城市圈综合交通需求阶段性特征分析——以武汉城市圈为例

尹曦辉,贾元华*,徐文学

(1.北京交通大学交通运输学院,北京100044;2.湖北省交通运输厅综合交通处,武汉430030)

城市圈综合交通需求阶段性特征分析
——以武汉城市圈为例

尹曦辉1,贾元华*1,徐文学2

(1.北京交通大学交通运输学院,北京100044;2.湖北省交通运输厅综合交通处,武汉430030)

如何构建与城市圈经济发展水平相适应的综合交通体系是城市圈综合交通规划需要解决的现实问题,分析城市圈综合交通发展的阶段性特征是解决这一问题的关键.本文基于综合运输与经济社会发展的适应性理论和产品生命周期理论,将城市圈经济发展阶段划分为发育期、成长期、成熟期和融合消散期四个阶段;提出了城市圈综合交通需求特征分析的思路及分析的主要指标,分析了城市圈经济社会发展的不同阶段对综合交通运输体系的需求特征;最后以武汉城市圈为实例,应用反熵权法和经济节点重要度法系统分析了武汉城市圈所处的发展阶段及其综合交通需求特征,对本文主要理论及方法进行了验证.

综合交通运输;需求特征;经济节点重要度;反熵权法;城市圈;经济适应性

1 引 言

近年来城市组团集合发展的模式成为城市化发展的主要趋势,如何构建与城市圈经济发展水平和阶段相适应的综合交通体系是城市圈综合交通规划需要解决的现实问题.国内外既有研究中对于城市圈发展演化规律和阶段特征有了深入的研究,而专门针对城市圈不同发展阶段综合交通需求阶段特征的研究比较少见.在此背景下,本文在分析城市圈发展阶段规律的基础上分析城市圈综合交通需求的阶段性特征,为城市圈综合交通规划提供理论方法借鉴.

2 城市圈综合交通需求特征分析思路框架

城市圈的发展具有不同的发展阶段,不同发展阶段对于经济要素、政策环境等的需求各不相同,而综合交通基础设施作为城市空间形态的主骨架,城市之间经济联系的载体和纽带,对于城市圈的发展至关重要.本文的分析思路如图1所示.

图1 城市圈综合交通需求特征分析框架Fig.1 Analysis framework of comprehensive transportation demand characteristics of urban agglomeration

2.1 综合交通与城市圈经济发展的相互关系分析

综合交通系统的经济适应性包括,综合交通规划目标与经济社会发展的总目标以及阶段性目标保持一致,综合交通网络布局与经济社会空间布局、产业布局相符合,综合交通基础设施建设适度超前于经济社会需求总量,综合交通运输供给结构与经济社会需求结构相匹配,综合交通基础设施建设时序与经济社会承载能力相协调,与区域经济社会发展战略相匹配.

在经济适应性的视角下,综合交通在城市圈经济社会发展中的作用可以从两个角度进行分析,即从属功能和引导功能.一方面,城市圈内城市之间空间经济联系的空间流是具有方向和强度的矢量,空间流方向和强度的变化,将导致圈内城市空间联系的产生,引起城间货物、人员、资金和信息的流动;另一方面,空间流又会受到特定的交通走廊的影响,导致通道内重要节点城市经济结构产生变化,进而引起整个城市圈经济空间分布的变化,如图2所示.

2.2 城市圈综合交通需求特征的影响因素分析

根据综合交通在城市圈经济社会发展中的从属与引导功能,城市圈综合交通需求产生的影响因素主要包括,城市圈经济发展水平、圈内城市之间经济联系程度、城市圈工业产业布局、人口分布等等.除此之外,城市圈综合交通体系日趋完善带来的综合交通供给结构的变化,也会对运输需求产生影响.综合交通需求产生机理[1],如图3所示.

图2 综合交通在城市圈经济社会发展中的功能示意图Fig.2 The function of comprehensive transportation in urban agglomeration

图3 综合交通需求产生机理Fig.3 Generation mechanism of comprehensive transportation demand

3 城市圈经济发展阶段性及其综合交通需求特征分析

3.1 城市圈发展阶段划分及阶段性特征

国外学者对于城市圈发展阶段的研究比较早, Gottman和Friedmann等学者根据城市集群的经济联系或工业化发展规律对城市群发展阶段进行了不同的划分;Dimou M和Schaffar A对城市群空间结构演进了实证研究,描述了其演进过程、特征与趋势[2];国内一些专家学者对城市圈的发展阶段也进行了初步研究.方创琳等将城市圈按发育程度把我国城市圈发展分为发育雏形阶段、发育成熟阶段、趋于鼎盛阶段、发育鼎盛阶段[3];张京祥认为城市圈空间的形成和扩展,经历了孤立城镇膨胀阶段、城市空间定向蔓生阶段、城市间的向心与离心扩展阶段和城市连绵区内的复合式扩展阶段等4个阶段[4].

国内外研究对于城市圈发展阶段的划分止于城市圈发展的鼎盛或成熟阶段,然而事物的发展必然要经历一个由盛转衰的过程,城市圈不可能无限制地发展下去,城市圈的高速发展和扩张的结果将使区域经济达到更高水平的均衡状态,城市圈的界限将融合和消散.因此,结合产品生命周期理论,本文认为城市圈的发展可以划分为四个阶段:发育期、成长期、成熟期和融合消散期,如表1所示.

表1 城市圈发展阶段划分及各阶段特征Table 1 Stage division of urban agglomeration

3.2 城市圈发展各阶段综合交通需求特征

3.2.1 发育期

经济社会对综合交通的需求主要是中心城市对外经济联系的交通需求,特别是中心城市与经济发达地区的交通需求,以过境需求和转换需求为主,因此综合交通建设的重点是综合交通枢纽的建设,通过实现综合交通枢纽的一体化规划和各种交通方式的合理衔接、结构优化来满足中心城市经济发展对综合交通的需求.

3.2.2 成长期

城市圈成长期经济社会对综合交通的需求是中心城市经济集聚的需求,需求总量继续增长,需求方向上以人员、物资向心和离心方向为主,综合交通网络形态呈放射状.

3.2.3 成熟期

成熟期外圈城市经济联系强度加强,放射型的综合交通线网布局逐渐不适应经济社会发展的需求,需要构建环射相结合的综合交通网络[5];通勤交通需求的增长对于快速大运量的轨道交通需求日趋明显,半小时圈和1小时圈的快速交通系统形成.

3.2.4 融合消散期

中心城市与外圈城市的经济差异被消除,城市圈内城市经济和交通发展比较均衡,这一时期对综合交通的需求主要是综合交通基础设施网络化、现代化和高效化.

3.3 城市圈综合交通需求阶段特征分析的主要指标

本文认为分析城市圈综合交通需求特征应从城市圈发展阶段划分和城市圈综合交通经济适应性两个层面进行分析,城市圈发展阶段划分指标的选择应在吸收和借鉴常规指标的基础上,增加经济人口不一致系数、经济联系强度等指标,对城市圈发展阶段的划分更加科学和全面;在综合交通经济适应指标选择方面从需求总量、结构和网络布局等方面构建指标体系,如图4所示.大都市圈发展阶段评价指标参考值如表2所示.

3.3.1 经济人口不一致系数

经济人口不一致系数(GPR)指的是地区经济发展与人口的协调程度,GPR=1表示该地区经济发展水平与人口聚集程度相协调;GPR＞1表示该地区只有经济集聚,人口没有形成规模;GPR＜1表示该地区人口密集,经济发展水平比较落后.

3.3.2 经济联系强度

经济联系强度是空间运输联系中最活跃的部分,经济联系强度是衡量经济联系的最主要手段.都市圈经济联系强度是指中心城市与圈内其他节点城市间的经济联系的强弱程度.其公式如下:

图4 城市圈综合交通需求阶段性特征分析指标Fig.4 Indicators for analyzing the comprehensive traffic demand characteristics of urban agglomeration

式中 Pi,Pj分别表示i,j城市的人口总数;Vi,Vj分别表示i,j城市的国内生产总值;Dij表示城市i ,j之间的最短交通距离;Rij表示城市i,j之间经济联系强度,若Rij越大,则表明城市i,j之间的联系强度越大,反之,越小.

3.3.3 经济交通不一致系数

经济交通不一致系数(GTR)指的是地区经济发展与交通的协调程度,GTR=1表示该地区经济发展水平与交通基础设施完善程度相协调;GTR＞1表示该地区经济发展水平高,交通运输发展水平比较低,需要大力发展交通基础设施;GTR＜1表示该地区交通运输发展超前于经济发展.

3.3.4 分形维数

分形维数由交通网络的分枝数目变化率确定,故可揭示交通网络的纵横交叉特征及其复杂性的空间变化.分形维数在某种意义上就是网络的复杂性量度,其数值反映网络的区域渗透能力和复杂程度.分枝维数的确定是利用回转半径法,由下式定义:

式中 r为回转半径;Db为路结构特征的维数,取值范围[1,2];n(k)为第k个同心环带中的交通网络分枝数目.

表2 大都市圈发展阶段评价指标参考值[6]Table 2 Reference values of urban agglomeration stage indexes

4 武汉城市圈综合交通需求阶段性特征实证分析

4.1 武汉城市圈经济发展阶段判定

通过将武汉城市圈经济发展数据与不同发展阶段城市圈经济发展指标的对比,武汉城市圈的面积、人口、城市数等指标低于发育期城市圈的相应指标,而武汉城市圈的经济总量和人均GDP则高于发育期水平.可见,武汉城市圈的规模还比较小,经济发展水平比较高,基本上可以将武汉城市圈的发展阶段定位为发育期的高级阶段或者成长期的初级阶段.

从表3可知,武汉城市圈内的其他城市与中心城市武汉有较强的经济联系,除黄石、黄冈和鄂州三个城市经济联系强度较大之外,圈内城市之间的经济联系比较小,说明城市圈还处于中心城市经济集聚阶段.

图5为武汉城市圈不一致系数对比,可以看出,武汉城市圈内各城市发展水平差距很大,中心城市与外圈城市之间的差距十分明显,基本上是中心城市武汉“一头独大”.从经济交通不一致系数分析来看,武汉市交通与经济发展不协调,经济社会发展严重滞后于交通运输的发展,综合交通的先导作用还没有显现,而圈内其他城市的综合交通建设则严重滞后于经济社会发展.

表3 2011年武汉城市圈内城市经济联系强度Table 3 Economical relation intensity of Wuhan urban agglomeration in 2011

图5 武汉城市圈不一致系数对比Fig.5 Comparison of inconsistent coefficient in Wuhan urban agglomeration

4.2 城市圈经济节点重要度计算

节点重要度是描述一个节点在区域内重要程度的相对指标.本文引用节点重要度的理念,运用已建立的需求特征分析指标,通过反熵权法确定指标权重,分析得出圈内城市的经济节点重要度,并根据经济节点重要度分析综合交通需求的阶段性特征,从而为综合交通规划项目提供建设时序的参考.

步骤1 对指标数值进行无量纲化.

式中 xij为j市第i项指标的实际值;aij为j市第i项指标的目标值;Cij为j市第i项指标的预处理值.

步骤2 确定反熵.

定义两种基于熵值的反熵,h′、h″与熵值的特征相反,即指标的差异性越大,反熵越大.根据步骤一C值,计算两种反熵[7]:

式中 0≤rij≤1且

步骤3 确定权重.

武汉城市圈需求特征指标权重如表4所示.

表4 城市圈需求特征指标权重Table 4 Index weight of demand characteristics in urban agglomeration

步骤4 计算经济节点重要度.

在确定权重的基础上,本文建立如下经济节点重要度模型.

式中 Ii——节点i重要度;aj——第j个指标的权重;gij——第i节点第j指标的数值;——区域j指标平均值;n——节点个数.

武汉城市圈经济节点重要度计算结果如表5所示.

表5 武汉城市圈经济节点重要度计算结果Table 5 Economical node importance of Wuhan urban agglomeration

4.3 武汉城市圈综合交通需求特征分析

根据经济节点重要度计算结果,城市圈的圈层结构可以概括为以武汉为中心城市,以黄冈、黄石、鄂州和孝感为第二级圈层和以咸宁、仙桃、潜江、天门为第三级圈层.根据计算结果可以对武汉城市圈综合交通需求阶段性特征做出如下判断:

(1)武汉城市圈尚处于城市圈发展的初级阶段,城市圈的结构形态还处于单中心的形式,城市圈经济发展还处于工业化的初级阶段,外圈城市与武汉经济联系强度最大,外圈城市之间经济联系强度较小,资源、人员、产业不断向中心城市武汉聚集.

(2)武汉城市圈综合交通需求总量增长潜力巨大,运输需求过境和转换量大,圈内运输需求分布为向心方向和离心方向运输需求;城市圈综合交通网络布局呈放射状.

(3)武汉城市圈经济发展依然是集聚效应发挥主要作用,根据经济节点重要度计算结果及城市圈经济发展趋势,武汉城市圈近期交通建设应重点包括武汉综合运输枢纽的结构优化,建设武汉至黄冈、武汉至黄石、武汉至鄂州、武汉至孝感的交通干线,打造武汉与上述城市的快速通道.中远期,考虑建设城市圈环线.

5 研究结论

综合交通是城市圈经济的良性发展不可或缺的条件,城市圈内综合交通系统的规划和建设应兼顾城市圈经济发展不同阶段的特征,分析综合交通需求的阶段特征.本文提出的城市圈综合交通需求阶段性特征分析思路和方法对于研究城市圈综合交通需求阶段性特征具有一定的参考价值,以武汉城市圈为实例的分析印证了本文提出的理论和分析方法的有效性.

[1] 李艳红,袁振洲,陈静云,等.关于综合运输需求内涵及相关概念的界定[J].综合运输,2008(4):9-12. [LI Y H,YUAN Z Z,CHEN J Y.Research on integrated transportation demand connotation and related concepts defined[J].Comprehensive Transportation, 2008(4):9-12.]

[2] Dimou M,Schaffar A.Urban growth theories[J].Revued Economie Politique,2011,121(2):179—207.

[3] 方创琳,宋吉涛,张啬,等.中国城市群结构体系的组成与空间分异格局[J].地理学报,2005,60(5):827-840.[FANG C L,SONG J T,ZHANG Q,et al.The formation,developmentandspatialheterogeneity patterns for the structures system of urban sgglomerations in China[J].Acta Geographica Sinica,2005,60(5): 827-840.]

[4] 韩增林,杨荫凯,张文尝,等.交通经济带的基础理论及其生命周期模式研究[J].地理科学,2000,20(4): 295-300.[HAN Z L,YANG Y K,ZHANG W C,et al.The basic theory and life-circle pattern of taffic economic belt's development and evolvement[J].Scientia Geographica Sinica,2000,20(4):295-300.]

[5] 吴兵,王艳丽,董治,等.高度城镇化背景下城市群交通特征研究[J].城市交通,2011,09(2):67-73.[WU B,WANGYL,DONGZ.Transportation characteristics of highly urbanized metropolitan clusters [J].Urban Transport of China,2011,09(2):67-73.]

[6] 叶玉玲,季令,刘志杰.都市圈交通运输结构分析与研究[J].城市轨道交通研究,2007(7):1-5.[YE Y Y,JIL,LIUZJ.Analysisandstudyonthe transportation structure in metropolitan region[J]. Urban Mass Transit,2007(7):1-5.]

[7] 张海瑞,韩冬,刘玉娇,等.基于反熵权法的智能电网

评价[J].电力系统保护与控制,2012,40(11):24-29.[ZHANG H R,HAN D,LIU Y J,et al.Smart grid evaluation based on anti-entropy weight method[J]. Power System Protection and Control,2012,40(11): 24-29.

]

Stage Characteristics of Integrated Transportation Demand for Urban Agglomeration:A Case Study of Wuhan

YIN Xi-hui1,JIA Yuan-hua1,XU Wen-xue2
(1.School of Traffic and Transportation,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China; 2.Transport Department of Hubei Province,Wuhan 430030,China)

It is an important problem how to build an integrated transportation system,which compatibles with the economic development level of urban agglomeration.The key to solve the problem is analyzing the stage characteristics of urban agglomeration.On the basis of economic adaptability theory and product life cycle theory,this paper divides the economic development period of urban agglomeration as four stages, namely,development period,growth stage,mature period and decline phase.It proposes the ideas and the main indicators for analyzing the integrated transportation demand for urban agglomeration.It also analyzes the demand characteristics of integrated transportation system in the different economic and social stages.At last,in order to verify the main point,taking Wuhan urban agglomeration as a case study based on theeconomic node importance method and anti-entropy weight method.

integrated transportation;demand characteristics;economic node importance;anti-entropy weight method;urban agglomeration;economic adaptability

F503

: A

F503

A

1009-6744(2013)05-0194-08

2013-04-02

2013-07-02录用日期:2013-07-12

国家自然基金委与中国工程院联合基金项目(U0970116).

尹曦辉(1983-),女,河北唐山人,博士生.

*通讯作者:yhjia@bjtu.edu.cn