基于干线公路和铁路网的中国省会城市的交通通达性研究

刘望保,周永杰

(华南师范大学地理科学学院，广东广州 510631)

基于干线公路和铁路网的中国省会城市的交通通达性研究

刘望保*,周永杰

(华南师范大学地理科学学院，广东广州 510631)

以“最短路径模型”为基础，选取距离特征指标，分析基于主要铁路和干线公路网的省会城市交通通达性.从空间格局来看，铁路和干线公路的交通通达性都呈典型的同心圆模式，通达性最好的省份城市是接近中国大陆几何中心的郑州；而通达性较低的省份城市主要分布在西北、东北和海南省等边疆地区.交通通达性直接影响城市区位优势的发挥，增强边疆地区省会城市的交通通达性将有利于缩小区域发展的差距.

通达性； 省会城市； 国家干线公路； 主要铁路

通达性(accessibility)也可称为可达性和易达性[1]，是指利用某种特定的交通工具从一个给定地区到达另一个目的地的便利程度[2-3].通达性已经成为城市-区域一体化联系与发展的先决条件，对增强城市间的空间联系具有重要意义.金凤君等[4]利用最短距离分析中国铁路网的扩展及其空间通达性格局；李思名等[5]则分析了1990、1997和2000年的省份城市干线公路的通达性及其演化趋势；曹小曙等[6]选取距离与时间2个特征指标分析了中国339个的城市干线公路城市通达性的空间格局.如周恺等[7-8]以长三角为例分析高速公路网建设对城镇空间通达性发展的影响，曹小曙等[9-10]以东莞市和穗港走廊为例，分析快速干道对通达性空间格局的影响.还有以四川盆地[11]、武汉都市圈[12]为例分析交通通达性空间格局.潘裕娟等[13]则以乡村地区分析乡村公路建设对交通通达性格局的影响.

铁路和干线公路网是国家社会经济发展的最重要的基础设施之一，对国家地区经济发展起到重要作用.今后，铁路和高速公路将是推动中国经济空间结构变化的主要动力，研究铁路和干线公路对区域交通通达性的影响，对于优化中国经济发展空间结构和优化铁路、干线公路网的布局起到重要的推动作用.本文利用国家最新的铁路网和干线公路网资料，选取通达性指标，分析省会基于铁路网和干线公路网的城市交通通达性的空间格局，这对于分析省会城市竞争力，改善其投资环境和国家铁路网和干线公路网规划建设提供重要的依据和参考.

1 数据资料与研究方法

1.1研究对象

以2006年中华人民共和国行政区划为准，选取4个直辖市、27省级(由于数据限制，香港、澳门和台湾不纳入研究范围)的行政区的31个省会城市，作为中国国家铁路网络和干线公路网络的节点，建构起铁路和干线公路网络体系.这里所说的铁路和公路系统是指中国国家主要铁路、干线公路网络和与之相关联的交通设施部分，包括桥梁、隧道等与陆地交通相连的部分(本研究假定海南与陆地道路系统直接相连).利用国家测绘局公布的1∶3 500万的铁路图和公路图作为底图，用Arcgis进行数字化工作并建立GIS数据库，数字化后矢量图作为本研究的道路系统.

1.2距离矩阵

城市间的最短路径距离是衡量彼此连接程度的重要指标.首先建立31个省份城市之间的基于国家铁路和干线公路网的最短交通里程，构造距离矩阵L.矩阵L表述为：

L=[lij]n×n,

(1)

lij=min{(lik+lkj),allk} (k=1,…,n)，

(2)

式(1)和(2)中：lij表示从i城市到j城市的最短交通运输距离.

1.3特征指标

本研究以2个城市之间的主要国家铁路和国家干线公路网络连接关系为基础，选择了距离指标作为通达性指标，即一个给定的节点到其他各节点的最短距离之和.此距离越短，表示它在国家交通网络中的中心位置越好，即通达性越好.根据L矩阵，将节点i的通达度定义为：

Di=∑lij(j=1,…,n).

(3)

1.4通达性系数

通达性系数指节点的总运输距离(Di)与系统内节点总运输距离平均值的比,

即：

Adi=Di/(∑Di/n) (n=1,…,n)，

(4)

通达性系数可用来说明整个研究的交通网格中各城市相对通达性水平的高低.通达性系数越小，通达性状况越好.通达性系数大于1，说明该城市的通达性状况低于全国省会城市的平均水平；通达性系数小于1，说明该城市的通达性状况高于全国省会城市的平均水平.通达性系数最小的城市，即为网络的交通中心.

1.5方差分析离散程度

方差是测度数据型数据离散程度的主要方法.方差的公式为：

(5)

式中：σ2为总体的方差，xi为随即变量，μ为总体的平均数，N表示样本个数.方差越小，则说明城市之间的通过性的差距越小.

2 省会城市的交通通达性分析

利用Arcview的网络分析(network analyst)功能模块，利用最短路径功能，分别测算出基于铁路网和干线公路网的各省会城市之间的最短距离，并计算出省会城市的通达度Di和通达性系数Adi,其排序见表1和表2.

2.1铁路通达性分析

郑州市Di排在首位(表1)，A值也是最小的，为0.689，通达性是整个省份城市中最好的，这一方面归因于郑州市处于中国的中心地区，而铁路网络四通八达，是全国铁路枢纽的中心地带.拉萨排在最后一位，铁路交通网络通达性最差.通达性系数最小的城市，即为网络的交通中心.通达性系数小于1的省会城市有20个，占总数的64.5%，说明50%以上的城市高于全部城市的平均水平，省会城市的铁路通达性整体较好.31个城市通达性的总体方差只有0.093，说明省会城市间的通达性的差距不大；通达性系数大于1的11个城市的方差比通达性系数小于1的20个城市大32.75%，表明通达性较差的省份城市之间的差距较大.

表1 中国省会城市铁路通达性水平排名Table1 The rank of provincial cities’ railway accessibility

表2 省会城市公路通达性水平排名Table 2 The rank of provincial capital cities’ highway accessibility

2.2公路通达性分析

郑州市Di和A都仍然排在31个城市的首位(表2)，乌鲁木齐排在最后一位，铁路交通网络通达性最差.通达性系数大于1的城市有20个，占总数的64.5%，所以省会城市的铁路通达性整体表现良好.31个城市总体方差只有0.081，省会城市间的差距整体不大；但通达性系数大于1的11个城市的方差比通达性系数小于1的20个城市大28.56%，表明后11名的省会城市之间的城市通达性的差距相当明显，这与铁路的通达性特征基本相似.

2.3两者之间的比较

主要铁路和干线公路城市通达性整体上都比较好，排名第一位的都是郑州市，形成了以郑州为中心的交通运输网络体系，但两者之间存在着一定差别.首先，个别城市铁路和公路通达性差异比较大，如上海市铁路通达性排名14，公路通达性排名18；其次，省会城市之间铁路通达性的差距相对公路通达性城市差距较明显，如铁路通达性的方差比公路通达性总体方差大14.75%，小于1的城市通达性方差铁路比公路大15.55%，大于1的城市通达性方差铁路比公路大19.31%.

3 交通通达性的空间格局

利用Surfer7.0，根据表1和表2中的数据绘制出城市通达性等值线图(图1和图2).

3.1铁路通达性的空间格局

基于铁路网的省会城市的交通通达性的空间格局也呈同心圆结构(新疆和西藏地区除外)，以郑州为中心，等值线密度逐步向东北、西北、东南、西南等地减弱，但总体来看，由郑州向东、南、北方向延伸的等值线相对稀疏，而向西相对较密，说明通达性向东、南和北递减的趋势较缓和，通达性较好，而向西方向递减趋势明显，西部地区省会城市交通通达性区域差异较大，这与西部地区经济发展水平差异有关，从西安—兰州—乌鲁木齐沿线铁路线数量少，从而影响其交通通达性.

3.2公路通达性的空间网络

基于国家干线公路网络的省会城市的交通通达性的空间格局也呈同心圆分布，中心仍然是郑州市；等值线由郑州向北、东、南方向辐射的等值线相对较稀疏，且较均匀，反映了与铁路通达性相似的空间格局.

3.3两者之间的比较

主要铁路和干线公路省会城市交通通达性的空间格局整体都呈以郑州为核心的同心圆结构，两者之间也存在差别.首先，向西方向拓展的等值线，铁路通达性联结网络在青藏地区附近呈现出背心发展，而公路通达性联结网络大致形成向心发展脊；其次，铁路和干线公路通达性等值线稠密程度在西部地区有一定的差异.铁路通达性联结网络在青藏地区稠密，表明这个地区通达性区域差异非常明显.而西部地区的公路通达性联结网络等值线间距几乎是均匀的.

图1 主要铁路网络连接的城市通达性空间格局

Figure 1 The spatial structure of accessibility of rail system

图2 主要公路网络连接的城市通达性空间格局

Figure 2 The spatial structure of accessibility of national trunk highway

4 省会城市通达性水平的等级特征

以通达性系数为标准，可以将省会城市分成很好(<0.800)、好(0.801, 0.900]、一般(0.901, 1.100]、差(1.101, 1.200]和较差(>1.201)5个等级(见表3).

铁路通达性中，1～5级水平的城市分别有9、4、10、2和6个，分别占总数的28%、13%、32%、6%和19%.城市通达性达到一般(1、2、3级)以上的城市占了75%，表明城市通达性整体上较好.其中，北方有8个，占该区域省会城市的72.73%；南方有12个，占该区域省会城市(香港、澳门和台湾除外)的80%；西北地区的有2个，占该地区省会级别城市的66.67%；而青藏地区的有1个，占该地区省会城市的50%，表明南方和北方地区的城市铁路网络通达性比西北和青藏地区要好很多，地区间的铁路分布不平衡，要适当加大对西北地区和青藏地区的铁路建设资金的投入.通达性较差(5级)的城市也占了19%的份额，包括昆明、海口、长春、哈尔滨、乌鲁木齐和拉萨，这些省份城市主要分布在边疆地区.

表3 省会城市的铁路和干线公路的通达性等级分布Table 3 The rank of provincial capital cities’ rail and trunk highway transportation accessibility

干线公路通达性中，1～5级水平的城市分别有7、7、10、2和5个，分别占总数的23%、23%、32%、6%和16%.其中，通达性水平一般(1、2、3级)以上的城市分布中，北方的有8个，占该地区省会级别城市的72.73%；南方城市有13个，占该地区省会级别城市(香港、澳门、台湾除外)的86.67%；西北地区的有2个，占该地区省会级别城市的66.67%；青藏地区的有1个，占该地区省会级别城市的50%，这说明干线公路通达性要比铁路通达性要好，且布局更合理.

5 结论

以国家最新的铁路网和干线公路网为基础，利用通达性等指标，分析了我国省会城市化基于铁路网和干线公路网上的省会城市交通通达性，研究显示城市交通通达性受地理位置和自身的交通发展水平的影响，基于铁路和干线公路网的城市交通通达性的空间格局基本都呈现同心圆空间分布，均以郑州为中心，等值线向东、南、北方逐渐变稀疏，通达性逐步递减，通达性相对较好.

中国城市节点之间的竞争变得越来越重要，区位已经成为衡量城市竞争力的重要指标，而交通通达性直接影响到城市的区位优势的发挥.由于国家铁路网和干线公路网仍在不断调整和建设中，省会城市的交通通达性格局会有再次变化，加大边疆地区的交通建设，增强边疆地区城市交通的通达性，有利于缩小区域发展差距，有利于国家西部大开发战略的实施.

[1] HANSEN W G. How accessibility shapes land use [J].Journal of the American Institute of Planners， 1959(25): 73-76.

[2] 李平华,陆玉麒.城市可达性研究的理论与方法综述[J].城市问题, 2005(1):69-74.

[3] 李平华,陆玉麒.可达性研究的回顾与展望[J].地理科学进展, 2005(3): 69-78.

[4] 金凤君,王姣娥. 20世纪中国铁路网扩展及其空间通达性[J].地理学报, 2004(2):293-302.

[5] LI Siming, SHUM Yiman. Impacts of the national highway system on accessibility in China [J]. Journal of Transport Geography, 2001(9):39-48.

[6] 曹小曙,薛德升,闫小培.中国干线公路网络联结的城市通达性[J].地理学报, 2005(6):903-910.

[7] 周恺.长江三角洲高速公路网通达性与城镇空间结构发展[J].地理科学进展, 2010,29(2):241-248.

[8] 吴威,曹有挥,曹卫东，等.开放条件下长江三角洲区域的综合交通可达性空间格局[J].地理研究, 2007(2):391-402.

[9] 曹小曙,闫小培.经济发达地区交通网络演化对通达性空间格局的影响——以广东省东莞市为例[J].地理研究, 2003,22(3):305-311.

[10] 徐旭,曹小曙,闫小培.不同指标下的穗港城市走廊潜在通达性及其空间格局[J].地理研究, 2007(1): 179-186.

[11] 郭丽鹃,王如渊.四川盆地城市群主要城市通达性及空间联系强度研究[J].人文地理, 2009,24(3):42-48.

[12] 刘承良,余瑞林,熊剑平，等.武汉都市圈路网空间通达性分析[J].地理学报, 2009, 64(12):1488-1498.

[13] 潘裕娟,曹小曙.乡村地区公路网通达性水平研究——以广东省连州市12乡镇为例[J].人文地理, 2010,25(1): 94-98.

Keywords： accessibility; provincial cities; national trunk highway; main railway network

AStudyofChineseProvincialCities’AccessibilityBasedonNationalTrunkHighwaySystemandRailwayNetwork

LIU Wangbao*, ZHOU Yongjie

(School of Geography Science, South China Normal University, Guangzhou 510631, China)

Based on “the most short-circuit path model” and selected the distance index, the spatial structure of provincial cities’ accessibility based on national trunk highway system and railway is analysed. The spatial structure of provincial cities’ both accessibility manifests the obvious concentric layer structure with the most accessible city Zhengzhou which is near the geometry centre of mainland and with the less accessible cities which are main located in Northwest, Northeast and Hainan etc frontier area. Accessibility has direct impacts on urban location strengthen, so improving the accessibility of frontier provincial cities will benefit for reducing the regional development gap.

2011-04-03

国家自然科学基金项目(41001088)；教育部人文社科项目(09YJC840016)

*通讯作者，wbliu@scnu.edu.cn

1000-5463(2012)01-0124-05

TU984

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【责任编辑 成 文】