寧驥龍

（中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 線路運(yùn)輸處，陜西 西安 710043)

目前，我國(guó)基礎(chǔ)鐵路網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)初具規(guī)模，隨著近年來寶蘭客運(yùn)專線(寶雞南—蘭州西)、西成高速鐵路(西安北—成都東)等項(xiàng)目的通車運(yùn)營(yíng)，中西部區(qū)域快速骨干路網(wǎng)基本形成[1]。截至2016年底，我國(guó)鐵路里程突破12萬km，高速鐵路里程突破2萬km。鐵路長(zhǎng)期以來存在的運(yùn)能緊張、瓶頸制約等問題已經(jīng)基本得到緩解或解決，路網(wǎng)供給水平基本適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求。未來應(yīng)重點(diǎn)解決路網(wǎng)供給的地區(qū)不均衡性及質(zhì)量差異性，以滿足人民對(duì)美好生活的需要，保證公共服務(wù)供給均等化，尤其是對(duì)于中西部地區(qū)，路網(wǎng)規(guī)模、路網(wǎng)質(zhì)量仍需進(jìn)一步擴(kuò)大和提高，以適應(yīng)和帶動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[2-3]。因此，利用聚類分析技術(shù)，對(duì)各省區(qū)鐵路網(wǎng)指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)指標(biāo)進(jìn)行耦合性分析，判斷我國(guó)各省區(qū)鐵路網(wǎng)規(guī)模的地區(qū)差異性及與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的適應(yīng)性，對(duì)我國(guó)鐵路網(wǎng)的拓展起到積極促進(jìn)作用。

1 我國(guó)鐵路網(wǎng)基本情況

1.1 鐵路網(wǎng)現(xiàn)狀

截至2016年底，我國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá)到12.4萬km，路網(wǎng)密度129 km/萬km2，其中，華北5省區(qū)鐵路網(wǎng)規(guī)模2.7萬km，路網(wǎng)密度174 km/萬km2，東北3省鐵路網(wǎng)規(guī)模1.7萬km，路網(wǎng)密度210 km/萬km2，華東6省區(qū)鐵路網(wǎng)規(guī)模1.9萬km，路網(wǎng)密度298 km/萬km2，中南7省區(qū)鐵路網(wǎng)規(guī)模2.9萬km，路網(wǎng)密度243 km/萬km2，西北、西南10省區(qū)鐵路網(wǎng)規(guī)模3.3萬km，路網(wǎng)密度61 km/萬km2。東部地區(qū)路網(wǎng)結(jié)構(gòu)逐步優(yōu)化，中部地區(qū)路網(wǎng)規(guī)模逐漸增加，西部地區(qū)路網(wǎng)覆蓋水平逐步提高。全國(guó)范圍內(nèi)高速鐵路骨架形成，基本實(shí)現(xiàn)各大區(qū)域間的高速鐵路互聯(lián)互通[4]。2003—2016年全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程如圖1所示，2016年各省區(qū)市鐵路網(wǎng)規(guī)模如圖2所示。

圖1 2003—2016年全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程Fig.1 Railway operation mileage from 2003 to 2016

圖2 2016年各省區(qū)市鐵路網(wǎng)規(guī)模Fig.2 Railway network scale in each province in 2016

總的來說，目前我國(guó)鐵路網(wǎng)規(guī)模、供給水平基本能適應(yīng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。但是，與其他交通方式相比，我國(guó)鐵路網(wǎng)仍然存在一定不足之處，主要體現(xiàn)在：一是路網(wǎng)結(jié)構(gòu)布局仍不完善，路網(wǎng)在各大區(qū)域布局很不均衡，東部地區(qū)路網(wǎng)規(guī)模相對(duì)飽和，中西部地區(qū)路網(wǎng)規(guī)模相對(duì)欠缺，覆蓋度仍需提高；二是區(qū)域內(nèi)鐵路服務(wù)水平亟待提高，城市群、都市圈之間鐵路快速通道仍然存在通而不暢的問題。

1.2 鐵路網(wǎng)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)的適應(yīng)性

區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平的提高，將激活新的運(yùn)輸需求，使得路網(wǎng)規(guī)模需要同步增加、完善；同樣，路網(wǎng)供給水平的提高，將誘增新的運(yùn)輸需求，同時(shí)引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。因此，路網(wǎng)供給水平與區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展存在一定協(xié)調(diào)、耦合關(guān)系[5-6]。鐵路網(wǎng)規(guī)模與區(qū)域經(jīng)濟(jì)的關(guān)系主要體現(xiàn)在以下方面。

（1）與經(jīng)濟(jì)社會(huì)適應(yīng)性。鐵路網(wǎng)發(fā)展水平既應(yīng)滿足區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要，又應(yīng)重視“交通引導(dǎo)開發(fā)”“交通引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)”的理念，以高標(biāo)準(zhǔn)的鐵路運(yùn)輸服務(wù)，拉動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)聯(lián)系，促進(jìn)資本、技術(shù)、人力等要素集聚與布局優(yōu)化，形成配置優(yōu)化、集聚發(fā)展的經(jīng)濟(jì)形態(tài)，激活區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，鐵路網(wǎng)發(fā)展水平應(yīng)與區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)[7]。

（2）與區(qū)域人口、資源狀況相適應(yīng)。區(qū)域的資源總量、種類、分布特征及區(qū)域人口總量、分布、出行特征等因素決定了區(qū)域城鎮(zhèn)化布局、產(chǎn)業(yè)布局，這些因素也是區(qū)域運(yùn)輸需求產(chǎn)生的源泉，區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)資源的需求構(gòu)成了區(qū)域運(yùn)輸需求的一部分[8]。因此，區(qū)域鐵路的發(fā)展水平應(yīng)與區(qū)域地形地貌、資源分布、人口布局、產(chǎn)業(yè)布局等特征相適應(yīng)。

（3）與區(qū)域鐵路功能要求相適應(yīng)。隨著區(qū)域綜合交通融合發(fā)展、運(yùn)輸服務(wù)一體化等理念的深入落實(shí)，區(qū)域綜合交通系統(tǒng)一般由多層級(jí)、多制式、多元化交通運(yùn)輸方式構(gòu)成。針對(duì)不同區(qū)域運(yùn)輸需求的差異性及5種運(yùn)輸方式各自的優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)對(duì)各種運(yùn)輸方式進(jìn)行合理分工，實(shí)現(xiàn)各層級(jí)運(yùn)輸方式協(xié)調(diào)配合、合作共贏的運(yùn)輸模式。因此，保證區(qū)域鐵路供給在合理水平上，明確鐵路在區(qū)域綜合運(yùn)輸體系中的地位和作用[9-10]，依據(jù)需求準(zhǔn)確判斷鐵路供給水平，使鐵路建設(shè)規(guī)模與區(qū)域?qū)﹁F路功能的需求相適應(yīng)。

2 我國(guó)鐵路網(wǎng)布局的聚類分析

聚類分析是指將物理或抽象對(duì)象的集合分組為由類似的對(duì)象組成的多個(gè)類的分析過程。傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)聚類分析方法包括系統(tǒng)聚類法、分解法、加入法、動(dòng)態(tài)聚類法、有序樣品聚類、有重疊聚類和模糊聚類等。研究采用系統(tǒng)聚類法，系統(tǒng)聚類是將每個(gè)數(shù)據(jù)或指標(biāo)分成若干類的方法，首先找出度量數(shù)據(jù)相似程度的統(tǒng)計(jì)量，將相似度高的數(shù)據(jù)聚為一類，相似度低的數(shù)據(jù)聚為一類，然后再次計(jì)算新類間的相似度，將新類進(jìn)行聚類，直至所有數(shù)據(jù)都聚合為一類為止。最后依據(jù)各類別之間的親疏關(guān)系，匯成一張分類系統(tǒng)圖譜，即完成系統(tǒng)聚類過程。系統(tǒng)聚類法中的相似程度可以由距離或者相似系數(shù)定義，進(jìn)行類別合并的準(zhǔn)則是使得類間差異最大，而類內(nèi)差異最小。進(jìn)行鐵路網(wǎng)布局的聚類分析首先進(jìn)行指標(biāo)選取，然后采用相關(guān)系數(shù)法篩選與路網(wǎng)密度指標(biāo)相關(guān)性較好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，最后對(duì)我國(guó)31個(gè)省區(qū)市的路網(wǎng)指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)運(yùn)用系統(tǒng)聚類分析，得出聚類樹。

2.1 指標(biāo)選取

鐵路網(wǎng)布局聚類分析的指標(biāo)主要有2類，一是各省區(qū)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，二是各省路網(wǎng)指標(biāo)。指標(biāo)選取應(yīng)遵循以下原則：①數(shù)據(jù)的可獲得性。數(shù)據(jù)的可獲得性要求應(yīng)選取具有較好代表性的數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)應(yīng)有較強(qiáng)的可區(qū)分性，對(duì)獲取難度較大的數(shù)據(jù)信息，應(yīng)尋找近似替代數(shù)據(jù)。②整體性原則。整體性原則要求指標(biāo)體系應(yīng)以系統(tǒng)整體目標(biāo)為基準(zhǔn)，系統(tǒng)反映研究對(duì)象的整體特征，不可以側(cè)重某個(gè)局部。③系統(tǒng)性原則。系統(tǒng)性原則要求應(yīng)選取一系列指標(biāo)，形成指標(biāo)體系，指標(biāo)之間彼此獨(dú)立且又相互制約，通過成體系的指標(biāo)群進(jìn)行研究對(duì)象的綜合衡量評(píng)價(jià)。④可操作性?？刹僮餍砸笏x指標(biāo)應(yīng)具有可觀察、可測(cè)量、可操作的特征，指標(biāo)體系不宜過多，也不宜偏重某個(gè)方面或偏離研究目的，從而影響研究結(jié)論。⑤科學(xué)性原則?？茖W(xué)性原則要求以科學(xué)思想為指導(dǎo)，以事實(shí)為依據(jù)，以實(shí)踐為手段，保證指標(biāo)選取的科學(xué)、合理。⑥層次性原則。層次性原則要求指標(biāo)體系是多層次、多元化結(jié)構(gòu)組成，如總量指標(biāo)、分量指標(biāo)，子系統(tǒng)指標(biāo)等，應(yīng)明確指標(biāo)間層次遞進(jìn)關(guān)系，保證指標(biāo)體系全面、科學(xué)、可信。⑦定性、定量相結(jié)合原則。定性、定量相結(jié)合原則要求對(duì)于易量化指標(biāo)采用定量描述，對(duì)于難以量化且必須要考慮的指標(biāo)可以采用定性描述?；诖?，選取全國(guó)各省區(qū)市路網(wǎng)及主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表1所示。

2.2 指標(biāo)篩選

表1 全國(guó)各省區(qū)市路網(wǎng)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)Tab.1 Provincial railway network and economic indicators

指標(biāo)篩選，即判斷指標(biāo)體系合理性，形成精簡(jiǎn)的便于操作的指標(biāo)群，通常采用的方法有專家意見法、粗糙集法、相關(guān)系數(shù)法、層析分析法等多種。但是，目前并沒有客觀公認(rèn)的通用方法[9]。研究擬采用相關(guān)系數(shù)法實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域鐵路網(wǎng)規(guī)模影響因素指標(biāo)的篩選。相關(guān)系數(shù)，也稱皮氏積矩相關(guān)系數(shù)(Pearson)，是鑒別2個(gè)隨機(jī)變量間線性相關(guān)程度的方法。指標(biāo)的相關(guān)性分析是指對(duì)2個(gè)及以上的具備一定相關(guān)性的指標(biāo)進(jìn)行分析檢驗(yàn)，從而確定2個(gè)或多個(gè)變量指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)程度[2]。指標(biāo)X和指標(biāo)Y之間的相關(guān)系數(shù)可表示為

式中：γ(X，Y)為指標(biāo)X和指標(biāo)Y之間的相關(guān)系數(shù)，γ(X，Y)大于零為正相關(guān)，γ(X，Y)小于零為負(fù)相關(guān)，γ(X，Y)的絕對(duì)值越大，相關(guān)程度越高，可以假定γ(X，Y)的絕對(duì)值大于 0.55 為強(qiáng)相關(guān)；Cov(X，Y)為X，Y的協(xié)方差；Var[X]為X的方差；Var[Y]為Y的方差。

將表1中各個(gè)指標(biāo)代入公式 ⑴ 中可以求得路網(wǎng)指標(biāo)與各經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的相關(guān)性如表2所示。

表2 路網(wǎng)指標(biāo)與各經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的相關(guān)性Tab.2 Correlation between the railway network and the economic indicators

2.3 聚類分析

依據(jù)上述指標(biāo)關(guān)聯(lián)性分析，路網(wǎng)密度—人均GDP、路網(wǎng)密度—第三產(chǎn)業(yè)占比、路網(wǎng)密度—人均可支配收入等呈現(xiàn)強(qiáng)相關(guān)，因而選取與路網(wǎng)密度指標(biāo)相關(guān)性較好的人均GDP、第三產(chǎn)業(yè)占比及人均可支配收入3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行聚類分析。研究選取全國(guó)31個(gè)省區(qū)市的鐵路網(wǎng)密度、人均GDP、第三產(chǎn)業(yè)占比、人均可支配收入等指標(biāo)，運(yùn)用IBM SPSS Statistics數(shù)據(jù)分析工具軟件對(duì)各個(gè)省區(qū)市的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，先將各省區(qū)看成獨(dú)立一類，然后選擇距離最近的省區(qū)合并為一類，計(jì)算新類與其他類的距離，再將距離最近的類別合并，不斷循環(huán)，得出我國(guó)各省區(qū)聚類樹圖如圖3所示。圖3中橫坐標(biāo)為各類別之間的距離，縱坐標(biāo)為各省區(qū)名稱及編號(hào)。

圖3 我國(guó)各省區(qū)聚類樹圖Fig.3 Cluster tree of the provinces and regions in China

由聚類樹圖，可以將全國(guó)31個(gè)省區(qū)市分為4類，我國(guó)各省區(qū)聚類結(jié)果如表3所示。其中類別I共包括北京、上海、天津3個(gè)直轄市，該類別的基本特征是鐵路網(wǎng)密度最高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度也是最高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與鐵路網(wǎng)規(guī)模匹配性很好。類別II共包括河北、遼寧、山東、山西、河南、海南、安徽7個(gè)省份，該類別的基本特征是鐵路網(wǎng)規(guī)模略超前于區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。類別III共包括湖北、湖南、陜西、廣西、廣東、貴州、寧夏、江蘇、福建、吉林、重慶、浙江、江西等13個(gè)省區(qū)市，該類別的基本特征是鐵路網(wǎng)規(guī)模略滯后于區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。類別IV共包括青海、新疆、西藏、四川、云南、甘肅、內(nèi)蒙古、黑龍江等8個(gè)省區(qū)，該類別的基本特征是鐵路網(wǎng)密度較低，經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度也相對(duì)較低。結(jié)果表明，湖北等13省區(qū)市路網(wǎng)規(guī)模略微滯后于區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，應(yīng)進(jìn)一步完善區(qū)域路網(wǎng)，以滿足區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，青海等8個(gè)省區(qū)路網(wǎng)密度較低，經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度也相對(duì)較低，應(yīng)加快區(qū)域路網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)，激活與引領(lǐng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

表3 我國(guó)各省區(qū)市聚類結(jié)果Tab.3 Clustering results of the provinces, regions and municipalities in China

3 結(jié)束語

鐵路作為國(guó)家重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，其科學(xué)合理的規(guī)劃布局對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有深遠(yuǎn)影響。通過運(yùn)用聚類分析技術(shù)研究我國(guó)鐵路網(wǎng)布局的地區(qū)差異性特征，揭示各地區(qū)鐵路規(guī)模與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的匹配關(guān)系。從應(yīng)用角度考慮，該研究為各地區(qū)謀劃與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)的鐵路網(wǎng)規(guī)模提供決策參考；從研究?jī)r(jià)值考慮，該研究為路網(wǎng)規(guī)模測(cè)算與分析提供新思路、新方法，還應(yīng)加強(qiáng)鐵路網(wǎng)發(fā)展與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的內(nèi)在演進(jìn)機(jī)制研究，以便更好地進(jìn)行區(qū)域路網(wǎng)規(guī)劃，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。