于建峰，曾俊偉，錢勇生，廣曉平

（蘭州交通大學(xué)交通運輸學(xué)院，甘肅蘭州730070)

0 引言

《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃(2014—2020年)》提出,我國新型城鎮(zhèn)化發(fā)展要以城市群為主體形態(tài),突出城市群在協(xié)調(diào)東西部地區(qū)發(fā)展的關(guān)鍵作用。隨著城市群空間調(diào)整步伐加快,對交通發(fā)展產(chǎn)生迫切的需求,目前城市群空間無序擴張,土地利用率不足等問題日益突出,交通網(wǎng)絡(luò)對于引導(dǎo)城市群內(nèi)部空間形態(tài)發(fā)展以及優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局的作用越發(fā)重要[1-3]。

交通網(wǎng)絡(luò)在城市群內(nèi)強化區(qū)際聯(lián)系、優(yōu)化城市空間分布的作用是經(jīng)濟地理學(xué)研究的重點內(nèi)容[4],學(xué)者們進(jìn)行了大量研究。董少華等[5]采用引力模型、城市流模型,分析滇中城市群城市空間聯(lián)系的時空演變。蔣奕廷等[6]基于空間經(jīng)濟學(xué)“城市引力”模型對于成渝城市群16個城市之間的經(jīng)濟吸引力進(jìn)行研究分析。有關(guān)長江中游城市群、京津冀城市群等區(qū)域[7-8]的研究多基于引力模型對城市間的相互作用進(jìn)行定量分析。隨著軌道交通運輸?shù)陌l(fā)展,學(xué)者們逐步將注意力投向交通條件改善對城市群空間結(jié)構(gòu)的影響。張云鵬等[9]針對鄭西高速鐵路(鄭州東—西安北)建成后,分析沿線城市第二、第三產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及經(jīng)濟發(fā)展的影響。來逢波等[10]在武廣高速鐵路(武漢—廣州南)建成前后,探討主要城市三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化影響。齊喆等[11]對不同交通模式引起的可達(dá)性變化對京津冀城市群網(wǎng)絡(luò)的影響進(jìn)行研究。彭芳梅[12]將社會網(wǎng)絡(luò)分析方法引入到城市群結(jié)構(gòu)的研究當(dāng)中,并利用ARCGIS、UCINET等軟件直觀地反映城市群的空間分布情況。

目前,蘭渝鐵路(蘭州—重慶北)、寶蘭客運專線(寶雞南—蘭州西)與蘭新高速鐵路(蘭州西—烏魯木齊)實現(xiàn)無縫銜接,為蘭西城市群的發(fā)展帶來了新契機。由于既有研究對不同交通運輸方式下城市空間相互作用的比較分析較少,因而通過采用改進(jìn)傳統(tǒng)引力模型,對蘭西城市群在不同交通方式下城市空間相互作用進(jìn)行比較分析,同時引進(jìn)社會網(wǎng)絡(luò)分析對不同交通方式下城市群網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,通過剖析不同交通運輸方式對蘭西城市群城市空間分布的影響,為蘭西城市群建設(shè)發(fā)展提供參考。

1 不同交通方式下城市群空間分布影響模型構(gòu)建

為了分析不同交通方式對蘭西城市群空間分布的影響,首先進(jìn)行空間聯(lián)系分析,選取主成分分析法對蘭西城市群內(nèi)各城市發(fā)展質(zhì)量進(jìn)行測算,在此基礎(chǔ)上運用改進(jìn)重力模型分別測算出在鐵路與高速公路交通方式下城市間聯(lián)系強度；其次,根據(jù)城市間聯(lián)系強度形成的網(wǎng)絡(luò),進(jìn)行社會網(wǎng)絡(luò)分析,分析比較在鐵路與高速公路交通方式下2種網(wǎng)絡(luò)的密度、中心度以及凝聚子群的情況。

1.1 空間聯(lián)系分析

1.1.1 城市發(fā)展質(zhì)量測算

城市發(fā)展質(zhì)量體現(xiàn)了一個城市的綜合發(fā)展水平,也是計算城市聯(lián)系強度的前提,運用主成分分析法對城市發(fā)展質(zhì)量進(jìn)行分析,克服了以往研究中評價城市發(fā)展質(zhì)量只片面考慮城市人口、GDP的缺陷。主成分法的計算過程如下。

（1）對于p維隨機向量X= (X1,X2,…,XP)T的n個樣本Xi= (Xi1,Xi2,…,Xip) (i= 1,2,…,n,n＞p)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換2,…,n,j= 1,2,…,p)。其中,xij代表樣本Xi中第i行第j列元素；yij代表標(biāo)準(zhǔn)矩陣Z中第i行第j列元素。樣本均值樣本方差=計算得出標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Z。

（2）對標(biāo)準(zhǔn)化矩陣Z求相關(guān)系數(shù)矩陣R,其中R=ZTZ/ (n- 1)。

（3）解特征方程|R-λIP|=0,其中IP為單位矩陣,λ為特征值。計算特征值λj,依據(jù)λj貢獻(xiàn)率大小排序,借助貢獻(xiàn)率提取m個主成分,并計算出對應(yīng)的特征向量。

（4）計算主分量Fi,Fi=a1i X1+a2i X2+ … +ami Xp,i= 1,2,…,p,其中ami為特征向量。

（5）根據(jù)m個主分量Fi及其所對應(yīng)的貢獻(xiàn)率βi對研究對象進(jìn)行綜合評價,綜合評分

1.1.2 城市聯(lián)系強度計算

在傳統(tǒng)的重力模型基礎(chǔ)上,采用時間距離代替空間距離,城市發(fā)展質(zhì)量代替城市人口、GDP,城市聯(lián)系強度計算公式如下。

式中：Fij為城市i與城市j的聯(lián)系強度；Mi,Mj為城市i與城市j的發(fā)展質(zhì)量；ED為兩地時間距離,即兩地之間通過鐵路或高速公路的旅行時間。

在分析空間網(wǎng)絡(luò)特征時,需要對相互作用的空間聯(lián)系數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,還原真實聯(lián)系作用情況的方向性,為應(yīng)用社會網(wǎng)絡(luò)分析(SNA)提供現(xiàn)實基礎(chǔ)。

1.2 社會網(wǎng)絡(luò)分析

社會網(wǎng)絡(luò)分析方法是由社會學(xué)家根據(jù)數(shù)學(xué)方法、圖論等發(fā)展起來的定量分析方法,重點分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對于網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的影響以及影響的大小,主要用于研究整體網(wǎng)絡(luò)特征、密度、結(jié)構(gòu)[12]。

1.2.1 網(wǎng)絡(luò)密度

密度是指一個圖中各個點之間聯(lián)系緊密的程度,在有向關(guān)系圖中,網(wǎng)絡(luò)密度計算公式如下。

式中：D為網(wǎng)絡(luò)密度；m為網(wǎng)絡(luò)中邊數(shù)；n為網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點數(shù)。

1.2.2 中心度與核心-邊緣結(jié)構(gòu)

中心度表示節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中的重要程度。中心度計算公式如下。

式中：CD(ni)為節(jié)點ni的點度數(shù)；xij表示節(jié)點i與節(jié)點j是否有關(guān)系。

核心-邊緣結(jié)構(gòu)是將節(jié)點劃分為核心層與邊緣層2個層次,將節(jié)點分為2個團(tuán)體,節(jié)點團(tuán)體之間表示核心與邊緣的聯(lián)系。在核心層的節(jié)點,不但互相存在聯(lián)系,而且與其他節(jié)點也存在傾向聯(lián)系的關(guān)系,而邊緣層的節(jié)點僅僅傾向與核心層聯(lián)系。

1.2.3 凝聚子群

分析網(wǎng)絡(luò)中存在幾個子群,以及子群之間的特點等稱為凝聚子群分析。一般來說,如果某些成員聯(lián)系相對緊密,它們之間就會聚集起來,即凝聚子群,凝聚子群不僅會影響到網(wǎng)絡(luò)成員間的關(guān)系,還影響著整個網(wǎng)絡(luò)群體的有效運行。

2 實例分析

2.1 研究區(qū)域分析

蘭西城市群2017年總?cè)丝跒? 442.79萬人,面積112.19萬km2,GDP占全國的1.04%。蘭西城市群北部連接內(nèi)蒙古、新疆,西部連接青海腹地、西藏,戰(zhàn)略位置顯著。相比于周邊其他省會,蘭州、西寧高速鐵路互聯(lián),兩地風(fēng)俗文化相近,1小時經(jīng)濟圈的形成條件成熟。蘭西城市群的發(fā)展,不僅能促進(jìn)甘肅、青海兩省的快速發(fā)展,而且能與相鄰的關(guān)中平原城市群、成渝城市群構(gòu)成西部地區(qū)的“西三角”。由于2018年1月關(guān)中平原城市群發(fā)展規(guī)劃將甘肅省天水市、平?jīng)鍪?、慶陽市劃歸于關(guān)中平原城市群,為了在研究城市群時不出現(xiàn)重復(fù),因而在研究中不考慮以上城市。因此,研究區(qū)域主要包括甘肅省蘭州市、嘉峪關(guān)市、金昌市、白銀市、武威市、張掖市、酒泉市、定西市、隴南市、臨夏回族自治州、甘南藏族自治州,青海省內(nèi)西寧市、海東市、海北藏族自治州、黃南藏族自治州、海南藏族自治州、果洛藏族自治州、玉樹藏族自治州、海西蒙古族藏族自治州。

2.2 城市群城市間聯(lián)系強度計算

2.2.1 城市發(fā)展質(zhì)量測算

城市發(fā)展質(zhì)量反映了一個城市的綜合發(fā)展水平,根據(jù)科學(xué)性、合理性和可量化性,從經(jīng)濟、社會和交通發(fā)展3個方面選取指標(biāo)[8],構(gòu)建城市發(fā)展質(zhì)量評價指標(biāo)體系如表1所示。以蘭西城市群內(nèi)各城市2017年統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)為樣本,借助SPSS軟件求出相關(guān)系數(shù)矩陣,然后求出特征值、貢獻(xiàn)率值,最后得出主成分的單因素得分,每個主成分的貢獻(xiàn)率除以總貢獻(xiàn)率得出權(quán)重,最終得到2017年蘭西城市群內(nèi)各城市發(fā)展質(zhì)量如表2所示。

表1 城市發(fā)展質(zhì)量評價指標(biāo)體系Tab.1 Urban development quality evaluation index system

表2 2017年蘭西城市群內(nèi)各城市發(fā)展質(zhì)量Tab.2 Quality of urban development in the Lanzhou-Xi’an urban agglomeration in 2017

從表2可以計算出,青海省城市平均發(fā)展質(zhì)量為0.66,甘肅為0.90,甘肅省發(fā)展質(zhì)量好于青海省,并且在蘭西城市群內(nèi),蘭州、西寧這2個省會城市發(fā)展質(zhì)量明顯高于其他城市,聚集效應(yīng)明顯。

2.2.2 城市聯(lián)系強度計算

采用公式(1)分別計算出在高速公路和鐵路2種運輸方式下,城市群內(nèi)各個城市間的聯(lián)系強度。城市間高速公路和鐵路的最短時間距離分別來源于百度地圖和12306官網(wǎng)?；诟咚俟返穆?lián)系強度如圖1所示,基于鐵路的聯(lián)系強度如圖2所示。

圖1 基于高速公路的聯(lián)系強度Fig.1 Connection strength based on the highway

圖2 基于鐵路的聯(lián)系強度Fig.2 Connection strength based on the railway

從圖中可以看出,在高速公路網(wǎng)絡(luò)中蘭州—白銀、蘭州—西寧聯(lián)系比較緊密,尤其是蘭州—白銀的聯(lián)系尤為緊密,而隨著蘭新高速鐵路、寶蘭客運專線及蘭渝鐵路的修建,鐵路將沿線的蘭州、海東、海北、張掖、定西、隴南等城市更加有效地串聯(lián)起來,這些城市之間的聯(lián)系強度明顯加強,增幅均在2倍以上。

2.3 社會網(wǎng)絡(luò)分析

采用公式(2)計算出基于高路公路和鐵路的城市間有向聯(lián)系強度矩陣,利用UCINET軟件對基于高速公路和鐵路的城市間有向聯(lián)系強度網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行比較分析研究。

2.3.1 網(wǎng)絡(luò)密度分析

將有向聯(lián)系強度數(shù)值進(jìn)行0-1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并根據(jù)數(shù)據(jù)的整體特點將分界值定為0.01,0.03,0.06和0.1,利用UCINET軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)密度分析[13],網(wǎng)絡(luò)密度比較如表3所示。

表3 網(wǎng)絡(luò)密度比較Tab.3 Network density comparison

由表3可以看出,在分界值0.1以下鐵路網(wǎng)的密度小于高速公路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),表明高速公路網(wǎng)絡(luò)條件下城市間聯(lián)系比較便捷。但是,隨著分界值的增大,網(wǎng)絡(luò)密度都呈現(xiàn)下降趨勢,且分界值增大到0.1之后鐵路網(wǎng)密度逐漸超過高速公路網(wǎng)的密度。

2.3.2 中心度比較與核心-邊緣結(jié)構(gòu)分析

通過分析不同交通方式下有向聯(lián)系強度形成網(wǎng)絡(luò)的中心性,可以看出鐵路建設(shè)對于城市在城市群空間地位的變化。由于蘭西城市群有的地區(qū)未通鐵路,因而只對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的程度中心度進(jìn)行比較。程度中心度包括點出度與點入度,點出度代表該城市對于其他城市的影響能力,點入度表示其他城市對于該城市的影響能力,在UCINET軟件中輸入有向聯(lián)系強度矩陣,利用網(wǎng)絡(luò)分析模塊中心度計算對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,程度中心度比較如表4所示。

表4 程度中心度比較Tab.4 Degree of centrality comparison

從表4可以看出,隨著蘭新高速鐵路的建設(shè),沿線城市蘭州、西寧、海東、張掖等城市的點出度和點入度都有所提高,尤其是蘭州和西寧增幅最大,點出度的增大表示這2座省會城市對于其他城市的影響力逐步增強,點入度的增大表明省會城市與其他城市的聯(lián)系更加密切。另外,不容忽視的是高速鐵路建設(shè)對于離蘭州較遠(yuǎn)的酒泉、嘉峪關(guān)影響也十分突出。

同時利用SNA中核心-邊緣結(jié)構(gòu)分析,可以得到無論在高速公路結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)還是在鐵路網(wǎng)絡(luò)中,蘭州、西寧和海東都處于核心地帶,其他16個城市處于邊緣地帶。這說明高速公路和鐵路建設(shè)都將優(yōu)先覆蓋省會及其周邊城市,城市群發(fā)展過于集中。

2.3.3 凝聚子群分析

凝聚子群分析可以識別出城市群內(nèi)相對凝聚的群體,即聯(lián)系較為緊密的城市子群。通過UCINET軟件中CONCOR方法進(jìn)行聚類分析,凝聚子群結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出,鐵路建設(shè)對于蘭西城市群的子群影響較大。首先,鐵路建設(shè)促使城市群子群數(shù)量減少,城市群整體的聯(lián)系更為緊密；其次,在高速公路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中只有蘭州和西寧這2個省會在第一子群當(dāng)中,而隨著鐵路網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),尤其是蘭新高速鐵路的開通,第一子群變化明顯,幾乎將鐵路沿線城市都包含在內(nèi),說明鐵路建設(shè)使其沿線城市聯(lián)系加強；最后,酒泉、嘉峪關(guān)由于地理原因一直處于同一子群,但是其他普速鐵路的城市都是第二子群的成員。

圖3 凝聚子群結(jié)果Fig.3 Condensation subgroup results

3 研究結(jié)論

（1）鐵路和高速公路2種交通方式對于蘭西城市群的影響不同,應(yīng)進(jìn)一步完善鐵路網(wǎng)絡(luò),強化鐵路拉動城市發(fā)展的作用。從圖1、圖2可以看出,高速公路已經(jīng)覆蓋蘭西城市群的所有市級城市,而由于地理條件及建設(shè)成本等原因,鐵路并未覆蓋全部地區(qū)。在高速公路交通方式下,省會城市只與周邊城市的聯(lián)系較為緊密,對于較遠(yuǎn)城市,省會城市的影響力較弱,不利于省會城市與其經(jīng)濟互動。而在鐵路引入之后,鐵路不僅強化了省會城市與周邊城市的聯(lián)系,而且縮短了鐵路沿線各城市的時間距離,增強了聯(lián)系強度,有利于形成鐵路沿線經(jīng)濟帶。從表4可以看出,鐵路的引入不僅進(jìn)一步提高了省會城市的點出度,省會城市的影響能力增大,而且提高了鐵路沿線城市的點出度,鐵路沿線城市輻射能力進(jìn)一步提高。

（2）蘭西城市群內(nèi)經(jīng)濟發(fā)展不平衡,應(yīng)緊抓鐵路建設(shè)機遇,發(fā)揮本地特色優(yōu)勢,促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展。從表2可以看出,蘭西城市群內(nèi)其他城市與蘭州、西寧相比,城市發(fā)展質(zhì)量均較低。為了提高城市發(fā)展質(zhì)量,應(yīng)加速鐵路建設(shè),以鐵路為紐帶促進(jìn)勞動力、資金、科學(xué)技術(shù)等生產(chǎn)要素的互流互通,加強本地優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)與我國東部地區(qū)經(jīng)濟往來。《蘭州—西寧城市群發(fā)展規(guī)劃》提出加快建設(shè)蘭州—合作等鐵路,推進(jìn)當(dāng)?shù)孛褡宀惋?、民族旅游等服?wù)業(yè)的發(fā)展,同時加強蘭西城市群對外聯(lián)通能力,強化與發(fā)達(dá)地區(qū)和企業(yè)產(chǎn)業(yè)合作,培育新的經(jīng)濟增長點,促進(jìn)城市群經(jīng)濟整體向好發(fā)展。從核心-邊緣模型分析來看,目前蘭西城市群的發(fā)展主要集中于重要的節(jié)點城市,資源過度集中,輻射能力有限。為此,應(yīng)轉(zhuǎn)變發(fā)展思路,規(guī)劃建設(shè)不同規(guī)模等級城市,以建設(shè)區(qū)域中心城市為重點,增強輻射范圍。《西部大開發(fā)“十三五”規(guī)劃》提出加快重點經(jīng)濟區(qū)為支撐的核心增長區(qū)域建設(shè),推進(jìn)蘭州—西寧、酒泉—嘉峪關(guān)等次級增長區(qū)域發(fā)展。從圖1、圖2可知,鐵路建設(shè)對于縮短沿線城市時空距離、增強聯(lián)系強度作用顯著,可以有效擴大重要節(jié)點城市的輻射范圍。因此,應(yīng)加大鐵路網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),發(fā)揮節(jié)點城市的輻射作用,帶動周邊地區(qū)尤其是偏遠(yuǎn)少數(shù)民族地區(qū)發(fā)展。

（3）蘭西城市群鐵路覆蓋率較低,應(yīng)加大鐵路建設(shè),解決東西部區(qū)域發(fā)展不平衡問題。從圖3可以看出,鐵路建設(shè)對于優(yōu)化城市群結(jié)構(gòu)、促進(jìn)城市群一體化具有顯著效果。但是,目前蘭西城市群鐵路建設(shè)滯后,青海省黃南、果洛,以及甘肅省臨夏、甘南還未通鐵路,影響了地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展。目前東部地區(qū)鐵路網(wǎng)的覆蓋率達(dá)到323 km /萬km2,西部僅為75.4 km /萬km2,不及東部的1/4,也遠(yuǎn)低于132 km /萬km2的全國平均水平,蘭西城市群更是不足50 km /萬km2?！段鞑看箝_發(fā)“十三五”規(guī)劃》提出要完善西部基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò),加大西部鐵路網(wǎng)絡(luò)覆蓋率,盡快結(jié)束部分少數(shù)民族地區(qū)不通鐵路的歷史。《蘭州—西寧城市群發(fā)展規(guī)劃》也提出加快建設(shè)西寧—成都、格爾木—成都、西寧—玉樹—昌都鐵路,同時支撐蘭西城市群“一軸雙圈多節(jié)點”格局的發(fā)展,構(gòu)建西寧至蘭州交通走廊,加速西寧至海東都市圈、蘭白經(jīng)濟圈的快速軌道交通建設(shè),完善多維軌道交通系統(tǒng),加強城市群內(nèi)部聯(lián)系,促進(jìn)蘭西城市群的經(jīng)濟發(fā)展。