四川秦巴山区绿色交通网络体系构建的要素研究

林 敏，张江波，刘志斌

(西南石油大学 理学院，四川 成都 610500)

四川秦巴山区绿色交通网络体系构建的要素研究

林 敏，张江波，刘志斌

(西南石油大学 理学院，四川 成都 610500)

根据国家发展战略要求，中国工程院启动重大咨询项目“秦巴山区绿色循环发展战略研究”，绿色交通战略研究是秦巴山区发展战略的重要部分。绿色交通战略研究的核心部分之一是绿色交通网络体系的构建，提出以“能源消耗、环境污染代价最低和经济效益最大”为最优目标来构建绿色交通网络体系的基本思想；并从交通运输中的绿色要素角度考虑，通过对四川秦巴山区市县区主要区域职能分析，选取以“农副产品资源、旅游资源和区位资源”为四川秦巴山区绿色交通网络构建的基本要素，将这3种要素与交通网络体系进行了关联性分析，从定性的角度提出了当前交通网络体系所面临的问题的初步解决方案；最后以农副产品资源要素为例，构建了“能源消耗最低”为优化目标的高速公路网络系统优化模型，从定量的角度给出了绿色高速公路网络的最佳设计方案以及维护方案。

绿色交通；交通网络体系要素；优化模型；秦巴山区

秦巴山区是历史上重要的交通要道，是关中地区与巴蜀地区的重要经济走廊，而当前的交通是否满足秦巴山区当地的经济社会发展需求？当前的交通计划是否满足未来的经济社会发展需求？怎样找到既适合生态建设又满足当地社会经济发展的交通平衡点？这些都是需要深入思考的问题。秦巴山区绿色交通战略研究是秦巴山区发展战略的重要部分，一方面秦巴山区是国家精准扶贫战略的重要组成，而交通为扶贫的最重要组成部分；另一方面也是基于秦巴山区生态环境特殊性而突破传统交通战略研究的新型研究[1]。绿色交通战略研究的核心部分之一是构建绿色交通网络体系，这是一项非常复杂巨大的研究项目，其首要问题是构造绿色交通网络体系的要素。传统的交通网络要素分析以交通的稳定性因素、交通成本运营因素以及不同交通方式相互影响的因素等方面进行考虑，即独立地、单个体地以处理交通系统为目的来分析交通系统构建要素以及构建方式[2-3]。本文采用不同于传统的交通网络要素分析方法，在充分调研四川秦巴山区的交通背景及区域特点的基础上，针对该地区职能或产业优势，因地制宜地构建了绿色交通网络要素，并深入分析了绿色交通网络要素与交通运输方式之间的关系，为进一步构建绿色交通网络优化模型奠定了基础。

1 研究区域概况及构建绿色交通网络体系的重要性

四川秦巴山区位于秦巴山区的西南方，连通秦岭、巴山两大山脉，涵盖绵阳、广元、南充、达州和巴中五市，总人口约1 735万人，涉及25个县(市、区)、619个乡镇、6 998个建制村，幅员面积61 800 km2,是秦巴山区北接关中-天水经济区、东临中原经济区、西毗成渝经济区、南倚长江黄金水道经济带的重要组成部分。截至2010年底通车总里程40 069 km，公路网密度86.66×10-2km/km2，其中国省道1 983 km，农村公路37 857 km，专用公路229 km。该地区生态环境复杂脆弱，自然保护区众多。由于秦巴山区偏处内陆，地势险峻，自然阻隔，区划分割，联系不紧密，交通不顺畅，信息不互通，资源不共享；加之，历史形成的贫困人口多，贫困程度深，生产要素弱，自身发展能力差，经济发展速度慢，城市化水平低，城市带动力弱，自然协调性差，未能实现区域合作、互补共赢、均衡发展格局。秦巴山区有着承东启西、接北连南、辐射八方的独特区位；但是，秦巴山区区域内交通比较闭塞，路网密度低，部分区、市、县之间还没有县际公路相连，更不用说高速公路和铁路。可以说交通问题是秦巴山区区域发展的最大瓶颈[4-8]。

绿色交通是为了减少交通拥挤、降低污染、促进社会公平、节省建设维护费用而优先发展低污染的有利于城市环境的多元城市交通工具，形成能够促进社会经济活动和谐发展的交通运输系统[9]。在四川秦巴山区构建绿色交通网络体系，对该地区绿色循环经济、农林等产业、城乡发展、旅游开发具有重要的支撑和引导作用；对加快区域交通发展步伐，实现区域间优势互补，带动毗邻地区新一轮的发展、加强区域联系，改善城乡人居环境，发展经济社会具有先行作用；对缓解城市交通需求压力、促进农村交通网络构建、减轻交通污染、实现交通与生态环境的均衡发展，最终实现本省的可持续发展具有十分重要的意义。

2 网络体系构建要素分析

2.1 四川秦巴山区地区职能及运输方式分析

早在1994年，加拿大学者克里斯·布拉德肖就正式提出了绿色交通的概念。其核心思想是“优先发展绿色交通工具，减少交通拥堵，净化居民出行与居民环境，降低能源消耗”[10]。基于这一思想，并根据秦巴山区四川省部分各市区县的调研，提出以“能源消耗、环境污染代价最低和经济效益最大”为最优目标来构建绿色交通网络体系的初步构想。首要问题是如何“因地制宜”地选择合适的绿色交通网络体系构建要素。为此，需要综合考虑四川秦巴山区市县区的主要职能(或产业优势)和交通网络中的主要运输方式，表1给出调研结果中相关的主要职能。

表1 四川秦巴山区县市区主要职能划分

图1 四川秦巴山区各县区主要职能与当前的交通网络

结合调研数据与表1，可以在图1中具体展示各个地区的主要职能。

通过图1，可以大致推断出四川秦巴山区的地区职能具有以下几个特点：

(1)西部高海拔地区以旅游为主，并且矿产资源从省内来看大多数产于四川秦巴山区西段；而东部低海拔地区以农产品为主，有少量旅游为主的职能县。

(2)区位优势比较明显的地段抑或是靠近成都和重庆两个大城市，抑或是具有水运航空与铁路等诸多立体式交通节点上，在四川最具代表性的是广元市市区。

(3)当前的交通网络，对于西部绵阳和广元的旅游的发展似乎比对于东部地区农产品的发展更加有利。

2.2 具有四川秦巴山区特色的绿色交通网络体系构建要素分析

基于调研结果与数据资料[8]，青川县以及北羌生态较为脆弱，开发矿产资源会损害当地不可逆转的生态系统；而其余地区矿产资源往往与旅游、农产品资源复合而作为当地区的主要职能。因此，在图2中绘制了旅游和农产品的加工点。从已有的旅游以及农业加工点与交通系统的关系，可以看出具有以下几个特点：

(1)以广元至成都的铁路干线为例，在地区比较陡峭的广元背部地区，旅游点与铁路的距离较近，而在江油、梓潼等较为平缓的地区，旅游点与铁路干线的距离较远。

(2)嘉陵江流域附件的旅游点较为集中，可以适当发展航运。

(3)秦巴山区四川地区东部地段缺乏交通要道以连接旅游与农产品等绿色秦巴山区特色资源。

图2 四川秦巴山区交通旅游点以及农业加工点分布

进一步将图2的结果放在四川省周边地区的视角下进行分析，基于秦巴山区绿色交通中“绿色”的概念，以秦巴山区森林以及草甸的覆盖区域作为背景，绘制得到图3，其中黑色的线表示铁路干线。可以发现，在国家的大背景下，秦巴山区四川部分具有下面几个特点：

(1)森林覆盖率水平由南至北逐渐升高，省内东部地段没有西部地段高，但是交通干线目前来看西部地段更为发达；

(2)区位因素显得更加重要，可以看出，无论从秦巴山区走出去还是从省外走进来的视角来看，设置诸如广元市的交通节点都尤为重要；参照广元市目前水运、铁路、高速公路和航空都十分便利的条件，会提出两个问题：在四川秦巴地区东部是否有必要设置新的交通节点？如果设置，那么设置在哪里经济社会环境效益最好呢？

图3 四川秦巴山区交通网络

综合上述分析结果，总结出以下3种具有秦巴山区特色的绿色交通网络体系构建要素：

(1)农副产品资源。秦巴山区资源植物丰富，是我国核桃、蚕桑、茶叶、银耳等绿色农副产品的主产区之一。从图2及图3中绿色的节点(农产品现有加工点以及计划中的加工点)可以看出，农产品或农副产品在交通物流的要素成分中占有举足轻重的地位。其中，巴中是我国粮食储备基地和商品粮输出基地。诸如秦巴山区的通江银耳和茶叶、南江翡翠米为主要特色；达州是四川重要粮油、畜禽、茶叶、油橄榄等农副产品生产基地；南充营山县红麻、蚕桑等；绵阳梓潼县生猪、蚕茧、棉花等均系四川秦巴山区特色产品。这些均是四川秦巴山区绿色交通运输的主要物流资源之一。

(2)旅游资源。四川秦巴山区旅游资源丰富，人文历史积淀深厚，极具开发和利用潜力。从图2及图3中蓝色的节点(旅游景点密集的地区)可以看出，旅游资源在交通人流的要素成分中占有举足轻重的地位。其中有：绵阳平武县的全国最大的大熊猫保护区，江油市有李白故里等历史旅游资源；广元剑阁县剑门关、旺苍县历史文化悠久，苍溪县灯戏剪纸等地方习俗以及旅游景点；南充南部县自然人文旅游景区，阆中古城；巴中通江诺水河风景名胜区等溶洞旅游资源丰富，平昌镇龙山国家森林公园等。而当前的旅游资源仍在发展中。旅游要素是考虑秦巴山区绿色交通运输中体系人员类型的最重要特征。

(3)区位因素。从省外因素来看，四川秦巴山区地处华中经济带、汉中经济带和成渝经济带中心，因此秦巴山区不同地区区位的差异必然深刻影响交通运输的布局，并且设置交通网络Hub节点尤为关键。基于此，可将区位因素抽象出来作为绿色交通体系影响交通网络全局的重要指标，作为绿色交通体系构建的重要要素。特别地，基于图2及图3，不难发现农副产品的Hub节点与旅游资源的Hub节点具有地域特征，即旅游资源多数分布于西北段山高陡峭森林茂密地区，而农副产品较为集中于东南部丘陵地区且森林资源相对匮乏地区。另外从成渝经济圈的角度考虑，四川巴中、达州和南充的区位优势较为突出，从调研结果看，南充地区及达州地区较之其他地区更强调该地区交通区位因素的重要性。例如，南充作为规划中的汉巴南铁路的重要枢纽，必然带动铁路周边地区的绿色经济发展，对于秦巴山区绿色产业的影响尤为重大。因此，区位因素也是秦巴山区绿色交通要素应考虑的重要要素之一。

综上所述，已提出了农副产品资源、旅游资源及区位因素作为秦巴山区绿色交通网络体系构建的重要要素。当然，对于其他影响较大的要素，亦分析如下：

(1)针对水资源，由于秦巴山区四川部分基本是三江由北向南并行流，是国家南水北调西线的重要组成部分，故水运航道的发展必然根据南水北调的既定方针政策，因而没有纳入绿色交通网络体系构建要素考虑范畴。

(2)针对矿产资源，基于秦巴山区四川部分矿产资源组的研究结论，西部地区矿产资源丰富的地区生态环境极其脆弱，建议限制开发，并且西部地区森林资源丰富；而东部地区矿产资源丰富地区相当一部分是天然气资源，按照国家西气东输的战略需根据国家战略安排当地资源分配，因此也没有纳入绿色交通网络系统构建要素考虑范畴。

3 绿色交通网络体系构建要素与绿色交通网络体系的关联性分析

四川秦巴山区绿色交通网络体系构建要素与交通网络体系中的运输方式存在很大关系，从图2就可以总结出以下两个特点：

(1)铁路交通是基于国家战略层面连通关中经济区和成都经济区而坐落在秦巴山区四川部分西段，较大程度促进当地及其附近地区旅游产业的发展。

(2) 秦巴山区四川部分高速公路网络多数分布于东南部的达州、南充地区，这些地区大多是丘陵地区且道路投资远没有像从国家层面投资的西段铁路多，而当地及附近地区农产品资源相对更加丰富。

下面进一步深入分析这些绿色交通网络体系构建要素与绿色交通网络体系的关系，并从定性的角度提出当前交通网络体系所面临的问题的初步解决方案。

(1)考虑农副产品要素与公路交通网络体系的关系：相对于平原地区，秦巴山区农副产品运输效率与安全问题尤为迫切。其核心问题是秦巴山区资源如何快速高效走出省外走向全国？根据调研结果，当前公路交通不能满足农副产品资源走出去战略。为解决此问题大致有以下两种方案：①修建新的高速公路并对绿色产品运输开通“绿色快速通道”，此方案将大量提高交通成本，并且短期内难以实现；②利用复杂网络的知识，通过维护或改造已有公路等级系统，适当增加养路成本来实现更高效的运输，这种方案体现了“绿色交通”的思想，本文后面将针对此方案构建数学优化模型，进行定量分析。

(2)考虑农副产品要素与铁路交通网络的关系：基于图2的当前现状与四川省“十三五”交通规划内容[4-8]，处于秦巴山区四川部分东段的大量农副产品资源与处于秦巴山区四川部分西段的铁路交通资源相分离，对于这方面问题目前只有通过构架新的铁路来实现农副产品资源与铁路资源的整合。

(3)考虑旅游资源要素与公路交通运输的关系：由于四川秦巴山区交通便利性差，故考虑交通安全快捷舒适为其主要切入点，其核心问题是省内外的旅游者如何安全方便快捷地到达四川秦巴山区？其方案有以下几种：①将公路交通结合快速稳定的铁路交通与航空服务，以较为节省成本和保护资源的星形网络拓扑结构为主，中央节点是设计中的铁路航空公路枢纽；②基于旅游淡季旺季动态分析，来决策哪些地段适合构建成本高的铁路交通子系统，哪些地段旅游淡旺季分化明显的来构建成本相对低的公路交通子系统。

(4)考虑旅游资源要素与铁路交通运输的关系：基于秦巴山区四川部分西段生态脆弱地段具有森林资源丰富性的角度考虑，以及已有的国家在西段的铁路交通路线来看，现有铁路交通系统基本满足旅游发展需求。

(5)考虑区位因素对绿色交通体系构建的影响：四川秦巴山区区位因素对于经济社会发展的影响很大，因此对于绿色交通运输网络体系构建的相应要求也较高。从调研结果以及省内地理因素的角度分析，南充市以及达州市的过境铁路、航空和水运比广元、绵阳和巴中地区更为密集。因此这就要求绿色交通网络体系要对几种主要运输方式作耦合研究，这个问题将在以后的研究中深入讨论。

4 基于“农副产品”要素的高速公路网络优化模型设计

前面已经分析了农副产品要素与公路交通网络体系的关系，并从定性的角度给出了公路交通网络体系所面临的问题的两种解决方案。下面针对方案(2)，从定量的角度予以研究(图4)。

图4中将四川秦巴山区的五大城市广元、绵阳、巴中、达州、南充看作高速公路网络交通系统里的5个农副产品加工节点，下面考虑农副产品加工点成品走出秦巴山区的问题，主要考虑加工点资源流向成渝经济区(主要考虑成都和重庆两大城市)的问题。抽象成一个数学问题，即为分析复杂网络上的货物流量问题。复杂网络拓扑分析最关键的问题是利用合理规则处理现实中的交通网络，这里考虑如下时不变的网络运输问题。

图4 四川秦巴山区高速公路网络

利用秦巴山区农副产品节点的高速公路的网络拓扑结构进行建模，首先给出以下假设条件：①假设农副产品每个加工点物流量是固定的，即每个加工点的月单位加工量都是定值；②假设秦巴山区对成渝经济区农副产品物流量是一个供不应求的关系，即需求量大于加工量；③假设秦巴山区公路网络具有小世界特性，即该网络中任意两个城市可通过一个中间城市的可达。

其次基于“绿色交通”的思想，以“能源消耗最低”为优化目标构建高速公路网络交通系统优化模型：

(1)

其中，A1、A2、A3、A4、A5、A6和A7分别表示广元、绵阳、巴中、达州、南充、成都和重庆这7地的物流网络节点；dij表示城市Ai到Aj的农副产品资源流(变量)；lij表示城市Ai到Aj的公路路长(常量)；XAi表示Ai(i=1，2，3，4，5)处农副产品加工点的物流量(常量)。

设想可以通过大数据处理来提取上述模型的数据lij和XAi，通过运筹学最大流算法进行优化处理就能获取最终的优化结果dij，即Ai到Aj的农副产品最佳资源流。计算得到的最佳资源流可以与当前的公路等级以及数量做对照，如果最佳资源流超过当前不同等级公路能够承载的最大容量，就需要新建某种等级公路或者增加公路维护成本；如果最佳资源流小于当前公路的承载容量，就可以适当减少公路的维护成本。总之，根据该优化模型得到的最佳物流量反馈的信息来给出高速公路网络的最佳设计方案以及维护方案。

5 结语

在充分掌握四川秦巴山区交通现状的基础上，分析其交通环境，阐述了构建绿色交通网络体系对四川秦巴山区绿色生态可持续发展的重大影响。基于“优先发展绿色交通工具，减少交通拥堵，净化城市出行与居民环境，降低能源消耗”这一绿色交通的本质思想，提出以“能源消耗环境污染代价最低和经济效益最大”为最优目标构建绿色交通网络体系的思想，并基于四川秦巴山区各地区的交通和区域主要职能，选取以农副产品资源、旅游资源和区位资源为四川秦巴山区绿色交通网络构建的基本要素，并深入分析了这3种要素与交通网络体系中主要交通方式(公路、铁路)的关系，从定性的角度提出了当前交通网络体系所面临的问题的初步解决方案。最后以农副产品资源要素为例，构建了“能源消耗最低”为优化目标的高速公路网络交通系统优化模型，从定量的角度给出了绿色高速公路网络的最佳设计方案以及维护方案。该模型的建模思想具有借鉴性和推广性，利用类似的方法，也可以得到基于旅游资源要素的高速公路网络的最佳设计方案以及维护方案等等。此类优化模型的构建思想是绿色交通网络体系构建的重要方法之一，可为日后秦巴山区交通网络建设提供一定的参考依据。但不足之处在于该模型通过提出一些基本假设对实际问题做了简化处理，可能会影响计算结果的准确性，同时该模型也需要获得大量准确的数据，并进行大数据优化处理，工作量庞大，计算非常复杂，在日后的研究中将作进一步探讨和改进。

[1]国务院扶贫办.秦巴山片区区域发展与扶贫攻坚规划(2011—2020年)[R].中国：国务院扶贫办，2012.

[2]毛保华.综合运输体系规划理念与顶层设计方法 [J].交通运输系统工程与信息，2014，14(3)：1-7.

[3]王锐，白玲，马德涛，等.基于GIS的城市交通网络要素可视化表达方法研究[J].测绘科学，2008，33(3)：127-129.

[4]绵阳市发展和改革委员会.绵阳市交通运输“十三五”发展规划[R].四川：绵阳市发改委，2015.

[5]巴中市发展和改革委员会.巴中市综合交通枢纽发展规划[R].四川：巴中市发改委，2012.

[6]达州市发展和改革委员会.达州市“十三五”规划思路[R].四川：达州市发改委，2015.

[7]南充市交通运输局.南充市交通运输局总结(2011-2014年)[R].四川：南充市发改委，2014.

[8]广元市发展和改革委员会.广元市“十三五”交通发展规划[R].四川：广元市发改委，2015.

[9]黄玖菊，李永玲.我国绿色交通研究综述[J].福建建筑，2012，(9)：56-60.

[10]Froehlich J，Dillahunt T，Klasnja P，et al.UbiGreen：investigating a mobile tool for tracking and supporting green transportation habits[C]//Proceedings of the SIGCHI Conference on Human Factors in Computing Systems.ACM，2009.

Elements of Establishing Green Traffic Network System in Qinba Mountain Areas of Sichuan Province

LINMin，ZHANGJiang-bo，LIUZhi-bin

(College of Science,Southwest Petroleum University,Chengdu 610050,China)

According to the requirements of the national development strategy,the Chinese Academy of Engineering launched a major consulting project,“The Development Strategies of Green Cycle in the Qinba Mountain Area”.Research on green transportation strategy is an important part of development strategy of Qinba Mountains and the construction of green traffic network system is one of core parts.This paper proposes a basic idea to build the green transportation network system with “the lowest cost of environmental pollution and energy consumption as well as the biggest economic benefit” as a goal of optimization.Considering green elements in transportation and based on analysis of the main functions of these areas,the paper also selects “agricultural products,tourism resources and geographical resources” as the fundamental elements of the traffic network system and analyzes the correlation between these elements and the green traffic network system.Then it proposes a preliminary solution to the problems of traffic network system from the qualitative point of view.Finally,taking agricultural resources as an example,an optimization model for the highway network system is given,and the optimal design and maintenance scheme of the highway network are presented quantitatively.Key words:green transportation;elements of the traffic network system;optimization model；Qinba Mountain Areas

10.3969/j.issn.1009-4210.2016.02.019

2016-03-10

青年科学基金项目(11501476)；中国工程院重大咨询项目 (2015-ZD-05-09-05)；四川省发改委重点课题(ZH2015038)

林 敏(1981—),女，讲师,从事交通网络优化及最优化算法研究。 E-mail:405090450@qq.com

U491(271)

A

1009-4210-(2016)02-109-08