張莉杰，董俊武，王艷慧*

（1.首都師范大學 資源環(huán)境與旅游學院，北京 100048；2.首都師范大學 三維信息獲取與應用教育部重點實驗室，北京 100048）

鐵路作為國家綜合交通運輸體系的骨干力量，是國民經(jīng)濟大動脈和重要民生基礎工程。目前我國經(jīng)濟發(fā)展已由高速增長轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展，隨著社會主要矛盾的轉(zhuǎn)化，鐵路發(fā)展也步入了新時代，因此加快構(gòu)建布局合理、覆蓋廣泛、高效便捷、安全經(jīng)濟的現(xiàn)代鐵路空間格局有利于推動我國經(jīng)濟的高質(zhì)量發(fā)展。黃河流域是我國重要的生態(tài)屏障和經(jīng)濟地帶，是打贏脫貧攻堅戰(zhàn)的重要區(qū)域，是陸上絲綢之路的核心腹地[1]。中共中央、國務院2021 年10 月印發(fā)的《黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》，對黃河流域鐵路規(guī)劃建設、客貨運輸?shù)确矫嫣岢隽嗣鞔_要求，要求構(gòu)建便捷智能綠色安全綜合交通網(wǎng)絡，加快形成以“一字形”、“幾字形”和“十字形”為主骨架的黃河流域現(xiàn)代化交通網(wǎng)絡[2]。鐵路交通聯(lián)系的空間分布格局一直是交通地理研究的熱點選題之一。國內(nèi)外研究大多關(guān)注鐵路網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)分析[3]、鐵路對經(jīng)濟發(fā)展的影響[4]和交通可達性分析[5]，研究區(qū)域主要涵蓋全國[6]、省級區(qū)域和城市群[7]等，對于流域的研究較少；且同時從國家級、省級中心城市和城市群尺度展開鐵路客運空間格局的研究更少。隨著現(xiàn)代地理信息技術(shù)的進步和大數(shù)據(jù)時代的來臨，通常采用空間數(shù)據(jù)分配[8]、空間計量分析[9]和社會網(wǎng)絡分析[10]等方法對鐵路網(wǎng)絡進行量化評價。在上述背景下，本文以黃河流域為研究區(qū)，基于全國鐵路車次數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)，對鐵路客運空間聯(lián)系網(wǎng)絡展開定性與定量相結(jié)合的測度分析，從整體、省域、城市群3 個尺度挖掘不同類型鐵路客運聯(lián)系的空間格局，為摸清黃河流域鐵路客運交通空間聯(lián)系格局、推動鐵路高質(zhì)量發(fā)展提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

黃河流域位于我國中北部地區(qū)，西起巴顏喀拉山、東臨渤海、南至秦嶺、北抵陰山，約占我國陸地總面積的1/3；下轄山東、陜西、山西、河南、內(nèi)蒙古（不包括東四蒙）、寧夏、甘肅和青海8個省，擁有山東半島、中原、關(guān)中、蘭西、太原、呼包鄂榆和寧夏沿黃7 個城市群和93 個地級及以上中心城市。當前，黃河流域高質(zhì)量發(fā)展提升了北方整體經(jīng)濟水平，但面臨經(jīng)濟增速逐步放緩、內(nèi)部發(fā)展不平衡、中心城市輻射帶動能力弱等發(fā)展難題，迫切需要在明晰當前鐵路客運交通聯(lián)系空間分布格局的基礎上，加強鐵路規(guī)劃建設，加大基礎設施補短板力度，利用鐵路帶動經(jīng)濟發(fā)展，努力促進黃河區(qū)域更高質(zhì)量、更高效率地可持續(xù)發(fā)展。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文采用的數(shù)據(jù)主要從2021 年3—4 月鐵路客運“票價網(wǎng)”查詢獲取，涵蓋全部正在運營的6 600余列車次，其中高速動車（G字頭）1 865列、城際動車（C字頭）1 044 列、普通動車（D 字頭）1 563 列、直達（Z 字頭）237 列、特快（T 字頭）230 列、快速（K 字頭）1 266列、普通列車453列。每列車次數(shù)據(jù)包含起點站、中途各?？空尽⒔K點站、車次類型等信息，以G、C、D 為字頭的列車為高速列車，以K、T、Z、普快為字頭的列車為普速列車。黃河流域地級及以上中心城市的行政區(qū)域數(shù)據(jù)來源于資源環(huán)境科學與數(shù)據(jù)中心網(wǎng)站。

2 研究方法

為深度解析黃河流域鐵路客運聯(lián)系的空間格局，本文分別從地級及以上中心城市、省會、城市群尺度，利用網(wǎng)絡分析法和空間計量分析法揭示城市之間鐵路客運聯(lián)系的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，表征區(qū)域空間集聚程度，定量探測不同類型鐵路客運交通聯(lián)系的空間分布格局。

2.1 網(wǎng)絡分析法

1）鐵路客運聯(lián)系強度。城市間鐵路客運聯(lián)系強度反映城市鐵路客運聯(lián)系網(wǎng)絡連接中城市鐵路交通聯(lián)系規(guī)模的分布特征[7]。本文采用兩個城市間的開行客運班次數(shù)量之和表征鐵路客運聯(lián)系強度，以城市間的聯(lián)系流為網(wǎng)絡邊，城市為網(wǎng)絡節(jié)點，計算公式為：

2）度中心性可顯示城市的交通聯(lián)系能力，衡量城市在網(wǎng)絡中所處的重要程度[4]。城市的度中心性越大，表明與該節(jié)點有直接關(guān)系的其他節(jié)點數(shù)目越多，在網(wǎng)絡中的中心地位越突出。具體計算公式為：

2.2 空間計量分析法

位序—規(guī)模法是從城市規(guī)模及其位序的關(guān)系來考察一個城市交通的分布狀態(tài)，可反映城市鐵路交通聯(lián)系空間集聚的位序規(guī)模分布特征[11]。具體計算公式為：

式中，n為城市數(shù)量；Ri為城市i交通聯(lián)系車次量規(guī)模位序；Pi為按照從大到小排序后位序為i的城市交通聯(lián)系車次量規(guī)模；P1為理想的首位城市交通聯(lián)系車次量規(guī)模；q為Zipf 指數(shù)。

將上述模型進行對數(shù)變換，得到：

q亦稱集中指數(shù)，可考察區(qū)域交通分布空間集聚程度（表1）。位序—規(guī)模法對雙對數(shù)點圖上所有可能的點組合進行相關(guān)系數(shù)檢驗時，取在0.001 置信水平下線性范圍最寬的一段為無標度區(qū)間。

表1 集中指數(shù)代表的交通分布狀態(tài)統(tǒng)計

3 研究結(jié)果與分析

3.1 整體鐵路客運交通聯(lián)系的空間分布格局

中心城市鐵路客運近域聯(lián)系可視化展示見圖1，可以看出，黃河流域的鐵路客運交通網(wǎng)絡空間分布格局已初步形成，整體呈東密西疏的特征。根據(jù)鐵路班次數(shù)據(jù)，分析“一字形”主骨架發(fā)現(xiàn)，濟南經(jīng)鄭州至西安線路的鐵路客流量較少；分析“十字形”主骨架發(fā)現(xiàn)，銀川經(jīng)綏德至太原和蘭州經(jīng)平?jīng)鲋裂影踩笔Ь€路；分析“幾字形”主骨架發(fā)現(xiàn)，蘭州經(jīng)銀川、包頭至呼和浩特、太原并通達鄭州的直接聯(lián)系線路較少。

圖1 中心城市鐵路客運交通聯(lián)系空間分布圖（審圖號：GS（2016）2923）

根據(jù)位序—規(guī)模分布標準模型的計算結(jié)果（圖2），鐵路交通聯(lián)系量與城市位序間的相關(guān)系數(shù)均在0.8 以上，且r總、高、普的顯著性水平均遠大于r0.001，說明中心城市鐵路交通聯(lián)系的位序—規(guī)模分布符合Zipf 法則。由q總、普、高均在0.85～1.2 可知，中心城市鐵路車次聯(lián)系空間分布表現(xiàn)出空間集聚特性，普速列車和高速列車均屬于集中型，但高速列車的集聚性更明顯。

圖2 中心城市不同類型車次量的位序—規(guī)模指數(shù)分布

中心城市度中心性的空間分布見圖3，度中心性高的城市多為省會城市或其他經(jīng)濟發(fā)展較好的城市，且在空間上有明顯的空間溢出效應。黃河流域經(jīng)濟與人口發(fā)展數(shù)據(jù)見圖4，可以看出，度中心性與人均GDP 和人口密度之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.26 和0.39，且二者相關(guān)性的顯著水平較高，說明黃河流域鐵路客運交通聯(lián)系中城市度中心性與其經(jīng)濟發(fā)展水平、人口分布呈顯著正相關(guān)。

圖3 中心城市度中心性的空間分布圖（審圖號：GS（2016）2923）

圖4 黃河流域各地級市人口數(shù)量與GDP分布圖（審圖號：GS（2016）2923）

3.2 省會中心城市鐵路客運交通聯(lián)系的空間分布格局

省會城市是全國交通聯(lián)系的國家和區(qū)域性集聚中心，對黃河流域省會中心城市鐵路客運的近域聯(lián)系格局進行空間模擬與圖景展示（圖5），可以看出，各省區(qū)大多形成了以省會城市為聯(lián)系核心，并向周圍城市輻射的鐵路交通聯(lián)系分布格局；河南、山東和陜西的鐵路聯(lián)系呈放射狀結(jié)構(gòu)，其中鄭州、濟南和西安發(fā)揮了核心作用；西寧與蘭州之間形成了帶狀網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)；以呼和浩特和太原為核心節(jié)點的鐵路交通聯(lián)系形成了放射狀分布格局，但這兩個城市在各自所在區(qū)域的輻射作用較弱。

圖5 省會中心城市鐵路客運聯(lián)系的空間網(wǎng)絡分布圖（審圖號：GS（2016）2923）

根據(jù)建立的位序—規(guī)模分布標準模型（圖6），普速列車與高速列車相關(guān)系數(shù)均在0.8 以上，且二者均具有顯著相關(guān)性，說明省會城市鐵路交通聯(lián)系的位序—規(guī)模分布符合Zipf 法則。省會中心城市的q總、高均在0.85～1.2，q普小于0.85，說明省會中心城市的整體列車和高速列車屬于集中型，普速列車屬于分散均衡型。

圖6 省會中心城市不同類型車次量的位序—規(guī)模指數(shù)分布

為進一步解析省會城市在鐵路客運班次聯(lián)系中的規(guī)模網(wǎng)絡集聚特征，本文利用Gephi 對省會中心城市經(jīng)停的鐵路客運交通車次進行可視化展示（圖7），可以看出，鄭州、西安和蘭州節(jié)點規(guī)模明顯大于其他中心城市；濟南到泰安、淄博和德州，鄭州到開封、洛陽，西安到渭南、寶雞和咸陽等城市交通聯(lián)系強度遠大于其他城市，說明中心城市形成了各自的區(qū)域性客流集聚中心；但太原和西寧與周圍城市的聯(lián)系強度卻較低，各省會城市的聯(lián)系強度存在差異性。

圖7 省會中心城市鐵路客運交通聯(lián)系的集聚結(jié)構(gòu)圖

3.3 城市群鐵路客運交通聯(lián)系的空間分布格局

將城市群鐵路客運交通聯(lián)系進行可視化展示（圖8）發(fā)現(xiàn)，中原城市群和山東半島城市群的客運鐵路交通聯(lián)系車次量較高，且呈放射狀空間形態(tài)和相對集聚的規(guī)模分布；中原城市群的鐵路交通聯(lián)系呈現(xiàn)以鄭州為核心，向許昌、洛陽、開封和新鄉(xiāng)等方向分布的空間格局；山東半島城市群則呈現(xiàn)以濟南為核心，向青島、淄博、德州和泰安等方向分布的空間格局。

圖8 城市群鐵路客運交通聯(lián)系空間網(wǎng)絡分布圖（審圖號：GS（2016）2923）

根據(jù)黃河流域相鄰城市間的鐵路聯(lián)系強度可知，中原、山東半島、關(guān)中平原城市群的鐵路客運聯(lián)系次數(shù)占比分別為29.71%、24.51%、11.65%，總占比為65.87%，是黃河流域客運鐵路交通聯(lián)系的3 個核心區(qū)。根據(jù)的位序—規(guī)模分布標準模型（圖9），相關(guān)系數(shù)均在0.8以上，且具有顯著相關(guān)性，說明鐵路交通聯(lián)系量與城市位序符合Zipf法則。q總、普、高分布在0.85～1.2，說明城市群整體列車、普速列車和高速列車運行車次均具有區(qū)域空間集聚特性，且高速列車相對集聚。

圖9 城市群不同類型車次量的位序—規(guī)模指數(shù)分布

4 結(jié)語

在高質(zhì)量發(fā)展背景下，本文以黃河流域地級市為研究對象，從整體城市、省會城市、城市群3 個尺度，基于不同類型的鐵路客運車次數(shù)據(jù)，運用網(wǎng)絡分析法和空間計量分析法探測了鐵路客運交通聯(lián)系的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和不同車次類型劃分的路網(wǎng)集聚情況。結(jié)果表明：①黃河流域鐵路客運交通網(wǎng)絡空間分布格局已初步形成，整體上呈現(xiàn)東密西疏的特點，鐵路中心城市交通網(wǎng)絡呈雙核組團模式、極核模式和點軸式空間模式，在不同車次類型劃分中，普速列車和高速列車均屬于集中型，但高速列車聚集效應更明顯；②在省域尺度上，鐵路交通網(wǎng)絡以省會城市為核心，在不同車次類型劃分中，高速列車交通聯(lián)系屬于集中型，普速列車屬于均衡型；③在城市群尺度上，中原、山東半島、太原和寧夏沿黃城市群的城市鐵路網(wǎng)絡呈放射狀分布，蘭西和關(guān)中平原城市群呈帶狀分布，在不同車次類型劃分中，普速列車和高速列車均具有空間集聚特性。

研究結(jié)果表明，以“一字形”、“幾字形”和“十字形”為主骨架的黃河流域現(xiàn)代化交通網(wǎng)絡發(fā)育尚不完善，為實現(xiàn)黃河流域的高質(zhì)量發(fā)展，構(gòu)建便捷智能綠色安全綜合交通網(wǎng)絡，需在交通規(guī)劃方面對中心城市進行以下改善：加強樞紐城市建設，充分發(fā)揮其輻射帶動作用，加強“幾字形”網(wǎng)絡骨架的短板建設，尤其是西部地區(qū)的交通銜接，實現(xiàn)黃河流域綜合交通網(wǎng)絡的高效連通。由于交通數(shù)據(jù)來自鐵路客運數(shù)據(jù)，缺乏貨運數(shù)據(jù)，本文難以從更多尺度和視角對黃河流域鐵路骨架結(jié)構(gòu)進行全面分析；且本文采用了一期鐵路客運車次截面數(shù)據(jù)，缺少基于時間序列數(shù)據(jù)的時空演變格局監(jiān)測，后期將從數(shù)據(jù)補全補實的角度，加強黃河流域鐵路交通聯(lián)系時空演變格局分析、變化機理分析、格局優(yōu)化模擬等方面研究，為黃河流域高質(zhì)量發(fā)展提供更系統(tǒng)深入的決策支持。