王艷艷，王武斌

(1. 西安鐵路職業(yè)技術(shù)學院，陜西 西安 710014；2. 西南交通大學土木工程學院，四川 成都 610031)

·新能源汽車與低碳運輸·

城市群城際鐵路網(wǎng)絡(luò)演化機制研究

王艷艷1，王武斌2

(1. 西安鐵路職業(yè)技術(shù)學院，陜西 西安 710014；2. 西南交通大學土木工程學院，四川 成都 610031)

針對城市群內(nèi)部客運需求持續(xù)增長的問題，從點的增長機制、線路的增長機制兩個方面入手，以人均GDP和客運需求量作為主要影響因素來研究城市群城際鐵路網(wǎng)絡(luò)的演化機制，并以關(guān)中城市群城際鐵路網(wǎng)絡(luò)的演化作為實例，說明了目前城市群城際鐵路網(wǎng)規(guī)劃方法的合理性。

城市群；城際鐵路網(wǎng)絡(luò)；演化機制；關(guān)中城市群

隨著我國城市群規(guī)劃和發(fā)展的速度不斷加快，給城市群內(nèi)部各主要城市之間的城際客運交通也帶來了極大的發(fā)展，而傳統(tǒng)客貨混跑的運輸模式極大地制約著城際間的旅客運輸能力。目前，國內(nèi)外正在發(fā)展一種新的客運模式——城際軌道客運模式，該種客運模式具有能力大、密度高、小編組以及公交化等特點，正好滿足城市群內(nèi)部的各主要城市之間的客流需求。

Blum等指出高速鐵路把區(qū)域內(nèi)多個城市和地區(qū)連接在了一起，提高了區(qū)域內(nèi)城市和地區(qū)間的可達性[1]。Kiyoshi 等提出了一個利用高速鐵路系統(tǒng)來連接區(qū)域內(nèi)多個城市組成的系統(tǒng)模型，來分析區(qū)域內(nèi)各線路的連接情況[2]。Gutierrez等研究了歐洲高速鐵路對路網(wǎng)通達性的潛在影響, 研究結(jié)果證實了高速鐵路可以改善區(qū)域內(nèi)節(jié)點城市之間的通達性，為區(qū)域軌道交通的建設(shè)提供理論支持[3]。王成金分析了我國高速公路網(wǎng)絡(luò)在空間的演化過程，并在深入考察高速公路發(fā)展區(qū)域效應(yīng)的基礎(chǔ)上分析了高速公路交通流格局的演化影響[4]。王正武等利用復雜網(wǎng)絡(luò)理論構(gòu)建了高速公路的路網(wǎng)演化模型，并且提出了一種上層模型為加權(quán)出行需求網(wǎng)絡(luò)、下層模型為高速公路網(wǎng)絡(luò)的雙層復雜交通網(wǎng)絡(luò)模型[5]。趙召勝等利用節(jié)點度、特征路徑長度、網(wǎng)絡(luò)回路程度和樹狀程度、節(jié)點鄰近度等評價指標，將上海市的軌道交通網(wǎng)絡(luò)及演化階段劃分為單條線路階段、多條線路階段、初步成網(wǎng)階段以及網(wǎng)絡(luò)延伸與擴展階段[6]。陳卓以寧夏回族自治區(qū)的城際鐵路規(guī)劃方案研究為例，分析了主要節(jié)點的空間分布特征和城市群結(jié)構(gòu)，提出了寧夏城際鐵路網(wǎng)近、遠期規(guī)劃方案[7]。對于城市群城際軌道交通路網(wǎng)的演化機制，國內(nèi)外有學者在交通網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上對其做了一些研究，但是還沒有專門系統(tǒng)的理論研究體系，通常也只能通過借鑒城市軌道交通、高速公路路網(wǎng)規(guī)劃等理論。

城市群城際鐵路網(wǎng)的演化過程一般有節(jié)點的出現(xiàn)、節(jié)點間邊的連接、重聯(lián)邊的連接幾個部分。本文以城市群經(jīng)濟發(fā)展和客運需求量為基礎(chǔ)，從點的增長機制、邊的增長機制出發(fā)來研究城市群城際鐵路網(wǎng)絡(luò)演化機制。

1 節(jié)點的增長機制

利用綜合指標m來作為城市群區(qū)域內(nèi)各個節(jié)點的重要度度量指標，其計算方法如下：

m=αk1y1+αk2y2+...+αknyn。

式中:αkn為第n個指標的權(quán)重值，可以利用層次分析法、模糊評價法或是灰色關(guān)聯(lián)度評價方法計算出權(quán)重值；yi為在評價過程中的第i個評價指標的值。

假設(shè)不同規(guī)模的城市群在判斷節(jié)點出現(xiàn)時機的過程中存在一個閥值，利用該閥值來判斷節(jié)點的出現(xiàn)時機。

式中θk取值為1時代表節(jié)點k即將出現(xiàn)在城際軌道交通線網(wǎng)中，并與其他節(jié)點相連接，即該節(jié)點已經(jīng)成為了城際鐵路網(wǎng)中的新增節(jié)點。

2 線路的增長機制

2.1 新邊的增長機制

當網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到一定的規(guī)模時，通常會有新增節(jié)點的出現(xiàn)，這樣就必然會導致有新的線路(網(wǎng)絡(luò)上的新邊)出現(xiàn)，即會有首連邊的出現(xiàn)。邊的首連指的是新增節(jié)點與新增節(jié)點或是新增節(jié)點與既有節(jié)點間出現(xiàn)連邊的關(guān)系。

軌道交通線網(wǎng)建設(shè)有很多需要考慮的因素，本文采取以下連接原則：

qij=dj·lij。

式中：qij為新增節(jié)點i與既有節(jié)點j之間的點強度大??；dj為既有節(jié)點j的點度大小，用與j連接的邊的數(shù)量來表示；lij為節(jié)點i與節(jié)點j之間的連接強度，本文用兩節(jié)點之間的運輸需求量大小表示。

2.2 重連邊的增長機制

由于在區(qū)域軌道交通路網(wǎng)中，旅客運輸需求不斷增長，在原有的路網(wǎng)之間會有流量發(fā)生變化的情況。若在某條既有線路上的旅客運輸需求在不斷地增加，但是整個路網(wǎng)的規(guī)模卻保持不變，就會造成該線路或是路網(wǎng)滿足不了逐漸增長的旅客運輸需求。當某條線路上的流量(旅客運輸需求量)增長達到一定的閥值時，則需要對該線路進行擴建或擴能，使得該線路的權(quán)重會發(fā)生變化，對于該區(qū)域軌道交通路網(wǎng)而言，這條邊(線路)就發(fā)生了重連關(guān)系。

通過上述描述可將重連邊的增長機制通過邊權(quán)重的增長機制來呈現(xiàn)，可以將其定義為：滿溢增長機制，即當某一邊的流量達到一定閥值時會引導該邊進行擴建，使得重連邊出現(xiàn)。具體的規(guī)則可以描述為：若某條邊(線路)增加的旅客運輸需求量使得該線路達到或超過所設(shè)計的能力，即達到或超過該線路所能承受的旅客運輸需求量的閥值時，該線路的權(quán)重值將會發(fā)生轉(zhuǎn)變，表示的是該線路一個新的運輸需求量。

2.3 邊的修正約束

假設(shè)某節(jié)點(新增節(jié)點或者既有節(jié)點)將要與之連接的節(jié)點之間還有其他節(jié)點，則在考慮它們之間的線路連接情況時，可以遵循如下規(guī)則：如果節(jié)點B與節(jié)點C之間已經(jīng)有線路連接，按模型算法得來的節(jié)點A本來應(yīng)與節(jié)點B相連接，但如果A、C之間的連線與B、C之間的連線夾角大于120°時，則可以考慮將A與C之間先相連，如圖1所示。

3 重要參數(shù)

3.1 閥值f

閥值f是在分析網(wǎng)絡(luò)節(jié)點增長機制過程中一個綜合比較值，是指綜合考慮人均GDP、運輸需求量等影響因素的影響程度而確定的一個閥值，綜合指標根據(jù)大量的關(guān)于區(qū)域軌道交通路網(wǎng)(珠江三角洲城際鐵路網(wǎng)規(guī)劃、長株潭城際鐵路網(wǎng)規(guī)劃等)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析可以得到

m=(0.2y1+0.8y2)/10 000。

式中：y1為區(qū)域內(nèi)某個節(jié)點的區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展水平(可以用人均GDP的多少來表示，單位：元)；y2為該節(jié)點的運輸需求量(單位：萬人/α)。通過統(tǒng)計和分析全國各個城市群的資料和數(shù)據(jù)，可得到節(jié)點出現(xiàn)的閥值f是綜合指標m=2.7，即在本文的分析過程中當某個地方的綜合指標m≥2.7時，就可以認定該地方是區(qū)域軌道交通路網(wǎng)發(fā)展中的一個新的節(jié)點。

3.2 點強度

點強度q是復雜網(wǎng)絡(luò)中的一個很重要的分析指標，它可以看成是點度d和點與點之間連接的強度l的乘積，即q=d·l。本文利用點強度這個概念來對區(qū)域路網(wǎng)中各個節(jié)點連接的可能性進行分析，通過某一個節(jié)點與其他各個節(jié)點之間的點強度的大小來確定城際鐵路網(wǎng)的演化機制。

4 實例分析

表1 關(guān)中城市群各地區(qū)各階段人均GDP預測值 萬元

城市群內(nèi)部各主要節(jié)點之間各規(guī)劃階段的OD需求如表2、表3、表4所示。

根據(jù)以上表格中的數(shù)據(jù)可以計算評判關(guān)中城市群內(nèi)部節(jié)點出現(xiàn)的綜合指標m，利用公式m=(0.2y1+0.8y2)/10 000來計算各個城市的綜合評判指標，其結(jié)果如表5所示。

根據(jù)新增節(jié)點的出現(xiàn)時機，利用點強度的計算得到各個階段線路的連接情況如表6、表7、表8所示。

根據(jù)計算結(jié)果可得到關(guān)中城市群城際鐵路網(wǎng)演化機制，如圖2所示。

由圖可以看出，仿真出來路網(wǎng)演化結(jié)果與實際規(guī)劃的路網(wǎng)相似程度較高，比較符合實際的規(guī)劃，證明了研究方法的合理性和實用性。同時，也從一定程度說明了關(guān)中城市群城際鐵路網(wǎng)規(guī)劃是比較適合關(guān)中城市群的經(jīng)濟發(fā)展狀況，也基本能夠滿足該城市群內(nèi)部各城市之間的城際客流需求。

5 結(jié)論

區(qū)域軌道交通是城市群內(nèi)部基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)很重要的一部分，和大部分基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)一樣受到很多因素的影響和制約。本文以人均GDP和運輸需求量作為影響區(qū)域軌道交通路網(wǎng)演化機制的核心因素來進行分析，得到城市群城際軌道交通路網(wǎng)的點、線路增長機制，從而反映路網(wǎng)的演化機制，并通過關(guān)中城市群城際鐵路網(wǎng)規(guī)劃為例驗證了研究方法的合理性與實用性；但本文在研究路網(wǎng)演化機制的過程中沒有考慮城市群內(nèi)部各節(jié)點的地理因素，這也是未來值得繼續(xù)深入研究的方向。

[1]Blum U, Havnes K E, Karlsson C. Introduction to the Special Issue, The Regional and Urban Effects of High-speed Trains[J].The Annals of Regional Science,1997, 31(1):1-20.

[2]Kiyoshi Kobayashi, Makoto Okmnura. The Growth of City System switch High-speed Railway Systems [J].The Annals of Regional Science, 1997,31(1)：39-56.

[3]Gutierrez J, Gonzalez R, G6mez G. The European High-speed Train Network: Predicted Effects on Accessibility Pattern [J].Journal of Transport Geography, 1996(4):227-238.

[4]王成金.中國高速公路網(wǎng)的發(fā)展演化及區(qū)域效應(yīng)研究[J].地理科學進展, 2006, 25(6): 126-137.

[5]王正武, 何永清, 譚振霞.出行需求驅(qū)動的高速公路路網(wǎng)演化模型[J].交通科學與工程, 2009, 25(4): 86-90.

[6]趙召勝, 王燚.上海市軌道交通網(wǎng)絡(luò)演化特征分析[J]. 城市道橋與防洪, 2012 (9): 1-5.

[7]陳卓.城際鐵路規(guī)劃方案研究[J].鐵道運輸與經(jīng)濟,2013,35(3):35-39.

(編校：夏書林)

Evolution Mechanism of Urban Agglomeration Inter-city Railway Network

WANG Yan-yan1,WANG Wu-bin2

(1.Xi’anRailwayVocational&TechnicalInstitute,Xi’an710014China;2.SchoolofCivilEngineering,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031China)

Demand of passenger transportation within inter-city of urban agglomeration is increasing. We discussed the evolution mechanism of urban agglomeration inter-city railway network based on the evolution mechanism of points and lines, and taken advantage of per capita GDP and passenger transportation demand as the main influence factors. Then the practicability of the research methods was elaborated with evolution of the inter- city railway of Guanzhong region.

urban agglomeration; inter-city railway network; evolution mechanism; urban agglomeration of guanzhong region

2015-01-14

王艷艷(1978—)，女，講師，碩士，主要研究方向為交通運輸規(guī)劃與管理。

U294.1

A

1673-159X(2015)05-0108-05

10.3969/j.issn.1673-159X.2015.05.020