汪延彬， 何瑞東， 王婭妮， 席利軍

(甘肅省自然資源規(guī)劃研究院，甘肅 蘭州 730000)

引言

2019年，《關(guān)于建立國土空間規(guī)劃體系并監(jiān)督實(shí)施的若干意見》明確國土空間規(guī)劃是國家空間發(fā)展的指南、可持續(xù)發(fā)展的空間藍(lán)圖，是各類開發(fā)保護(hù)建設(shè)活動的基本依據(jù)[1]。目前，全國各地正在開展國土空間規(guī)劃的編制，交通規(guī)劃是重要的專題研究之一，直接影響甚至在很多場景下決定了國土空間的開發(fā)結(jié)構(gòu)、開發(fā)效率和開發(fā)秩序[2]。很多研究也表明，地區(qū)經(jīng)濟(jì)格局的均衡性、可持續(xù)性及城鄉(xiāng)融合發(fā)展受各種復(fù)雜因素的影響，交通基礎(chǔ)設(shè)施是其中的一個重要影響因素[3]。鐵路具有大運(yùn)量、高頻率、快速便捷、連續(xù)性強(qiáng)、不受氣候條件影響、準(zhǔn)時舒適的特點(diǎn)，同時具有低能耗、污染小、占地少等有利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)[4]，近年來鐵路特別是高速鐵路的快速建設(shè)對我國社會經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了深刻影響，對地方資源配置模式也有巨大作用，引起眾多學(xué)者關(guān)注[5-9]，研究普遍表明，鐵路對客運(yùn)市場、區(qū)域經(jīng)濟(jì)、空間結(jié)構(gòu)、要素跨城流動等都具有積極影響。

可達(dá)性是評估、分析交通通達(dá)程度的一項(xiàng)綜合指標(biāo)，由Hansen首次提出，指的是交通網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)相互作用機(jī)會的大小[10]。在公路、鐵路等線性工程及民用機(jī)場等基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，學(xué)者從交通可達(dá)性角度，研究分析了高速鐵路對城市可達(dá)性、區(qū)域經(jīng)濟(jì)格局、通達(dá)能力、服務(wù)范圍的影響[11-20]；在區(qū)域交通狀況研究領(lǐng)域，學(xué)者們從旅游交通可達(dá)性變化、交通聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演化等角度分析了廣西、湖北、貴州等地的交通可達(dá)性[21-24]。對于甘肅省，部分學(xué)者以蘭新高鐵為對象進(jìn)行了研究[25-29]，多采用數(shù)據(jù)對比法通過高鐵建設(shè)前后時間成本和經(jīng)濟(jì)成本的對比提升，反映高鐵對西北地區(qū)可達(dá)性、經(jīng)濟(jì)聯(lián)系、旅游等產(chǎn)生的影響及效益，采用成本距離法較少，同時未見有關(guān)甘肅省內(nèi)鐵路客運(yùn)站交通可達(dá)性的研究。

目前，可達(dá)性研究所借助的主要方法為GIS技術(shù)，通過對數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、通行成本進(jìn)行加權(quán)，可將一維空間點(diǎn)到點(diǎn)的通行時間拓展到二維空間，可視化并量化時間成本計(jì)算結(jié)果，在國土空間規(guī)劃等工作中可以顯化現(xiàn)狀要素空間，指導(dǎo)布局優(yōu)化。目前在使用成本加權(quán)柵格時尚存在數(shù)據(jù)來源不完整、未考慮數(shù)據(jù)修正、公路網(wǎng)絡(luò)分級不規(guī)范、空間特征分析較為簡單等情況[16]。

甘肅地處我國西北，是經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)省份，目前面臨鞏固脫貧攻堅(jiān)成果和推進(jìn)鄉(xiāng)村振興雙重任務(wù)，鐵路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后，5個市州不通高鐵，近一半的縣區(qū)不通鐵路[30]，因此，研究現(xiàn)有鐵路客運(yùn)站交通可達(dá)性空間特征有利于明晰現(xiàn)有交通格局的空間局限性及客運(yùn)站的分工定位，對新建鐵路等交通布局、促進(jìn)全省交通配置協(xié)調(diào)發(fā)展有借鑒意義。本研究以甘肅省鐵路客運(yùn)站為研究對象，依托歸一化處理的交通網(wǎng)絡(luò)、土地利用、地形坡度、起伏度等數(shù)據(jù)，采用成本距離法得出了鐵路客運(yùn)站交通可達(dá)性空間分布狀況，量化分析了各市州交通可達(dá)狀況，以期為交通設(shè)施優(yōu)化配置、國土空間規(guī)劃布局提供依據(jù)。

1 研究區(qū)及數(shù)據(jù)處理

1.1 研究區(qū)概況

甘肅省地處西北內(nèi)陸，位于黃土高原、青藏高原和蒙古高原的交匯地帶，分屬黃河流域、長江流域及內(nèi)流河流域，總體上地貌為山地型高原。全省地勢高亢，地貌類型復(fù)雜，大致可分為隴南山地、隴中黃土高原、甘南高原、河西走廊、祁連山地、北山山地等六大地形區(qū)域。全省設(shè)12個地級市和2個自治州，土地面積居全國第7位，建設(shè)用地規(guī)模占全省總面積的2.2%，低于全國平均水平。

以辦理鐵路客運(yùn)業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)出售車票為標(biāo)準(zhǔn)，省內(nèi)目前共有58個鐵路客運(yùn)站，其中高鐵站(含普速、高鐵同站)17個。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究所用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)和地形數(shù)據(jù)。交通網(wǎng)絡(luò)包括公路和鐵路，來源于“全國地理信息資源目錄服務(wù)系統(tǒng)”(http://www.webmap.cn/main.do?method=index)，比例尺為1∶25萬，包含覆蓋全省的高速公路、一級公路、二級公路、三級公路、四級公路、等外公路、普通鐵路和高鐵線路，研究中通過2018年度全省土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫補(bǔ)充了河西地區(qū)的部分道路；土地利用數(shù)據(jù)來源于自然資源管理部門的土地變更調(diào)查縮編數(shù)據(jù)，比例尺為1∶50萬，按照《土地利用現(xiàn)狀分類》，全省共涉及旱地、水澆地、果園、有林地等33個二級地類；地形數(shù)據(jù)來源于USGS提供的SRTM數(shù)據(jù)，分辨率為90m，經(jīng)過拼接、裁剪、投影，形成甘肅省DEM數(shù)據(jù)。

1.3 研究方法

本研究的思路：(1)確定全省成本柵格為100m×100m；(2)根據(jù)交通網(wǎng)絡(luò)的行駛速度生成公路速度柵格、鐵路速度柵格；(3)參照已有研究成果及客觀實(shí)際，根據(jù)各地類的速度賦值生成土地利用速度柵格；(4)疊加公路速度柵格、鐵路速度柵格、土地利用速度柵格，相交部分取最大值，生成省域全覆蓋的速度柵格，使用地形數(shù)據(jù)修正速度柵格；(5)將速度柵格轉(zhuǎn)換為時間柵格；(6)采用成本距離分析法進(jìn)行可達(dá)性分析。

1.3.1 速度柵格建立 根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01—2014)賦值不同等級公路速度；根據(jù)《鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范》和《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》，按照各條鐵路設(shè)計(jì)時速及建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)賦值不同等級鐵路速度；根據(jù)不同土地利用類型對速度的限制，賦值不同地類速度(表1)。采用柵格計(jì)算最大值法，得到省域全覆蓋的速度柵格?；凇捌露扰c起伏度越大，對速度的限制作用越明顯”的原則，采用表2的判斷矩陣對速度柵格進(jìn)行修正，得到符合實(shí)際的速度柵格。圖1為全省覆蓋速度柵格，單位為km/h。

圖1 速度柵格(100m×100m)

表1 不同情況下速度賦值

表2 速度修正系數(shù)判斷矩陣

1.3.2 時間柵格建立 根據(jù)柵格單元大小，將速度柵格按式t=s/v轉(zhuǎn)換為時間柵格。式中：s為柵格單元大小，單位為km；v為速度，單位為km/h；t為時間，單位為h。本研究柵格大小為0.1km，圖2為全省覆蓋時間柵格，單位為h。

圖2 時間柵格(100m×100m)

1.3.3 成本距離分析 通過時間柵格和客運(yùn)站空間位置，利用ArcGIS軟件中的成本距離分析工具(要素源為客運(yùn)站空間位置點(diǎn)，成本柵格數(shù)據(jù)為時間柵格)，可得到各站場交通通達(dá)時間成本和各地區(qū)有效服務(wù)范圍。

2 結(jié)果與分析

2.1 鐵路客運(yùn)站交通通達(dá)特征

圖3為甘肅省鐵路客運(yùn)站可達(dá)性空間分布特征，整體呈現(xiàn)三個明顯特征：(1)空間布局以鐵路客運(yùn)站為中心，放射狀分布特征明顯。在河西走廊地區(qū)，由于鐵路客運(yùn)站的布局呈串聯(lián)狀，交通可達(dá)性整體為條帶狀；在南部的隴南、天水市及東部的平?jīng)鍪?，由于地形起伏大、地貌破碎，地形修正對交通可達(dá)性的影響明顯，可達(dá)性與地形脈絡(luò)的走向相一致；(2)從空間分布形態(tài)來看，鐵路、公路等線狀交通設(shè)施對交通可達(dá)性的影響遠(yuǎn)大于土地利用狀況的影響，通行時間成本低、交通可達(dá)性較好的地區(qū)往往都有不同等級的公路覆蓋，地勢平坦但路網(wǎng)密度低的甘南等地通行的時間成本較高；(3)從區(qū)域分布來看，甘肅中部及河西走廊嘉峪關(guān)市以東地區(qū)的可達(dá)性較好，臨夏州、甘南州、慶陽市可達(dá)性水平低，酒泉市土地面積較大，除“敦煌—瓜州—玉門”沿線約17km范圍可達(dá)性較好外，其余地域均為以裸地、荒草地和沙地為主的未利用地，可達(dá)性水平極低。

圖3 甘肅省鐵路客運(yùn)站交通可達(dá)性空間分布

為進(jìn)一步了解全省交通可達(dá)性的數(shù)量差異，以1小時為間隔，將可達(dá)性分為13級，統(tǒng)計(jì)各時間段分布頻率和累計(jì)時間頻率。由圖4可知，各時間段分布頻率隨時間增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，全省鐵路客運(yùn)站可達(dá)時間集中在1h～5h，峰值在3h。通過計(jì)算，全省1h內(nèi)可到達(dá)最近鐵路客運(yùn)站的土地面積為6.65萬平方公里，占比為15.6%，3h內(nèi)可到達(dá)最近客運(yùn)站的土地面積為21.97萬平方公里，占比為51.6%，5h內(nèi)可到達(dá)最近客運(yùn)站的土地面積為31.19萬平方公里，占比為73.24%，7h內(nèi)可到達(dá)最近客運(yùn)站的土地面積為36.58萬平方公里，占比為85.88%。通過加權(quán)平均，對于出行居民，全省鐵路客運(yùn)站可達(dá)性平均時間成本為4.37h，從居民體驗(yàn)的角度，可優(yōu)化和提升的空間較大。

圖4 甘肅省鐵路客運(yùn)站交通可達(dá)性時間分布

2.2 各市州鐵路客運(yùn)站服務(wù)范圍

通過1h時間差分類得出鐵路客運(yùn)站交通可達(dá)性等時圈空間分布狀況。由圖5可以看出4個明顯特征：(1)1h等時圈的空間分布特征明顯，由西向東基本沿“敦煌—瓜州—玉門—嘉峪關(guān)—張掖—武威—蘭州—定西—天水”的走向(圖5中箭頭所示)，這與古絲綢之路甘肅段的走向基本一致，說明甘肅省改革開放以來路網(wǎng)建設(shè)的重心及人員流動的重點(diǎn)區(qū)域均在絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶上，這種格局多年來未打破；(2)蘭州作為省會城市，1h等時圈的通道呈放射狀，出入城市的快速通道較多，反映出城市區(qū)域交通樞紐的優(yōu)勢比較明顯；(3)河西走廊5市的1h等時圈呈帶狀分布，帶狀區(qū)域的寬度平均為26km，也就是說，河西走廊地區(qū)交通干線(公路、鐵路)南、北各13km的區(qū)域，理論上1h內(nèi)都能到達(dá)最近的鐵路客運(yùn)站，生產(chǎn)、生活設(shè)施應(yīng)重點(diǎn)布局在此區(qū)域以滿足居民出行和產(chǎn)品運(yùn)輸需求；(4)臨夏州、甘南州、慶陽市1h等時圈覆蓋區(qū)域極少，此區(qū)域居民乘坐火車出行的時間成本很高。

圖5 甘肅省鐵路客運(yùn)站交通可達(dá)性等時圈

通過進(jìn)一步計(jì)算可得各市州鐵路客運(yùn)站服務(wù)范圍。從服務(wù)規(guī)模(表3)可知，1h可達(dá)的范圍規(guī)模大于5000平方公里的有白銀、天水、蘭州、定西、張掖、酒泉，酒泉市由于土地面積較大，1h可達(dá)的規(guī)模最大，達(dá)1.25萬平方公里。定西市、蘭州市、金昌市的全境均在4h可達(dá)范圍內(nèi)，嘉峪關(guān)市全境均在2h可達(dá)范圍內(nèi)。

從服務(wù)范圍占比情況(圖6)可以看出，全省市州的鐵路客運(yùn)站交通可達(dá)性大致可分為四種類型：一是1h可達(dá)范圍占比在40%以上的，包括嘉峪關(guān)市(83.1%)、蘭州市(55.8%)、天水市(44.4%)、定西市(44.3%)，除嘉峪關(guān)市土地面積小導(dǎo)致比例較高外，蘭州、天水、定西均是甘肅交通網(wǎng)絡(luò)密集、鐵路客運(yùn)站布局較多的傳統(tǒng)地區(qū)；二是1h可達(dá)范圍占比在20%～40%之間、3h之內(nèi)可達(dá)范圍占比在70%以上的，包括金昌市、平?jīng)鍪?、白銀市、張掖市；三是由于地域廣闊導(dǎo)致1h可達(dá)范圍占比較低但線性交通廊道較為豐富的，主要分布在河西走廊地區(qū)，包括武威市(15.3%)和酒泉市(7.4%)，應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展與骨干交通設(shè)施的連接工程；四是交通廊道較少、整體可達(dá)性水平較低的，包括臨夏州、隴南市、慶陽市和甘南州，應(yīng)重點(diǎn)建設(shè)線性交通基礎(chǔ)工程、打造節(jié)點(diǎn)樞紐。

通過對圖5、表3和圖6的進(jìn)一步研究，還發(fā)現(xiàn)：(1)目前全省各市州之間的通達(dá)程度并不高，除河西走廊5市以串聯(lián)方式聯(lián)通外，“白銀—天水”“白銀—平?jīng)觥獞c陽”“天水—隴南”“隴南—甘南”“蘭州—臨夏—甘南”基本沒有通過鐵路客運(yùn)方式直接聯(lián)通的途徑。在高速鐵路已成為國內(nèi)居民日常出行重要交通工具的今天，上述城市間構(gòu)建快速交通體系的空間很大；(2)天水市、定西市1h可達(dá)的范圍比例均在44%左右，3h可達(dá)的范圍比例均在95%以上，這兩市具備打造區(qū)域交通樞紐的基礎(chǔ)條件，可進(jìn)一步東進(jìn)南擴(kuò)，優(yōu)化隴東和隴南的交通格局；(3)全省鐵路客運(yùn)2h可達(dá)范圍均分布在省域內(nèi)部，在與陜西、四川等省交界處基本無分布，全省對外交通格局有待完善，對外交通通道應(yīng)進(jìn)一步拓展。

表3 各市州鐵路客運(yùn)站服務(wù)范圍規(guī)模

圖6 各市州鐵路客運(yùn)站服務(wù)范圍占比

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

本研究基于甘肅省鐵路客運(yùn)站數(shù)據(jù)、公路網(wǎng)數(shù)據(jù)、鐵路網(wǎng)數(shù)據(jù)和土地利用數(shù)據(jù)，采用成本距離法對交通可達(dá)性的空間分布特征、服務(wù)范圍、地區(qū)差異進(jìn)行了分析，得出如下結(jié)論。

(1)受交通設(shè)施現(xiàn)狀及地形因素的影響，全省交通可達(dá)性呈現(xiàn)以站場為中心放射狀分布的特點(diǎn)，中部及河西走廊嘉峪關(guān)市以東地區(qū)的可達(dá)性較好。鐵路客運(yùn)站的可達(dá)時間集中在1h～5h，1h內(nèi)可到達(dá)最近客運(yùn)站的土地面積占全省面積比例為15.6%，全省出行居民到達(dá)鐵路客運(yùn)站的平均時間成本為4.37h。

(2)全省1h等時圈由西向東基本沿“敦煌—瓜州—玉門—嘉峪關(guān)—張掖—武威—蘭州—定西—天水”的走向，這種交通格局多年來未改變；省會蘭州市1h等時圈的出入通道空間特征反映出其區(qū)域交通樞紐的優(yōu)勢比較明顯；臨夏州、甘南州、慶陽市1h等時圈覆蓋區(qū)域極少，區(qū)域居民乘坐火車出行的時間成本很高。

(3)1h等時圈的空間形態(tài)反映出地級市鐵路直通效益并不明顯，“白銀—天水”“白銀—平?jīng)觥獞c陽”“天水—隴南”“隴南—甘南”“蘭州—臨夏—甘南”目前基本沒有鐵路客運(yùn)直連的通道；天水市、定西市的交通現(xiàn)狀數(shù)據(jù)反映出其具備打造區(qū)域交通樞紐的基礎(chǔ)條件；全省與相鄰省的交通現(xiàn)狀不利于物資、人員的充分流動，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)。

3.2 討論

(1)目前，全國正在編制各級國土空間規(guī)劃，交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)仍然是甘肅省乃至西北地區(qū)未來一段時期內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的強(qiáng)大助推器。從甘肅的資源稟賦來看，中部、東部、南部的地形起伏大，河西走廊整體呈條帶狀且擔(dān)負(fù)著重要的生態(tài)屏障作用，甘南、臨夏等地的生態(tài)保護(hù)修復(fù)任務(wù)艱巨，種種因素決定著全省的交通發(fā)展應(yīng)采用點(diǎn)軸式的基本思路，同時應(yīng)盡可能做到交通中心節(jié)點(diǎn)的極化與擴(kuò)散，有效提升節(jié)點(diǎn)城市的直通度。

(2)本研究的結(jié)論特別是等時圈的分布，一方面可指導(dǎo)交通基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)化與新增，尤其是在“蘭州—西寧”城市群、“天水—關(guān)中”經(jīng)濟(jì)區(qū)的頂層設(shè)計(jì)下，可直接以如何擴(kuò)大1h等時圈為目標(biāo)導(dǎo)向展開研究。另一方面，地區(qū)在產(chǎn)業(yè)布局、資源配置、發(fā)展引導(dǎo)等方面，應(yīng)考慮等時圈因素，因?yàn)榻煌ㄊ菍?shí)現(xiàn)資源流動的基礎(chǔ)條件。同時，本研究形成的成本距離和成本方向空間分布數(shù)據(jù)，可為最優(yōu)路徑的研究提供基礎(chǔ)。

(3)經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展在于物資、人員等要素的充分流動，交通是承接要素流動的唯一載體，要通過交通一體化與交通網(wǎng)絡(luò)化來發(fā)揮不同交通模式的效益，實(shí)現(xiàn)地級城市直通、縣級互通等目標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)地區(qū)通行能力的整體提升。

(4)在構(gòu)建時間成本時，可進(jìn)一步納入多元化的時間成本因素，如城市公共交通、地下交通、城市步道等交通網(wǎng)絡(luò)情況，這可以使諸如半小時城市生活圈等大比例尺的細(xì)部研究得到更加精準(zhǔn)的結(jié)果。