县域交通优势度与经济潜能测度及空间格局演变研究

周鹏，白永平，马卫

(1.西北师范大学地理与环境科学学院，兰州730070;2.陕西师范大学交通地理与空间规划研究所，西安710062)

0 引言

交通基础设施建设对区域发展具有引导、支撑和保障作用［1］，同时其与经济发展之间的关系，历来是交通地理、经济地理等国内外学术界研究的热点，所以研究成果较为丰富［2－5］。金凤君等［6］首次阐述了交通优势度的概念及评价模型，并对全国2 365个县域的交通优势度进行了甄别，交通优势度指标的综合集成较好地反映了区域交通基础设施情况。随后有不少学者对交通优势度进行了相关研究，主要集中在两大视角:一是从不同尺度上评价某一区域交通优势度及空间格局。如吴旗韬等［7］从路网密度、交通设施影响度、交通枢纽辐射水平3个方面构建了交通优势度评价指标体系，定量分析了广东省各县域交通优势度;吴威等［8］、周宁等［9］、蔡安宁等［10］分别研究了长三角、黄淮海地区、江苏省县域交通优势度的空间格局。二是研究交通优势度与经济发展的关系，从探讨交通优势度与经济发展的空间关联［11－12］到讨论交通优势度与经济发展水平的耦合协调及组合类型［13－15］。

从已有成果看，对地区交通优势度与经济发展的研究存在以下不足:研究区域主要集中在较发达地区的大中尺度，研究方法从简单的相关分析到耦合协调评价，通常的经济潜能模型没有考虑到区域节点自身的影响。基于此，本研究从交通网密度、交通可达性及区位优势度3方面构建交通优势度的综合评价指标体系，并通过扩展后的潜能模型得到各县域经济潜能值，对2005，2012年甘肃省县域交通优势度与经济潜能进行测度，同时运用地理加权回归模型讨论了交通优势度与经济潜能之间的空间相关关系，以期为甘肃省交通发展规划及经济决策提供借鉴和参考。

1 研究区概况

甘肃省地处西北内陆，黄河上游，地域辽阔，呈西北—东南走向的带状，是古丝绸之路的锁匙之地和黄金地段，是西部大开发的桥梁和纽带，是中国重要的能源、原材料工业基地。同时，作为全国西部大开发重要经济建设和战略高地，是石油天然气管道枢纽，西北重要的商贸中心以及全国重要的交通枢纽，境内有东西走向的陇海—兰新铁路、兰青铁路、京藏高速(G6)、青兰高速(G22)、连霍高速(G30)和南北向的包兰铁路、宝成铁路、兰海高速(G75)等形成纵横交错的交通网络。2012年全省共87个县(市、区)，面积42.58万km2，人口2 577.6万，公路通车里程11.9万km，国内生产总值5 650.2亿元。

2 数据来源、指标体系及分析方法

2.1 数据来源与指标体系

路网数据(主要是公路网，包括高速公路、国道、省道及县道)，分别通过星球地图出版社出版的《中国分省地图册2006》和《甘肃省军民两用交通地图册2013》矢量化得到。经济数据来源于《甘肃统计年鉴2006》和《甘肃发展年鉴2013》，在充分考虑甘肃省近年来实际发展情况基础上，借鉴已有研究成果［16－17］，着重从经济实力、经济结构及居民生活水平3方面构建县域经济发展水平评价指标体系，选取人均GDP(X1)、人均社会消费品零售额(X2)、人均财政收入(X3)、人均全社会固定资产投资(X4)、第三产业产值比重(X5)、非农产业产值比重(X6)、人均储蓄存款余额(X7)、农民人均纯收入(X8)共8个指标，对个别缺失数据通过插值获得，通过熵值法测算各县域经济发展水平，以此作为扩展经济潜能模型中节点的经济发展水平参数。

2.2 交通可达性

可达性作为交通成本的一种衡量指标，指从给定地点到达活动地点的方便程度［13］。在计算甘肃87个县域的时间距离方面，采用GIS成本加权距离方法。首先，将矢量化后的甘肃省行政区划图栅格化，得到栅格数1701825;其次，进行重分类并对无值区域进行赋值;根据《中华人民共和国公路工程技术标准(JTGB01—2003)》，结合甘肃省的路网密度和质量，设置实际运行速度(表1)，将这些速度属性添加到各自路网当中，生成甘肃省交通栅格速度图，调用空间分析工具中Cost Weighted进行可达性计算;最后，通过Extraction工具提取各城市的时间距离。

表1 主要交通方式不同时期的行车速度km/hTab.1 Speed of the main transport types in differentperiods

2.3 县域交通优势度评价指标

交通优势度是评价区域交通优势高低的一个集成指标［6］，采用公路作为主要评价对象，将交通网络密度、交通可达性和区位优势度3个指标进行综合集成来反映交通优势度。

2.3.1 交通网密度。交通网密度反映了区域交通线路的疏密程度，其表达式为［9，12］:

式中:Di表示县域i的交通网密度;Li表示县域i的各等级公路线路里程;Si表示县域国土面积。

2.3.2 交通可达性。采用节点最短平均旅行时间加以测度，表达式为［5］:

式中:Ai表示节点i的可达性值;Tij为各县域节点i到达节点j的最短旅行时间;N为87个县域节点。

2.3.3 区位优势度。采用各县域行政中心到达地级中心城市的平均最短时间，其计算式为［13］:

式中:Li表示区位优势度;Lij表示县域节点i到达地级城市j的最短时间;N为地级城市的数目，这里N取14。

2.3.4 交通优势度。将交通网密度、交通可达性和区位优势度标准化处理后进行加权综合，其计算公式为［8，13］:

式中:F为县域交通优势度;wD，wA，wL分别表示交通网密度、交通可达性和区位优势度的权重。

2.4 县域经济潜能扩展模型

经济潜能扩展模型是在借鉴相关文献关于万有引力模型的基础上修改而获得［18－19］，具体为:

式中:pi表示i节点的经济潜能值;Tij为节点i，j之间的时间;Mj为节点j的经济发展水平;a为距离摩擦系数，一般取1;Ti为i到自身的时间;Mi为采用熵值法测度的节点i的经济发展水平。

2.5 地理加权回归(GWR)

传统的线性回归模型只是对研究区域整体或平均的拟合，而地理加权回归(GWR)模型能够反映参数在不同空间的空间非平稳性，较好地解决空间自相关问题，使每个样本单元对应一个系数值，其结果更符合客观实际，模型如下:

式中:yi为第i点因变量，即2005—2012年间各县域经济潜能;xik为第k个自变量在第i点的值，即2005—2012年间各县域交通优势度;k为自变量记数;i为样本点记数;εi为残差;a0(ui，vi)为第i个样本点的空间坐标;ak(ui，vi)为连续函数ak(u，v)在i点的值。

3 县域交通优势度与经济潜能测度

3.1 县域交通优势度

将交通网密度、交通可达性及区位优势度分别进行正负向标准化处理，加权后得到交通优势度指数(图1)。

整体而言，甘肃县域交通优势度呈现出“核心—外围”模式。这是因为甘肃省呈西北—东南走向的狭长地域，连霍高速、兰海高速、312国道等道路走向与地形一致，所以其圈层状结构比较特殊。

甘肃县域交通优势度空间差异显著，其中陇中地区县市的交通优势度最高。2005年县域交通优势度极差为0.609，变异系数0.306;2012年极差是0.768，变异系数0.293，均值由2005年的0.44增至2012年的0.55。虽然各县市交通优势度均有所提升，但地区间差异依旧明显，如2005年交通优势度最高的城关区值为0.77，是最低值肃北的4.7倍;2012年交通优势度最高的安宁区为0.99，是最低的肃北的4.1倍。2005年陇中地区交通优势度的均值为0.72，其他地区则为0.50;2012年，陇中地区交通优势度均值为0.79，其他地区为0.62，这充分体现了陇中地区在全省交通网络中的中心优势地位，而酒泉以西的敦煌、阿克塞、肃北，甘南的玛曲县、迭部县、陇南的文县等边缘地带受自然条件和区位条件的限制，依旧是交通优势度落后的区域。

交通线路对交通优势度的影响较大。2005年有51个县域的交通优势度高于全省平均水平，它们主要分布在兰海高速(G75)、312国道、309国道、京藏高速(G6)、连霍高速(G30)、康临高速、316国道和陇海铁路沿线地区，特别是城关区、安宁区、临夏市、白银区、永靖县等地的交通优势度都在0.70以上;至2012年随着青兰高速(G22)、嘉峪关至哈密高速、宝天高速以及省内109国道、205国道、219国道公路的建设，甘肃省公路网络得到完善，交通优势度高的县市还主要集中在连霍高速、青兰高速及京藏高速沿线。

图1 甘肃县域交通优势度空间格局Fig.1 Spatial pattern of county level transportation superiority in Gansu Province

3.2 县域经济潜能可达性空间格局及演化

县域经济潜能空间地域分布不均，呈现出明显的“核心—外围”模式。高值主要分布在兰州，随着距离中心城市距离的增加经济潜能逐渐降低，特别是酒泉以西的河西地区、陇南西南部、甘南东南部及陇东地区经济潜能较低。兰州是甘肃经济的增长极、交通枢纽，地缘优势明显，具有很强的辐射能力，对周围地区有很强的带动作用。西部、甘南、陇南及陇东地区，虽然地广人稀，但处于省际边缘，地形复杂、交通通达度低，因此一直处于边缘状态。

研究期内，各县域经济潜能有了很大的提高，但“核心—边缘”模式总体格局基本没有变化。均值由2005年的0.80增至2012年的9.74，而变异系数从0.524降至0.455，这反映了甘肃县域经济潜能相对差异有所缩小。经济潜能的核心区依旧是以兰州为核心，地处边缘地带的甘南东南部、陇东地区的部分县域有了很大的提高。兰州区位优势明显，经济发展水平高，发达的交通路网对经济形成很大的支撑能力，所以经济潜能一直维持较高水平;与此同时，处于陇东地区的崇信、崆峒、华亭、灵台、泾川、环县、镇远，陇南的舟曲、迭部、武都区，随着近年来交通的不断发展和矿产资源的开发，经济潜能有了很大的提高(图2)。

图2 甘肃县域经济潜能空间格局Fig.2 Spatial pattern of county economic potential in Gansu Province

4 交通优势度与经济潜能地理加权分析

4.1 模型解释

传统的线性回归模型只是对研究区域整体或平均的拟合，地理加权回归(GWR)能够解决空间自相关问题，使每个样本单元对应一个系数值，其结果更符合客观实际［20］。利用ArcGIS 9.3中的GWR工具进行计算，Kernel type选择ADAPTIVE，计算结果见表2。

表2 模型回归结果Tab.2 Regression results of model

对比2005年GWR与OLS回归结果可以看出，GWR模型的R2达到0.888(OLS为0.738)，残差从3.314降到1.745。赤池信息准则(AICc)则从－33.399降低到－63.639，而且修正后的R2达到0.866，说明甘肃县域内交通优势度可以解释经济潜能的86.6%，可见GWR模型优于OLS模型，诠释了“想致富，先修路”这一道理，充分说明了交通是经济发展的基础。对比2012年GWR和OLS的结果可知，GWR模型的R2为0.92(OLS为0.847)，残差从257.048降到136.438。赤池信息准则(AICc)则从345.148降低到314.238，其修正后的R2达到0.905，说明甘肃县域内交通优势度可以解释经济潜能的90.5%，再次说明了交通对经济发展具有明显的促进作用。

4.2 县域交通优势度对区域经济潜能空间变异特征

每一个县域单元都有一个特定系数，利用空间关系建模中的GWR工具进行回归系数计算，采用自然断裂法得到系数的分级(图3)。2005，2012年县域交通优势度与经济潜能在空间上呈正相关关系，从回归系数的分布来看，由中部向西北、东南两个方向逐渐递减，2005年最小值出现在酒泉以西的阿克塞，最大值出现在城关区，2012年同2005年一样，这符合现实，说明在张掖以西的河西地区和陇东地区距离省会兰州较远，交通基础设施不完善，交通通达性水平差，对经济潜能的影响相对较小，而在兰州及其外围地区交通对经济潜能的影响相对较大。

图3 甘肃县域交通优势度回归系数空间分布Fig.3 Spatial distribution of the regression coefficients of transportation superiority in Gansu Province

5 结论

1)受地形的影响，甘肃县域交通优势度呈现出“核心—外围”模式，核心区以兰州为主，向外围逐渐递减。符合地理学第一定律和距离衰减原理，中心区是区域发展的增长极，应充分发挥极化作用，加强与外围地区生产要素的交流，辐射带动广大边缘区发展，最终实现区域协调发展。

2)甘肃县域交通优势度空间差异显著，陇中地区县市的交通优势度最高，交通优势度受交通线路的影响较大。陇中区位优势明显，地势平坦，交通运输发展较快，未来一定时期甘肃省应加强高速公路网络建设，提高连通性，同时充分发掘核心区交通的优势，优化交通网络，带动广大边缘区域交通的发展，实现核心区与边缘区优势互补、合作共赢的协同发展。

3)经济潜能空间上也呈现出明显的“核心—外围”模式，高值区主要分布在兰州—白银，低值区主要分布在省际边缘地带的酒泉以西的县域、陇南西南部、甘南东南部及陇东地区。研究期间，各县域经济潜能有了很大的提高，但“核心—边缘”模式总体格局基本没变化。造成县域经济潜能差异的因素主要包括区位条件、资源禀赋、交通通达性、社会经济基础及区域发展战略，因此，各县域需扬长避短以促进经济发展。

4)采用地理加权回归模型讨论交通优势度与经济潜能之间的空间相关关系，与最小二乘法相比，GWR模型的拟合结果更优，能较好地反映交通优势度对经济潜能的影响。回归系数显示交通优势度与经济潜能呈正相关关系，回归系数空间上由中部向西北、东南两个方向逐渐递减，河西西部和陇东东北部较低。

［1］张伟娜，胡佰林，卢庆沙.基于主体功能区划方法的长株潭城市群核心区交通优势度评价［J］.经济地理，2014，34(11):63－68.

［2］Bowen J.Airline Hubs in Southeast Asia:National Economic Development and Nodal Accessibility［J］.Journal of Transport Geography，2000，8(1):25－41.

［3］Gutierrez J.Location，Economic Potential and Daily Accessibility:An Analysis of the Accessibility Impact of theHigh-Speed Line Madrid-Barcelona-French border［J］.Journal of Transport Geography，2001，9(4):229－242.

［4］Zhang W B.Economic Geography and Transportation Conditions with Endogenous Time Distribution amongst Work，Travel，and Leisure［J］.Journal of Transport Geography，2007，15(6):476－493.

［5］孟德友，陆玉麒，樊新生.基于投影寻踪模型的河南县域交通与经济协调性评价［J］.地理研究，2013，32(11):2092－2106.

［6］金凤君，王成金，刘秀伟.中国区域交通优势的甄别方法及应用分析［J］.地理学报，2008，63(8):787－798.

［7］吴旗韬，张虹鸥，叶玉瑶，等.广东省交通优势度及空间差异［J］.热带地理，2012，32(6):633－638.

［8］吴威，曹有挥，曹卫东，等.长三角地区交通优势度的空间格局［J］.地理研究，2011，30(12):2199－2208.

［9］周宁，郝晋珉，邢婷婷.黄淮海平原地区交通优势度的空间格局［J］.经济地理，2012，32(8):91－96.

［10］蔡安宁，梁进社，李雪.江苏县域交通优势度的空间格局研究［J］.长江流域资源与环境，2013，22(2):129－135.

［11］陈永林，谢炳庚，钟业喜，等.县域交通优势度与经济发展的空间关联——以江西省为例［J］.地域研究与开发，2014，33(5):21－26.

［12］黄晓燕，曹小曙，李涛.海南省区域交通优势度与经济发展关系［J］.地理研究，2011，30(6):985－999.

［13］孟德友，沈惊宏，陆玉麒.中原经济区县域交通优势度与区域经济空间耦合［J］.经济地理，2012，32(6):7－14.

［14］程钰，刘雷，任建兰，等.县域综合交通可达性与经济发展水平测度及空间格局研究——对山东省91个县域的定量分析［J］.地理科学，2013，33(9):1058－1065.

［15］刘传明，曾菊新.县域综合交通可达性测度及其与经济发展水平的关系——对湖北省79个县域的定量分析［J］.地理研究，2011，30(12):2209－2221.

［16］李建豹，白永平，罗君，等.甘肃省县域经济差异变动的空间分析［J］.经济地理，2011，31(3):390－395.

［17］马利邦，牛叔文，李怡欣，等.甘肃省县域经济发展水平空间差异评价［J］.干旱区地理，2011，34(1):194－200.

［18］罗鹏飞，徐逸伦，张楠楠.高速铁路对区域可达性的影响研究——以沪宁地区为例［J］.经济地理，2004，24(3):407－411.

［19］梅志雄，徐颂军，欧阳军.珠三角公路网络可达性空间格局及其演化［J］.热带地理，2014，34(1):27－33.

［20］张耀军，任正委.基于地理加权回归的山区人口分布影响因素实证研究——以贵州省毕节地区为例［J］人口研究，2012，36(4):53－63.