湘江流域综合交通优势度测度与分析

田小琴, 彭 鹏, 杨静静,丁洁琼



湘江流域综合交通优势度测度与分析

田小琴, 彭 鹏*, 杨静静,丁洁琼

(湖南师范大学 资源与环境科学学院, 湖南 长沙, 410081)

以湘江流域为研究区域, 选取县级及以上城市为评价单元, 运用GIS分析技术从公路网密度、邻近度、通达性3方面分别对各评价单元的差异进行分析, 并利用以上3个指标构建区域交通优势度综合评价模型, 分析湘江流域交通优势度的空间分布格局和特征以及其形成成因. 研究表明: 湘江流域路网密度整体较低, 城市间差异较大; 邻近度和通达性以地级市为中心呈圈层分布; 城市间交通优势度极化严重, 交通优势度较高的地区主要在长株潭城市圈、衡阳市及周边地区; 整个流域交通优势度成“H”字型分布格局.

交通优势度; 邻近度; 通达性; GIS; 湘江流域

交通设施对区域经济发展具有引导、支撑和保障能力, 是反映区域发展条件优劣的重要指标. 交通优势度是为测度一个地区现有通达水平而设计的一个综合性指标, 由公路网密度、邻近度、通达性3项指标构成[1]. 目前对交通优势度的测度多借用GIS技术从可达性视角进行研究, 但已有的研究多集中于单一的交通方式(如铁路[2]、公路[3]、航空等), 其分析结果并不能较好表征由多种交通因素组成的区域综合交通的优势[4—6]. 近年来, 为了更全面地测算区域的交通优势度, 部分学者通过构建多要素模型对交通网络进行了综合评价与分析. 封志明从交通设施保障程度和与外界联系便捷程度2个方面建立了交通可达性指数模型[7]; 金凤君等构建了多指标的度量模型, 并以全国为例进行了验证[1]. 该模型随后也被一些学者应用到多个区域进行验证, 如广东省[8]、山西省[9]、海南省[10]和长江三角洲[11]. 但该模型分析单元尺度较大, 且模型中的阈值及权重需根据不同区域的发展实际来确定才可真实反映区域的交通优势度. 在计算邻近度, 通达性等指标时也多采用欧氏距离计算, 对区域交通的站场影响也考虑较少. 本文借用GIS分析技术, 采用构建O-D矩阵的网络分析方法计算通达性, 在计算邻近度时考虑铁路站点和高速出入口对区域交通的直接影响来分析区域的交通优势度, 具有较强的实际意义.

1 研究区概况及数据来源

1.1 研究区概况

湘江流域位于湖南省东南部, 流域内形成了以京珠高速, 106国道、107国道为纵向主干道, 以319国道、320国道、上瑞高速、沪昆高速、衡炎高速、长益高速等横亘东西, 纵横交错的区域间公路交通网络和以京广、沪昆、湘桂铁路干线、石长铁路和京广高铁客运专线交汇成一个南达两广, 北通中原, 东联江、浙、沪, 西接云、贵、川、渝的网状框架(图1).

湘江流域(湖南境内降雨汇入湘江的区域)包括长沙、湘潭、株洲、衡阳、郴州、永州、娄底、邵阳、岳阳等9市, 共67个县市区. 考虑到部分地级市城区面积较小、区域内部各个区交通优势度差异较小, 对其进行合并处理, 以利于比较, 最终以58个分析单元作为研究对象.

图1 湘江流域交通网络分布图

1.2 数据来源

首先对湖南省交通地图(2011年)进行扫描、校正, 然后运用ArcGIS软件矢量化, 最后以湖南省基础地理信息数据库为基础进行裁剪, 建立湘江流域路网空间数据库.

图2 交通优势度评价指标体系

2 研究方法及评价模型

依据国家颁布的《省级主体功能区技术规程》, 结合多位学者对不同区域交通优势度的研究, 综合考虑湘江流域交通发展的实际情况, 构建多维指标体系来定量测算湘江流域交通优势度(表1). 一级指标包括公路网密度、邻近度和通达性, 然后进行集成分析, 综合评价湘江流域交通优势度的空间分布特征及成因. 具体流程见图2.

表1 交通优势度多维指标体系及权重

2.1 公路网络密度

在各种线状交通设施中, 公路线路本身对区域交通优势度的影响较大, 铁路线路本身对区域交通优势度的影响相对较小, 它的影响主要是在站场的位置和选择方面, 因此研究公路网络密度更具有实际意义. 由于不同等级公路对交通优势度的影响不同, 因此对不同等级的道路长度乘以对应的权重, 得到县域模拟路网长度, 参照表1依据公式(1)计算. 公路网络密度的计算为各评价单元模拟路网长度与各评价单元土地面积的比值, 依据公式(2)计算.

式中,L为等级道路在区域的实际运营长度;A为等级道路权重;L为区域模拟路网长度;S为区域土地面积;D为县域的公路网络密度.

2.2 邻近度

邻近度主要用来描述地理空间中2个地物距离相近的程度. 邻近度表征铁路、公路、港口、机场等交通基础设施及交通干线对区域交通优势度的影响. 通过ArcGIS软件对各评价单元行政中心点与各种交通干线之间的距离进行计算(铁路选择最近的铁路站点, 高速公路选择最近的高速出入口), 按距离的远近分类赋值(表2), 最后对不同交通设施得分经过归一化处理, 得出各评价单元不同交通干线的影响度, 然后进行加权汇总. 设某区域的邻近度函数为(x), 其为区域种交通干线及重要交通基础设施的邻近度, 则计算公式为:

表2 交通设施影响度赋值表

注:r、c、p、a分别为该区域行政中心与最近的铁路站点、高速公路出入口、港口、机场的交通距离.

2.3 通达性

通达性反映区域交通网络交流的便捷程度, 是为了更加实际地反映城市间基于路网的空间距离. 借助ArcGIS技术, 在交通网络数据集基础上运用O-D矩阵分析模块, 采用网络分析法计算各县域基于交通网络与最近地级市的空间距离, 计算依据公式(4). 通达度是一个逆向指标, 值越大, 表示通达度越小, 本文先将逆指标正向化, 再采用极差法进行标准化处理.

式中:L为县域行政中心到最近地级市行政中心的交通网络距离,L为区域行政中心到地级市行政中心的交通网络距离.

2.4 交通优势度

在交通优势度的集成时, 先采用极差法分别对公路网密度、邻近度、通达性3个指标进行归一化处理, 最后对处理后的数据进行赋权重求和(参照表1). 设区域的交通优势度函数为(x), 计算公式如下:

式中:D、P、A分别为交通网络密度、邻近度、综合通达性的标准化值.

3 结果分析

随着“两型”社会、中部崛起等战略的实施, 湖南省的公路网建设突飞猛进, 全省公路网密度达到109.63 km/100 km2(高速、国道、省道、县道及乡道), 高于全国平均水平. 本文以交通网络数据及行政区域面积数据为基础, 计算得到的湘江流域58个评价单元的公路网密度、邻近度、通达性及利用3指标构建数学模型计算得出的交通优势度见图3.

图3 湘江流域交通优势度分布

3.1 公路网密度分析

在湘江流域58个研究单元中公路网密度(高速、国道、省道)高于20 km/100 km2(归一密度为0.5)的单元为5个, 仅占总数的8.6％(表3). 主要分布在长沙、株洲、湘潭、衡阳、邵阳几个地级市单元中. 90%以上的地区路网密度值在0.5以下, 在路网密度分类图中为了体现区域内部差异, 采用如图3(a)的分类方式. 根据评价结果(图3(a)), 路网密度呈现以下特征: 路网密度值整体较低, 较高的地区主要为几个地级市; 路网密度地区差异明显, 密度最高单元为34.11 km/100 km2, 而密度最低单元仅为3.14 km/100 km2, 前者为后者的10倍; 在格局上, 呈“井”字形分布, 沿京珠高速、二广高速、沪昆高速和泉南高速形成四大高密度带; 嘉禾县由于省道1806线横贯东西, 1803线纵穿南北, 省道密度较大, 所以成为路网密度较大地区.

表3 湘江流域交通优势度分布

注:—交通优势度;1—路网密度;2—邻近度;3—通达性.

3.2 邻近度分析

根据评价结果(图3(b)), 湘江流域交通设施邻近度呈现出以下特征: 首先, 与路网密度一样, 邻近度城市极化严重. 邻近度在0.75～1之间的单元仅有10个, 占17.2%(表4), 主要分布在长株潭城市群、邵阳等几个地级市研究单元中. 其次, 邻近度南北差异突出. 北部的长株潭城市群, 衡阳都市圈明显高于南部的永州、郴州地区, 主要是由于北部公路网、铁路网较为密集(图1), 二泉高速通过江华、道县境内, 京珠高速、京广高铁通过郴州市境内, 所以邻近度值较高. 邻近度分布呈圈层分布, 地级市中心对外辐射明显, 呈由地级市中心向四周逐渐降低的态势.

表4 不同等级区域相关系数汇总表

注:1、2、3分别指交通优势度与公路网密度、邻近度、通达性之间的关系系数.

3.3 通达性分析

通达性与最近中心城市的空间距离远近对区域接受辐射的能力及发展潜力有较直接地影响. 评价结果(图3(c))显示: 湘江流域的通达性与邻近度一样, 呈现典型的以长株潭、娄底、邵阳、衡阳、永州、郴州为中心向周边逐渐降低的圈层状分布格局. 地区性的重要城市辐射作用现象较为明显. 通达性值小于0.25的地区主要分布在桂东、汝城、江华、江永等流域的边缘地区. 多山地的地形可能是其通达性较小的主要原因.

3.4 交通优势度分析

在路网密度、邻近度、通达性等单指标的分析基础上, 依据公式(5)计算各单元的综合交通优势度, 结果表明: 区域分异明显, 地区中心城市优势度突出, 呈“H”字型空间格局特征(图3(d)).

区域分异明显. 从总体上看, 流域北部、中部地区交通优势度高于南部地区, 且差距较大. 在湘南的桂阳、临武、新田一带及桂东、汝城、炎陵一带形成了连片的低值区. 湘江流域及耒水流域的交通优势度明显高于其他地区. 大致形成以湘江干流、耒水、涟水、蒸水为轴, 东西递减的空间格局, 潇水、洣水流域交通优势度相对较差.

地区中心城市优势度突出. 地区性城市作为区域的增长极, 往往是区域重要的交通枢纽, 具有较高的交通优势度. 目前已经形成以长株潭、衡阳等几个交通优势度比较突出的核心区. 长株潭地处洞庭湖平原边缘, 流域的交通中心、经济中心, 交通设施组合状况和区位优势突出; 衡阳市位于京广铁路与湘桂铁路的交汇城市, 湘江流域主要港口城市之一, 优势度较为突出.

“H”字型空间格局. 公路、铁路等交通设施多分布在河谷平原并联系主要中心城市, 在流域范围内形成一个“H”字型的交通优势空间格局, 沿泉南高速、二广高速和京广铁路形成高值带. 在罗霄山、南岭等湘东、湘南山地地区形成连续的低值区, 交通对区域发展的支撑能力和保障水平还较低, 区域发展潜力较弱.

湘江流域多山地, 丘陵的地形和复杂的地貌是塑造交通优势度格局的自然地理背景, 复杂的自然地理环境决定了交通基础设施多沿湘江及其支流的河谷平原分布, 湘江流域交通优势度“H”字型的交通优势度格局, 是国家主干线建设和地形地貌因素综合作用的结果.

3.5 差异分析

根据分析结果, 将研究区域交通优势度分为4个等级, 分为交通优势度高值区(0.000～0.700)、较高值区(0.701～1.400)、较低值区(1.401～2.100)和低值区(2.101～2.812), 分区详见图3(d)和表4.

由表4看出: 交通优势度较低值区域主要是由于邻近度较差, 与重要的铁路站点, 高速出入口、港口、机场距离较远, 内部交通的便捷度较差. 其主要分布在距离地级市较远的边缘城市. 交通优势度较高值区域主要是由于交通密度值较高, 邻近度较好. 其主要分布在主要交通干道通过的地区性城市及周边地区.

4 讨论与结论

采用GIS的网络分析、空间分析计算湘江流域路网密度、邻近度和通达性, 并利用此3个指标构建区域交通优势度综合评价模型, 分析湘江流域交通优势度的空间分布格局和特征, 并分析其成因. 然后对湘江流域交通优势度较高值区和较低值区的交通优势度和路网密度、邻近度和通达性利用SPSS软件进行相关分析, 分析区域差异的原因, 得到的结论和启示如下:

第一, 湘江流域路网分布极不均匀, 公路网密度高于20 km/100 km2(归一密度为0.5)的单元为5个, 仅占总数的8.6％, 路网密度整体较低.

第二, 邻近度和通达性的空间布局则基本呈现以长株潭、衡阳、邵阳、永州、郴州为中心的同心圆分布, 距离越远值越低, 地区性城市辐射作用明显.

第三, 国家重要交通干线对湘江流域的交通优势度影响较大. 优势度较高的地区主要分布在长株潭、衡阳、邵阳等流域的核心城市中, 并以此核心辐射出的3条交通优势度较高的带, 分别是京广铁路交通优势带、泉南高速交通优势带、两广高速交通优势带, 整体上呈“H”状分布. 沪昆高速交通优势带由于涟源, 冷水江地区邻近度较差而被隔断, 没能形成.

第四, 山地地形对湘江流域边缘地区交通优势度影响可能较大.

根据以上分析, 建议在湘江流域黄金水道建设中利用国家重要交通干线通过地区的交通区位优势, 对其进行经济发展引导, 将其交通优势转化为经济发展优势. 同时加强边缘地区的交通基础设施建设, 增强地区交通网络的平衡性和稳定性, 挖掘其山地地区的资源、环境等其他优势, 增强流域整体的发展潜力.

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The measurement and analysis of transport superiority in Xiangjiang river basin

TIAN Xiao-qin, PENG Peng, YANG Jing-jing, DING Jie-qiong

(College of Resources and Environment Science,Hunan Normal University, Changsha 410081, China)

Xiangjiang river basin was selected as the study area, cities at or above county level were used as nodes, differences of transport network density, proximity, accessibility between counties were analyzed by GIS technology. Mathematical model of comprehensive evaluation of regional transportation advantage degree coming from the above three indicators was built to analysis the Xiangjiang river watershed spatial distribution characteristics and the cause of the traffic dominance. The results showed that transport network density was low overall; proximity and accessibility were lower and lower with the distance; transport superiority varies largely between cities, higher traffic advantages of region were mainly in Changsha-Zhuzhou-Xiangtan city circle, Hengyang city and their surrounding areas; the transport superiority of the whole basin showed a“H” distribution pattern.

transport superiority; proximity;accessibility; GIS;Xiangjiang river basin

10.3969/j.issn.1672-6146.2013.04.009

F 512.7

1672-6146(2013)04-0037-07

email: 13208384@qq.com.

email: tianxiaoqin1987@foxmail.com.

2013-11-26.

湖南省教育厅科研项目(09C650)

(责任编校: 江 河)