山东省高速公路网合理规模研究

山东省高速公路网合理规模研究

陆由付1李贻武2施庆利2韩国华2韩宗娜3

(1.重庆交通大学交通运输学院重庆400074；2.山东省交通规划设计院济南250031；

3.山东省工程咨询院济南250013)

摘要高速公路网规模是区域综合交通规划中重要的指标。在分析山东省社会经济及高速公路网现状基础上，运用了改进的国土系数法、连通度法、类比法、时间序列法4种模型，系统分析了高速公路网与人口、人均GDP、高速公路系数等因素的关系，合理预测了未来山东省高速公路网规模。

关键词高速公路网合理规模连通度法国土系数法类比法

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.02.043

收稿日期：2014-12-18

高速公路作为最高等级通道，对山东省未来社会发展乃至国家一系列战略的实施具有举足轻重的作用。因此如何清晰地把握高速公路的合理规模，使高速公路的社会和经济效益得到充分发挥，是高速公路规划需要解决的重要问题，合理地确定山东省高速公路网发展规模有着极其重要的现实意义。

目前国内外在路网规模预测上主要有国土系数法、连通度法、时间序列法、类比分析法等[1]，这些方法基本上都是以路网演变历程为依据，通过对路网与GDP、人口等因素相关分析，找到他们之间的相关关系，从而得到某特征年的合理规模。

1基于改进的国土系数法模型

国土系数法是根据国土系数理论“道路长度与人口和面积的平方根及其经济指标系数成正比”，从区域面积、人口、经济水平等社会经济指标来计算区域内的合理理论公路长度，可用下式表述。

(1)

式中：L为高速公路总里程，km；K为高速公路网系数；P为区域内总人口，万人；A为区域面积，万km2。

本文通过对山东省历年道路长度、人口、地区生产总值等指标进行研究分析，求得公路密度与社会经济发展指标之间的关系规律，达到预测未来年经济社会的发展水平，得到山东省未来年高速路网的总规模。历年基础数据[2]见表1。

表1　历年高速公路规模与国土系数及人均GDP数据

由山东省历年高速公路规模、人口等指标，经数理统计分析、回归拟合，得到山东省高速公路系数K与人均地区生产总值G之间有如下关系。

(2)

经计算，2020，2030，2040年的高速公路系数分别为17.6，22.0，25.7。再根据式(1)确定未来山东省高速公路网合理规模，见表2。

表2　国土系数法确定山东省高速公路网合理规模

2基于改进的连通度模型

2.1　连通度法

连通度模型也叫“网络节点模型”，传统的连通度法在具体计算时，非直线系数难以确定。根据网络几何学，考虑高速路网的通达深度和路网节点的连通状况，引入高速路网变形系数，将传统的连通度分析法做改进，可建立如下改进的连通度模型。

(3)

式中：L为高速公路总里程，km；Dn为高速公路网连通度，表达路网中各节点间的连通状况。据区域公路网长度和节点数，可计算出Dn值。不同的图形对应不同的值，当路网为树形，Dn=1.0；格子形，Dn=2.0；格子+对角线形，Dn=2.41；正三角形，Dn=3.22；ξ为路网变形系数。山东省以山地、丘陵为骨架，平原、盆地交错环列期间的地形地势，对路线线型有较大影响，路网变形系数取值约为1.1；A为区域内面积，万km2；N为区域内节点数，个。

2.2　节点选择及节点重要度计算

在高速公路网规划中，将所研究的区域分为若干个子区域，同时将每个区域都抽象为一个点，该点就称为节点。就省域高速公路网而言，规划节点一般需覆盖县(市、区)、主要港口(港区)、运输机场、客运专线站等。

各节点由于社会经济发展水平和地理条件等方面的差异在交通网络中的地位是不同的。为了定量地描述不同节点在区域内的重要度，便于节点类型的划分和有层次地进行高速公路网布局优化，引入了节点重要度这个指标。重要度是描述一个节点在区域内中亚程度的相对指标。节点重要度的计算公式

(4)

式中：wi为节点vi的重要度，i=1,2,…，n；aj,ai分别为定性和定量因素的权重系数；kij,kil分别为节点vi的定性和定量因素的标准化值。

2.3　规模预测

根据各节点的社会经济综合重要度计算结果和系统聚类分析方法对节点进行初次划分，再对照各县市的政治和地理等因素进行最终分层。根据层次划分结果，结合山东省高速路网中长期规划[3]目标，到2030年山东高速路网通达全省所有县(市、区)，且所有县(市、区)、主要港口(港区)、运输机场、客运专线站等节点30 min进入高速公路网。

因此，选择所有106个县市及主要港口、机场、客运站等作为测算节点(约120个)，随着山东省高速公路的发展，里程逐渐增加，因此在2020年连通度的取值范围为1.4～1.6，2030年取值范围为1.6～1.8，2040年基本达到国外发达国家水平，取值范围为1.8～2.0。按照连通度模型计算方法，确定未来山东省高速路网合理规模，见表3。

表3　连通度法确定山东省高速公路网合理规模

3类比分析法

3.1　类比国外发达国家

发达国家高速公路的发展轨迹表明[4-5]：土地面积大、人口密度高的国家对高速公路的需求量大；高速公路的发展规模随经济发展水平的提高而提高；当公路网发展到一定阶段时，必将出现一个高速公路的发展高峰期；在高速公路规模到一定水平后，其总规模逐步趋于稳定，即达到这个阶段后，经济发展水平的进一步提高对高速公路发展的影响趋弱，或者说是变得“不敏感”。这是高速公路网已适应国民经济发展、基本达到稳定状态的表现。大多数发达国家在经过20～30年的快速发展之后，开始进入这种基本稳定状态。因此，可以选择发达国家高速公路基本稳定状态时的发展水平，采用类比法测算中国山东未来高速公路的规模。类比的基础数据见表4。

表4　发达国家的基础数据

由表4可见，山东省的人口密度极高，2013年达到620 人/km2，远远高于主要发达国家的人口密度，而人均GDP却和发达国家相差甚远。综合考虑人口密度、土地资源、地理特征等因素，同时考虑山东省高速公路处于高速发展时期，以及发达国家6车道以上高速公路的比例大于山东省的情况，认为未来20年左右山东省高速公路密度将达到5.5～6.0 km/(100 km2)左右，与德国、美国加州目前的水平相当，2030年8 500 km，2040～2050年稳定在9 400 km左右。

3.2　类比国内部分省份

2013年，山东、广东、江苏、安徽、河南、河北6省的人口、面积、人口密度、人均GDP、高速公路密度、高速公路里程经济发展指标见表5。

表5　国内部分省份的基础数据

另外，根据上述各省份交通运输厅的信息，以及从各省份未来高速公路网规划报告资料中查阅整理，得出2020，2030年的高速公路网里程和高速公路网密度，见表6。

表6　国内部分省份的预测数据

由表5可见，在6个省份中，山东和广东的各项数据均相差不大；比江苏、河南两省的密度要低；但比安徽、河北2省的密度要高。再分析表6中其他省份未来2020，2030年的高速规划里程，以及高速公路网密度的增长值。综合考虑人口密度、人均GDP、高速公路里程等因素，本文认为山东省2020年高速公路密度仍会和广东省相当，低于江苏、河南2省，高于安徽、河北2省，高速公路的增长值和广东、江苏、河南三省一致，所以预测2020年山东省高速公路网密度为4.4～4.5 km/100 km2，同理2030年高速公路网密度为5.2～5.3 km/100 km2，2040年高速公路达到稳定规模密度为5.5～5.8 km/100 km2。

3.3　预测合理规模

根据与上述国外发达国家和国内省份类比分析，确定未来山东省高速公路网合理规模，见表7。

表7　类比法确定山东省高速公路网合理规模

4时间序列法

时间序列法就是将某一个指标在不同的时间上的不同数值，按照时间的先后顺序排列而成的数列。时间序列法以时间作为变量，通过已有数据计算出因变量的发展变化规律，从而获得目标年的预测数据。本文根据山东省的省情以及高速公路的发展趋势，将山东省高速公路发展分为4个阶段，第一阶段(1993～1998年)为起步阶段，第二阶段(1999～2020)为快速发展阶段，第三阶段(2021～2030)为趋于稳定阶段，第四阶段(2030～2050)为饱和状态。

通过数据分析，得到如下关系式。

第一阶段：L1=109.7N-218 265

第二阶段：L2=251.2N-500 483

第三阶段：L3=109.7N-214 492

第四阶段：L4=55N-103 526

据关系式得到未来山东省高速公路网合理规模，2020年约7 000 km，2030年约8 200 km，2040年约8 700 km，2050年约9 200 km，具体见表8。

表8　时间序列法确定山东省高速公路网合理规模

根据以上各种方法预测结果，经过对比分析，综合考虑未来城镇发展、经济发展水平、区域地理特征等因素，并经过专家咨询，确定了山东省未来高速路网合理规模，2020年7 000 km左右，2030年8 400 km左右，2040年达到基本饱和状态9 000 km左右，见表9。

表9　山东省高速公路合理规模推荐结果

5结语

本文主要进行了山东省高速公路网未来发展规模的预测工作，首先，对山东省高速公路现状进行简要介绍，并分析影响高速公路网规模的因素；其次，通过改进的国土系数法、连通度法、类比法(国内、国外)和时间序列法4种方法对山东省高速路网发展规模进行了预测分析，最终综合4种预测方法并经过专家咨询，确定了山东省高速公路网合理规模。本文预测方法结合了定性和定量分析，反映了山东省社会经济对高速公路的实际需求，有助于避免单一模型局限性所带来的缺陷。

参考文献

[1]顾振华,李旭红.区域高速路网合理规模研究[J].公路交通科技,2004,21(9):78-81.

[2]山东省统计局.山东省统计年鉴1993-2013[R].济南:山东统计出版社,2013.

[3]山东省交通厅.山东省高速公路网中长期规划2014-2030[R].济南:山东省交通厅,2014.

[4]王世杰.河南省高速公路网合理规模研究[J].交通标准化,2008(7):231-234.

[5]周雅珍,伍世代,付佳.福建省高速公路网合理布局研究[J].吉林师范大学学报:自然科学版,2012(1):96-99.

Research on Rational Expressway Network Scale of Shandong Province

LuYoufu1,LiYiwu2,ShiQingli2,HanGuohua2,HanZongna3

(1.School of Traffic & Transportation, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China；

2.Shandong Provincial Communications Planning and Design Institute, Jinan 250031, China；

3.Shandong Engineering Consulting Institute, Jinan 250013, China)

Abstract：Expressway network scale is not only an important controlling index of regional comprehensive transportation planning, but also an important research subject. The future expressway networks scale of Shandong province is rational forecasted, by analyzing the relationship between the factors of expressway network and population, per capita GDP, highway coefficient etc, through 4 study models including the improved territory coefficient method, connectivity method, analogy method and time series method, based on its social economy and expressway networks actuality.

Key words: expressway network; reasonable scale; connecting method; territory coefficient method; analogy method