地區(qū)中心城市優(yōu)勢(shì)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(shì)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(shì)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(shì)度相對(duì)較差.

地區(qū)中心城市優(yōu)勢(shì)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(shì)度. 目前已經(jīng)形成以長株潭、衡陽等幾個(gè)交通優(yōu)勢(shì)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(jì)中心, 交通設(shè)施組合狀況和區(qū)位優(yōu)勢(shì)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(shì)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(gè)“H”字型的交通優(yōu)勢(shì)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(duì)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(shì)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(shì)度“H”字型的交通優(yōu)勢(shì)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(shì)度分為4個(gè)等級(jí), 分為交通優(yōu)勢(shì)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(shì)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(diǎn), 高速出入口、港口、機(jī)場距離較遠(yuǎn), 內(nèi)部交通的便捷度較差. 其主要分布在距離地級(jí)市較遠(yuǎn)的邊緣城市. 交通優(yōu)勢(shì)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(jì)算湘江流域路網(wǎng)密度、鄰近度和通達(dá)性, 并利用此3個(gè)指標(biāo)構(gòu)建區(qū)域交通優(yōu)勢(shì)度綜合評(píng)價(jià)模型, 分析湘江流域交通優(yōu)勢(shì)度的空間分布格局和特征, 并分析其成因. 然后對(duì)湘江流域交通優(yōu)勢(shì)度較高值區(qū)和較低值區(qū)的交通優(yōu)勢(shì)度和路網(wǎng)密度、鄰近度和通達(dá)性利用SPSS軟件進(jìn)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(gè), 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(dá)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(yuǎn)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(duì)湘江流域的交通優(yōu)勢(shì)度影響較大. 優(yōu)勢(shì)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(shì)度較高的帶, 分別是京廣鐵路交通優(yōu)勢(shì)帶、泉南高速交通優(yōu)勢(shì)帶、兩廣高速交通優(yōu)勢(shì)帶, 整體上呈“H”狀分布. 滬昆高速交通優(yōu)勢(shì)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(duì)湘江流域邊緣地區(qū)交通優(yōu)勢(shì)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(shì), 對(duì)其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)發(fā)展引導(dǎo), 將其交通優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)發(fā)展優(yōu)勢(shì). 同時(shí)加強(qiáng)邊緣地區(qū)的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè), 增強(qiáng)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(shì), 增強(qiáng)流域整體的發(fā)展?jié)摿?

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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

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2013-11-26.

湖南省教育廳科研項(xiàng)目(09C650)

(責(zé)任編校: 江 河)